CN114334293A - 一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压电力电缆技术领域，具体涉及一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆及其制备工艺。所述高压电力电缆包括中心的导体，所述导体由内至外依次为半导电尼龙带、导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电缓冲阻水带、皱纹铝护套、高电性能聚氯乙烯外护套和石墨涂层；所述导体为分割导体结构。增加了电缆型号种类，提高了品种多样性；并且电缆耐短路电流能力、屏蔽效果得到增强，电气性能更加优良。
Description
技术领域
本发明涉及高压电力电缆技术领域，具体涉及一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆及其制备工艺。
背景技术
作为国民经济建设的重要配套产业之一，电线电缆行业占据中国电工行业四分之一的产值，是机械工业中仅次于汽车行业的第二大行业，其中电力电缆是电线电缆行业中非常重要的产品，近年来，随着我国电网建设的发展和城镇化进程的加快，110kV以上高电压等级电力电缆的需求迅速增长，成为一些有实力的电缆企业争相投资的热点。
据国家统计局统计，目前我国电线电缆行业成规模以上的企业有4290家，虽然企业数量众多，但在电力电缆主要用户的招标中能够经常取得大订单的企业并不多。“质量为王，品牌取胜”已成为我国电力电缆市场，特别是高压电力电缆市场的竞争法则。
当下我国电线电缆行业仍然是继续发展的趋势，但是也存在了很多问题，严重制约了该行业的健康持续发展。
面对当前国内市场的严峻性，大力发展并开发国外市场成为了国内各大成规模企业的争相考虑的企业发展方向。
高压（如132kV）交联聚乙烯绝缘电力电缆主要以出口为主，现有的高压交联聚乙烯绝缘电力电缆品种单一，生产厂家众多，市场竞争激烈，不能满足更高市场发展的需求，经济效益差。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前高压交联聚乙烯绝缘电力电缆存在品种单一，参差不齐的问题，提供一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆，同时提供相应的制备工艺。通过提供这种高压电缆，弥补目前高压电力电缆品种单一、电缆性能质量不足的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆，所述高压电力电缆包括中心的导体，所述导体由内至外依次为半导电尼龙带、导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电缓冲阻水带、皱纹铝护套、高电性能聚氯乙烯外护套和石墨涂层；所述导体为分割导体结构。
作为进一步优选方案：所述导体为五分割导体。
在绝缘屏蔽层与皱纹铝护套之间采用半导电缓冲阻水带结构，半导电缓冲阻水带电阻率低、厚度大，且具有弹性，能确保绝缘屏蔽层与皱纹铝护套之间等电位，同时起到阻水、机械和热缓冲作用。
作为进一步优选方案：所述绝缘层的材料通过以下重量份数的组分制备而成：线性低密度聚乙烯60～80份、乙烯-辛烯共聚物30～40份、有机硅橡胶30～50份、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物10～30份、氢氧化铝10～15份、氧化镁10～15份、相容剂10～30份、抗氧剂1～3份、偶联剂0.5～2份、润滑剂1～5份。
有机硅橡胶、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、氢氧化铝、氧化镁复配成为一种耐高温的阻燃绝缘护套，同时导热性较佳，可以及时散发热量，从而能够更好地耐高温。四氟乙烯～全氟烷氧基乙烯基醚共聚物作为氟化物，不仅可以提高电绝缘性能、耐短路电流能力，同时由于其抗蠕变性和压缩强度均比好，拉伸强度高，从而可以提高所制备的电缆的绝缘层的拉伸强度，同时，利用氟塑料的特点，能够降低加工难度，提高制备电缆过程中的挤出成型。
作为进一步优选方案：所述偶联剂为硅烷偶联剂。
上述的高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的制备工艺，包括以下内容：
在U型交联生产线上制造所述绝缘线芯，采用三层共挤、干式硫化和冷却工艺，工艺参数由NCC硫化计算程序模拟计算，使用西科拉在线进行测厚和测径步骤，在线进行应力消除、导体预热及后加热、净化上料，使内屏蔽、绝缘、外屏蔽层间界面光滑以及绝缘内、中、外层热延伸基本一致，皱纹铝护套采用双焊枪技术进行焊接，全程使用无损探伤仪进行在线检测，确保整根线不漏气。
作为进一步优选方案：具体生产工艺参数为：
导体前预热阶段，预热温度为80-90℃；
导体后余热阶段，预热温度为70-80℃；
挤出机各区温度为：一区280-290℃，二区265-275℃，三区250-260℃，四驱245-255℃，挤出速度为0.6-0.65mpm；
硫化阶段，各区温度保持230-240℃，硫化时间为50-60min；
冷却时间为100-150min。
作为进一步优选方案：皱纹铝护套采用双焊枪技术对铝带进行焊接。采用双焊枪技术对1060# o态铝带进行焊接，焊接时焊缝平整，连续焊接无漏焊，虚焊且焊缝表面光滑平整，无焊渣残留，整个焊接过程中使用无损探伤仪进行在线检测。
本发明与现有技术相比，有益效果是：增加了电缆型号种类，提高了品种多样性；采用双焊枪技术进行焊接，焊接时焊缝平整，连续焊接无漏焊，虚焊且焊缝表面光滑平整，无焊渣残留，且生产效益高，机械强度高，承受压力大，应用领域更广；并且电缆耐短路电流能力、屏蔽效果得到增强，电气性能更加优良。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1导体，2绕包半导电尼龙带，3超光滑半导电层，4超净XLPE绝缘，5超光滑绝缘屏蔽，6半导电缓冲阻水带，7皱纹铝护套，8电缆沥青，9绝缘外护套，10石墨涂层。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1：一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆，如图1所示，所述高压电力电缆包括中心的导体，所述导体由内至外依次为半导电尼龙带、导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电缓冲阻水带、皱纹铝护套、高电性能聚氯乙烯外护套和石墨涂层；所述导体为分割导体结构，且为五分割导体；
所述绝缘层的材料通过以下重量份数的组分制备而成：线性低密度聚乙烯60份、乙烯-辛烯共聚物40份、有机硅橡胶30份、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物30份、氢氧化铝10份、氧化镁15份、相容剂10份、抗氧剂3份、偶联剂0.5份、润滑剂5份。所述偶联剂为硅烷偶联剂。
以76/132kV 1×1600²为例，制备过程包括如下内容：
在U型交联生产线上制造所述绝缘线芯，采用三层共挤、干式硫化和冷却工艺，工艺参数由NCC硫化计算程序模拟计算，使用西科拉在线进行测厚和测径步骤，在线进行应力消除、导体预热及后加热、净化上料，使内屏蔽、绝缘、外屏蔽层间界面光滑以及绝缘内、中、外层热延伸基本一致，皱纹铝护套采用双焊枪技术进行焊接，全程使用无损探伤仪进行在线检测，确保整根线不漏气。具体生产工艺参数为：
导体前预热阶段，预热温度为90℃；
导体后余热阶段，预热温度为140℃；预热行进速度为0.45mpm；
硫化管温度为：一区290℃，二区270℃，三区255℃，四区250℃，挤出速度为0.6mpm；
硫化阶段，各区温度保持230℃，硫化时间为60min；冷却时间为100min，采用氮气冷却。
皱纹铝护套采用双焊枪技术对铝带进行焊接，具体是采用双焊枪技术对1060# o态铝带进行焊接，焊接时焊缝平整，连续焊接无漏焊，虚焊且焊缝表面光滑平整，无焊渣残留，整个焊接过程中使用无损探伤仪进行在线检测。
实施例2：与实施例1不同的是：所述绝缘层的材料通过以下重量份数的组分制备而成：线性低密度聚乙烯80份、乙烯-辛烯共聚物30份、有机硅橡胶50份、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物10份、氢氧化铝15份、氧化镁10份、相容剂30份、抗氧剂1份、偶联剂2份、润滑剂1份。所述偶联剂为硅烷偶联剂。
具体生产工艺参数为：
导体前预热阶段，预热温度为80℃；
导体后预热阶段，预热温度为75℃；预热行进速度为0.6mpm；
硫化管温度为：一区280℃，二区265℃，三区250℃，四区245℃，挤出速度为0.6mpm；
硫化阶段，各区温度保持240℃，硫化时间为50min；冷却时间为100min。
实施例3：与实施例1不同的是：所述绝缘层的材料通过以下重量份数的组分制备而成：线性低密度聚乙烯60份、乙烯-辛烯共聚物30份、有机硅橡胶50份、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物30份、氢氧化铝10份、氧化镁10份、相容剂30份、抗氧剂3份、偶联剂2份、润滑剂1份。所述偶联剂为硅烷偶联剂。
具体生产工艺参数为：
导体前预热阶段，预热温度为85℃；
导体后余热阶段，预热温度为75℃；预热行进速度为0.4mpm；
硫化管温度为：一区290℃，二区275℃，三区260℃，四驱255℃，挤出速度为0.65mpm；
硫化阶段，各区温度保持240℃，硫化时间为50min；冷却时间为100min。
制造完成的所述132kV高压交联聚乙烯绝缘电力电缆具有以下性能指标：
1、局部放电：在114kV下，未检测到超过背景两倍的放电；
2、交流耐压试验：在190kV下30min，电缆不击穿；
3、热循环电压试验：在152kV下，导体加温到95℃~100℃，加温8小时后冷却16小时，完成20个热循环电压试验周期内，电缆不击穿；
4、雷电冲击试验及随后的工频电压试验：导体加温到95℃~100℃，±650kV各10次，电缆不击穿或闪络；2.5U0,15min,电缆不击穿或闪络。
5、tanδ试验（导体温度95℃～100℃，76kV下，要求≤10×10-4；），实测2.0×10-4；
6、半导电屏蔽电阻率（90℃）老化前，导体屏蔽要求≤1000Ω·m，实测5.5Ω·m，绝缘屏蔽要求≤500Ω·m，实测4.5Ω·m；
成品电缆段老化后（100℃，168h），导体屏蔽要求≤1000Ω·m，实测12.5Ω·m，绝缘屏蔽要求≤500Ω·m，实测7.6Ω·m；
7、绝缘物理机械性能：
原始性能：
a.抗张强度，要求≥12.5 N/mm²，实测28.7N/mm²；
b.断裂伸长率，要求≥200%，实测550%；
空气箱老化后（135℃，168h）：c.抗张强度变化率≤±25%，实测6%；d.断裂伸长率变化率≤±25%，测6%；
成品电缆段老化后（100℃，168h）,e.抗张强度变化率≤±25%，实测3%；f.断裂伸长率变化率≤±25%，测4%；
8、热延伸试验（200℃，15min,20N/cm²）：要求小于等于175%，实测内层-中层-外层分别为75%-75%-75%；
9、冷却后永久伸长率：要求≤15%，实测0%；
10、绝缘热收缩试验（130℃，6h）:要求≤4%，实测3.5%；
11、绝缘层微孔和杂质试验：
大于0.05mm的微孔数，要求总体积16.4cm3上无微孔，实测无微孔；
大于0.025mm,小于0.05mm的微孔数，要求总体积16.4cm3上微孔数≤30个，实测0个；
大于0.125mm的不透明杂质数，要求总体积16.4cm3上无杂质，实测无杂质；
大于0.05mm,小于0.125mm的不透明杂质数，要求总体积16.4cm3上杂质数≤10个，实测1个；
大于0.25mm的半透明棕色杂质数，要求总体积16.4cm3上无杂质，实测无杂质；
12、半导电屏蔽层与绝缘层界面微孔、突起试验：
大于0.05mm的微孔数,要求无微孔，实测无微孔；
导体屏蔽层与绝缘层界面大于0.125mm 的突起，要求无，实测无；
绝缘屏蔽层与绝缘层界面大于0.125mm 的突起，要求无，实测无；
13、绝缘偏心度：要求≤6%，实测3.75%。
综上所述，本发明的（132kV）高压交联聚乙烯绝缘电力电缆能够满足相同电压等级下用于输送电能的使用要求，其电性能和机械性能等满足或高于标准要求而且增加电缆型号种类，提高品种多样性，应用领域更广。
上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例， 而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于：所述高压电力电缆包括中心的导体，所述导体由内至外依次为半导电尼龙带、导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电缓冲阻水带、皱纹铝护套、高电性能聚氯乙烯外护套和石墨涂层；所述导体为分割导体结构。
2.根据权利要求1所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于：所述导体为五分割导体。
3.根据权利要求1所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于：所述绝缘层的材料通过以下重量份数的组分制备而成：线性低密度聚乙烯60～80份、乙烯-辛烯共聚物30～40份、有机硅橡胶30～50份、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物10～30份、氢氧化铝10～15份、氧化镁10～15份、相容剂10～30份、抗氧剂1～3份、偶联剂0.5～2份、润滑剂1～5份。
4.根据权利要求3所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂。
5.上述任一项权利要所述的高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的制备工艺，其特征在于：包括以下内容：
在U型交联生产线上制造所述绝缘线芯，采用三层共挤、干式硫化和冷却工艺，工艺参数由NCC硫化计算程序模拟计算，使用西科拉在线进行测厚和测径步骤，在线进行应力消除、导体预热及后加热、净化上料，使内屏蔽、绝缘、外屏蔽层间界面光滑以及绝缘内、中、外层热延伸基本一致，皱纹铝护套采用双焊枪技术进行焊接，全程使用无损探伤仪进行在线检测，确保整根线不漏气。
6.根据权利要求5所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的制备工艺，其特征在于：具体生产工艺参数为：
导体前预热阶段，预热温度为80-90℃；
导体后预热阶段，预热温度为70-80℃；
硫化管温度为：一区280-290℃，二区265-275℃，三区250-260℃，四区245-255℃，挤出速度为0.6-0.65mpm；
硫化阶段，各区温度保持230-240℃，硫化时间为50-60min；
冷却时间为100-150min。
7.根据权利要求5所述的一种高压交联聚乙烯绝缘电力电缆的制备工艺，其特征在于：皱纹铝护套采用双焊枪技术对铝带进行焊接。
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