12/20 kV 高壓屏蔽乙丙橡膠絕緣鹽湖用軟電纜研制

匡松文，唐世國

(衡陽恒飛電纜有限責任公司，湖南衡陽421008)

0 引言

鹽是一種非常重要的化工原料，也是人們生活的必需品之一，我國擁有許多內陸湖，其中相當一部分內陸湖的含鹽量很高，例如新疆鹽湖、內蒙古阿拉善、青海湖、山西運城、西藏納木錯等內陸鹽湖，加上我國的海岸線極長，例如渤海灣的山東以及江蘇、福建、廣東、廣西和海南等廣大沿海省市地區從事制鹽或鹽化工的大型企業甚多，但他們都存在同一個問題:作為傳輸電能的供電電纜，由于采用浮筒支撐方式，敷設在湖面或海水上方的電纜表面很容易結鹽，并且會越結越厚，不但相應增加了電纜的自重(正因為如此，50mm2及以上規格所用電纜都是單芯的，50mm2以下采用多芯)，容易腐蝕電纜，而且影響電纜散熱，最終只能降低電纜導體的載流量和電纜的使用壽命。此類電纜為移動軟電纜，其電壓等級為12/20 kV，以前大多從歐美發達國家進口，價格非常昂貴，為此我公司多次派技術人員深入新疆鹽湖進行實地考察和試驗，研制了12/20 kV乙丙橡膠絕緣鹽湖用軟電纜，以滿足用戶的要求。本文主要介紹了該產品的結構設計、材料選擇和制造工藝供有關人員的參考。

1 產品結構設計及工藝流程

1.1 產品的結構

本文以3芯高壓橡套軟電纜為例進行介紹，其產品結構如圖1所示。圖1所示的電纜結構設計，不僅可以起到均勻電場的作用，而且有很好的屏蔽效果，保證電纜的安全性，并經一年多使用后反映良好，可滿足使用的要求。

圖1 12/20 kV鹽湖用軟電纜結構

1.2 產品的工藝流程

按照用戶的技術要求及產品的使用環境，制定了如圖2所示的產品制造的工藝流程，其中三層共擠的擠橡絕緣和擠制外護套為關鍵工序。

圖2 12/20 kV鹽湖用軟電纜工藝流程

1.3 產品的結構設計及技術要點

(1)導體。導體采用軟鍍錫銅線，表面應光潔，無油污、無尖端凸起或其它損壞絕緣的缺陷。由于該電纜應用于頻繁移動場合，要求電纜柔軟性和耐彎曲性能優良，所以導體采用第6種導體結構復絞而成。由于電纜絕緣采用三層共擠方式，為了防止導體屏蔽層進入導體縫隙，因此先在導體外繞包一層半導電帶，然后擠包半導電層，兩者共同起到均勻電場的作用。通常導體屏蔽繞包帶要求重疊25%～30%。

(2)導體屏蔽。在實際生產中盡管對導體做了以上嚴格要求，但完全沒有缺陷的導體是不存在的，為防止因導體表面不光滑、不圓整而引起的尖端放電現象，在導體的半導電繞包層外再上擠包一層半導電屏蔽層。

(3)絕緣層。目前，國內橡套電纜額定電壓等級最高為8.7/10 kV，而高壓金屬屏蔽橡套軟電纜的額定電壓則為12/20 kV，這就對電纜的絕緣層提出了更高的要求，即要求橡膠絕緣料中雜質含量盡量少。常用的絕緣材料主要有天然/丁苯橡膠和乙丙橡膠絕緣。乙丙橡膠絕緣主要用于高電壓等級的電纜絕緣，因此，參照IEC 60502—1997確定了乙丙絕緣厚度和電纜20℃時的絕緣電阻，以保證成品電纜經受交流50 Hz、42 kV電壓試驗5 min電纜不擊穿。

(4)絕緣屏蔽層。絕緣屏蔽層采用乙烯醋酸乙烯(EVA)+炭黑組成的半導電層。其用于高壓電纜導體表面和絕緣表面組成的屏蔽層均起著均勻電場、吸附游離雜質和對外界電場的屏蔽作用。設計過程中，考慮以上因素后，電纜的絕緣屏蔽層設計為擠包半導電屏蔽與編織金屬/纖維相結合的組合屏蔽結構，而金屬編織屏蔽還可以兼作地線。擠包半導電絕緣屏蔽層可以和動力線芯絕緣一次擠出，以保證屏蔽層的連續性，提高工作效率，同時減少對絕緣層的污染。

(5)地線。高壓電纜采用金屬/纖維編織結構，按照標準對地線截面的要求來選擇編織銅絲的直徑，并采用鍍錫軟銅絲，編織密度在90%以上。如果編織銅絲截面達不到25mm2，還需增加輔助線芯。

(6)內護套。材料應采用符合GB 7594要求的XH-02A型的護套料。

(7)輔助線芯。輔助線芯有時作監視線芯用。12/20 kV鹽湖用軟電纜增加了監視線芯，其作用是與電纜的接地線芯一起構成監視回路，以實現對接地系統完整性的連續監視，當發生系統短路故障時同時起到泄流的作用。在輔助線芯內、外層分別繞包一層半導電阻水帶，以提高電纜徑向阻水效果(見圖1)。

(8)外護套。根據電纜使用環境和條件，護套可以采用阻燃氯化聚乙烯護套橡皮或其它符合要求的材料，氧指數應在38以上。另外，還要求護套配方中添加一定量的特殊物質如熔性聚四氟乙烯，以便確保電纜表面光潔，防止電纜護套表面結鹽。

1.4 材料的選擇

(1)絕緣層。高壓電纜對絕緣材料的性能提出了更高的要求，尤其是電氣性能。為滿足高壓電纜的要求，同時考慮到今后阻燃電纜的研制方向為低煙低鹵或無煙無鹵型，即主絕緣材料選擇不含鹵素的混合物，如乙丙橡膠、天然/丁苯橡膠、硅橡膠等，這樣電纜在燃燒時就可以不釋放有毒、有害氣體及煙霧。眾所周知，乙丙橡膠的電氣性能和耐高溫性能均較好，能滿足高壓電纜的使用要求。相對而言，硅橡膠的工藝性能不如乙丙橡膠成熟，而且由于分子間引力較小，且為非晶體結構，因此力學性能要比普通橡膠差，價格也較昂貴。通過比較，選擇了工藝成熟、電性能優良的乙丙橡膠作為絕緣材料以減少相間或對地漏電流。我們選擇進口荷蘭DSM公司生產的K378料;配方中的填料選用進口超細高溫煅燒陶土。

(2)屏蔽層。高壓屏蔽橡套軟電纜的絕緣線芯必須有導體屏蔽和絕緣屏蔽。導體屏蔽由擠包的半導電混合物，或在導體上先繞包半導電布帶再擠包半導電混合物共同組成;絕緣屏蔽應由非金屬半導電屏蔽層與金屬編織屏蔽層組合而成。半導電層(含半導電膠帶)體積電阻率應不超過500 Ω·m。

(3)外護套。外護層材料選用紅色阻燃氯化聚乙烯(杜邦公司)，各種配合劑大多從國外進口的，尤其是在護套配方中添加一種材料，使護套表面光滑如鏡，形成憎鹽的效果。

2 產品的主要性能指標

我公司試制的12/20 kV電纜的型號規格為CXEYHR-12/20，3×35+3×16/3+3×4，生產樣品的長度為1 400 m，電纜的外徑為64.3～70.0mm。該電纜生產后經廠檢測合格，達到用戶的要求。性能指標和產品測試結果見表1。

表1 電纜成品試驗結果

3 關鍵工序的工藝控制及質量保證

高壓電纜在結構設計上和現有工藝要求上看似簡單，但實際工藝制造過程并不容易，尤其是絕緣材料的混合和擠出等制造工藝中存在著困難，所以還須注重工藝過程的質量控制:

(1)導體繞包半導電帶的同時，應再繞包一層聚丙烯PP包帶，重疊率為15% ～20%。該帶用于保護繞包半導電層免受污染和機械損傷，但絕緣三層共擠工序擠出前須剝掉。

(2)在混煉前，必須保持與混煉料有關的設備清潔，不得有任何雜物和異物，周圍的工作場地應用水清洗干凈。根據配方選購符合要求的原材料，在絕緣膠混合過程中，應嚴格按工藝規程操作，做好現場環境的清理和保持工作，保證絕緣混合膠的潔凈，為動力線芯絕緣的擠制奠定良好的基礎。混煉的原材料必須分批投放在密煉機中;填充劑需分次投放，這樣有利于分散和進一步混合;混煉母料必須進行過濾;煉好的橡膠用清潔的新框裝好且在24 h內不得有任何污染。

(3)開機前，應將螺桿、模芯、模套、機頭等清理干凈;在動力線芯的絕緣擠制過程中，也要注意現場環境，嚴格按工藝卡片和操作規程生產，以保證動力線芯及屏蔽層的擠出質量。半導電屏蔽層厚度控制在1.5mm±0.2mm，絕緣平均厚度不小于標稱厚度6.0mm。絕緣偏心度控制在10%以內，調整好懸垂終點控制器確保絕緣線芯不擦管是保障該產品的關鍵。

(4)護套配方設計是防結鹽的關鍵。護套配方(以重量百分數)如下:

氯化聚乙烯40;滑石粉7.5;納米高嶺土20;白炭羆(沉淀)2.5;炭黑 2.5;氯化石蠟52#9;TAIC 1.2;氧化鎂4;石蠟 0.6;穩定劑 1.2;三氧化二銻2;DCP 1.5～2;熔性聚四氟乙烯2～3。

(5)加強過程監控，穩定產品質量，必要的檢測是保證產品質量的手段，也是提高產品市場競爭能力的一大優勢。

4 結束語

由于我公司工程技術人員對用戶要求作了充分實地了解和現場試驗，無論從結構設計、原材料的選用、配方的設計到工藝控制，我們都充分考慮到12/20 kV鹽湖電纜的使用特性，并在生產中加強工序的嚴格控制。因此研制的高壓鹽湖用軟電纜具有柔軟、耐油、抗結鹽、阻燃等特性，同時具有優良的機械性能。

該電纜經用戶使用約一年時間后反映良好，抗結鹽性能與國外同類產品相媲美，電纜使用壽命達到設計要求，產品各項性能滿足使用要求，適合于制鹽湖海地區作為傳輸電能的主干線路。我公司開發研制的高壓橡膠絕緣鹽湖用軟電纜執行的是企業內控標準，建議行業協會制定相關的行業標準或國家標準，以統一國內高壓屏蔽橡套軟電纜的研制、生產、應用。

［1］GB/T 17755—1999 額定電壓6 kV、10 kV及15 kV擠包絕緣單芯和三芯船用電纜［S］.

［2］MT 818—1999 煤礦用阻燃電纜［S］.

［3］尹 燕，陳守娥.6 kV礦用移動屏蔽監視型橡套軟電纜的研制［J］.電線電纜，2006(3):17-19.