中壓交聯電纜導體屏蔽內嵌問題的探討

張宗軍

(特變電工山東魯能泰山電纜有限公司，山東新泰271219)

0 引言

根據 GB/T 12706—2008規定，U0為 1.8～35 kV中壓交聯電纜的絕緣內外應有導體屏蔽和絕緣屏蔽。導體屏蔽主要作用是均勻導體表面電場，防止導體與絕緣層之間產生間隙而引起局部放電;絕緣屏蔽的主要作用是均勻絕緣外表面電場，保護絕緣不受損傷。隨著交聯電纜生產設備和工藝技術水平的提高，中壓交聯電纜絕緣線芯的生產目前大都采用了三層共擠方式，即內外半導電屏蔽層和絕緣層三層一次擠出。這大大提高了絕緣線芯的圓整度及絕緣層和半導電層界面的光滑度、緊密度，從而提高了電纜的耐壓水平和使用壽命。

GB/T 12706—2008規定，導體截面500 mm2及以上規格的中壓電纜，其導體屏蔽應由半導電帶和擠包半導電層組成，即在導體外緊貼地繞包一層半導電帶，它的作用一是扎緊導體，二是避免導體屏蔽在擠出壓力下嵌入導體內層間隙中。500 mm2以下的電纜不要求繞包半導電包帶，盡管采用了三層共擠的設備及生產技術，但生產過程中仍然存在導體屏蔽內嵌問題，造成絕緣層向導體屏蔽層的突起，致使導體屏蔽層與絕緣層界面局部電場強度集中，降低了電纜運行壽命。現就這一困擾電纜生產企業多年的共性問題進行簡要分析并探討解決方法。

1 導體屏蔽內嵌現象

利用三層共擠機頭進行導體屏蔽層擠出時，部分屏蔽料擠進了導體縫隙內的現象就是導體屏蔽內嵌，見圖1。內嵌之處絕緣料會在擠出壓力下進入到導體屏蔽層內形成突起，嚴重時會造成導體屏蔽層的斷開，導體與絕緣材料直接接觸，造成局部電場強度集中，降低了電纜絕緣的耐壓水平，影響電纜的使用壽命。

圖1 導體屏蔽內嵌

2 造成導體屏蔽內嵌的原因

國內各大電纜公司的生產工藝控制水平參差不齊，造成導體屏蔽內嵌的原因也不盡相同。現僅將我公司近幾年生產中出現這一問題的原因分析如下:

2.1 導體結構

導體結構的選取不合理，單線直徑公差的控制不當。在導體絞合生產時，各層的生產工藝參數如絞合節距、緊壓系數等控制不合理，絞制模具的材料、尺寸不合理，最終使導體絞制后結構松散、不緊密。這是造成導體屏蔽內嵌的主要原因。

2.2 設備因素

(1)導體絞制設備。導體絞制一般采用框絞機，框絞機的牽引輪是有一定偏轉角度的，若在安裝時調整的偏角方向跟導體最外層的絞合方向相反，導體收線時在牽引輪上會逐漸松股，這也會導致導體屏蔽內嵌。

(2)懸鏈線設備。中壓交聯電纜絕緣線芯的生產大都在懸鏈生產線上完成，懸鏈線中儲線器對導體的影響與框絞機的牽引輪相似，儲線器的旋轉偏角方向應跟導體最外層絞向一致。

2.3 生產過程控制

(1)導體牽引。在牽引導體時，若導體不在機頭中心線上，導體穿過模具后就會偏向一邊，擠出的導體屏蔽料在導體圓周面上的壓力分布不均勻，在擠出壓力較大的一邊往往會形成導體屏蔽內嵌現象。

(2)氮氣壓力的選取。氮氣壓力應在一定范圍內，氮氣壓力選取不合理也會造成導體屏蔽內嵌。

(3)模具的裝配。一般絕緣線芯的生產都采用擠壓式模具，因為可獲得較好的絕緣同心度和圓整度。機頭內熔融狀態下材料產生的擠出壓力與導體外徑、模芯與模套內徑以及模芯與模套間隙、相對位置關系等因素密切相關。

(4)導體屏蔽料的選取。在相同的擠出壓力下，熔融指數較高的材料因粘度較低更易流動，更容易嵌入導體縫隙內。

3 解決方法

根據對導體屏蔽內嵌原因的分析，導體結構的緊密度、設備的因素、導體屏蔽材料流動性、機頭內壓力、交聯管內氮氣壓力、模具裝配等都會造成導體屏蔽內嵌。現分別從導體生產控制、設備的調整、導體屏蔽料的選取、模具設計改進及生產過程控制幾個方面進行分析解決。

3.1 導體生產

單線采用連續退火高速拉絲機一次拉制成形，拉絲模具采用聚晶模具。緊壓導體結構為正規絞合，采用硬質合金模具緊壓拉拔，最后一道緊壓模具使用聚晶模具或金剛石涂層模具。使用這類模具拉拔的緊壓導體結構緊密，不僅光潔度較高而且圓整性好，不圓整度可達0.01 mm。

單線抗拉強度控制在160 MPa以下，伸長率控制在32% ～35%，絞合時控制張力均勻一致。在最外層單線能排下的情況下，可適當減小內層絞合節距，最外層節徑比控制在13.5倍以下并增大緊壓系數，內層緊壓系數取0.89，最外層緊壓系數取0.90，緊壓后不會造成散股、斷股及跳股現象，也不會造成外層整體松股情況。導體絞合生產線速度不宜過快，一般控制在12～15m/min。以300 mm2銅導體的生產為例，各層節距及外徑公差控制參數見表1。

表1 緊壓絞合導體工藝參數表

3.2 設備的調整

框絞機的牽引輪的偏轉角度方向必須跟導體最外層的絞合方向一致。若不一致，導體收線時在牽引輪上會逐漸松股，導致導體屏蔽內嵌。同樣，生產絕緣線芯的懸鏈生產線中儲線器的旋轉偏角方向也必須跟導體最外層絞向一致。另外，為了防止導體的輕微松股，在懸鏈生產線上增加搓線器，搓線器工作時會順著導體外層絞合方向旋轉，避免導體松股。

3.3 導體屏蔽料的選取

導體屏蔽材料的流動性也是引起導體屏蔽內嵌的一個因素。一般中壓交聯電纜的導體屏蔽材料的熔融指數在1.8～2.2 g/10 min，熔融指數較大的導體屏蔽材料的流動性較好、韌性差，產生內嵌的幾率較大。可通過流變儀來對材料進行測定，進口的導體屏蔽材料比國產的熔融指數小，產生導體屏蔽內嵌的幾率較小，但價格比國產的要高，各公司可根據產品的不同要求來選擇適合的導體屏蔽材料。

3.4 三層共擠工序模具設計

懸鏈式生產線有國產設備也有進口設備。國產的35 kV懸鏈生產線在生產工藝上已比較成熟，三層共擠工序用模具包括Ⅰ芯、Ⅱ芯、中模及模套，一般設備廠家給配備內徑為85、50一大一小兩件中模，對于直徑小于等于45 mm的絕緣線芯使用50的中模，大于45 mm的使用85的中模。為減少導體屏蔽內嵌現象，在模具設計上從減小導體屏蔽擠出壓力角度出發，進行了改進設計，如圖2所示(中模未畫出)。

圖2 三層共擠模具裝配圖

增大Ⅰ芯、Ⅱ芯外承徑區δ值，但是δ值也不宜過大，否則會因擠出壓力過小導致絕緣線芯不緊密不圓整現象，一般取2～3 mm。模套、Ⅱ芯、Ⅰ芯的內承徑區 L1、L2、L3分別取 8～10 mm、4～5 mm、15～20 mm。各角度的設計遵循α＞β、θ＞γ，若Ⅰ芯與Ⅱ芯間隙較小，可對Ⅱ芯的內錐角進行一個θ1的二次過度角，另外還要對Ⅰ芯與Ⅱ芯、Ⅱ芯與模套的間距Δ1、Δ2進行控制，盡量減小這兩個值，避免增大擠出壓力，一般Ⅰ芯與模套在軸向上有一個調整余量，調整Ⅰ芯與模套前后位置就可以調整間距Δ1、Δ2值的大小，一般Δ1取20～25 mm，Δ2取15～20 mm，可以根據各公司設備的具體情況進行適當調整，通過對三層共擠模具的合理設計，大大減少導體屏蔽內嵌現象，如圖3所示。

圖3 導體屏蔽內嵌改善后圖片

3.5 絕緣線芯生產過程控制

導體牽引時要平穩，導體過上牽引后應保證導體軸線在機頭的中心線上。可采取在機頭入口處加設一并線模具，模具內徑與Ⅰ芯內徑一致或大0.1 mm，這樣可以保證導體平穩進入機頭且不偏心，導體屏蔽料能均勻擠制在導體表面，避免了擠出壓力的不均勻引起的導體屏蔽內嵌現象。

35 kV懸鏈線生產時氮氣壓力一般在0.8～1.0 MPa，在保證絕緣線芯交聯度很好的情況下，可將氮氣壓力調小至0.8～0.9 MPa，可減小因氮氣壓力過大加重導體屏蔽內嵌情況。

絕緣線芯生產時，收線牽引前采用搓線器，搓線器的旋轉方向與導體外層絞合方向一致，這樣可對輕微松股的導體進行校正。

4 結束語

除上述方法外，提高操作者技術素質和操作技能也是一個重要因素。企業可根據自己設備情況采取針對措施解決中壓交聯電纜導體屏蔽內嵌問題。