礦物絕緣電纜的生產與應用

Manufacturing and Application of Mineral Insulated Cable

馮成，王國權，吳士杰，譚言秦，馮強FENG Cheng, WANG Guo-quan, WU Shi-jie, TAN Yan-qin, FENG Qiang(江蘇亨通線纜科技有限公司)(Jiangsu Hengtong Wire & Cable Technology Co., Ltd.)

礦物絕緣電纜的生產與應用

Manufacturing and Application of Mineral Insulated Cable

馮成，王國權，吳士杰，譚言秦，馮強
FENG Cheng, WANG Guo-quan, WU Shi-jie, TAN Yan-qin, FENG Qiang
(江蘇亨通線纜科技有限公司)
(Jiangsu Hengtong Wire & Cable Technology Co., Ltd.)

由于礦物絕緣電纜有著普通電纜無法可比的質量和性能，它的應用范圍越來越廣泛。論文主要從礦物絕緣電纜的結構設計、材料選用、工藝控制幾個方面詳細介紹了礦物絕緣電纜生產過程中的工藝難點，并進行了重點分析。

1　引言

氧化鎂礦物絕緣電纜最安全，使用年限長，歷史最悠久，在國外已經有上百年的使用歷史；這種電纜散熱性最好，銅護套可做地線；安全、載流量大。但缺點是長度受限制，但可以通過技術和工藝改進來提高長度。另外，由于該產品技術門檻較高，很多想進入該領域的企業受阻后開發了其他防火電纜。其中皺紋銅管柔性礦物絕緣電纜，皺紋銅管很硬，彎曲半徑更大，且易產生焊縫和開裂，何談柔性。除氧化鎂礦物絕緣電纜，其他3種電纜都使用云母帶作為絕緣，云母帶非常脆、易掉落和開裂，而且也很容易吸潮。從安全性和使用壽命、總體運行成本，氧化鎂礦物絕緣電纜最具優勢。但由于中國特殊的市場環境，使得其他三種電纜也搶占了一定市場份額。

本文主要就氧化鎂礦物絕緣電纜的產品結構及工藝特點作闡述，以期推動國內礦物絕緣電纜生產工藝技術的不斷進步。

2　結構與材料

2.1產品結構

礦物絕緣電纜是用退火銅作為導體、密實氧化鎂作為絕緣、退火銅管作為護套的一種電纜。結構如圖1所示。

圖1　礦物絕緣電纜結構示意圖

2.2材料選用

原材料主要有銅線芯、自封閉性氧化鎂粉、硅油、銅帶等。

1）銅線芯應是符合GB/T 3953的第1種普通退火銅材料且具有近似圓形截面，主要技術參數參見表1。

2）氧化鎂有高度耐火絕緣性能。經1000℃以上高溫灼燒可轉變為晶體，升至1500℃以上則成死燒氧化鎂或燒結氧化鎂。 耐熱，常溫不導電，導熱性比較差，其主要化學成分見表2，密度為2.3g/cm3。

表1　銅線芯主要技術參數

3）硅油具有優良的耐熱、耐氧化、耐低溫性，工作溫度可達-50℃～180℃；還具有優異的電氣特性，耐擊穿電壓高、耐電弧、耐電暈、介電損耗小；同時，抗剪切性強，具有一般礦物油20倍以上的壓縮性，是理想的液體彈簧。主要技術參數參見表3。

4）電纜金屬護套材料應為普通退火銅或銅合金，硬度控制在70～90HV范圍內，同時應符合GB/T 2059 銅及銅合金帶材的要求。

圖2　銅帶縱包焊接法生產線工藝流程圖

3　產品工藝

礦物絕緣電纜的生產工藝目前有3種。第一種是我們最早用的也是最常用的瓷柱裝配法，現在大部分生產礦物絕緣電纜的廠家都在使用這種生產工藝。該工藝就是用燒結成形的氧化鎂瓷柱手工裝配在銅管和銅桿之間，并經過一系列的拉拔退火最終成為成品。該生產工藝最大的缺點是生產勞動強度大，生產效率低。第二種我們稱之為氧化鎂粉灌裝法。這種生產工藝形象來說就像漏斗一樣在垂直的銅桿和銅管之間灌注氧化鎂粉。該法能讓導體和護套的同心度更佳，但是這種生產設備在國內很少。第三種是世界最先進的銅帶縱包焊接法，其原理就是銅帶和銅桿可以無限地焊接，并且讓銅帶縱包焊接成型包裹住銅桿，在銅桿和焊接后的銅帶之間灌注氧化鎂粉，此工藝可以邊生產邊出成品，生產周期縮短了很多。以上是礦物絕緣電纜的3種生產工藝，也可以說是礦物絕緣電纜的3個時代，從手工操作到智能作業。

銅帶縱包焊接法的工藝流程參見圖2。

主要生產過程為：首先將銅帶通過放線裝置、儲線器到銅帶清洗烘干機進行噴射清洗(15%～20%的H2O2和12%～16%的H2SO4的水溶液)和烘干(烘干溫度設置在35～45℃之間)，經過成型輪連續縱包成型后形成圓柱體，銅帶邊相互對齊及緊貼，采用氬弧焊接方法進行焊接(采用電極棒)。焊接機頭同護套軸心之間的傾斜角度為110°，以便對銅帶邊進行預熱。在電極棒外套管內部的焊接部位上不斷地供給保護氣體(氬氣)，壓力控制在0.7MPa，同時要求氬氣在焊接前10s送氣，在焊接結束20s后停止送氣。焊接電流從啟動電流55A逐步向280A緩慢提升，同時銅帶的線速度從0到3m/min緩慢加速，整個加速過程需要控制在20s。焊接電流與焊接速度間的變化關系參見表4。

表4　焊接電流與焊接速度

焊接的電壓需控制在12.5V，電壓的大小主要通過微調電擊棒與焊縫之間的距離達到此目標值，正常電極棒向內微調一點；如果焊接電壓偏小，可以微調電擊棒向外偏一點，直至調節至12.5V的焊接電壓為止。

接著是鎂粉灌裝環節，按工藝要求選擇合適的不銹鋼定芯管(長度約為3 940 mm)，將其從氧化鎂粉料斗入口處裝入銅護套內，固定于氧化鎂粉料斗支架上，用橡膠套與料斗以及定芯導桿上進料口相連接，用管卡將上下口密封。定芯管主要是為了保證銅線芯與銅護套以及銅線芯與銅線芯之間的絕緣厚度均勻。同時，為了保證氧化鎂粉灌裝的密實程度，需要通過振動錘對銅管以20～80次/min的頻率進行敲擊，并且通過增加小錘的敲擊頻率還可以增加芯線與芯線之間的絕緣厚度。

硅油通過1根直徑0.5mm的硅油導管注入到定心管內的氧化鎂粉中，注射速度保持在10～25mL/min。硅油含量必須控制在80%以內，否則電纜在退火時容易產生護套開裂現象。

為了保證導電線芯在銅護套不偏心，線芯通過張力模垂直進入定芯管內。張力模(線芯定徑模)放入模套中，并將之放置在線芯導向輪與氧化鎂粉料斗支架上，要求張力模的模孔與線芯的導向桿管口成一直線(定徑模定徑區直徑比銅線芯坯料直徑小0.1～0.5 mm左右，主要起定徑、校直和產生垂直張力作用)。

半制品經過軋機連續軋制和中間感應退火，即可獲得所需的成品電纜直徑。護套管的移動速度和退火爐功率由控制裝置預先設定好。

表5　500V銅護套尺寸

表6　500V電纜銅護套厚度

表7　500V電纜銅護套電阻

表8　壓扁系數

4　產品主要技術參數

500V礦物絕緣電纜主要性能參數參見表5～7。

壓扁試驗，試樣在鐵砧間壓扁，直到壓扁部分試樣的最小尺寸等于試樣銅護套初始外徑與壓扁系數的乘積，壓扁系數參見表8。

阻燃性能，按照GB/T 18380.1進行試驗，碳化或受損部分的上端與夾頭頂端的距離大于50mm。

耐火性能，按照GB/T 19216.21進行耐火實驗，燃燒時間為180min。

彎曲半徑符合GB/T 13033.1—2007中表6的規定。

5　結語

由于礦物絕緣電纜在各方面的性能都非常優越，現被廣泛應用于電力行業。在人們的意識中礦物絕緣電纜的價格十分昂貴，生產周期長，氧化鎂瓷柱存在易吸潮等問題，但這些問題都已經隨著工藝的改進一點點消除了。本文介紹了銅帶縱包焊接法礦物絕緣電纜的結構、 材料、 工藝控制以及主要技術指標等，希望能對業界礦物絕緣電纜的發展做一份貢獻。

[1] 強冠軍,車群轉. 淺談礦物絕緣電纜的特性及施工注意事項[J].陜西建筑, 2009(12):51-52.

[2] 唐崇健.礦物絕緣電纜的特性及相關電氣規范的采用[J].電線電纜, 2004(6):10-13.

The quality and performance of MI cable beyond the common cable, it’s widely used in electric-power industry. In this paper, the way to design and manufacture MI cable is introduced and analyzing the technology difficulties in the process of manufacture.

礦物絕緣電纜；氬弧焊接；工藝

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