高壓電纜絕緣線去氣工藝探討

閆孝敏

摘 要 高壓電纜市場競爭激烈，提高高壓纜生產效率被越來越多電纜制造商重視，絕緣線芯去除副產物的方法（去氣）對生產周期有非常重要的意義。每個廠家使用材料不同以及加工工藝不同，如何尋找各家適合自己的去氣方法，是保質保量交貨的關鍵，而且可以節約各項投資成本。

關鍵詞 交聯聚乙烯絕緣;去氣;熱失重;熱收縮

從試驗前期準備、試驗過程、滴定等三大方面對進行闡述。首先對本文所述術語作澄清，盡管“去氣”工序主要是針對交聯過程中產生的甲烷氣體，但是這并不是“去氣”的唯一功效，因為交聯反應過程中會產生多種副產物，主要為枯基醇、苯乙酮、α-甲基苯乙烯、甲烷等氣體、固體狀和蠟狀副產物，這些副產物在去氣過程中會發生再分布現象，固體狀及蠟狀副產物含量也會相對降低，同時去氣過程還有一個常被忽略的關鍵點，即電纜的內應力也會在去氣過程中得到消除，所以去氣不僅僅是去除氣體，而是所有交聯副產物的減少及再分布過程。

1過氧化物交聯

乙烯氣體通過聚合產生線性長鏈聚合物而形成聚乙烯，當聚乙烯遇到高溫時，線性分子鏈之間的結合力減弱，聚乙烯的耐溫性能差。交聯聚乙烯在分子間架橋，分子不發生位移。因此，經過交聯改性的聚乙烯不僅顯著提高了材料的力學性能、耐環境應力開裂性能、耐酸堿腐蝕性能、抗蠕變性能及電性能，而且明顯提高了材料的耐溫等級（從70℃提高到90℃及以上）。

化學交聯劑（DCP）與聚乙烯反應，在熱作用下DCP形成游離基，使聚合物的碳鏈上生成活性點，并產生碳—碳交聯，形成網狀結構。但同時也會生成甲烷、水、甲基苯乙烯、枯基醇和苯乙酮等副產物。

副產物被包含在絕緣層之內，若無高壓力束縛，這些副產物會在熔融的絕緣內形成氣泡，進而導致局部放電和電壓擊穿。所以交聯反應需要在高溫高壓條件下進行，且壓力需要一直保持到絕緣充分冷卻為止。

副產物沒有形成氣泡不代表其不存在，隨著時間的推移，副產物的分布將會發生變化。副產物的擴散從交聯管內加熱即已經開始，先是從外層向外擴散然后慢慢過渡到由內層向外擴散，但是離開CV管之后擴散基本停止，所以DCP交聯后的電纜其內部都包含部分副產物。

2去氣過程與討論

2.1 方案假定（樣品段）

（1）質量損失測定方案。檢測樣品的質量損失是判定去氣完成情況最直接最簡單的途徑，以110kV/630mm2電纜為例，取線芯15段去除導體，兩端用刨片機削切平整，將樣品處理干凈，分別在60℃、65℃、70℃、75℃、80℃的烘箱中各放置3段，樣品放在有滑石粉的托盤中，保證其能夠自由伸縮，每24h取出放置干燥箱中冷卻8h，然后用分析天平稱重并計算熱老化質量損失，同時測量樣品的外徑和長度，形成表格。依據每個溫度下，樣品熱老化質量損失的平均值（g），熱老化質量損失（%）繪制曲線圖。可以找到副產物去除損失的最大值與平緩值，也可以輔助查找去氣結束最佳溫度點及時間點。

（2）熱收縮量測試方案。去氣溫度與時間不能單純依據質量損失，同時也是絕緣內應力消失過程，在測量熱老化質量損失同時需建立每段樣品縱向與橫向熱收縮量跟蹤表，表格參照上表二。溫度越高副產物揮發越快，但同時熱收縮量也會越大，大型高壓電纜自重較重，在高溫狀態下，絕緣會產生熱膨脹及受熱軟化，進而導致絕緣線芯變形（壓痕）。線芯變形直接導致例行試驗過程發生故障，或者例行試驗時缺陷被掩蓋，那么去氣的效果也就前功盡棄了。所以去氣溫度并不是一味追求高溫快速去氣，去氣溫度要隨著電纜重量增大而降低。

（3）壓痕深度測試方案。因此需要追加試驗，在60℃、65℃、70℃、75℃、80℃老化箱中分別放置5（實際根數取決于疊合層數）根2m長絕緣芯線（保留導體），縱向堆積（縱向堆積層數與電纜盤實際電纜疊合層數一致），每24h測定自重產生的壓痕并進行測量記錄，測試方法可以參照GB/T 2951.31-2008 8.1.7。依據熱失重恒定的溫度與時間點，結合橫向熱收縮、縱向熱收縮、熱壓痕量值綜合選定去氣工藝。

2.2 盤裝電纜去氣工藝探討

整盤電纜與小段試驗段樣品的去氣實際又有很大不同，所以在既定溫度下去氣時，需追加進行如下測試：a.在接近預判時間前24小時開始，每隔24h開門進行電纜各層甲烷含量測定，并記錄。b.在接近預判時間前24小時開始，每隔24h開門取電纜外端頭、內端頭絕緣樣品各10g做液相色譜分析（HPLC），判定非氣態副產品的含量，作為去氣工序結束的輔助測試手段。c.測定甲烷氣體含量的同時，測試各層面電纜實際溫度，探究電纜內外層溫度與去氣房實際溫度關系。結合以上測試手段綜合分析判定去氣工序結束時間。

3結束語

電纜制造過程中，去氣工序即能提高產品的電氣性能，又能消除材料內應力。去氣溫度過高電纜收縮嚴重，電纜壓痕嚴重，去氣溫度過低生產效率降低絕緣老化嚴重。通過熱失重法、液相色譜分析（HPLC）、CH4氣體含量檢測等測試手段，依照制定的合理試驗方案，可以簡單有效的判定各種副產物含量，從而作為制造商內部特定去氣工藝的理論依據，

4問題展望

首先高壓電纜因結構尺寸較大，電纜在去氣房中內層外層溫度不能很好地達到一致，可以考慮通過導體加熱方式來輔助電纜整體達到所設定的去氣溫度。其次在去氣房超過70℃時絕緣層長期放置勢必會有一定程度的老化，考慮去氣房中填充惰性氣體阻止氧化反應進行，也可以促進甲烷等氣體流通。第三為有效防止絕緣芯線在去氣過程中產生的壓痕，可以將電纜盤及電纜層間包裹EVA泡沫板，減輕壓痕。第四，針對去氣工序已經產生壓痕的絕緣芯線，可否采用高溫熱風槍短時直吹壓痕處來恢復凹陷的表面。最后，電纜盤具作為實心板體，會阻礙交聯副產物的揮發，考慮使用帶孔洞的電纜盤具作為絕緣工序收線盤送入去氣房去氣。不斷思考、不斷驗證，才能夠保持進步。

參考文獻

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