中壓交聯(lián)電纜內屏凹陷問題淺析

宋彩華，林愛華

（1.江蘇宏圖高科技股份有限公司光電線纜分公司，江蘇 無錫 214091；2.江蘇長峰電纜有限公司，江蘇 宜興 214251）

0 引言

35kV及以下交聯(lián)電纜，一般采用導體外直接擠包導體屏蔽，該結構的凹陷情況相對來說比較輕；導體屏蔽采用先繞包半導電帶再擠包半導電料的結構，此結構企業(yè)很少采用，除了成本因素外，主要是難生產，極易出現(xiàn)導體屏蔽凹陷成“梅花狀”的情況，尤其是400mm2及以上大截面電纜[1]。那么針對這一難題是否有解決辦法呢，作者針對該情況進行了相關研究和分析。

1 凹陷現(xiàn)象及采樣來源

本公司在生產型號規(guī)格為YJLY-12/20kV1*400的電纜時，三層共擠工序絕緣線芯出頭子后，斷面切片取樣，進行投影檢查時發(fā)現(xiàn)，線芯內屏與絕緣接觸面不光滑，呈“梅花狀”，具體見圖1，再次約100米后取樣，并沒有好轉。

圖1 采用半導電帶的絕緣線芯切片

絕緣線芯生產工藝為：導體外徑23.5mm，半導電帶厚度0.3mm，內屏厚度0.8mm，絕緣厚度5.5mm，外屏厚0.8mm，導體外依次為繞包半導電帶、內屏、絕緣、外屏。采用的擠塑模模芯直徑為25.0mm。

2 缺陷危害性

根據(jù)標準GB/T 12706.2-2020標準規(guī)定，導體屏蔽由擠包半導電料或在導體上先包半導電帶再擠包半導電料組成，而導體屏蔽的質量是否良好，要看內屏與絕緣之間的界面是否光滑，分割明顯，不應出現(xiàn)相互嵌入的如凹陷或凸起的缺陷（如圖1）。一旦出現(xiàn)了該缺陷，導體的屏蔽可能會失去其作用，因為屏蔽本身就是為了使導體表面場強分布均勻[2]。該凹陷的出現(xiàn)，將可能使場強集中從而損害絕緣，減少電纜的使用壽命。

3 可能存在的影響因素

內屏凹陷到絕緣屏蔽內，是什么原因引起的呢？為了解決該問題，公司組成了技術攻關小組，進行了原因分析和調查。經(jīng)初步分析可能與下述因素有關：

與半導電帶有關；

絞合導體表面松散有縫隙；

設備因素；

操作人員及技術水平；

擠塑機的擠塑壓力過大；

4 影響因素的驗證和確認

針對上述可能存在的因素，進行了逐項分析，驗證與判斷問題的根源；

4.1 半導電帶

找出此前生產的留樣記錄，未采用半導電帶結構的產品取樣見圖2，經(jīng)對比可見，沒有采用半導電帶結構工藝的產品，并未見內屏凹陷至絕緣的明顯情況，這說明該缺陷的出現(xiàn)與半導電帶是有關的。

圖2 無半導電帶的絕緣線芯切片

為了進一步的驗證該結論，將同一導體，邊剝離半導電帶邊擠包三層共擠，出頭子約50米，取樣對比發(fā)現(xiàn)，依然存在有凹陷，凹陷情況明顯變輕。

通過以上兩種情況分析，導體是否采用了繞包半導電帶的結構工藝，并不是決定凹陷情況出現(xiàn)的決定性因素，但卻是相關因素[3]。

4.2 導體絞合工藝

采用一段表面光滑平整幾乎無縫隙的70mm2型線導體進行試制，絕緣線芯的擠塑工藝參數(shù)不變，經(jīng)擠制后，取樣投影后發(fā)現(xiàn)，該凹陷情況消失，見圖3。

圖3 型線導體擠制的絕緣線芯切片

而大截面400mm2的鋁絞合導體，由于絞線的單絲直徑相對較粗，盡管采用了緊壓工藝，最外層的縫隙依然很明顯，同時還發(fā)現(xiàn)，該線表面?zhèn)€別單絲還存在有松散的情況。由此可見，絞線導體表面的縫隙存在，是引起內屏凹陷的原因，絞線導體表面的凹陷的情況及松散，是致使內屏凹陷出現(xiàn)的重要因素[4]。

4.3 設備因素

為了確認是否與設備有關，將原導體和擠塑工藝均不變的情況下，采用另一臺擠塑機進行生產，擠塑出約50米多次取樣觀測，凹陷情況沒有好轉，這驗證了，內屏凹陷的情況與生產設備無關。

4.4 操作人員及技術水平

為了驗證是否與操作工技術水平有關，試制期間，也聘請到同行其他2個廠家的三層共擠技師，各開機生產了一段，分別取樣測試，凹陷依然沒有好轉。通過驗證，這種情況的出現(xiàn)，也排除了操作工技術水平的因素[5]。

4.5 擠塑機模具

為了驗證是否是擠塑機頭壓力過大，從擠塑模具上著手。采用的擠壓模具，模芯孔徑是25.0mm，而該模具是生產12/20kV截面400mm2規(guī)格絕緣線芯無繞包半導電帶的一套擠塑模，而現(xiàn)在的工藝是采用了半導電繞包帶，帶子厚0.3mm，導體外徑23.5mm，相當于擠塑前直徑增大到了24.4mm，而模芯孔徑未變，模芯與線芯的間隙只有0.3mm（兩邊間隙共0.6mm）。因此擠塑壓力非常大，壓著內屏和半導電帶嵌入導體縫隙內，縫隙處對應絕緣相應的向內陷，整體看起來內屏與絕緣界面出現(xiàn)凸凹不平的情況。為了緩解壓力，則需增加模具模芯孔徑，增大模芯與導體外徑之間的縫隙從而減小擠出壓力[6]。

為了驗證該想法，重新定制了一套模具，并增加了內模的角度，模芯孔徑增大到25.6mm，采用新制模具再次經(jīng)試制，凹陷情況明顯變輕，見圖4。這說明采用的適當?shù)臄D塑模具能緩解擠塑壓力，擠塑模具也是凹陷情況的因素之一。

圖4 還有輕微凹陷的切片圖

5 影響因素的分析及解決辦法

5.1 半導電帶的影響

半導電帶為何會導致凹陷呢？又如何解決呢？經(jīng)咨詢和請教有關材料廠家和同行的技術人員，給出的建議是，更換半導電帶材質，分析可能是由于該材質的強度較低。將半導電帶材質取樣測試，發(fā)現(xiàn)本次采用的半導電帶只有40N/15mm，由于強度低，可能在高溫下產生變形、變軟的情況，在擠塑較大壓力下出現(xiàn)了嵌入到導體的縫隙內的情況。

經(jīng)材料廠家推薦，采用了強度高的半導電尼龍帶，該材質強度不低于120/cm。為進一步驗證，還采用原400mm2的導體，繞包了半導電尼龍帶之后，按最初的工藝生產，經(jīng)取樣對比發(fā)現(xiàn)，凹陷情況明顯變輕。這說明半導電帶的材質強度低，也是原因之一，因此，為了減緩凹陷情況，可采用較高強度的半導電帶。

5.2 絞合導體表面松散與缺陷的關系

經(jīng)調查發(fā)現(xiàn)，本批次的400mm2的鋁導體采用的鋁桿是A6桿，而A6桿的強度偏高，相對較硬，加上單絲較粗，絞合后表面不服帖，致使產生了松散、縫隙大的不良情況。要改善鋁導體表面的狀況，可采取以下措施：

a.采用強度小的A4或A2鋁桿，單絲強度低，伸長和柔軟性較好，即使較粗的單絲，絞合后最外層相對較為平整；

b.絞合工序的絞線機設備采用自帶預成型裝置，該裝置也可以減小導體的內應力，從而減緩導體成型后由于應力而松散的程度；

c.絞線工序導體在出牽引上盤之前這段不受力，易松，尤其是大截面的導體，若不固定，就會出現(xiàn)松散現(xiàn)象，導體的端頭一旦松散，則會順延至整段導體松散。因此，大截面的鋁導體端頭，出牽引后應采用抱箍等加以固定以保證該段導體在上盤之前不會出現(xiàn)導體松股的情況；

d.采用合適的絞線模具，既保證產品的性能，又能保證表面平整緊密；

e.可采用型線導體設計工藝，型線導體設計工藝由于其特殊異形單絲組成，該設計可以保證表面光滑平整且縫隙小。

5.3 選擇合適的擠塑模具

機頭壓力過大，這和擠塑模具相關。正常情況下，機頭壓力有點大，無非就會壓著內屏嵌入到導體表面，絕緣與內屏間不至于會引起凸凹不平的情況，但是，當導體繞包了半導電帶之后，又沒有適當?shù)臏p小機頭壓力，這樣擠出的內屏料是一定的，隨著半導電帶在高溫下軟化、變形，部分內屏料就會進入到凹陷處，自然而然的絕緣料也進入到內屏凹陷處，進而就出現(xiàn)了導體內屏蔽層凹陷嚴重的情況。

減小機頭壓力，可通過采用合適的擠塑模具緩解，主要通過增大導體與襯模之間的間隙，加大襯模的角度等辦法解決。

6 結束語

綜上所述，絞線導體表面松散、縫隙大、及采用的半導電帶強度低、擠塑模具不合適等綜合因素，是致使繞包了半導電帶的中壓交聯(lián)電纜導體屏蔽凹陷的情況的原因，本文也提供了可行的解決措施。因為三層共擠工序費時費力，試制浪費較大，本人通過實際生產研發(fā)，加以分析和驗證后，撰寫了此文，以供同行業(yè)參考。