12/20 kV 高压屏蔽乙丙橡胶绝缘盐湖用软电缆研制

匡松文，唐世国

(衡阳恒飞电缆有限责任公司，湖南衡阳421008)

0 引言

盐是一种非常重要的化工原料，也是人们生活的必需品之一，我国拥有许多内陆湖，其中相当一部分内陆湖的含盐量很高，例如新疆盐湖、内蒙古阿拉善、青海湖、山西运城、西藏纳木错等内陆盐湖，加上我国的海岸线极长，例如渤海湾的山东以及江苏、福建、广东、广西和海南等广大沿海省市地区从事制盐或盐化工的大型企业甚多，但他们都存在同一个问题:作为传输电能的供电电缆，由于采用浮筒支撑方式，敷设在湖面或海水上方的电缆表面很容易结盐，并且会越结越厚，不但相应增加了电缆的自重(正因为如此，50mm2及以上规格所用电缆都是单芯的，50mm2以下采用多芯)，容易腐蚀电缆，而且影响电缆散热，最终只能降低电缆导体的载流量和电缆的使用寿命。此类电缆为移动软电缆，其电压等级为12/20 kV，以前大多从欧美发达国家进口，价格非常昂贵，为此我公司多次派技术人员深入新疆盐湖进行实地考察和试验，研制了12/20 kV乙丙橡胶绝缘盐湖用软电缆，以满足用户的要求。本文主要介绍了该产品的结构设计、材料选择和制造工艺供有关人员的参考。

1 产品结构设计及工艺流程

1.1 产品的结构

本文以3芯高压橡套软电缆为例进行介绍，其产品结构如图1所示。图1所示的电缆结构设计，不仅可以起到均匀电场的作用，而且有很好的屏蔽效果，保证电缆的安全性，并经一年多使用后反映良好，可满足使用的要求。

图1 12/20 kV盐湖用软电缆结构

1.2 产品的工艺流程

按照用户的技术要求及产品的使用环境，制定了如图2所示的产品制造的工艺流程，其中三层共挤的挤橡绝缘和挤制外护套为关键工序。

图2 12/20 kV盐湖用软电缆工艺流程

1.3 产品的结构设计及技术要点

(1)导体。导体采用软镀锡铜线，表面应光洁，无油污、无尖端凸起或其它损坏绝缘的缺陷。由于该电缆应用于频繁移动场合，要求电缆柔软性和耐弯曲性能优良，所以导体采用第6种导体结构复绞而成。由于电缆绝缘采用三层共挤方式，为了防止导体屏蔽层进入导体缝隙，因此先在导体外绕包一层半导电带，然后挤包半导电层，两者共同起到均匀电场的作用。通常导体屏蔽绕包带要求重叠25%～30%。

(2)导体屏蔽。在实际生产中尽管对导体做了以上严格要求，但完全没有缺陷的导体是不存在的，为防止因导体表面不光滑、不圆整而引起的尖端放电现象，在导体的半导电绕包层外再上挤包一层半导电屏蔽层。

(3)绝缘层。目前，国内橡套电缆额定电压等级最高为8.7/10 kV，而高压金属屏蔽橡套软电缆的额定电压则为12/20 kV，这就对电缆的绝缘层提出了更高的要求，即要求橡胶绝缘料中杂质含量尽量少。常用的绝缘材料主要有天然/丁苯橡胶和乙丙橡胶绝缘。乙丙橡胶绝缘主要用于高电压等级的电缆绝缘，因此，参照IEC 60502—1997确定了乙丙绝缘厚度和电缆20℃时的绝缘电阻，以保证成品电缆经受交流50 Hz、42 kV电压试验5 min电缆不击穿。

(4)绝缘屏蔽层。绝缘屏蔽层采用乙烯醋酸乙烯(EVA)+炭黑组成的半导电层。其用于高压电缆导体表面和绝缘表面组成的屏蔽层均起着均匀电场、吸附游离杂质和对外界电场的屏蔽作用。设计过程中，考虑以上因素后，电缆的绝缘屏蔽层设计为挤包半导电屏蔽与编织金属/纤维相结合的组合屏蔽结构，而金属编织屏蔽还可以兼作地线。挤包半导电绝缘屏蔽层可以和动力线芯绝缘一次挤出，以保证屏蔽层的连续性，提高工作效率，同时减少对绝缘层的污染。

(5)地线。高压电缆采用金属/纤维编织结构，按照标准对地线截面的要求来选择编织铜丝的直径，并采用镀锡软铜丝，编织密度在90%以上。如果编织铜丝截面达不到25mm2，还需增加辅助线芯。

(6)内护套。材料应采用符合GB 7594要求的XH-02A型的护套料。

(7)辅助线芯。辅助线芯有时作监视线芯用。12/20 kV盐湖用软电缆增加了监视线芯，其作用是与电缆的接地线芯一起构成监视回路，以实现对接地系统完整性的连续监视，当发生系统短路故障时同时起到泄流的作用。在辅助线芯内、外层分别绕包一层半导电阻水带，以提高电缆径向阻水效果(见图1)。

(8)外护套。根据电缆使用环境和条件，护套可以采用阻燃氯化聚乙烯护套橡皮或其它符合要求的材料，氧指数应在38以上。另外，还要求护套配方中添加一定量的特殊物质如熔性聚四氟乙烯，以便确保电缆表面光洁，防止电缆护套表面结盐。

1.4 材料的选择

(1)绝缘层。高压电缆对绝缘材料的性能提出了更高的要求，尤其是电气性能。为满足高压电缆的要求，同时考虑到今后阻燃电缆的研制方向为低烟低卤或无烟无卤型，即主绝缘材料选择不含卤素的混合物，如乙丙橡胶、天然/丁苯橡胶、硅橡胶等，这样电缆在燃烧时就可以不释放有毒、有害气体及烟雾。众所周知，乙丙橡胶的电气性能和耐高温性能均较好，能满足高压电缆的使用要求。相对而言，硅橡胶的工艺性能不如乙丙橡胶成熟，而且由于分子间引力较小，且为非晶体结构，因此力学性能要比普通橡胶差，价格也较昂贵。通过比较，选择了工艺成熟、电性能优良的乙丙橡胶作为绝缘材料以减少相间或对地漏电流。我们选择进口荷兰DSM公司生产的K378料;配方中的填料选用进口超细高温煅烧陶土。

(2)屏蔽层。高压屏蔽橡套软电缆的绝缘线芯必须有导体屏蔽和绝缘屏蔽。导体屏蔽由挤包的半导电混合物，或在导体上先绕包半导电布带再挤包半导电混合物共同组成;绝缘屏蔽应由非金属半导电屏蔽层与金属编织屏蔽层组合而成。半导电层(含半导电胶带)体积电阻率应不超过500 Ω·m。

(3)外护套。外护层材料选用红色阻燃氯化聚乙烯(杜邦公司)，各种配合剂大多从国外进口的，尤其是在护套配方中添加一种材料，使护套表面光滑如镜，形成憎盐的效果。

2 产品的主要性能指标

我公司试制的12/20 kV电缆的型号规格为CXEYHR-12/20，3×35+3×16/3+3×4，生产样品的长度为1 400 m，电缆的外径为64.3～70.0mm。该电缆生产后经厂检测合格，达到用户的要求。性能指标和产品测试结果见表1。

表1 电缆成品试验结果

3 关键工序的工艺控制及质量保证

高压电缆在结构设计上和现有工艺要求上看似简单，但实际工艺制造过程并不容易，尤其是绝缘材料的混合和挤出等制造工艺中存在着困难，所以还须注重工艺过程的质量控制:

(1)导体绕包半导电带的同时，应再绕包一层聚丙烯PP包带，重叠率为15% ～20%。该带用于保护绕包半导电层免受污染和机械损伤，但绝缘三层共挤工序挤出前须剥掉。

(2)在混炼前，必须保持与混炼料有关的设备清洁，不得有任何杂物和异物，周围的工作场地应用水清洗干净。根据配方选购符合要求的原材料，在绝缘胶混合过程中，应严格按工艺规程操作，做好现场环境的清理和保持工作，保证绝缘混合胶的洁净，为动力线芯绝缘的挤制奠定良好的基础。混炼的原材料必须分批投放在密炼机中;填充剂需分次投放，这样有利于分散和进一步混合;混炼母料必须进行过滤;炼好的橡胶用清洁的新框装好且在24 h内不得有任何污染。

(3)开机前，应将螺杆、模芯、模套、机头等清理干净;在动力线芯的绝缘挤制过程中，也要注意现场环境，严格按工艺卡片和操作规程生产，以保证动力线芯及屏蔽层的挤出质量。半导电屏蔽层厚度控制在1.5mm±0.2mm，绝缘平均厚度不小于标称厚度6.0mm。绝缘偏心度控制在10%以内，调整好悬垂终点控制器确保绝缘线芯不擦管是保障该产品的关键。

(4)护套配方设计是防结盐的关键。护套配方(以重量百分数)如下:

氯化聚乙烯40;滑石粉7.5;纳米高岭土20;白炭罴(沉淀)2.5;炭黑 2.5;氯化石蜡52#9;TAIC 1.2;氧化镁4;石蜡 0.6;稳定剂 1.2;三氧化二锑2;DCP 1.5～2;熔性聚四氟乙烯2～3。

(5)加强过程监控，稳定产品质量，必要的检测是保证产品质量的手段，也是提高产品市场竞争能力的一大优势。

4 结束语

由于我公司工程技术人员对用户要求作了充分实地了解和现场试验，无论从结构设计、原材料的选用、配方的设计到工艺控制，我们都充分考虑到12/20 kV盐湖电缆的使用特性，并在生产中加强工序的严格控制。因此研制的高压盐湖用软电缆具有柔软、耐油、抗结盐、阻燃等特性，同时具有优良的机械性能。

该电缆经用户使用约一年时间后反映良好，抗结盐性能与国外同类产品相媲美，电缆使用寿命达到设计要求，产品各项性能满足使用要求，适合于制盐湖海地区作为传输电能的主干线路。我公司开发研制的高压橡胶绝缘盐湖用软电缆执行的是企业内控标准，建议行业协会制定相关的行业标准或国家标准，以统一国内高压屏蔽橡套软电缆的研制、生产、应用。

［1］GB/T 17755—1999 额定电压6 kV、10 kV及15 kV挤包绝缘单芯和三芯船用电缆［S］.

［2］MT 818—1999 煤矿用阻燃电缆［S］.

［3］尹 燕，陈守娥.6 kV矿用移动屏蔽监视型橡套软电缆的研制［J］.电线电缆，2006(3):17-19.