中高交联聚乙烯电力电缆生产中去气工序的分析

2013-06-27王志胜杨凯军谢伟斌浙江万马高分子材料有限公司浙江临安311300

化工管理 2013年10期

王志胜杨凯军谢伟斌 (浙江万马高分子材料有限公司,浙江临安 311300)

一、引言

地下安装电力传输电缆被认为是一种在低损耗不影响城市美化的情况下，提供可靠电力的好方法。随着城市公用工程对此的认可日益增加，安装了越来越多的中、高压电力电缆。在目前的市场环境下大部分电力电缆厂家已不再备库存，这就存在了电缆生产到交付使用的周期太短，交联副产物排放不充分的问题，从而影响到电缆的正常使用.所以安全的使用电缆和合理的电缆制造过程要求完全理解去气问题及其可能的解决方法.本篇文章专注于这一过程范围内的关键因素分析，从基本化学，测量试验及当前所使用的解决方法来讨论去气工序的必要。

二、交联聚乙烯的交联反应

聚乙烯是一种长链聚合物，通过乙烯气体的聚合作用产出。因为其具有良好的电气性能、机械性能、加工性能、耐化学性以及低温挠性较好所以被广泛用于电缆绝缘。但一个重要问题是其工作温度被限制到了70℃，随着交联聚乙烯（XLPE）出现这个问题得到了解决，它能承受的额定最高导体温度90℃及250℃的额定短路温度。

聚乙烯在交联（硫化）过程期间，长链的分子之间变成链接结构，并以此形成一种机械性能较强的材料，图1展示了过氧化物交联的要点。

从图上可以看出每个被分解的过氧化物分子，无论其是否提供交在键都会产生副产品分子，这此副产品都将包含在结构中。在交联过程中如不使用高压（常用高压氮气）进行抑制，副产品会在熔融的绝缘中形成气泡，因此会导致电缆的局部放电和击穿等故障。表1给出了这些主副产品的典型特性：

XLPE副产品的性能和浓度成分甲烷苯乙酮异丙苯醇LDPE试剂等级沸点（℃）－162202215－220－熔点（℃）－19－2028－3280－105介电常数－1782.380℃时电导率（Ω-1cm-1）－5*10-91*10-10＜1*10-16 XLPE电缆总副产品比例（重量%）0.080.61.298.1总副产品比例（体积%）0.0840.440.8498.6

三、交联电缆的去气

电缆生产时在连续硫化（CCV或VCV）管道中，外部施加的氮气压力（一般10bar左右）确保了当电缆绝缘正在交联时，副产品不会形成气孔。压力一直保持恒定，直到绝缘充分冷却下来，同时副产会并存在固态绝缘中。当交联过程完成后，副产品相对恒定，随着时间推移因为那些附产品会从电缆中扩散出去，先是电缆的最外层，之后是内层，副产品的含量会逐渐减少。这一过程开始于硫化管道的加热区，但大部分则在硫化管道外部发生。图2展示了电缆绝缘去气前副产品的分配情况：

从图中可以明显发现几个特点：

a.去气工序之前，一定数量的副产品会从电缆内外表面损失进入硫化管道的气体或水中；

b.电缆内外表面副产品损失率不同一般外表面相对损失更大些；

c.副产品残留的数量等级和电缆绝缘的厚度有直接的关系，绝缘越厚的残余越大。

这些副产品在一定程度上会影响电缆以及与之相连接的电缆附件的性能。一般情况有以下几点：

a.机械性能方面考虑

如果电缆中的副产品没释放完全，电缆在使用过程中这些气体便得以释放。气体会沿着电缆移动到附件（电缆终端），一旦进入该区域，它在底部就会产生一个压力。因为其易燃性会造成健康和安全问题。目前多数电缆的附件为橡胶组件，由于密封情况比较好所以常会出现附件鼓包的现象。

b.电性能方面影响

由于交联副产物的存在，甚至在电缆局放试验时都有可能检测到放电。中压电缆在自然放气3-5天后试验数据合格。

四、去气过程

为确保电缆拥有适宜的介电性能，绝缘的空隙不含气体杂质，电缆的制造商必需保证在生产过程中有充足的去气时间。这就是说电缆在成品检测时，也必需保证电缆真实性能，即电缆基本已完成副产物的释放。中、高压电缆厚度的增加以及副产品（表格2）的高沸点意味着自然去气通过高温可以使气体的释放速度加强。这一过程应该在铜带屏蔽前进行，因为铜带屏蔽的存在会大大降低去气的效率。

高压电缆大部分都在宽敞并加热的去气室完成。由于交联副产物的可燃性所以要做好去气室的通风工作，防止气体的聚积带来安全隐患。去气的温度实验证明在60-70℃时最佳，图3展示了去气时间和温度及绝缘厚度的关系。在电缆去气时执行必须非常谨慎，以避免在高温度情况下电缆线芯受到损伤、变形等。