矿物绝缘电缆的生产与应用

Manufacturing and Application of Mineral Insulated Cable

冯成，王国权，吴士杰，谭言秦，冯强FENG Cheng, WANG Guo-quan, WU Shi-jie, TAN Yan-qin, FENG Qiang(江苏亨通线缆科技有限公司)(Jiangsu Hengtong Wire & Cable Technology Co., Ltd.)

矿物绝缘电缆的生产与应用

Manufacturing and Application of Mineral Insulated Cable

冯成，王国权，吴士杰，谭言秦，冯强
FENG Cheng, WANG Guo-quan, WU Shi-jie, TAN Yan-qin, FENG Qiang
(江苏亨通线缆科技有限公司)
(Jiangsu Hengtong Wire & Cable Technology Co., Ltd.)

由于矿物绝缘电缆有着普通电缆无法可比的质量和性能，它的应用范围越来越广泛。论文主要从矿物绝缘电缆的结构设计、材料选用、工艺控制几个方面详细介绍了矿物绝缘电缆生产过程中的工艺难点，并进行了重点分析。

1　引言

氧化镁矿物绝缘电缆最安全，使用年限长，历史最悠久，在国外已经有上百年的使用历史；这种电缆散热性最好，铜护套可做地线；安全、载流量大。但缺点是长度受限制，但可以通过技术和工艺改进来提高长度。另外，由于该产品技术门槛较高，很多想进入该领域的企业受阻后开发了其他防火电缆。其中皱纹铜管柔性矿物绝缘电缆，皱纹铜管很硬，弯曲半径更大，且易产生焊缝和开裂，何谈柔性。除氧化镁矿物绝缘电缆，其他3种电缆都使用云母带作为绝缘，云母带非常脆、易掉落和开裂，而且也很容易吸潮。从安全性和使用寿命、总体运行成本，氧化镁矿物绝缘电缆最具优势。但由于中国特殊的市场环境，使得其他三种电缆也抢占了一定市场份额。

本文主要就氧化镁矿物绝缘电缆的产品结构及工艺特点作阐述，以期推动国内矿物绝缘电缆生产工艺技术的不断进步。

2　结构与材料

2.1产品结构

矿物绝缘电缆是用退火铜作为导体、密实氧化镁作为绝缘、退火铜管作为护套的一种电缆。结构如图1所示。

图1　矿物绝缘电缆结构示意图

2.2材料选用

原材料主要有铜线芯、自封闭性氧化镁粉、硅油、铜带等。

1）铜线芯应是符合GB/T 3953的第1种普通退火铜材料且具有近似圆形截面，主要技术参数参见表1。

2）氧化镁有高度耐火绝缘性能。经1000℃以上高温灼烧可转变为晶体，升至1500℃以上则成死烧氧化镁或烧结氧化镁。 耐热，常温不导电，导热性比较差，其主要化学成分见表2，密度为2.3g/cm3。

表1　铜线芯主要技术参数

3）硅油具有优良的耐热、耐氧化、耐低温性，工作温度可达-50℃～180℃；还具有优异的电气特性，耐击穿电压高、耐电弧、耐电晕、介电损耗小；同时，抗剪切性强，具有一般矿物油20倍以上的压缩性，是理想的液体弹簧。主要技术参数参见表3。

4）电缆金属护套材料应为普通退火铜或铜合金，硬度控制在70～90HV范围内，同时应符合GB/T 2059 铜及铜合金带材的要求。

图2　铜带纵包焊接法生产线工艺流程图

3　产品工艺

矿物绝缘电缆的生产工艺目前有3种。第一种是我们最早用的也是最常用的瓷柱装配法，现在大部分生产矿物绝缘电缆的厂家都在使用这种生产工艺。该工艺就是用烧结成形的氧化镁瓷柱手工装配在铜管和铜杆之间，并经过一系列的拉拔退火最终成为成品。该生产工艺最大的缺点是生产劳动强度大，生产效率低。第二种我们称之为氧化镁粉灌装法。这种生产工艺形象来说就像漏斗一样在垂直的铜杆和铜管之间灌注氧化镁粉。该法能让导体和护套的同心度更佳，但是这种生产设备在国内很少。第三种是世界最先进的铜带纵包焊接法，其原理就是铜带和铜杆可以无限地焊接，并且让铜带纵包焊接成型包裹住铜杆，在铜杆和焊接后的铜带之间灌注氧化镁粉，此工艺可以边生产边出成品，生产周期缩短了很多。以上是矿物绝缘电缆的3种生产工艺，也可以说是矿物绝缘电缆的3个时代，从手工操作到智能作业。

铜带纵包焊接法的工艺流程参见图2。

主要生产过程为：首先将铜带通过放线装置、储线器到铜带清洗烘干机进行喷射清洗(15%～20%的H2O2和12%～16%的H2SO4的水溶液)和烘干(烘干温度设置在35～45℃之间)，经过成型轮连续纵包成型后形成圆柱体，铜带边相互对齐及紧贴，采用氩弧焊接方法进行焊接(采用电极棒)。焊接机头同护套轴心之间的倾斜角度为110°，以便对铜带边进行预热。在电极棒外套管内部的焊接部位上不断地供给保护气体(氩气)，压力控制在0.7MPa，同时要求氩气在焊接前10s送气，在焊接结束20s后停止送气。焊接电流从启动电流55A逐步向280A缓慢提升，同时铜带的线速度从0到3m/min缓慢加速，整个加速过程需要控制在20s。焊接电流与焊接速度间的变化关系参见表4。

表4　焊接电流与焊接速度

焊接的电压需控制在12.5V，电压的大小主要通过微调电击棒与焊缝之间的距离达到此目标值，正常电极棒向内微调一点；如果焊接电压偏小，可以微调电击棒向外偏一点，直至调节至12.5V的焊接电压为止。

接着是镁粉灌装环节，按工艺要求选择合适的不锈钢定芯管(长度约为3 940 mm)，将其从氧化镁粉料斗入口处装入铜护套内，固定于氧化镁粉料斗支架上，用橡胶套与料斗以及定芯导杆上进料口相连接，用管卡将上下口密封。定芯管主要是为了保证铜线芯与铜护套以及铜线芯与铜线芯之间的绝缘厚度均匀。同时，为了保证氧化镁粉灌装的密实程度，需要通过振动锤对铜管以20～80次/min的频率进行敲击，并且通过增加小锤的敲击频率还可以增加芯线与芯线之间的绝缘厚度。

硅油通过1根直径0.5mm的硅油导管注入到定心管内的氧化镁粉中，注射速度保持在10～25mL/min。硅油含量必须控制在80%以内，否则电缆在退火时容易产生护套开裂现象。

为了保证导电线芯在铜护套不偏心，线芯通过张力模垂直进入定芯管内。张力模(线芯定径模)放入模套中，并将之放置在线芯导向轮与氧化镁粉料斗支架上，要求张力模的模孔与线芯的导向杆管口成一直线(定径模定径区直径比铜线芯坯料直径小0.1～0.5 mm左右，主要起定径、校直和产生垂直张力作用)。

半制品经过轧机连续轧制和中间感应退火，即可获得所需的成品电缆直径。护套管的移动速度和退火炉功率由控制装置预先设定好。

表5　500V铜护套尺寸

表6　500V电缆铜护套厚度

表7　500V电缆铜护套电阻

表8　压扁系数

4　产品主要技术参数

500V矿物绝缘电缆主要性能参数参见表5～7。

压扁试验，试样在铁砧间压扁，直到压扁部分试样的最小尺寸等于试样铜护套初始外径与压扁系数的乘积，压扁系数参见表8。

阻燃性能，按照GB/T 18380.1进行试验，碳化或受损部分的上端与夹头顶端的距离大于50mm。

耐火性能，按照GB/T 19216.21进行耐火实验，燃烧时间为180min。

弯曲半径符合GB/T 13033.1—2007中表6的规定。

5　结语

由于矿物绝缘电缆在各方面的性能都非常优越，现被广泛应用于电力行业。在人们的意识中矿物绝缘电缆的价格十分昂贵，生产周期长，氧化镁瓷柱存在易吸潮等问题，但这些问题都已经随着工艺的改进一点点消除了。本文介绍了铜带纵包焊接法矿物绝缘电缆的结构、 材料、 工艺控制以及主要技术指标等，希望能对业界矿物绝缘电缆的发展做一份贡献。

[1] 强冠军,车群转. 浅谈矿物绝缘电缆的特性及施工注意事项[J].陕西建筑, 2009(12):51-52.

[2] 唐崇健.矿物绝缘电缆的特性及相关电气规范的采用[J].电线电缆, 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.

矿物绝缘电缆；氩弧焊接；工艺

mineral insulated cable; argon arc welding; workmanship