交聯(lián)電纜絕緣厚度的合理控制

華偉清

(無(wú)錫電纜廠有限公司，江蘇 無(wú)錫214028)

0 引言

中壓交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜絕緣層的厚度，是保障電纜絕緣經(jīng)受正常運(yùn)行電壓和各種可能過(guò)電壓作用能可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外中壓電纜產(chǎn)品市場(chǎng)準(zhǔn)入主要以IEC標(biāo)準(zhǔn)作為準(zhǔn)則，例如根據(jù)IEC 60502.2—2005修改的 GB/T 12706.2—2008與前版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12706.2—2002關(guān)于交聯(lián)電纜厚度的要求是不同的。

2002年版中17.5.2條對(duì)絕緣的要求是，每一段絕緣線芯的絕緣厚度測(cè)量值的平均值應(yīng)不小于規(guī)定的標(biāo)稱(chēng)厚度，最小測(cè)量值應(yīng)不小于規(guī)定標(biāo)稱(chēng)厚度的90%再減0.1 mm;而2008年版中17.5.2條對(duì)絕緣的要求則是，每一段絕緣線芯，最小測(cè)量值應(yīng)不小于規(guī)定標(biāo)稱(chēng)厚度的90%再減0.1 mm。

新版標(biāo)準(zhǔn)中增加了絕緣偏心度的考核要求，取消了絕緣平均厚度的考核要求，僅僅考核絕緣最薄處厚度和絕緣偏心度，對(duì)中壓交聯(lián)電纜絕緣原材料消耗來(lái)說(shuō)是一場(chǎng)革命。

1 絕緣厚度控制調(diào)整的必要性

按新的國(guó)標(biāo)，只要絕緣厚度的最薄點(diǎn)和偏心度滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，則絕緣的結(jié)構(gòu)尺寸就為合格，而不再受平均厚度不小于標(biāo)稱(chēng)值的制約，即中壓交聯(lián)電纜的絕緣平均厚度可以小于標(biāo)稱(chēng)值。這對(duì)競(jìng)爭(zhēng)異常慘烈且質(zhì)量控制水平參差不齊的我國(guó)中壓交聯(lián)電纜市場(chǎng)，既是利好又是挑戰(zhàn)。只有設(shè)法通過(guò)改進(jìn)工藝、合理控制絕緣厚度，才能做到質(zhì)量成本最優(yōu)化。

2 影響絕緣厚度控制的因素

2.1 偏心度

偏心度的大小直接影響到絕緣厚度的控制，偏心度越小，材料消耗越好。圖1為絕緣偏心未控制好的示意圖，最薄厚度 4.03 mm，最大厚度4.96 mm，偏心度18.75%。

圖1 絕緣線芯偏心現(xiàn)象

絕緣后的電纜偏心度取決于整個(gè)交聯(lián)生產(chǎn)線上的各個(gè)工藝流程，即擠出、交聯(lián)和冷卻等。

在交聯(lián)生產(chǎn)線中為了保證絕緣偏心度指標(biāo)，可以從設(shè)備及操作上采取以下控制方法:

(1)模具應(yīng)確保不變形。確保模具的圓整是保證電纜圓整度的基本要求，因此對(duì)所用的模具應(yīng)加強(qiáng)保管、檢查和維護(hù)，防止受損模具流入生產(chǎn)工序。

(2)開(kāi)機(jī)前的準(zhǔn)備應(yīng)保質(zhì)保量。要選用合適的引線，引線的重量和外徑應(yīng)與所生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格電纜相適合或基本相同。這樣引線在硫化管內(nèi)時(shí)的懸掛曲線基本與正常生產(chǎn)電纜時(shí)一致，有利于開(kāi)機(jī)時(shí)調(diào)偏心。

(3)保持電纜絕緣偏心度的穩(wěn)定。首先設(shè)備的穩(wěn)定是影響偏心度的主要因素。三層共擠十字機(jī)頭的溫度變化很關(guān)鍵，若溫度波動(dòng)大，擠出的成熔融狀態(tài)的絕緣及屏蔽料就不能象正常狀況那樣包覆在導(dǎo)體上，而引起偏心度變化。當(dāng)需要拆卸機(jī)頭時(shí)，應(yīng)掌握機(jī)頭拆卸方法，減少對(duì)機(jī)頭部件的損傷，確保其結(jié)構(gòu)的完整性。另外導(dǎo)體不能彎折，采用鐵制周轉(zhuǎn)盤(pán)卷繞導(dǎo)體并整齊排列，也有利于電纜絕緣偏心度指標(biāo)的穩(wěn)定。

2.2 絕緣層的厚度收縮率

懸鏈?zhǔn)浇宦?lián)機(jī)組當(dāng)絕緣材料受熱塑化擠出時(shí)，在融熔狀態(tài)未交聯(lián)固化之前將受到重力作用而產(chǎn)生下垂，很容易導(dǎo)致平均厚度低于標(biāo)稱(chēng)厚度。交聯(lián)機(jī)組配備了測(cè)偏儀，能在正常生產(chǎn)的同時(shí)觀察到電纜導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層的熱態(tài)實(shí)際值，就可以更加準(zhǔn)確地控制絕緣層的厚度。但是，由于測(cè)偏儀測(cè)量出的是絕緣層的熱態(tài)實(shí)際值，在經(jīng)過(guò)交聯(lián)、冷卻后，絕緣層的厚度會(huì)有一定程度的收縮。

對(duì)不同的絕緣料生產(chǎn)時(shí)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行了收縮率的測(cè)量，測(cè)量辦法如下:當(dāng)正常生產(chǎn)到有兩盤(pán)導(dǎo)體要進(jìn)行焊接時(shí)，在焊接頭進(jìn)入機(jī)頭的同時(shí)，記錄下此時(shí)測(cè)偏儀上顯示的絕緣層的熱態(tài)平均厚度，而機(jī)頭到測(cè)偏儀測(cè)量點(diǎn)的距離為1 m。在收線處把電纜開(kāi)斷后，找到焊接點(diǎn)前1 m處，測(cè)量絕緣層的厚度，并計(jì)算出絕緣層的實(shí)際平均厚度值。然后，用如下計(jì)算式算出所用絕緣層厚度的收縮率:(熱態(tài)平均厚度－實(shí)際平均厚度)/實(shí)際平均厚度×100%。

測(cè)量出經(jīng)常用的絕緣料的收縮率后，在生產(chǎn)中需要控制的絕緣層熱態(tài)平均厚度可按下式確定:工藝規(guī)定的絕緣層標(biāo)稱(chēng)厚度×(1+所用絕緣層的收縮率)。

確定了各種絕緣料的收縮率后，在生產(chǎn)不同電壓等級(jí)的產(chǎn)品時(shí)，還需要對(duì)收縮率進(jìn)行調(diào)整。由于不同的電壓等級(jí)電纜生產(chǎn)時(shí)擠出的絕緣厚度相差比較大:如6/10 kV電壓等級(jí)的絕緣標(biāo)稱(chēng)厚度為3.4 mm，8.7/10 kV電壓等級(jí)的絕緣標(biāo)稱(chēng)厚度為4.5 mm，12/20 kV電壓等級(jí)的絕緣標(biāo)稱(chēng)厚度為5.5 mm，26/35kV電壓等級(jí)的絕緣標(biāo)稱(chēng)厚度為10.5 mm，因此其厚度收縮率也不相同。通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)在用同一種絕緣料生產(chǎn)不同電壓等級(jí)的電纜時(shí)，電壓等級(jí)越高、絕緣厚度越厚其收縮率也越大。例如:在用某一廠家的絕緣料生產(chǎn)6/10 kV電壓等級(jí)的電纜時(shí)其收縮率為6%，生產(chǎn)8.7/10 kV電壓等級(jí)的電纜時(shí)其收縮率為8%，生產(chǎn)12/20 kV電壓等級(jí)的電纜時(shí)其收縮率為9%，生產(chǎn)26/35 kV電壓等級(jí)的電纜時(shí)其收縮率為12%。

因此，徑向收縮率數(shù)值的正確與否對(duì)絕緣層厚度的控制有非常大的影響，為了保證絕緣線芯下墜后的最薄點(diǎn)厚度，往往在生產(chǎn)時(shí)將絕緣控制厚度適當(dāng)加厚。

3 合理控制交聯(lián)電纜絕緣厚度的成效

在工藝、材料和裝備等環(huán)節(jié)得到充分保證的前提下，當(dāng)偏心度得到有效控制，并充分考慮到絕緣材料熔融加工的固有特性后，合理控制中壓交聯(lián)電纜絕緣厚度，既能保證最小厚度符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，又能降低材料的耗用。

以YJV22 8.7/15 kV 3×300為例，當(dāng)按GB/T 12706.2—2002要求生產(chǎn)時(shí)，絕緣厚度的最薄點(diǎn)測(cè)量值應(yīng)不小于規(guī)定標(biāo)稱(chēng)厚度的90% －0.1 mm，同時(shí)平均厚度不小于標(biāo)稱(chēng)值。為了滿(mǎn)足這一要求，工藝至少需要按照標(biāo)稱(chēng)厚度4.50 mm并適當(dāng)增加厚度控制才能規(guī)避最薄厚度不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 絕緣線芯的檢測(cè)結(jié)果 (單位:mm)

仍以 YJV22 8.7/15 kV 3×300為例，當(dāng)按GB/T 12706.2—2008要求生產(chǎn)時(shí)，只要絕緣厚度的最薄點(diǎn)和偏心度滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，則絕緣的結(jié)構(gòu)尺寸就視為合格，而不再受平均厚度不小于標(biāo)稱(chēng)值的制約，即絕緣厚度控制就可以小于標(biāo)稱(chēng)值。工藝控制的厚度只要按照4.40 mm，就能保證最薄厚度達(dá)標(biāo)，相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

同樣的YJV22 8.7/15 kV 3×300，當(dāng)絕緣線芯按不同控制要求執(zhí)行時(shí)，其結(jié)構(gòu)凈重及外徑對(duì)比見(jiàn)表3。

表2 絕緣線芯的檢測(cè)結(jié)果 (單位:mm)

通過(guò)同一規(guī)格不同厚度的控制對(duì)比來(lái)看，不僅產(chǎn)品質(zhì)量同樣得到保證，光XLPE絕緣料和PVC護(hù)套料就節(jié)約了1 700余元，由于外徑減小，還將相應(yīng)節(jié)約銅帶、填充、無(wú)紡布、鍍鋅鋼帶等原材料，從而降低了制造、運(yùn)輸和敷設(shè)等成本。

表3 結(jié)構(gòu)凈重及外徑對(duì)比表

4 結(jié)束語(yǔ)

按照GB/T 12706—2008標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，合理控制絕緣厚度，可以降低生產(chǎn)成本，不僅理論上可行，實(shí)踐也證明是切實(shí)可行的。

［1］GB/T 12706.2—2008 額定電壓6 kV(Um=7.2 kV)到30kV(Um=36 kV)擠包絕緣電力電纜［S］.

［2］GB/T 12706.3—2008 額定電壓35 kV(Um=40.5 kV)擠包絕緣電力電纜［S］.