交聯電纜

交聯電纜

交聯電纜是交聯聚乙烯絕緣電纜的簡稱。交聯電纜適用於工頻交流電壓500KV及以下的輸配電線路中。目前高壓電纜絕大部分都採用了交聯聚乙烯絕緣。

概念

交聯電纜通常是指電纜的絕緣層採用交聯材料。最常用的材料為交聯聚乙烯(XLPE)。交聯工藝點擊此處添加圖片說明
過程是將線性分子結構的聚乙烯(PE)材料通過特定的加工方式,使其形成體型網狀分線結構的交聯聚乙烯。使得長期允許工作溫度由70℃提高到90℃(或更高),短路允許溫度由140℃提高到250℃(或更高),在保持其原有優良電氣性能的前提下,大大地提高了實際使用性能。

交聯工藝方式

目前電纜行業生產交聯電纜的工藝方式分為三類:第一類 過氧化物化學交聯,包括飽合蒸氣交聯、
惰性氣體交聯、熔鹽交聯、矽油交聯,國內均採用第二種即乾法化學交聯;第二類 矽烷化學交聯;第三類 輻照交聯。

惰性氣體交聯

採用加入過氧化合物交聯劑的聚乙烯絕緣材料,通過三層共擠完成導體禁止層――絕緣層―― 絕緣禁止層的擠出後,連續均勻地通過充滿高溫、高壓氮氣的密封交聯管完成交聯過程。傳熱媒體為氮氣(惰性氣體),交聯聚乙烯電氣性能優良、生產範圍可達500KV級。

矽烷化學交聯

採用加入矽烷交聯劑的聚乙烯絕緣材料,通過1+2的擠出方式完成異體禁止層――絕緣層――絕緣禁止層的擠出後,將已冷卻裝盤的絕緣線芯浸入85-95℃熱水中進行水解交聯,由於濕法交聯會影響絕緣層中的含水量。一般最高電壓等級僅達10KV。

輻照交聯

採用經過改性的聚乙烯絕緣料,通過1+2的擠出方式完成異體禁止層――絕緣層――絕緣禁止層的擠出後,將冷卻後的絕緣線芯,均勻通過高能電子加速器的輻照掃描視窗完成交聯過程。輻照交聯電纜料中不加入交聯劑,在交聯時是由高能電子加速器產生的高能電子束有效穿透絕緣層,通過能量轉換產生交聯反應的,因為電子帶有很高的能量,而且均勻地穿過絕緣層,所以形成的交聯鍵結合能量高,穩定性好。表現出的物理性能為,耐熱性能優於化學交聯電纜。但由於受加速器能量級的限制(一般不超過3.0Mev電子束有效穿透厚度為10mm以下,考慮幾何因數,生產電纜的電壓等級僅能達到10KV,優勢在6KV以下。

交聯過程介紹及作用

交聯絕緣電線電纜具有優異的電氣性能,良好的運行安全性能和熱過載機械特性,以及安裝運行維修簡便等優點。
電線電纜絕緣材料的交在線上理是採用物理或化學方法,使高分子絕緣材料由線性分子結構轉變成三維網狀結構,由熱塑性材料變成熱固性絕緣材料,從而提高了絕緣材料的耐老化性能,機械性能和耐環境的能力。美國從五十年代發明交聯絕緣電線電纜,六十年代逐步得到套用。近十年來,國內也越來越多地廣泛使用交聯絕緣,它代替了油紙絕緣,並正在逐步取代PVC塑膠絕緣。
交聯絕緣的品種很多,從交聯的機理上主要分成兩大類,即物理交聯和化學交聯。
1、化學交聯:化學交聯又分高溫交聯和低溫交聯兩種方法。
(1)高溫交聯又稱過氧化物交聯,一般採用有機過氧化物作為交聯劑,在熱的作用下,分解生成活性的游離基,這些游離基使聚合物碳鏈上產生活性點,並產生C-C交聯鍵,形成三維網狀結構。
高溫交聯包括蒸汽交聯和乾法交聯兩種工藝形式,國外交聯電纜在六十年代大多採用蒸汽交聯工藝,由於蒸汽交聯使絕緣中的水分含量增加,絕緣品質不好,目前已經完全被淘汰了;七十年代開始,國外普遍套用乾法交聯工藝,使用高壓硫化管道,快速加熱的方法進行交聯。
(2)低溫交聯又稱溫水交聯或矽烷交聯,電纜在70-90℃的溫水中交聯,絕緣中的交聯劑--矽烷在吸水後,線性結構反應生成網狀的交聯結構。
2、物理交聯:又稱輻照交聯,分為γ-射線交聯和電子束交聯兩種方法。
(1)γ-射線交聯由於劑量率低,照射過程中無法穿透線纜的芯線,所以,目前只是在熱縮材料的交聯中有套用,而電線電纜生產中一般不採用γ-射線交聯。
(2)電子束交聯,利用電子加速器配合束下輻照裝置,採用高能量電子束(一般能量在1.0-3.0MeV之間)對電線電纜的絕緣層進行照射,引發高分子材料產生自由基,形成C-C交聯鍵,生成三維網狀結構。

輻照交聯電纜特性

電纜絕緣材料的老化壽命主要取決於其熱老化壽命,它是在熱作下絕緣材料內所發生的熱氧氧化、熱裂解、熱氧化裂解,縮聚等化學反應的速度所決定的,因此絕緣材料的熱老化壽命直接影響著電纜的使用壽命,按照化學反應動力學推導及人工加速熱老化試驗測得的(20-30年)輻照交聯電纜長期允許工作溫度為:

電力電纜 YJV 0.6/1KV

若按額定工作溫度105度推導,其熱老化壽命超過60年。
若按額定工作溫度90度推導,其熱老化壽命超過100年。

架空絕緣電纜

架空絕緣電纜在露天空中敷設,絕緣材料的耐環境及耐輻射性更顯重要。輻照交聯絕緣材料要經 過輻照加工,其本身就具有很好的耐輻射能力,交聯生產過程中所施加的輻照劑量距其破壞劑量留有很大安全余度。聚乙烯輻射破壞劑量為1000KGY,而加工劑量約為200KGY,加之特殊配方改進,在相當寬的範圍內仍是受輻射交聯狀態,所以在較長的前期使用過程中受到輻射其性能會有所提高。

常用絕緣電纜性能對比

目前在電纜生產中,最常用的絕緣塑膠有聚乙烯和聚氯乙烯,其中聚乙烯材料具有更好的電氣性能及較好的交聯性,因此而發展了多種工業交聯生產工藝,化學交聯和輻照交聯。除下表性能以外,在生產和敷設過程中,目前所常用的交聯電纜的絕緣層都表現為硬度和強度較大(常溫下),特別是比聚氯乙烯絕緣剝離難度增大。由於輻交聯電纜的交聯性能最好、交聯度最高,相對而言剝離強度也最大。如果交聯電纜絕緣層的剝離比較容易(類似於聚氯乙烯),那必然是交聯度不夠或沒有交聯。通常情況下,溫水交聯工藝生產的交聯電纜,出現交聯度不夠的情況較多,原因是該類產品本來交聯度就相對較低,而且交聯工藝非連續、不能自動控制,受人為因素影響很大,容易發生欠交聯。

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