热缩型电力电缆附件的技术与应用

1、热缩型电力电缆附件的技术与应用一、电力电缆及附件的简述 发电、电力网输送电能所需要通过架空线路或电缆线路来实现。电力传送和 分配电能的电缆，称为电力电缆；电力电缆的种类很多，按绝缘材料分类有： 油纸绝缘：有统包型、屏蔽型的粘性浸渍纸绝缘与不滴流浸渍纸绝缘，有自由式 充油电缆、钢管充气电缆等；塑料电缆：有聚氯乙烯绝缘电缆、聚乙烯绝缘电 缆、交联聚乙烯绝缘电缆；橡胶绝缘：有天然橡胶绝缘电缆、乙丙橡胶绝缘型 电缆等。以下简单介绍油纸绝缘电缆与交联聚乙烯绝缘电缆的特点，油纸绝缘 电缆： 1.粘性浸渍纸绝缘电力电缆：该产品开发较早，制造质量比较稳定，具有 较长的制造和运行经验，工作寿命长；缺点是油易滴流，不宜作高落差敷设，允 许工作场强较低，不宜作高电压使用； 2.不滴流浸渍纸绝缘电力电缆：该电缆浸 渍剂在工作温度下不滴流，适宜高落差敷设，工作寿命较粘性浸渍电缆更长，有 较高的绝缘稳定性，但成本较粘性浸渍纸绝缘电缆高；现阶段油纸绝缘电缆的生 产及敷设很少了，一般只在旧线路的维修及维护了。交联聚乙烯电缆：有优越 的电气性能，介电强度高、绝缘强度大、介电常数及介质损耗角正切小，有高的 耐热性和耐老化

2、性能，允许工作温度高，载流量大，适宜于高落与垂直敷设，是 一种当前流行的电缆，目前路线的敷设大多采用该类型电缆，应用电压等级亦越 来越高。如下是油纸电缆及交联电缆结构示意图:635kV交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆结构示意图单芯交联聚乙烯绝缘电力电缆（YJV、YJLV、YJY、YJLY）三芯交联聚乙烯绝缘电力电缆（YJV、YJLV、YJY、YJLY）三芯交联聚乙烯绝缘电力电缆（YJV22、YJLV22、YJY23、YJLY23）戯（5iBk三屉其挤星乩pe世谏0-仲护穴三芯交联聚乙烯绝缘电力电缆（YJV32、YJLV32、YJY33、YJLY33）1号H/2府丼屏蚩 佝F VO/:需10外护啻i.导悻三厲帥（3 XLPE 脚遵9.钢曲裝电力电缆附件是指电缆线路中各种电缆和中间连接及终端的接续，它与电缆 一起构成输送电网络；电缆附件主要是依据电缆结构的特性，既满足及恢复电缆 的性能，又保证电缆长度的延长及终端的连接。按其用途一般分为终端连接及中 间接续，终端连接分为户内终端和户外终端，一般情况户外终端是指露天线缆接 头，户内终端是指电缆与电器的连接；中间接续分为直通式和过渡式两种，两根

3、绝缘结构类型相同的电缆相互连接称为直通式，两根绝缘结构类型不同的电缆相 互连接称为过渡式。电缆附件的种类繁多，一般常见的有如下几种，各种类型各 有特点及局限性，任一种技术均不能相互取代。绕包式：用制成的橡胶带材（自 粘性）现场绕包制作的电缆附件称为绕包式电缆附件，该附件易松脱、耐候性较 差、寿命短；浇灌式：用热固性树脂作为主要材料现场浇灌而成，所选的材料 为环氧树脂、聚氨脂、丙烯酸脂，该附件的致命缺点是固化时易产生气泡；模 塑式：主要用于电缆中间接续的制作，现场进行加模加温，与电缆融为一体，该 附件制作工艺复杂且时间长，亦不适用于终端接头；冷缩式：用硅橡胶、三元 乙丙橡胶、氯醇橡胶等弹性体在工厂加工预扩张并加入塑料支成条而成型，在现 场方式时，抽出支成条使弹 管体以橡胶固有的“弹性效应”收缩在电缆上而制 成电缆附件，称为“冷缩”，该附件最适用于不能用明火的场合施工，如矿山等； 热缩式：以橡塑合金制成具有“记忆效应”的不同组件制品，加热收缩在电缆 上而制成的附件，该附件具有重量轻、施工简单方便、运作可靠等特点；预制 式：以硅橡胶注射硫化不同组件一次成型，仅保留界面接触在现场施工插入电缆

4、制成的附件，从而将施工工艺环境等不可测因素降低到最低强度，缺点是每种产 品只适用以一种规格,且安装困难；预制式附件在电缆的三叉口及屏蔽口以下的 安装材料仍采用热缩或冷缩材料，是预制式和热缩式/冷缩式的组合。本文主要 介绍热缩型电缆附件。二、热缩材料发展简史1948 年 Dole 在美国芝加哥 Argonne 国家实验室将 PE 试样臵于作为反应堆 减速剂的重水中而第一个发现了 PE 交联现象；随后,以 Lawton 及其研究小组用 电子加速器产生的高能电子束辐照PE试样而进一步发展了 PE交联技术，而最成 功的应用是在1957年美国Raychem公司用该技术将XLPE制成了热缩套管，经不 懈的研究开拓应用于电力、通信、输送工程、冶金矿产工程、天然气和石油生产、 交通工业、电子部门、航空及国防工业部门，成为了世界上最大的热缩材料生产 商，年销售量为数十亿美元，日本住友及韩国公司也发展成为了有一定规模的热 缩材料生产商。在国内，中科院长春应化所于“六五”攻关项目中，首先研制并 少量生产的第一代热收缩材料用于中国上天的第一颗人造卫星上； 1983 年由国 家科委下达由长春应化所、吉林辐化所、

5、武汉高压所组成小组完成热缩型电缆附 件研制的攻关任务，填补了国内空白； 1986/87年，长春热缩、深圳长园相继成 功地把该科研成果转化为工业民用产品，至今已把热缩材料应用于电力、电子、 通信、航运、化工、绝缘防护等领域，已成为国内热缩产品销量超亿元的生产商。三、热收缩原理热收缩材料又称为高分子形状记忆材料，主要是利用结晶或半结晶的线性高 分子结构经高能射线照射或化学交联后成为三维网状结构而具有“记忆效应”的 新型高分子功能材料；交联高分子在高弹态间具有弹性，施加外力可以拉伸或扩 张，同时骤冷使 维持该状态，材料虽经扩张形变但具有记忆效应，将温度升高 到熔点以上，形变马上消除，立即恢复到原来的形状，利用该原理可以制造出扩 张倍率大，产品质量容易控制的产品。随着用途的不同，对热缩材料的性能要求 也各不相同，用单一高分子材料已很难满足应用时的实际要求，这就必须对热收 缩材料的配方进行研究，以高分子合金并配以各种功能填料及助剂等制造成功能 材料，以满足实际使用的要求。四、科学的制备热缩型电缆附件的生产工艺流程如下：从以上流程分析，关键工艺在化学配方、辐射交联、扩张成型。一、化学配方 主要由基

6、材合金及助剂组成，主要的原材料有聚乙烯、乙烯醋酸乙脂、丙 烯醋酸乙酸脂、硅橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、抗氧剂、防老剂、稳定剂、 润滑剂、增塑剂、乙炔炭黑、颜色等组成，以上原材料从著名国内、外公司（如 杜邦）购买，货源充足、质量稳定。因电缆附件主要是恢复电缆主体构成的性能 的连接及终端接续，故附件材料有导电、应力控制、绝缘、耐油、耐电碳痕性能 等要求，同时还要考虑到在配电领域里，用模制零件和管材来密封电缆接续和终 端，密封材料在户外使用时，还必须考虑环境对材料的影响，必须防止水分在热 缩管件与电缆表面之间的渗透，因此，在研制热缩材料用于具体的端接和接续时， 必须充分考虑下列三种不同类型的环境：A.不受气候影响；B.受气候影响；C. 地下连接。a）不受气候影响：热缩材料用于室内电力电缆的端接和连接，由于气候的 影响可以忽略不计，因此这些应用比较简单，设计时只需考虑绝缘、阻燃问题而 不需考虑其它因素的影响，因为经辐射交联的高聚物合金的综合优越性能是足以 令人放心使用的。b）户外应用：热缩材料用于户外电缆端接，涉及十分复杂的环境问题应该 综合考虑设计配方。1）气候对聚合物的影响：经过长期的户

7、外暴露后，它是否 会产生下列一种或多种不利影响：聚合物因氧化和污染物在表面聚集而使分子发生变化而变性，从而使物理性 质和电气性能大幅度下降；各种助剂的添加是否会渗出或分相； 各种填充剂的添加是否会影响基材的性能； 实际上，研究环境的影响时将主要包括下列有关因素及它们对高聚物的影 响。气候：日光、雨和气候条件。 侵蚀：自然性的沙、尘、盐等工业性的灰、废气。 热效应：由于外界温度变化及导线内温差循环。 机械效应：由不同材料的热胀冷缩以及外部因素的风、雪、冰层等引起，显 然，这些条件因地而异，差别很大，所以配方设计基于特定地区最恶劣的气候环 境，下列因素最有可能使聚合物的性质发生显著变化：日光中的紫外线、大气中 的氯、水分、雨、露、冰等；日光中的紫外线和大气中的氧可以使聚合物逐渐分 解，水分能溶解表面水膜中污染物，从而降低聚合物的电气性能，水分还能将一 些助剂溶解，从而引起脆化或抗氧能力降低等；气体污染：常见的气体污染为臭氧、硫化物氮氧化物，它们主要是工厂、烟 囱和汽车直接排出的，大气中的许多污染物与紫外线同时存在，能使许多聚合物 发生强烈的催化分解；固体污染：盐类含造成聚合物表面漏电以至产

8、生电碳痕、电蚀，某些强酸碱 性及有机溶剂的污染物会造成化学侵蚀。热机械效应：电缆终端分流经常处于高温与低温突变的环境中，在这种环境 中移动的应力和应变会使材料表面为紫外线分解的微小缝时开时闭，从而使此处 的材料比别处加快损坏；电缆在正常运行中一直处于较高的温度，故需要材料具 有较高的耐温等级来适应。所有这些环境因素都会使户外材料经受严峻考验，为了解决热缩材料在复杂 环境中长期使用的问题，单一的聚合物已经不能适应使用中的综合要求了，在化 学配方研制时，聚合物合金并配以一定的助剂及填料在高能射线的作用下制成的 热缩产品，很好地阻止紫外线、氯、水气对其性能的损害；具有一定的机械强度， 增强了密封性能及机械效应要求，抗酸碱及有机溶剂的侵蚀。公司研制的热缩材 料经 IEC216 老化试验海南试验场的暴晒试验所得到的数据均证明，该材料完全 适应户外恶劣环境，使用寿命可高达二十年以上，从 1987 年，产品应用在天河 体育中心至今已 22年还正常运行便是一个有力的证明。经过不懈的努力及科学的研制，热缩材料还具有以下性能：抗电碳痕：在污染的大气环境中，绝大部分有机聚合物均不适用于高电压， 在高压条件下

9、，水份或雾、冰雹、加上盐、尘粒、离子性污染等会造成绝缘表面 少量漏电，泄漏的电流可能会持续几秒钟，使温度上升，从而引起水份蒸发，最 早形成干燥带，火花和表面放电也在通过干带时温度升得非常高，从而使聚合物 分解，并形成一条导电碳质通道；碳质通道一旦形成，通常会象枝藤一样很快地 蔓延，最后由于累进的沿面电碳痕而使绝缘破坏，为了研制抗电碳痕材料，所选 择的材料必须同时满足以下要求：1.使用时不产生电碳痕；2.电蚀率低；3.有韧 性；4耐气性；5连续使用温度为-55C105C。憎水性及憎水性迁移：橡塑合金的基材分子链外面有一层非极性的有机基 团，对水的溶解度极小，与水不相亲，难以吸收水份，当它和水滴接触时，形成 各自分离的小水珠，只能凝聚而不会润湿表面，与此同时还具有憎水性的迁移性， 即大面积的尘埃或杂质堆落在热缩材料表面上，材料的憎水性约在 10 小时后迁 移到污秽表面上使污秽表面也具有憎水性。电应力控制：在电压终端采用电应力控制的主要目的是要控制处于屏蔽层或 隔离层末端处的电应力，如果不采用电应力控制，便会发生放电，这时终端的寿 命便取决于屏蔽层端部处的电应力及主要电介质的放电电阻，其寿命不超过一 年，因此，对中高压电缆屏蔽切断处均需采用应力控制设施。解决应力分布的方 法主要有二种，其一是在屏蔽切断处使用一个电应力锥，电应力锥主要是通过改 变屏蔽切断处的几何形状的方法来改善应力分布，另一种方法是使用高电压胶 带；长期以来，我国一直沿用包绕应力锥的方法来改善应力分布的问题，这种方 法的缺点是工艺要求高，施工复杂时，电缆接续质量的好坏与应力锥包绕的好坏 有直接的关系；公司研制了具有一定电导率及高电介常数的应力材料，解决了应 力分布的问题，电缆接续时只需在屏蔽地断处热缩一个应力管即达到了应力分散 的目的，这种通过材料参数来改变应力分布的方法称为参数选择法，这种应力控 制管能分散应力的关键是在制造时选用匹配介质常数的材料，应力控制主要通过 材料的本身性能解决，与其几何形状无关，因此安装时非常省时省力，体积比几何法小。常省

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