額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜的研制

摘要：采用半導(dǎo)電硅橡膠材料作為硅橡膠中壓電力電纜線芯的屏蔽層，合理設(shè)計(jì)中壓硅橡膠絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)及制定合適的加工工藝。
　　 1 引言
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜屬于特殊環(huán)境場(chǎng)所使用的電纜，要求部分使用的電纜具有耐高溫、耐酸堿以及耐老化等特殊性能，與之配套的各種產(chǎn)品與苛刻的環(huán)境溫度相適應(yīng)，這樣才能保證設(shè)備的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。在惡劣環(huán)境條件下，如在發(fā)電、化工、石油、冶金、鋼鐵等特殊領(lǐng)域，電纜使用期間，為確保在高溫、低溫或者環(huán)境更為苛刻的條件下電纜能夠正常穩(wěn)定的工作，對(duì)電纜導(dǎo)體及絕緣提出了更高的要求，我公司采用了一種新型的電纜結(jié)構(gòu)，保證電纜的運(yùn)行長(zhǎng)期安全穩(wěn)定。
　　 本產(chǎn)品通過開發(fā)的半導(dǎo)電硅橡膠材料作為硅橡膠中壓電力軟電纜線芯的屏蔽層，合理設(shè)計(jì)中壓硅橡膠絕緣電力電纜結(jié)構(gòu)及制定合適的加工工藝，解決了中壓硅橡膠電力電纜無導(dǎo)體半導(dǎo)電擠包屏蔽層和絕緣半導(dǎo)電擠包屏蔽層導(dǎo)致使用壽命下降的問題，具有很好的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。
　　 2 現(xiàn)有產(chǎn)品使用狀況及改善措施
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜主要解決了現(xiàn)有技術(shù)中的幾點(diǎn)不足，具體如下：
　　 (1) 硅橡膠絕緣中壓電力軟電纜現(xiàn)有生產(chǎn)廠家一般都采用擠包一層絕緣層，無內(nèi)外擠包半導(dǎo)電硅橡膠屏蔽層，由于電纜導(dǎo)體由多根導(dǎo)線絞合而成，它與絕緣層之間易形成氣隙，導(dǎo)體表面不光滑，會(huì)造成電場(chǎng)集中，造成電纜擊穿影響使用壽命；在導(dǎo)體表面加一層半導(dǎo)電材料的屏蔽層，采用三層共擠方式，與被屏蔽的導(dǎo)體處于等電位并與絕緣層良好接觸，從而避免在導(dǎo)體與絕緣層之間發(fā)生局部放電，這一層屏蔽為半導(dǎo)電硅橡膠屏蔽層；同樣在絕緣表面和護(hù)套接觸處也可能存在間隙，是引起局部放電的因素，故在絕緣層表面加一層半導(dǎo)電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的絕緣層有良好接觸，與金屬護(hù)套等電位，從而避免在絕緣層與護(hù)套之間發(fā)生局部放電，降低電纜使用壽命；本發(fā)明技術(shù)通過設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)和制定合理的加工工藝，保證了電纜的彎曲性能、電性能，提高了電纜的使用壽命；這些改進(jìn)方法包括導(dǎo)體節(jié)距的設(shè)計(jì)（導(dǎo)體層與層之間采用正反向絞合，同時(shí)保證每層均有較小的絞距，最外層絞距不大于12倍，次外層不大于10，以此類推）、成纜節(jié)徑比的控制（不大于12倍）、絕緣線芯采用三層共擠工藝，半導(dǎo)電硅橡膠+高電性能硅橡膠絕緣料+半導(dǎo)電硅橡膠三層共擠一次性擠出，保證電纜的電性能，提高電纜使用壽命）。
　　 (2) 通過使用硅橡膠護(hù)套材料，使電纜具備了良好的耐熱性、耐寒性、耐老化性能、耐臭氧、耐油性能等性能，提高了電纜的使用性能，提高了電纜的壽命。
　　 3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案
　　 為滿足6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜電壓等級(jí)要求，選用高電性能硅橡膠絕緣材料，電纜在1.73U0下進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，放電量應(yīng)不大于20pC；選用高導(dǎo)電性能硅橡膠材料作為屏蔽材料，采用蒸汽連續(xù)硫化擠出機(jī)，半導(dǎo)電硅橡膠+高電性能硅橡膠絕緣料+半導(dǎo)電硅橡膠三層共擠同時(shí)擠出，改善線芯電場(chǎng)分布，降低局部放電因素，延長(zhǎng)中壓硅橡膠電力電纜的使用壽命，保證電纜的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
　　 導(dǎo)體
　　 材料：鍍錫銅絲或裸銅絲
　　 結(jié)構(gòu):為了確保電纜的柔軟性，必須提高電纜導(dǎo)體柔軟性和彎曲性，導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很大程度決定了這樣的性能；導(dǎo)體單　　 絲直徑越細(xì)，柔軟性越好；導(dǎo)體層與層之間采用正反向絞合，同時(shí)保證每層均有較小的絞距（最外層絞距不大于12倍，次　　 外層不大于14倍，以此類推）彎曲性能越好。
　　 絕緣
　　 絕緣材料：高電性能硅橡膠絕緣料
　　 性能要求：
　　 (1) 耐溫等級(jí)必須在-60℃～180℃之間，這樣能確保高溫、低溫或者環(huán)境更為苛刻的條件下，電纜能夠正常穩(wěn)定的工作。
　　 (2) 良好的電氣性能和優(yōu)異的機(jī)械物理性能；
　　 成纜：
　　 此工序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)電纜的彎曲性能有著重要的作用，一般要求成纜節(jié)徑比不大于12倍，以保證電纜整體彎曲性能和內(nèi)應(yīng)力作用均勻；
　　 填充：
　　 三根動(dòng)力線芯中間采用半導(dǎo)電耐高溫非吸濕性材料進(jìn)行填充；
　　 護(hù)套：
　　 材料：采用硅橡膠護(hù)套材料；
　　 性能要求：
(1) 耐溫等級(jí)必須在-60℃～180℃之間，這樣能承受高溫、低溫或者環(huán)境更為苛刻的條件下，電纜能夠正常穩(wěn)定的工作。
(2) 具備良好耐熱性、耐寒性、耐老化性能、耐臭氧、耐油性能；
(3) 具備優(yōu)良的機(jī)械物理性能。
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜重點(diǎn)工藝加工的制定
　　 為提高絕緣線芯的電氣絕緣性能，選用高導(dǎo)電性能硅橡膠材料作為屏蔽材料，采用蒸汽連續(xù)硫化擠出機(jī)，半導(dǎo)電硅橡膠+高電性能硅橡膠絕緣料+半導(dǎo)電硅橡膠三層共擠同時(shí)擠出，以改善線芯電場(chǎng)分布，降低局部放電因素，延長(zhǎng)中壓硅橡膠電力電纜的使用壽命，保證電纜的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1額定電壓6到15kV GGR 8.7/15kV 3×35+3×16/3硅橡膠絕緣電力軟電纜工藝流程圖

圖2 額定電壓6到15kV GGR 8.7/15kV 3×35+3×16/3硅橡膠絕緣電力軟電纜結(jié)構(gòu)圖

　　 具體實(shí)施方式：
　　 （1）型號(hào)電壓規(guī)格：GGR 8.7/15kV 3×35+3×16/3
電纜名稱及具體說明：額定電壓8.7/15kV硅橡膠絕緣硅橡膠護(hù)套電力軟電纜，3芯35mm2標(biāo)稱截面，3芯16/3mm2地線芯。
　　 （2）具體方案：如上圖1所示，
　　 動(dòng)力線芯：先用銅絲束絞合，再擠包半導(dǎo)電硅橡膠屏蔽料+硅橡膠絕緣料+半導(dǎo)電硅橡膠屏蔽料；
　　 地線芯：先用銅絲并絲，編織在絕緣線芯外；
　　 總成纜：將動(dòng)力線芯按照合適的節(jié)徑比一起成纜，在中心填上半導(dǎo)電硅橡膠材料；
　　 填充：通過擠制的橡皮條填充在動(dòng)力線芯外圍縫隙間；
　　 外護(hù)套：在纜芯外擠上硅橡膠護(hù)套料作為外護(hù)。
　　 4 結(jié)束語
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜經(jīng)過從新設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)，在導(dǎo)體表面加一層半導(dǎo)電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的導(dǎo)體等電位并與絕緣層良好接觸，從而避免在導(dǎo)體與絕緣層之間發(fā)生局部放電；同樣在絕緣層表面加一層半導(dǎo)電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的絕緣層有良好接觸，與金屬護(hù)套等電位，從而避免在絕緣層與護(hù)套之間發(fā)生局部放電，增加電纜使用壽命；綜合這一系列的改進(jìn)措施，可大大提高中壓硅橡膠電力電纜線芯的柔軟性、降低局部放電因素，延長(zhǎng)中壓硅橡膠電力電纜的使用壽命，保證電纜的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

* 本文選自《2015年中國電工技術(shù)學(xué)會(huì)電線電纜專業(yè)委員會(huì)年會(huì)報(bào)告文集》