Electric Wire & Cable
电线电缆
2017年2月Feb.,2017
减少10kV交联电缆生产过程中的绝缘缺陷
罗风魅，赵丹丹，黄付环(上海胜华电缆（集团）有限公司，上海201300)
摘要：〇
1 kV交联聚乙烯绝缘电力电缆在生产过程中的击穿，给工厂正常生产带来很大影响。从生产过程中
找出击穿原因并加以分析，采取相应措施减少此现象出现。
关键词：
10kV交联电缆；击穿；绝缘缺陷
中图分类号:TM247. 1 文献标识码:A
文章编号：
1672-6901 (2017)01-0042-03
Reduce of the Insulation Defects in the Production Process of 10 kV XLPE Cable
LUO Feng-kui, ZHAO Dan-dan, HUANG Fu-huan
(Shanghai Shenghua Cable Group Co., Ltd., Shanghai 201300, China)Abstract ： The operation of the factory would be greatly influenced by the breakdown of XLPE insulation in the production process of 10 kV XLPE cable. In order to avoid such problems, reasons of the breakdown in the process of production are figured out and analyzed, and corresponding measures are pointed out.Key words： 10 kV XLPE cable； breakdown； insulation defect〇引言
随着电力事业的发展，城网改造在持续进行中，
10 kV中压交联聚乙烯（XLPE)电缆的用量与日倶 增，但因制造企业的技术、设备、工艺等存在问题，导 致10 kV中压XLPE电缆容易产生缺陷，引发绝缘 击穿、绝缘放电量大等质量问题。据不完全统计，国 产中压XLPE电缆的故障率高达0. 5次/年/100 km 左右，而在工厂检验中电缆击穿的频率要远远高于 这个数据。由于中压电缆采用导体屏蔽、绝缘及绝 缘屏蔽三层共挤方式，不做破坏试验，不容易找出问 题所在，而击穿和放电定位也只能是找出故障点，制 造企业无法修复，只能采取分段处理。本文将分析 中压XLPE电缆绝缘的击穿原因，通过优化其关键 工序，以减少生产过程中的绝缘缺陷。
入了一部分空气，那么绝缘会焦化变色，产生氧化老 化和热分解，致使交联电缆绝缘出现微孔和明显气 泡现象(把切片放入高温硅油中浸泡后观察微孔会 更加清晰），这种情况很容易造成交联电缆局放量 大或击穿。另外，交联管道若温度过高，冷却速度过
快，XLPE电缆绝缘内部还容易产生热应力开裂导
1.2
致击穿。
导体屏蔽的凹陷、凸起及焦烧
10 kV交联电缆的导体为紧压绞合导体，导体
屏蔽的挤出采用挤压式模具，进入交联管道后，又处 于高温高压的环境中。如果导体结构不合理或紧压 度不够，就会出现导体屏蔽凹陷。此外，紧压导体外 层松股，导体在焊接时处理不当，也会出现导体屏蔽 凹陷现象（见图1)。
1缺陷原因
1.1绝缘中出现大的杂质、微孔和热应力开裂
在XLPE线芯生产中净化不到位，尤其是绝缘 料和半导电屏蔽料的洁净和干燥若得不到保证，就 容易造成击穿。XLPE电缆在交联生产过程中，如 果加热管道温度高、氮气压力低、氮气纯度不够，混
图1交联电缆导体屏蔽凹陷
:2016-08-01
作者简介:罗风魁（1976 -收稿日期
通过试验可清楚地发现导体紧压度不够引起的
)，男，技师.
作者地址:上海市浦东新区南汇工业园区园中路
188号
[201300].
屏蔽缺陷，具体试验方法如下:取一段线芯，长度约
50 mm，剥去绝缘屏蔽，尽量不要损伤绝缘，然后将
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其放人盛有硅油的容器中加热，硅油温度至120 °C 时放置1 h后绝缘层变得透明，用强光源照射导体 屏蔽、绝缘层，就可清楚地发现问题。
导体屏蔽凸起的原因是挤出时模具的间隙过大 或过小、模具口有损伤以及导体屏蔽自身材料流动 性能差，造成预交联引起的;焦烧是因为挤塑机机头 温度没有调整好，造成预交联现象;导体屏蔽料含有 大量炭黑，为亲水性材料，如不进行干燥处理，将水 分带人绝缘中，也会出现充水微孔、晕环等现象。1.3紧压导体缺陷造成导体表面毛刺
管）。安装的冷却水回水管装有流量控制阀，用水
流来控制预冷温度，可以将电缆表面预冷至85 ~ 100 °C，电缆线芯经预冷后其绝缘层温度可缓冷到 结晶温度之下，以改善绝缘层中的应力状态，减小热 应力。
2.2针对导体屏蔽凹陷、凸起和焦烧
(1)
系数与绞合节距，防止放线松股以及外层单丝之间的
制定正确的导体绞合工艺，选择合适的紧
间隙过大，同时保证紧压导体外层焊接修补完整。
(2) 悬链式交联生产线三层机头导体屏蔽模紧压导体的配模方法、紧压系数、导体内的空 间体积计算等不合理会产生凸棱、飞边。在生产过 程中导体紧压系数过大、紧压模具有损坏和划痕都 会造成导体表面有毛刺。1.4电缆绝缘偏心
悬链式交联中绝缘挤出后在熔融状态下未交联 固化之前，分子间的作用力很小，会受到重力作用而 产生下垂，引起偏心。挤出机的温度控制不好、挤出 压力不均、挤出时选用模具不合理也都会造成绝缘 偏心，而偏心严重将增加击穿概率。
2解决方法
为防止交联电缆击穿现象的发生，针对以上原
因分别采取相应措施。
2.1针对绝缘杂质、微孔和热应力开裂
(1) 佳友公司和东京电力合作，提出了一种PPD试验方法，即将金属杂质注人2 mm厚的绝缘 模型中，并在导体屏蔽层上嵌人针状凸起物，进行局 部放电检测。结果发现，在影响击穿的因素中，杂质 占74%,凸起占26%。由此可见，确保绝缘料和屏 蔽料干燥洁净是十分重要的，生产过程中要严格净 化操作。
(2)
交联管道温度和氮气压力要相匹配，温度高、氮气压力低，就会产生微气孔和明显的气
泡。管道温度第一区为400 °C,氮气压力应不低于 7. 5 MPa,工业用氮气纯度达到99. 5%左右，可以满 足交联电缆生产需要。但是在交联管中要用氮气赶 走管内的残余空气，必须有足够的充氮量，才能提高 交联管内氮气纯度，同时要做好管道连接密封，防止
氮气泄露而降低纯度。
(3) 要根据材料的交联时间制定适用于该设备
的管道温度和线速度。为了有效杜绝应力产生，应 注意交联管道最后一区的加热温度，在生产10 kV
交联电缆时控制在260 ~ 300 °C。在交联管道与冷 却管道之间必须加装有预冷管路（此管为双层套
间隙要合理，间隙大会产生倒胶现象，间隙小则压力 过大。导体屏蔽在机头和倒胶管停留时间较长会引 起预交联块凸起，所以要根据导体外径和导体屏蔽 的厚度来选择间隙。此外，导体屏蔽材料的配方也 要合理，要有良好的流动性，才能够保证其顺利通过
挤出机、倒胶管和机头，而不产生压力波动。(3) 根据材料供应方提供的导体屏蔽挤出温和材料焙融指数与设备本身性能，制定合理的挤出 工艺，避免因挤出速度过快、温度过高而引起预交联 结块，产生焦烧。
2.3针对紧压导体缺陷造成的导体表面毛刺
(1)交联电缆导体在紧压过程中选择分层紧 压，紧压导体参考配模公式如下：
dD = - dd{ XX 3e(1)(2) D= (D + c?1 X 2) X (3)D23Dl dlX e = { X 2) e = (D2 + dl X 2) X e
(4)(5)
式中:£»为第一层紧压模直径；仏为第二层紧压模直径;込为第三层紧压模直径;込为第四层紧压模
直径W为绞合导体直径;4为单丝直径为拉压系数，取0.9 ~0. 96。
导体紧压填充系数为：
Sc
=ird^2
'n(6)SlQ itD2 (7)rj = 4 =
(8)
式中W为紧压填充系数(〇. 89 ~0. 93);£»为紧压导
体外径;S为绞合导体截面;Si为紧压导体截面。
其导体内空隙体积为：
F =宇•（1 1)(9)式中：F为紧压导体内空隙体积。
(下转第46页)
• 43 •
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化，同一样品多次测量的绝缘电阻值有一定的离 散性。同一个样品，即使经过“充分放电”，绝缘电 阻值总的趋势还是随着测量次数的增加而越来 越大。
电缆的绝缘电阻会随着温度的升高而下降，所 以水浴温度的控制也关系着试验结果的准确性。为 此，我们采取了以下针对性措施:一是在水面放置大 量的泡沫小球，减小水蒸气挥发对于温度波动以及 温度观察的影响;二是通过搅拌使水浴温场均勻，试 样绑在试样架上使其与搅拌叶处于同一水平面，利 用和试样等高的温度计来监控温度。
在评定电线电缆产品绝缘电阻测量结果的不确 定度时，可以在尽可能保证样品一致性的前提下，在 一段样品上连续选取多个样段进行多次测量，然后 将多次测量结果的实验标准差作为其中任一次测量 结果的不确定度分量。
[4 ][5 ]
由于极化电场不能有效消除，导致同一样品绝 缘电阻的多次测量值有一定的离散性，重复性较差， 在日常的绝缘电阻测试过程中应采用单次测试的方 式进行，尽量保证一次测试的准确性。为此，在检测 前应做好各方面的准备工作，通过计量校准、期间核 查等方式使绝缘电阻测试装置和恒温水浴装置的精 度得到很好的监控，同时，提高检测人员素质，强化 人员培训等。
参考文献：
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GB/T 3〇48. 5 — 2〇〇7
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J
6结束语
对电线电缆绝缘电阻测试过程中的主要影响因
GB/T5〇23.2—2〇〇8JJF l〇59. 1 — 2〇12
额定电压45〇\"5〇 及以下聚氯乙烯
V
绝缘电缆第2部分:试验方法[].
[6 ]
测量不确定度评定与表示技术规范[].
S
S
素进行分析，确定了其不确定度的来源，主要为测量 重复性误差、绝缘电阻测试仪的固有误差、试样有效 长度的测量误差，测量重复性误差引起的不确定度 的贡献量最大。
[7]李枚•电线电缆绝缘电阻检测及需要注意的问题[].机械工
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[8 ]
J
TICW PT 0〇4电线电缆产品一
绝缘电阻试验能力验证计划结果报告[R] • 2〇15.
上海电缆研究所检测中心•
(上接第43页）
紧压导体除解决了导体屏蔽的凹陷外，还有下 列好处:导体圆整性好，交联工序生产时不会被挤出 机模芯卡住，表面光滑且凸棱较小;导体屏蔽层厚度 可薄一些，且导体屏蔽不会嵌到导体缝隙中去;导体 外径结构尺寸缩小，不但可以节省大量电缆料，也可 以统一电缆导体结构尺寸，便于电缆的安装和连接;
应根据材料的熔融指数确定合理的挤出温度，以交 联时间得出交联管道温度，根据交联管长度和绝缘
厚度计算匹配的线速度。(2) 开机操作时出现的偏心，可以用交联生线安装的在线测偏仪来解决。
(3) 三层共挤三模机头参考配模公式如下：
紧压导体不易进水。
(2) 对导体在紧压过程中产生的毛刺，用刷子 将导体表面金属屑清除。生产大截面导体时，可在 导体上先绕包一层半导电尼龙带,厚度为0.2 mm, 然后再挤包导体屏蔽，这样可防止挤包的导体屏蔽 嵌到导体中去，同时又可扎紧紧压导体，防止导体 松散。
(3)
= d + n X 2
D2 - Dl + j x 2 + W x 2
D = d + e
(10)(11)(12)
式中:£»为模心直径;仏为中模直径;込为模套直 径W为紧压导体外径^为导体屏蔽厚度y'为绝缘 厚度;疋为绝缘屏蔽厚度;e为增加系数，取0.6 ~
1.0。
在紧压导体生产中要随时检查模具的磨损
2.4
情况，防止因模具损坏而出现毛刺或其他缺陷。
针对交联电缆的偏心
(1)交联电缆绝缘偏心除了与绝缘聚合物的熔 体流动性（熔融指数、温度）、挤出压力、机头与交 联管加热温度密切相关外，还与导体直径存在关联。
3结束语
通过绝缘击穿的原因分析及给出的解决措施，
在生产10 kV XLPE电缆的过程中，绝缘缺陷有明显 减少，从而降低了击穿的频次，提高了产品质量，同 时也减少了材料的损耗，提高了经济效益。
• 46 •
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