交联工艺学

交联工艺学主讲:雍学龙中天科技海缆员工培训教材目录第一章概论第二章交联用原材料第三章过氧化物交联设备及工艺第四章辐照工艺及其设备第五章硅烷交联技术第六章交联电缆性能测试中天科技海缆员工培训教材电缆的分类1、裸电线与裸导体产品2、电力电缆3、电气装备用电线电缆4、通信电缆与光缆5、电磁线（绕组线）中天科技海缆员工培训教材电力电缆的分类按常规绝缘材料分按电缆结构特性分按阻燃、耐火特性分按耐热特性分按防动（生）物破坏性分按防环境危害性分按特殊使用场合分电力电缆2中天科技海缆员工培训教材按常规绝缘材料分1、橡皮绝缘电力电缆橡皮绝缘电力电缆是历史上最早的电力电缆，具有柔软的特性，适合安装于弯曲半径较小的场合或需要经常变换敷设位置的场所，如船用、矿用等。2、油浸纸绝缘电力电缆在1992年前在我国中低压电力电缆中的主导产品，油纸绝缘结构是互补性的合理组合，电性能、热性能的裕度大，使用寿命长（70～80年），但工序多、生产周期长、接头工艺复杂、允许工作温度低。3、聚氯乙烯（PVC）绝缘电力电缆PVC绝缘电力电缆有着好的机械和化学性能，在阻燃性能方面，尤其表现优越，但易污染环境。我国有不少低压电力电缆仍采用PVC绝缘。4、聚乙烯（PE）绝缘电力电缆聚乙烯的介电常数仅为聚氯乙烯的1/3，介质损耗角正切值为聚氯乙烯的1/5～1/10，因此聚乙烯的介质损耗小，用于中高压电力电缆时这一优点更为突出，但其熔融温度低（140～160），一旦电缆发生事故短路或严重过载，会造成整条线路中因聚乙烯熔融、淌流而损坏。5、交联聚乙烯（XLPE）绝缘电力电缆XLPE绝缘电力电缆与PVC绝缘电力电缆、油浸纸绝缘电力电缆相比，它的物理、机械性能和耐热性能无与伦比。近年来，交联电力电缆已成为PVC绝缘电力电缆的代替型。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆结构交联电缆一般由导体、绝缘、屏蔽、护层四部分组成。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆的导体一、定义导体是能传导电流的物体，又称为导电线芯。电缆就是利用导体来传导电流的，因而导体是电缆最重要的组成部分，电线电缆的规格就是导体的截面表示。二、导体的材料作为电力电缆用导体的材料必须具备以下特点：1、导电性优。2、导热性好。3、有良好的延展性。4、有足够的机械强度和断裂伸长率。5、有一定的耐腐蚀性。6、资源丰富。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆的导体三、结构1、实心2、绞合。⑴圆形导电线芯⑵异形线芯a、中央导线规则b、移滑规则中天科技海缆员工培训教材正规绞合非正规绞合半圆形扇形瓦形交联电力电缆的绝缘一、定义是在导体外层起着电绝缘作用的构件。即保证传输的电流或电磁波只沿着导体行进而不流向外面，从而确保外界物体和人身安全。二、绝缘的材料作为电力电缆用绝缘的材料必须具备以下特点：1、良好的电气绝缘性能，主要表现为承受电压的大小。2、良好的热传导性能。3、一定的机械性能。4、可加工工艺性能。5、耐热性能。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆的屏蔽一、定义是一种将电缆产品中的电磁场与外界的电磁场进行隔离的构件。二、屏蔽的材料1、半导电屏蔽料2、铜带。3、铜丝。4、半导电带。5、铝套。6、铅套中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆的护层一、定义是对产品整体特别是对绝缘起保护作用的构件。二、护套的结构和材料根据电缆的用途以及使用环境和绝缘的不同，护套有许多不同型式和结构。交联电缆护层主要有裸护套和铠装型两种。裸护套铠装型防水型中天科技海缆员工培训教材聚乙烯护套聚氯乙烯护套钢带铠装钢丝铠装铅护套铝护套交联电力电缆品种按电压等级分为低压、中压、高压、超高压电压等级用U0/U来表示，其中U0表示电缆设计用的导体对地或金属屏蔽间的额定工频电压，又称相电压；U表示电缆设计用的导体对导体间的额定工频电压，又称线电压。低压：0.6/1kV及以下中压：3.6/6kV~26/35kV高压：64/110kV~127/220kV超高压：500kV中天科技海缆员工培训教材电缆电压等级的选择64电压等级表示为U0/U（Um）U0为导体对地电压，U为导体与导体之间电压，Um为使用设备的系统最高电压的最大值。其中，U0按系统接地故障持续时间分为两类：第一类电缆----用于单相接地故障时间每一次一般不大于1分钟的系统，亦可用于最长不超过8小时，每年累计不超过125小时的系统；第二类电缆----用于接地故障时间更长的系统，或对电缆绝缘性能要求较高的场所。例如10kV系统，如中性点经消弧线圈接地的应采用8.7/10kV电缆（或8.7/12），如中性点经小电阻接地的可采用6/10kV电缆（或6/12）。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆品种按电压级分为温水交联电缆、过氧化物交联电缆、辐照交联电缆等。按结构分：架空绝缘电缆、五芯交联电力电缆按使用特性分：阻燃系列交联电缆耐火系列交联电缆阻水系列交联电缆中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆产品型号及名称电缆的型号组成如下：中天科技海缆员工培训教材类别导体绝缘内或外护套特征外护套派生1234567电缆名称的通常顺序是：从内到外说明导体、绝缘、内护套、铠装层、外护套的材料，然后是附加特征或类别名称。也有将附加特征或其它要强调的特性、用途放在最前面的表达方式。交联电力电缆的产品规格交联电力电缆的规格由“芯数×截面”组成。交联电力电缆的芯数一般有1、2、3、3+1、4、3+2、4+1、5芯。交联电力电缆的截面系列有1.5、2.5、4、6、10、16、25、35、50、70、95、120、150、185、240、300、400、500、630、800、1000、1200等。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆表示方式型号+电压级+规格如：YJV328.7/10kV3×120mm2中天科技海缆员工培训教材交联电缆芯数的选择65在电力电缆导体中,其中三根主线芯是传输三相电流的,第四芯即中性线(PN线)是为了输送电力系统在不平衡状态下产生的不平行电流及短路电流,这就是3+1的四芯电缆,中性线大小由不平衡电流及短路电流来确定,一般不小于相线的1/2.随着计算机的广泛应用以及对电缆的功能要求越来越多,电路中非线性阻抗大量增加,造成三次谐波电流在中性线通过时电流很大,达到了相电流同样大小的水平,这样中性线要求扩大相线截面水平,即四芯等截面.为了便于电气设备仪器接地保护需要,又增加了第五芯即PE线,这就是五芯电缆,为满足不同用户需要,就有了3+2,4+1及五芯等截面三种结构.中天科技海缆员工培训教材电缆导体截面的选择66电缆导体是电缆传输电流的重要元件,一般来说导体截面越大其传输的电流就越大.导体截面的选择除设计手册中所要求的温升、经济电流密度、电压损失、机械强度、载流量等以外，还需注意：1.敷设距离导致的单相短路故障、接地故障保护灵敏度问题（低压系统）2.在一个工程中尽量减少、合并截面等级，利于加工定货。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆性能一、导体电阻1、电阻率：铜0.017241Ω*mm2/m，铝0.02864Ω*mm2/m；软铜线：0.01748Ω*mm2/m，软铝线：0.0283Ω*mm2/m。2、线芯直流电阻Rt=R20[1+α(t-20)]k1k2k3k4(Ω/km)K1-单线在加工引起的变化系数，K2-绞合引起的长度变化系数，K3-紧压引起的变化系数，K4-成缆绞合引起的长度变化系数，3、线芯交流电阻Rt，=Rt[1+Ys-Yp](Ω/km)Ys-集肤效应系数，Yp-邻近效应系数。导体直流电阻试验是交联电缆例行试验之一。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆性能二、电缆电容电缆电容是电缆线路的一个重要参数，它决定电缆线路中电容电流和介质损耗的大小。在超高压线路中，电容电流可以达到与电缆额定电流相比拟的数值，成为限制电缆容量及传输距离的因素。交联聚乙烯材料的介电常数ε值比较小，所以交联电缆的电容值较小，这就是交联电缆的一个优点。6kV及以上电缆是采用单相屏蔽结构，电容计算可按下列公式计算：2πε0εε0真空介电常数,ε0=8.86×10-12,ε交联聚乙烯介电常数,ε=2.3中天科技海缆员工培训教材C=lnDd(F/m)交联电力电缆性能三、电缆的介质损耗角正切介质在电场作用下，单位时间里消耗的有功功率叫做介质损耗。Wd=U2ωctgδ(W/km)U—电缆导体的对地电压;ω=2πftgδ—绝缘的介质损耗角正切.介质损耗引起绝缘发热，使电缆的容许载流量减少，tgδ的变化也是电缆绝缘老化的标志之一。交联聚乙烯绝缘具有很小的tgδ值，这是它的又一个优点。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆性能四、介质的绝缘电阻工程用的绝缘材料并不是绝对的绝缘介质，只是其导电能力即电导率极低，而绝缘电阻很高。Ri=ρiG/2πρi—绝缘材料的电阻系数G—电缆的结构尺寸电缆常用绝缘材料的绝缘电阻系数与温度和测量时所用的电场强度有关，一般来说，它随着温度和场强的上升而下降。对杂质较多、绝缘电阻系数较低的材料随温度上升而下降更多。中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆性能五、介电系数C=ξA/δC—极板间的电容A—电极面积δ—电极间的绝缘厚度ξ—绝缘的介电系数从上式可以看出介电系数越大，表明这种材料在电场中每单位体积所能贮存的电能越多。真空时的介电系数最小，用ξ0表示，是一个基本常数，即ξ0=8.86*10-12F/m绝缘材料的介电系数通常以下式表示ξ=ξr*ξ0式中是绝缘材料的相对介电系数，真空的相对介电系数为1，中天科技海缆员工培训教材电缆绝缘型式相对介电系数ξr电缆绝缘型式相对介电系数ξr粘性浸渍，不滴流4.0乙丙橡胶3.0充油3.3聚氯乙烯8.0充气3.4聚乙烯2.3管式充油3.7交联聚乙烯2.3交联电力电缆性能六、局部放电在电缆导体和金属屏蔽间施加工频电压后，如果绝缘体中存在微孔、杂质、焦烧、金属颗粒等情况，在电场作用下，均会产生局部放电。放电量常用微微库仑（pC)表示。尽管局部放电只有很小的能量，但会导致绝缘材料介质性能的逐渐老化。这一试验对控制产品质量水平起到了重要的作用。目前世界各国都非常重视这项指标，并提高了对局部放电试验的考核标准。最新IEC60502-97对成盘电缆局部放电试验指标由原来的1.5U0下不大于20pC，提高到1.73U0下不大于10pC，我国新标准GB/T12706-2002也相应提高了对局部放电试验的要求。局部放电试验也是交联电缆例行试验之一中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆性能七、工频耐压试验对电缆进行工频耐压试验是为了考核电缆耐工频电压性能。工频耐压试验分例行试验、抽样试验及型式试验三种。一般耐压试验的考核标准是3.5U0/5min或2.5U0/30min。厚绝缘电缆的击穿场强较低，在同样电场强度下，电缆绝缘性能随电缆绝缘厚度增加而下降。因此世界各国对较厚绝缘的工频耐压试验都是从延长时间出发，而不是提高电压。工频耐压试验也是交联电缆例行试验之一中天科技海缆员工培训教材交联电力电缆性能八、电树及水树放电1958年在聚乙烯绝缘中首次发现电树放电，后来又于1972年发现了水树放电。1、电树放电电树放电存在着潜伏期、生长期、饱和期、击穿期四个阶段。引发电树放电的因素大致有五个，各因素可以单独存在，也可以几个因素联合存在引发电树放电。1）局部高场强，如内半导电层的局部凸起；2）有微小和微观裂纹；3）绝缘内部有杂质或金属粒子；4）绝缘内存在应力；5）绝缘有水分。2、水树放电水树放电也存在着引发期，成长期，饱和期，最后伴随着发生电树放电，也就是说，水树发展到最后将导致电树放电而引起介质击穿。干式交联具有明显的减少绝缘中微孔的尺寸和数量，以及降低绝缘中的含水量，可以防止和减缓水树放电。中天科技海缆员工培训教材水树的分类7●水树按其形状分为树枝形和蝴蝶形两种树枝形水树蝴蝶形水树蝴蝶形水树比树枝形水树更具破坏力中天科技海缆员工培训教材水树产生机理●水树的引发和生长●电场使外来水气凝缩于杂质或气隙中●凝缩水压力上升、膨胀，引起气隙壁弱点破裂●凝缩水延电场