耐寒型交联聚乙烯绝缘电力电缆的研制.pdf

2011 年第 5 期 No． 52011 电 线 电 缆 Electric Wire ＆ Cable 2011 年 10 月 Oct． ， 2011 耐寒型交联聚乙烯绝缘电力电缆的研制 郭俭旭， 林磊， 肖云涛， 杨建伟， 吴卫峰 ( 江苏亨通电力电缆有限公司，江苏 吴江 215234) 摘要: 介绍了一种耐寒型交联聚乙烯绝缘电力电缆， 该电缆在低温敷设( 不低于 － 15℃) 时护套不开裂， 叙述 了该产品的设计思路、 选材方法、 材料性能指标及成品电缆测试指标和试验方法。 关键词: 电力电缆;耐寒;低温敷设;低温性能;测试方法 中图分类号: TM247． 1文献标识码: A 文章编号: 1672- 6901( 2011) 05- 0013- 02 Development of the Cold- Resistant XLPE Insulated Power Cable GUO Jian- xu，et al ( Jiangsu Hengtong Power Cable Co． ，Ltd，Wujiang 215234，China) Abstract:A so- called“cold- resistant XLPE insulated power cable”is developed，which can be installed safely at low temperature ( not lower than － 15℃) ，the jacket is not crack，then the idea of product design，materials and performance testing of finished cable indicatiors and test methods are introduced． Key words:power cable;cold- resistant;slow temperature installation;low temperature performance;test methods 收稿日期: 2011- 01- 20 作者简介: 郭俭旭( 1985 － ) ， 女， 助理工程师． 作者地址: 江苏吴江市七都工业区［ 215234］ ． 0引言 在我国北方及西部等高寒地区， 冬季温度低、 时 间长、 早晚温差大， 很多电缆厂生产的电力电缆会出 现过低温敷设护套开裂的现象。近年， 众多客户在 电缆的技术协议中增添耐寒要求， 然而行业并未提 供耐寒电缆具体的性能指标和验证方法， 这无疑给 成品验证增添了难度。为了解决上述问题， 我们通 过与材料厂家合作， 最终设计出一种在低温条件下 ( 不低于 － 15℃) 敷设时护套不开裂的耐寒型交联 聚乙烯绝缘电力电缆。本文介绍该产品的设计思 路、 材料性能指标、 成品测试指标以及试验方法等。 1设计思路 据了解， 在电缆施工敷设过程中， 聚乙烯护套电 力电缆护套开裂的比例相对较大， 铠装型电力电缆 更甚。一是由于聚乙烯材料本身的线性结构导致其 冷却结晶时产生局部应力致使护套开裂; 二是由于 大部分电力电缆采用地埋敷设， 铠装型结构的电力 电缆在弯曲时， 钢带间隙发生变化， 受力主要在护套 内侧， 且钢带边缘与护套层内侧接触点最大， 形成局 部应力集中现象， 也会导致护套开裂［1 ］。因此， 铠 装型结构的耐寒型电力电缆并不适合采用聚乙烯护 套。根据 GB 50217—2007《电力工程电缆设计规 范》 中对电缆护套的要求“在 － 15℃ 以下低温环境 应选用聚乙烯护套， 在 － 15℃以上环境中可选用聚 氯乙烯护套” ， 以及上述对电缆材料和结构的分析， 设计时将护套材料定为聚氯乙烯， 并按确定的耐寒 电缆的性能指标， 制定其护套材料的性能指标。 2耐寒电缆性能指标的确定 为了保证电力电缆在不低于 －15℃的低温环境 中敷设时护套不开裂， 首先要保证成品电缆的主要 性能指标满足低温环境敷设的要求。 在 GB/T 12706 标准中规定电缆的最低敷设温 度为 0℃， 我们参照 90℃聚氯乙烯护套的性能指标， 制定耐寒电缆聚氯乙烯护套料的性能指标。 ( 1)护套开裂主要取决于护套的断裂伸长率， 在标准中， 90℃聚氯乙烯护套料在 23℃的断裂伸长 率为 150%， 那么， 其在 0℃ 时断裂伸长率将不足 150%。理论上说， 若将耐寒电缆护套料的断裂伸长 率指标定为 － 15℃ 时不小于 150%， 就可以满足 －15℃环境敷设时拉伸的要求。 ( 2)90℃聚氯乙烯护套料的抗拉强度为 12． 5 MPa， 若将耐寒电缆护套料的抗拉强度指标提高至 －15℃时不小于16 MPa， 性能则优于普通 PVC 护套 在 0℃的指标要求。 ( 3)为保证电缆敷设后可以在更低的环境温度 下正常工作， 制定耐寒电缆护套料在 － 40℃的断裂 伸长率指标， 不小于 30%。 ( 4)为保证电缆在 －15℃时敷设能够满足外力 冲击的要求， 特将冲击脆化温度降至 －40℃， 确保在 不低于 －40℃时电缆可以抵御外力的撞击。 3电缆低温试验要求 电缆一般在敷设过程中主要受外界压力、 拉力、 弯曲、 碰撞、 摔打等作用。为了保证电缆在 －15℃低 温条件下承受上述外力作用时不受损伤， 我们模拟 了电缆低温敷设的条件， 通过低温弯曲试验、 低温拉 伸试验以及低温冲击脆化试验来进行验证。 3． 1－15℃低温弯曲试验、 局部放电和耐压试验 －15℃低温弯曲试验可以验证电缆在敷设过程 中是否能承受一定程度的弯曲作用。局部放电和耐 压试验是为了验证电缆在弯曲过程中是否对电缆造 成了损伤。 试验方法: 采用动态模拟敷设的方式， 将试样置 于 －15℃ 的环境中 24 h 后， 将试样绕试验圆柱体 ( 例如线盘的筒体) 三圈， 然后展开放直， 再在相反 方向上重复此过程。此操作循环应进行三次， 观察 试样表面是否有裂纹。 试样圆柱体的直径应为: 单芯电缆， 20( D + d) 5%; 三芯电缆， 15( D + d)5%。式中， D 为电缆 试样实测外径( mm) ; d 为导体的实测外径( mm) 。 本试验完成后， 将试样立即进行局部放电试验 ( 试验灵敏度不大于 5pC) 和耐压试验， 检验绝缘是 否存在缺陷。 3． 2－15℃低温拉伸试验 －15℃低温拉伸试验可以证明该电缆在 －15℃ 下具有较好的拉伸性能， 能够满足电缆在放线过程 中受到的拖拉和弯曲作用。试验方法按照 GB/T 2951． 14 的规定完成。 3． 3－40℃低温拉伸试验 －40℃低温拉伸试验的试验方法与 －15℃低温 拉伸试验方法相同， 该试验可以证明电缆在 － 40℃ 的环境中能够正常使用， 而且仍具有一定的拉伸性。 3． 4－40℃低温冲击脆化试验 －40℃低温冲击脆化试验验证电缆在 －40℃时 具有较好的抗冲击能力， 借此推断电缆在 － 15℃时 的抗冲击能力更优， 完全可以保证电缆在 － 15℃敷 设放线时受外界冲击、 撞击时的安全性。 试验方法: 取 3 个成品电缆试样， 每个试样长度 至少是电缆直径的 5 倍， 最短 150 mm。将试样及实 验设备置于 －40℃的低温箱中 24 h 后， 将每个试样 依次放在冲击试验设备上; 根据 GB/T 2951． 14— 2008 标准中表 2 的规定选择落锤重量， 落锤从 1 m 高处落下， 试验后， 当试样恢复到室温后浸入热水 ( 40 ～ 50℃) ， 然后沿着电缆轴向将护套切开， 观察 护套是否开裂。如果 3 个试样中有 1 个有裂纹， 再 取 3 个试样重复进行试验; 如果 3 个试样均无裂纹， 则试样符合试验要求; 如有任何 1 个试样有裂纹， 则 表示该电缆的护套不符合要求。 4电缆材料指标的确定 ( 1)绝缘材料。交联聚乙烯在低温环境下仍能 保持良好性能 ［2 ］， 因此， 该电缆选用介电常数低、 绝 缘电阻大的优质过氧化物交联聚乙烯材料作为绝 缘。材料性能指标符合 GB/T 12706 的要求。 ( 2)护套材料。根据设计的要求， 制定材料性 能指标时， 需考虑生产过程对产品性能的影响， 经过 与材料厂家进行沟通， 并协助其进行大量的试验验 证， 最终确定护套材料的性能指标: －15℃时抗拉强 度 16 MPa， 断裂伸长率为 160%， 优于产品指标。 5成品电缆实测性能 该电缆经国家电线电缆质量监督检测中心检 测， 产品技术指标全部达到标准要求， 其中低温性能 指标远优于标准要求( 见表 1) 。 表 1耐寒电缆实测性能指标 试验项目标准要求实测指标 tgδ 测量 ≤0．0080．0003 老化前抗张强度/MPa≥1620． 5 老化前断裂伸长率/%≥150300 －15℃低温拉伸试验 断裂伸长率/% ≥150 200 －40℃低温拉伸试验 断裂伸长率/% ≥30 70 －15℃低温弯曲试验不开裂未开裂 随后的局部放电和耐压试验≤5pC1pC －40℃低温冲击试验无裂纹无裂纹 6结束语 该 产 品 已 取 得 国 家 实 用 新 型 专 利 ( ZL 200920048808．1) 并在东北、 华北部分寒冷地区敷设 使用。 参考文献: ［ 1］毛文沛． 无卤低烟阻燃钢带铠装电缆护套应力开裂的探讨 ［ J］ ． 电线电缆， 2008( 4) : 44- 46． 41 2011 年第 5 期 No． 52011 电 线 电 缆 Electric Wire ＆ Cable 2011 年 10 月 Oct． ， 2011