影响大截面XLPE绝缘电力电缆局部放电的主要因素及防范措施.pdf

2 0 0 6 年第 3期 No 3 2 o o 6 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e Ca b l e 2 0 0 6年 6月 J u n ， 2 0 0 6 影响大截面 X L P E绝缘 电力 电缆局部 放 电的主要 因素及防范措施 蒋陆肆 ( 昆明电缆股份有 限公 司， 云南 昆明 6 5 0 1 0 0 ) 摘 要 ： 根 据大截面交联聚 乙烯 ( X L P E ) 绝缘 电力电缆 的特点 ， 从 导 电线芯的制 造、 绝缘 线芯的挤 制 工艺和局 部 放 电的测试等三个方 面探讨 了大截面交联 电缆局部放 电的影 响因素及 防范措 施 。 关键词 ： 交联聚 乙烯绝 缘 电力 电缆 ； 大截面导体 ； 半导电带 ； 局部放 电 ； 影响 因素及措 施 中图分 类号 ： T M 2 4 7 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 6 9 0 1 ( 2 0 0 6 ) 0 3 一 O 0 0 9 0 2 Th e M a i n Fa c t o r s Affe c t i n g t h e Pa r t i a l Di s c h a r g e o f La r g e S i z e XLPE Po we r Ca b l e s a n d Co un t e r - me a s u r es J I ANG Lu s i ( Hu n mi n g C a b l e C o L t d ， Hu n mi n g 6 5 0 1 0 0，C h i n a ) Abs t r ac t ：T h e ma i n f a c t o r s a ffe c tin g t h e p a r t i a l d i s c h a r g e o f l a r g e s i z e XLP E p owe r c abl e s a n d c o u n t e r - me a s u r e s a r e i n v e s t i g a t e d b a s e d o n the c h a r a c t e r i s t i c s o f l a r g e s i z e XL P E po we r c ab l e s a n d i n t e r ms o f three s e c t o rs， i e ， c o n d u c t o r pr o du c t i o n， i n s u l a t i o n e x t r u s i o n a n d p a r t i a l d i s c h a r g e me a s u r e me n t Ke y wo r d s：XLP E po we r c abl e；l arg e s i z e c o n d u c t o r ； semi c o n d u c t i v e t a p e；p a r t i al d i s c harg e；aff e c t i n g f a c t o rs a n d c o u n t e r - me aS l l m 1 引 言 大截 面交 联 聚 乙烯 ( x L P E ) 绝 缘 电力 电缆 ( 以下 简称交 联 电 缆 ) 具 有 导 体 直 径 大 、 重 量 重 、 制造 成 本 高 、 定长交货等特点 ， 因而 ， 在制造过程 中要有足够 成熟 的技 术 和工 艺才 能保 证 产品 符合标 准 要求 。本 文从导线的制造 、 绝缘 的挤制工艺和局部放电的测 试三个方面来讨论导体截面在 5 0 0 m m 2及以上交联 电缆局部放电测量值的影响因素及防范措施 。 2导 电线芯 的绞 制及 其半导 电带 的绕包 在 绞制 截 面在 5 0 0 m m 及 以上 的交 联 电缆 紧压 导 体 ， 特 别 是铝 导体 时 ， 导体 最外 层 容易松 股 。此 外 如 果采用 压 轮 紧 压工 艺 ， 导体 会 不 同程 度 地 存 在 椭 圆， 椭圆和松股会给绝缘挤制带来 以下不 良后果： ( 1 ) 松股 的导体 通 过 挤 出机 机 头 内模 ( 或 模 芯 ) 时 ， 由于模 具 对导 体 的限径 作用 、 机头 内的 挤 出压力 以及模具与导体的摩擦等 作用 ， 松股 的导体会不断 向后退 积余 长 ， 最 终 导致 导 体 外 层 严重 松散 成 灯 笼 收 稿 日期 ： 2 0 0 5 1 1 - 1 5 作者简 介 ： 蒋陆肆 ( 1 9 5 3一) ， 男 ， 云南 昆 明人 ， 教 授 级高 级工程 师 作者地址： 云南昆明市马街春雨路 6 1 5号 6 5 0 1 0 0 状 ， 不能 顺利 通过 挤 出机 内模 ， 生 产 被 迫 中断 ， 严重 时还 会 导致设 备 事故 的 发生 。 ( 2 ) 有 时外 层 轻 微 松 股 的导 体 虽 然 能够 勉 强 通 过挤 出机 内模 ， 但 由于 机 头 压 力 和交 联 管 内氮 气 压 力 的作 用 ， 导 体屏 蔽 会 沿 松 股 的 导 体 股 间 间 隙压 入 导体 内层 ， 严重时绝缘也会被挤入导体 。 为 了克服上 述 的不 良后 果应 采取 了 以下措施 。 2 1严格 控 制单线 的伸 长 率 紧压 导 体有 两 种 制 造 工艺 ， 一 种 是 通 过 压轮 紧 压 。这 种方 式 的优 点 是 设 备 的 负荷 较 小 ， 绞 层 间 的 紧压直径可灵活调整 ， 最外层单线排列的疏密可通 过 内层 的直径进 行 控 制 ； 缺 点是 绞 线 的 圆整 度 和 光 洁度 不 高 。另 一种 是通 过 硬质合 金 模拉 拔 。这种 方 法 的 缺点 是设 备 的 负荷 大 ， 特别 是 大 截 面 铜 导 体 的 拉拔 会给设 备 带来 一 定 的损 伤 ， 其 次 由于 各 层 拉 拔 模孔径是一定的 ， 层间直径无法调整， 每一结构层的 压缩 量必 须精 确 计 算 。但 是 ， 通过 拉 拔 的大 截 面 紧 压导 体具 有 光 洁 度 高 、 圆 整性 好 ( 不 圆度 可控 制 在 0 0 2 m m 以内 ) 、 层 间结构 紧密等 优 点 。无 论采 用 哪 种 工艺 ， 要得 到 圆 整 光 洁 、 结 构 紧密 的 紧压 导 体 ， 首 先应 当控制好单线的塑性 。如果大部分单线塑性过 小 ， 在通过压轮或拉拔模时单线会强烈反弹， 造成严 重的散股或断股 ； 如果部分单线塑性过小 ， 在绞制 中 塑性过小的单线会跳 出螺旋槽 ， 在通过压轮或拉拔 维普资讯 http:/ 2 0 0 6年第 3 期 No 3 2 0 o 6 电 线 电 缆 El e c t r i c Wi r e& Ca b l e 2 0 0 6年 6月 J un， 20 0 6 模 时发 生断 股 ， 不 能保 证导 体质 量 及其 定 长生产 ； 单 线 塑性 的不 均匀 会使 每根单 线 在压 缩 变形 后 的应力 大 小不 一 ， 塑性 小 的 单 线 可 能会 在 紧 压 后 反 弹造 成 导体外层松股 ， 特别对于大截面铝导体 ， 如果绞制前 单线过硬 ， 紧压后会造成导体最外层整体松股。因 而我公司在制造 5 0 0 m m 2 、 6 3 0 m m 、 8 0 0 m m 大截面 交联 电缆 导体 时 ， 将 铝 导 体单 线 抗 拉 强 度严 格 控 制 在 1 6 5 MP a及 以下 ， 将铜 导体 单 线伸 长率 控 制在 3 2 及 以下 ， 并 采 用分 层拉 拔 一次 绞 制工 艺 ， 得 到 了 圆整光 洁 、 结 构 紧密 的 大 截 面导 体 。对 于 1 0 0 0 m m 及以上截面导体 ， 因采用分裂导体结构 ， 且市场需求 较 少 ， 本 文 不作 讨论 。 2 2 半导 电带及 其 临时保 护 层 的绕 包 G B T 1 2 7 0 6 2 0 0 2标 准 规定 电压 等 级 3 6 6 k V及 以上 、 截 面 5 0 0 m m 及 以上 电 缆 导 体 屏 蔽 应 由半 导 电带 和挤 包 半导 电层 复 合 组 成 ， 即在 导 体外 紧贴 地 绕包一层半导电带 ， 它的作用一是 对导体起扎 紧作 用 ， 二是避免挤出物压人导体， 使绝缘层变形。考虑 到 大截 面导 体单 位 长度 重量 大 ， 所 需 的牵 引力也 大 ， 包有 半导 电带 的导 电线 芯 在 通 过 绞 线 机 牵 引 轮 、 收 线 盘 、 交 联机 过 线 轮 时 ， 半 导 电带 的受 力 部 位 ， 会 受 到挤 压 和摩擦 而损 坏 。一 旦 半 导 电带 受 损 ， 挤 包 在 半导电带外的导体屏蔽层 、 绝缘层 和绝缘屏蔽层就 会 凸起或 凹下 ， 这 种 凹 凸使 电缆 的局 部 放 电大 大 超 过标 准 规定 ， 严 重 时 还 会 导 致 电缆 击 穿 。 为 了保 护 半导电带 ， 要在半 导电带外 紧密地 同向绕包一层 临 时 的保护 层 。这 保 护 层 应 有 一 定 的 强 度 ， 最 好 使 用 厚度 为 0 1 7 m m的 电缆纸 或厚 度 为 0 2 m m 的无 纺 布 。保护 层应 与 半 导 电带 同 向绕 包 ， 其 目的是 使 半 导 电带 的带盘 和 保 护 层 的带 盘 处 于 同一 绕 包 头 ， 有 利于绕包头的平稳转动 ， 但更重要 的是 同向绕包不 会使 半导 电带 产 生皱 褶 。绕 包半 导 电带 和保 护层 最 理想 的方 法是 采 用 前 后 两 个 同 心 式 绕 包 头 ， 一 个 绕 包头 先绕 包半 导 电 带 ， 另一 个 绕 包 头 再 同 向绕 包 厚 度为 0 1 7 m m的 电缆 纸 ， 这 时 可 在 纸 层 下 放 置 一 根 提供 纸层 剥离 用 的剥 离绳 。 3 绝缘 线芯挤制工 艺 绕 包有 半 导 电 带 的 大截 面 导体 不 宜 在 1 +2交 联 机组 上 挤制 ， 因为 1 +2交联 机 组 的挤 制工 艺 是 先 用一台挤 出机 挤制导 体屏蔽 ， 挤制完毕后再经 3 m 左右距离进入双层机头挤制绝缘和绝缘屏蔽。对于 大截面导体 ， 绕包在导体表面的半导 电带具有 隔热 作用 ， 使导体屏蔽层 的热量不能直接传递给导电线 芯 ， 因而不能在短时间内冷却定 型， 当其进入双层机 头 时 ， 由于机 头 内模 与导 体 的摩 擦 ， 粘滞 的 导体 屏蔽 不断被刮下并堆积在模芯管内， 容易造成堵塞。 因此 ， 推荐采用 三层共挤工 艺挤 制绝缘 线芯。 对 于有 半 导 电带保 护层 的 导体 进入 机头 前 应用 人工 将保护层剥除。由于电缆纸层下有剥离绳 ， 保护层 很容易剥除 ， 只需拉紧剥离绳 ， 保护纸层就会 自动断 裂 脱落 。对 于 绕 包无 纺 布 的保 护 层 ， 剥 除 时需 要 小 心用剪 刀将 无 纺 布 剪 断 后 剥 除 。除 此 之 外 ， 在 导体 进入模 口时 ， 还应认真调整导体与模子进 入处的同 心 度 ， 以免 造 成半 导 电带 的擦 伤 。 4 局部 放 电的测试 绕 包 有半 导 电带 的大 截 面交联 电缆 在 做局 放试 验 时 ， 其 放 电量 受 半 导 电 带 的 质 量 和 电缆 试 验终 端 的制作 的影 响较 大 。 4 1 半 导 电带 的质量 要 求及 其对 局放 的 影 响 一 是半导 电带的纺织密实度要高， 在切割和绕 包 过程 中 ， 两切 边 不 会 产 生 毛 边 ， 一 旦 产 生 毛边 ， 其 纤 维丝 可 能会 穿 过导体 屏 蔽层 残 留在绝 缘 中成 为局 部放 电点 ， 这 时局 放 仪 显 示 图 像 为 多点 杂 散 放 电 波 形 ； 二 是半 导 电材 料与 基带 间的附 着力 要 强 ， 否则在 做 局放 试验 时 ， 终 端 插 入 油 杯 后 半 导 电颗 粒会 从 基 带 上析 出 ， 造成 两 个油终 端 放 电 ， 图像显 示终 端 放 电 波形 ， 此时 ， 油 杯在 阳光 照 射下 目力 可见 明 显 的反射 亮点。因而挑选高质量的半导电带是保证大截面交 联 电缆 局放 的重 要 保 障 。 目前 ， 我公 司采 用 沈 阳 天 荣 公 司厚 度 为 0 1 2 m m 的尼龙 基半 导 电带 作 为大截 面交联 的 半导 电 包带 ， 效果 良好 。 4 2 电缆 试 验 终端 的制 作对 局放 的影 响 在 做 大 截 面 交联 电缆 测 试 终 端 时 ， 要 特 别 注 意 小心 地 剥除 半 导 电包 带 ， 并 将 其 切 割 面 的 残 留纤 维 清理 干 净 。我 公 司 曾 在 测 试 一 批 8 0 0 m m 、 8 7 1 0 k V交联 电缆 时 ， 第 一 次 测 得 的 局部 放 电 均 大 于 1 0 0 p c ， 波 形 显 示 为 终 端 放 电 ， 后 来 发 现 在 剥 离 半 导 电 带 时 ， 切 割 面不 整 齐且 在终 端 上 残 留有 长 度 不 等 的 基带纤维。后来 ， 我们重新将切割面修理整齐 ， 再用 打火机将残余纤维烧掉 ， 使 半导电带 的切 割毛边烧 结得 相 对 光滑 ， 再 测局 部放 电量 时 其值 还 不到 5 p C 。 5结束语 大截面交联 电缆导体 的圆整光洁、 结构紧密是 电缆具有低局放值 的基础 ， 也是后续工序 的基本保 障 ， 选 择 优 质半 导 电带 并 绕 包 临时 保 护 层 是 保 证 局 放指 标 的关 键措 施 。同 时 ， 在 局放 测试 时 ， 处 理好 半 导电带的残留物才能反映电缆局部放电的真实性。 维普资讯 http:/