交联电缆 一文看懂：交联电缆交联工艺大全，及三种常见生产工艺各自的优缺点

一、交联电缆的原材料和半成品

1.导体

交联电缆的导体多为铜铝圆绞线。还有实心导体，1kV以下可以用扇形导体。

圆形单线质量要求:表面光滑、无油污、不发黑、不碰撞、不划伤。

交联电缆的导体必须压缩。这是为了避免交联管内高温高压下将屏蔽材料和绝缘材料压入绞线缝隙而产生废品；同时可以防止水分沿导体方向渗透，从而防止水树枝的产生和发展。因此，压制工艺是保证电缆运行可靠性的关键措施。

2.绝缘材料

交联电缆的绝缘材料是交联聚乙烯。

交联聚乙烯的一般组成为:聚乙烯:抗氧剂:交联剂= 100: 0.3 ~ 0.5: 1.5 ~ 2.5。

为保证保温材料的清洁度(生产的产品合格)，包装材料必须保持完好，不得使用包装破损的保温材料。

35kV及以上交联电缆要求超净材料。

3.内部半导体材料

内屏蔽材料用于交联电缆的导体屏蔽。长期工作温度90℃，20℃时体积电阻率不大于1×103(ω·cm)。

内屏蔽材料有两种:交联型和非交联型。交联型可避免过载或短路时内部屏蔽材料变形或流向导体间隙。非交联型材料加工挤压非常方便。

4.外部半导体材料

外屏蔽材料用于绝缘屏蔽，其耐温等级与绝缘材料一致。

外屏蔽材料分为三种:易剥离型(剥离强度8~20 N /10 mm)、可剥离型(剥离强度20~40 N /10 mm)和不可剥离型。对于26/35kV以下的交联电缆，为了施工方便，要求采用易剥离或可剥离的外屏蔽材料，26/35kV以上的交联电缆应采用不可剥离的外屏蔽材料。

5.护套材料

交联电缆的外护套一般应采用耐温90℃的PVC电缆护套材料，与电缆的工作温度一致。

6.屏蔽铜带

额定电压大于0.6/1kV的电缆应有金属屏蔽层。金属屏蔽层一般采用铜带(普通)或铜线(稀有)。金属屏蔽不仅能保证绝缘屏蔽处于地电位(中性点)，还能使接地故障电流通过。

7.铠装钢带/钢丝

交联电缆的铠装层一般采用钢带或钢丝。钢带铠装层可承受径向压力，钢丝铠装层可承受轴向张力。

交联电缆的铠装钢带有两种:涂漆钢带和镀锌钢带。

8.内衬

内衬层主要在电缆形成过程中起到拉紧的作用。材料要求是不易吸潮，有与保温层匹配的耐温等级。PVC胶带、聚酯胶带、无纺布胶带等。可以使用。

9.隔离套

隔离层是为了防止金属屏蔽层(铜)和外装甲层(钢)形成原电池，加速腐蚀。因此，铠装交联电缆的隔离层必须是防潮的挤压隔离护套。一般使用与护套相同的PVC护套材料。

10.填充物

填充是在电缆布线后将电缆环绕起来。材料要求是不易吸潮，有与保温层匹配的耐温等级。A类阻燃电缆采用石棉绳，其他电缆采用普通填充绳。

二、交联单元(简介)

1.放线

为了保证生产的连续性，最好采用双收双放，当然，一个储线装置(一般可以储100米以上)是必不可少的。放线和放线多为龙门式，也有部分为地轴式。

2.向上牵引

向上牵引要求摩擦力大，牵引稳定，转速均匀，不“打滑”，以保证悬垂控制的稳定性。

国内多采用直径1500mm以上，调速范围1.2 ~ 20 m/min的单牵引轮。有的人为了增加摩擦力，会在牵引轮外面系上一条皮带来压钢丝。

3.挤压机

挤出机由机筒、螺杆、机头和传动部分组成。

枪管采用硬质合金制造，要求材料硬度达到洛氏硬度75 ~ 76。最好用油温控制加热桶比电加热更稳定，但加热系统复杂，热量损失更多。

螺杆材质为不锈钢或氮化钢，硬度略低于机筒，一般在洛氏65左右。

机身和螺杆要有强制冷却能力，机身气冷，螺杆水冷。

由于挤出粘度高(特别是外屏蔽材料)，挤出载荷大，所以最好用压力表来监测挤出压力。

(1)内屏蔽挤出机

由于内部屏蔽结构数量少，一般采用φ 65机。

内屏蔽材料中填料较多，挤出过程中摩擦热较大，螺杆不宜过长。一般长径比为20∶1，压缩比为3∶1，转速范围为10 ~ 60转/分。

此外，最好安装自动进料和预干燥装置。

⑵保温挤出机

φ150机因绝缘层量大而被广泛使用。

螺杆长径比一般为25∶1，压缩比为2.5 ∶ 1 ~ 3 ∶ 1，转速范围约为9 ~ 45转/分，出胶量应达到200公斤/小时以上。

此外，最好安装自动进料和预干燥装置。

⑶外屏蔽挤出机

外屏蔽结构消耗略大于内屏蔽，一般采用φ 90机。

一般长径比为20∶1，压缩比为3∶1，转速范围为14 ~ 41转/分。

⑷鼻子

1+1+1鼻子:太落后，淘汰。1+2鼻子:现在比较常见。0+3机头:少而先进。

采用1+2头或0+3头，使层间接触紧密，消除了气隙，避免了层间污染，从而提高了电缆的电气性能。

4.交联管

由于交联管承受高温高压，应选择无缝钢管，最好是不锈钢管，管径为200 ~ 300毫米。

交联管可分为两种:悬链线型和垂直型。长度分别约为120米和100米。立式偏心芯容易控制，但成本高。

交联管多采用变压器加热(干法)，交联管壁作为变压器二次回路，热效率好。

5.向下牵引

为了保证牵引的稳定运行，最好对较低的牵引采用两次牵引。第一种是牵引轮，第二种是履带牵引。

6.水、气和电气控制部分

水煤气控制分为自动控制和手动控制，通常安装在机头附近，由机长控制。

电气控制部分分为集中控制(主控制台)和分散控制(各控制面板)。

7.仪器操作和维护规定(不同设备不同)-略

第三，交联过程

1.交联的基本原理

为了提高聚乙烯的耐温性，我们可以用化学或物理的方法将其转变成本体分子结构，这就是所谓的交联。

化学交联是在聚乙烯中加入一定量的交联剂(DCP)，加热到一定温度后迅速分解形成自由基，不稳定。它从聚乙烯分子中带走氢，将聚乙烯分子转变成大分子自由基，两者相互结合形成体型分子结构。

2.交联度和工艺参数

交联度是电缆热性能的重要指标。一般采用热伸长法进行测量(200℃，20 N/cm，15分钟的伸长率)。

(1)温度

交联过程在硫化管的加热段完成。硫化管温度越高，交联度越高(其他因素不变)。一般来说，考虑到各种因素，干交联用硫化管的温度在290~310℃左右。

⑵线速度

显然，线速度越高，生产效率越高，但交联度越低(其他因素不变时)。一般来说，线速度受以下因素控制:

①额定电压:电压越高，绝缘越厚，交联速度越慢，所以线速度越受限制。

②电缆规格:截面越大，要求挤出机出胶量越大，线速度不宜过快。

③冷却水水位适中:冷却水温度低，水位高，有利于冷却，但不利于交联度。

④硫化管:温度越高，管越长，线速度越快。

⑶挤压温度

挤出温度主要取决于原料的配方。挤出的材料要求完全塑化，不能提前交联。

3.屏蔽和绝缘层的挤压

(1)挤压内屏蔽层

l挤出温度

内部屏蔽材料分为交联型和非交联型。前者需要更高的温度控制。由于材料和设备的不同，挤出温度也不同。但是挤压温度的选择原则是:

①一般原则:挤出的材料要求完全塑化，不提前交联。

②加料段:温度不宜过高。为了避免颗粒过早软化或粘连，导致出胶量减少或不均匀。

③导管:温度不能太低。否则机身压力过高，容易损坏设备。

内部屏蔽挤压参考温度(5℃)

挤出机位置

机身

胶水导管

床头

一个

2

三

四

一个

2

一个

温度范围

95

105

110

115

115

115

115~120

由于内屏蔽材料延伸率小，挤压紧密，表面圆，采用挤压模具。

内屏蔽层应均匀，表面光滑，无明显扭曲线，无尖角、颗粒、烧痕或划痕。厚度为0.5 ~ 0.8毫米，工艺性好，经济合理。

l模具选择(挤压类型)

内屏蔽芯孔径D1 =导体直径D+(0.3 ~ 0.6)

光圈过大容易造成偏心；孔径太小，容易产生竹节。

内屏蔽模套的孔径D2 =导体直径d+2 ×内屏蔽厚度t1

⑵保温层挤压

l挤出温度

绝缘材料是交联聚乙烯。由于材料和设备的不同，挤出温度也不同。挤压温度的选择原则与内屏蔽层相同。

绝缘挤压参考温度(5℃)

挤出机位置

机身

胶水导管

床头

一个

2

三

四

五

一个

2

一个

温度范围

95

100

105

110

113

115

115

115~120

保温层应无气泡和杂质；厚度六个点的平均值不小于标称值，最薄点不小于标称值的90%-0.1%。

l模具选择(挤压类型)

绝缘层芯的孔径D3 =内部屏蔽后的直径D2+(0.5 ~ 0.8)

如果孔径过大，绝缘容易形成“耳朵”；孔径太小，无法划伤内屏蔽层。

绝缘层模套孔径D4 =内屏蔽后直径D2+2×绝缘层厚度T2+2×模芯喷嘴厚度δ

对于三层共挤出设备:

绝缘层模芯孔径D3 =内屏蔽层模套孔径D2

绝缘层模套孔径D4 =内屏蔽后直径D2+2×绝缘层厚度T2+2×模芯喷嘴厚度δ

(3)外屏蔽层的挤压

l挤出温度

外屏蔽层采用半导体绝缘屏蔽材料。由于材料和设备的不同，挤出温度也不同。挤压温度的选择原则与内屏蔽层相同。

绝缘屏蔽挤压参考温度(5℃)

挤出机位置

机身

胶水导管

床头

一个

2

三

四

五

一个

2

一个

温度范围

90

100

105

110

110

115

115

115~120

外屏蔽层应均匀，表面光滑，无明显扭曲线，无尖角、颗粒、烧焦和划痕。厚度为0.5 ~ 0.8毫米，工艺性好，经济合理。

l模具选择(挤压类型)

外屏蔽芯孔径D5 =绝缘后直径D4+(0.5 ~ 0.8)

光圈过大容易造成偏心；孔径太小，容易产生竹节。

外屏蔽模套孔径D6 =绝缘后直径D4+2×外屏蔽厚度t2+2×模芯喷嘴厚度δ

对于三层共挤出设备:

外屏蔽铁芯孔径D5 =绝缘层模套孔径D4

外屏蔽模套孔径D6 =绝缘后直径D4+2×外屏蔽厚度t2+2×模芯喷嘴厚度δ

4.交联过程(干法)

干交联设备与湿交联设备基本相同，只是交联管道的加热方式不同，干交联采用电热辐射加热。

干交联管道的温度与线速度、加热段长度、冷却段长度和电缆规格密切相关。

交联管加热段温度控制范围参考表(10℃)

管道区域

1区

区域2

3区

区域4

区域5

区域6

温度范围(℃)

340

330

320

300

270

240

由于加热温度高，聚合物在干交联时会发生氧化降解，因此需要惰性气体保护。氮因其来源丰富、价格低廉而得到广泛应用。

交联屏蔽材料，尤其是绝缘材料，含有交联剂(过氧化二异丙苯)，分解产物、交联副产物等小分子在高温下会变成气体。如果没有压力控制，就会形成大气泡。所以交联反应必须在压力下进行，一般在0.7~1.2MPa。

5.开放式停车程序

(1)开车前的准备

①密封垫的选择和模具匹配:根据电缆规格准备好上、下密封垫和模具并安装。

②挤出机加热保温:为了使挤出机温度达到工艺要求，应提前3 ~ 4小时升温。

③牵引线穿线:将牵引线从上密封件引至下密封件，缠绕在下牵引轮上，并连接到收线盘上。

④电线接头:用接头钢管(最好是铜管)液压连接电线和导线，将放线盘升起就位，适当拉紧，并将电线存放在电线存放装置中。

⑤牵引和收线:选择上下牵引、辅助牵引和收线的档位。

⑥屏蔽材料的干燥:屏蔽材料使用前应在40 ~ 60℃下干燥4小时以上。

⑦收线:根据计划长度选择收线盘，调整电缆导向轮的节距、限位和角度。

⑵驾驶

①走线:调整并同步上下牵引力。

②张力调整:调整下牵引，使钢丝张力合适，放入悬挂控制器。当悬挂控制器的指示灯为零或摆幅不大时，表示张力调整完毕。调整放线张力。

③挤出机启动:走线后先启动内屏蔽机，调整后分别启动保温和外屏蔽机，调整好每层厚度和偏心后密封下密封。

④水煤气过程:启动水泵，使冷却水进入冷却管。

⑤密封封口机:调整好挤出机后，即可密封封口机。

⑥交联管加热:在给定的工艺温度下加热管子。

⑦氮气供应:根据操作规程和工艺规程供应氮气。

⑧成品标记:当温度和压力达到工艺要求时，标记下部封闭处，成品在X(60)米后。

⑨开车后:将成品线收好放在线圈上，调整好排线的速度和节距，转入正常生产。

⑶停车

(1)停止交联管加热电源。

②分别停止挤出机的进料。

③将水位调节到控制范围内的最高位置。

(4)停止供氮，降低挤出机速度，减小电缆外径，放出氮气，放出氮气时停止全线。

⑤当管道内压力为零时，打开联锁装置和上部密封器。

⑥做好成品标记，将绝缘废电线从管道中走出来。

⑦停止水泵，排出冷却水。

⑧挤出机应按要求清洗。

⑨关闭所有开关和阀门。

四、质量缺陷的原因及消除方法

交联废品的类型、成因及解决方法

废物类型

现象

发生原因

解决办法

绝缘厚度不足

最薄点低于标准，

平均值低于名义值

线速度快，

挤出机出胶量不足，

模具搭配不当。

降低线速度，

挤压机加速，

合理的模具搭配。

古怪的

绝缘层厚度不均匀

模具没有对齐，

控制褶皱的变化

调整模具，

尽量稳定地控制褶皱

异质物质

螺纹表面有突起

原料不干净，喂的时候混在一起。

焦炭燃烧

选好料，净化进料，控制挤压温度。

气泡

绝缘片上有气孔

挤压不当、材料潮湿和冷却不足(在同一圆周上)

合理配模，烘干，提高水位或降低冷却水温度。

表面划痕

表面不光滑，

刮伤了。

擦拭硫化管中的壁，

模套外缘有烧焦物。

调整悬垂性，及时清理管道内的异物，防止模套过热，停止清理模套。

竹子

外径大小不一。

牵引速度不稳定，

模芯太小，

导体外径不均匀。

检查机电系统故障并排除，适当调整模芯尺寸，控制绞线外径。

机械性能

不合格的

差的热机械性能，

工作温度达不到。

公式不合理，

硫化工艺不当(气压低、线速度快、冷却水位高等。).

调整配方，

找出具体原因，逐一消除。

电的行为

不合格的

局部放电值太大，

介质击穿

结构不完善(导体、绝缘)、绝缘层中有杂质、外伤

使导体圆润光滑，规范操作，净化进料，防止碰伤

V.产品试验和检验

1.常规测试

常规测试是工厂测试。也就是每根电缆都需要测试。它包括以下项目:

(1)导体DC电阻测试

执行标准:GB/T 3956

⑵局部放电试验

实施标准:GB/T 3048.12。1.73U0时各相的局部放电容量不得超过10pC。

⑶交流电压测试

实施标准:GB/T 12706.2。每相应能承受5分钟的工频电压，且不得击穿。

交流电压测试值

额定电压U0kV

3.6

六

8.7

12

18

21

26

测试电压千伏

12.5

21

30.5

四十二岁

63

73.5

53

91

65

三相变压器同时用于三芯电缆电压试验时，电压应为表值的1.73倍。

2.取样试验

(1)结构尺寸检查

①导线结构尺寸:应符合GB/T 3956的有关规定。

②绝缘厚度:平均值不小于公称值，最小值不小于公称值的90%-0.1%。

③护套厚度:平均值不小于标称值，最小值不小于标称值的85%-0.1/80%-0.2。

⑵四小时交流电压测试

本试验适用于3.6/6千伏以上的电缆。样品长度不小于5米，每相施加测试电压4小时。测试电压如下:

四小时交流电压测试值

额定电压U0kV

六

8.7

12

18

21

26

测试电压千伏

24

35

48

七十二

84

104

交联聚乙烯是交联电缆的绝缘材料，其基材是聚乙烯和其他成分。交联过程是通过特定的加工方法，使线性分子结构的聚乙烯(PE)材料形成网状分支结构的交联聚乙烯。

长期允许工作温度由70℃提高到90℃(或更高)，短路允许温度由140℃提高到250℃(或更高)，在保持其原有优良电气性能的前提下，大大提高了实际性能。

交联电缆的交联方式

交联电缆的交联方法有很多。目前常用的交联方法有过氧化物化学交联(DCP交联)、硅烷交联和辐照交联。硅烷交联根据材料不同可分为温水交联和无水硅烷交联。无论采用哪种交联方式，交联的结果都是交联电缆的热延伸符合国家标准的性能要求。

1.化学交联

DCP交联生产线采用悬挂链或立式塔式设备，设备和车间成本高，消耗大量水、电、气，投资大；因为生产线长，只适合长电缆的生产；对环境要求高，需要专门的生产车间。

2.硅烷交联

硅烷交联生产线只需要普通挤出机和加热装置(热水池或蒸汽室)，投资少，环保要求低，生产灵活。适用于长或短电缆的生产，可根据客户要求制造不同长度的电缆。

3.辐射交联

辐照交联，利用电子加速器产生的高能电子束轰击绝缘层和护套，使线性分子结构的聚乙烯(PE)的聚合物链断裂，每个断裂点都变成自由基。自由基是不稳定的，需要相互重组。重组后，原来的链状分子结构变成三维网状分子结构，形成交联。

此外，辐照交联生产过程中应用的辐照剂量与其破坏剂量有很大的安全裕度。聚乙烯的辐射损伤剂量为1000KGY，而加工剂量约为200KGY。除了特殊配方的改进，聚乙烯还在很大范围内被辐射交联，所以在长期的早期使用中，经过辐射后，其性能会有所提高。辐照交联电缆的类型是YJ(F)-(辐照)交联聚乙烯绝缘，和F:辐照。

三种交联方法的比较

交联电缆因其耐高温、抗过载能力强、物理机械性能好、使用寿命长而得到广泛应用。

过氧化物化学交联、电子束辐照交联和硅烷温水交联生产的电缆并存于交联电缆市场。

从上表可以看出，由于化学交联生产工艺的特殊性，在高压大截面电缆中，其他交联方式具有不可替代的优势；辐照交联和温水交联争夺中低压普通交联电缆已成为现实。然而，辐照交联在耐高温、阻燃和聚乙烯材料以外的其他聚合物的交联方面具有独特的优势。

合作:刘恩13660560029(微信同号)