在光缆中使用的金属塑料复合带主要材料是电镀铬钢带、电缆用铝带、乙烯丙烯酸共聚物等。金属塑料复合带的各项性能与它所采用的原材料性能密切相关。从试验结果来看,金属基带的品质决定了复合带的机械性能、抗腐蚀性能的品质,同时金属基带、共聚物的品质直接关系到复合带的粘结性能的品质。对光缆质量有着严格要求的用户,需要对原材料性能进行控制,以确保光缆的品质。
钢塑复合带的基带应采用镀铬钢带(TinFreeSteel)简称TFS,镀铬钢带的特点是:由于钢带表面镀有一层铬,铬的化学性质很稳定,在常温下,放在空气中或浸在水里,不会生锈,耐腐蚀性能非常好。由于金属铬在大气中易氧化形成一层较薄的钝化层,所以耐环境性能好,在一般酸性环境中很稳定,在潮湿大气中也很稳定。镀铬钢带附着力强,有资料显示,它对**涂层的附着力比镀锡钢带强3~6倍,因此镀铬钢塑复合带的粘结性能好。镀铬钢带还具有很好的耐高温性能,铬的熔点高达1900℃。
有些厂家为了降低成本,采用镀锡钢带为基带生产钢塑复合带。镀锡钢带(ETS)在干燥洁净的大气中具有良好耐腐蚀性,但是,镀锡层表面的针孔、气泡等是不可避免的,因此在潮湿大气和表面凝露或浸水条件下,容易发生腐蚀,尤其是在酸性或有微量盐份存在的环境中,腐蚀速度相当快。锡镀层耐热性差,熔点仅232℃,因此镀锡钢塑复合带在应用中由于挤护套时的高温,使得剥离强度存在不确定性。
还有的厂家采用无镀层钢带也称为黑铁皮(BlackPlate)或CMQ(CanmakersQualityBlack Plate)制罐级黑铁皮为基带生产钢塑复合带。这种钢带**的缺点是耐腐蚀性特别差,在潮湿大气和表面凝露或浸水条件下,很容易发生腐蚀,在酸性或减性环境中,腐蚀速度非常快,造成钢带穿孔、漏气、进潮,导致通信障碍;这种复合带的钢基带与薄膜之间的附着性差,剥离强度很低,纵包搭接处易出现缝隙而进潮,做成光缆以后,钢基带与护套容易出现分离,构不成综合粘结护层,挡潮性能非常差。由于耐腐蚀性差、与薄膜的粘结性差,所以,用镀锡钢带、黑铁皮做成的钢塑复合带往往不能通过光缆用金属塑料复合带标准所规定的耐腐蚀性试验。
耐高温电线电缆:航空航天、机车车辆、能源、钢铁、有色金属冶炼、石油开采、电机等领域需用耐高温电线电缆。长期连续工作温度125度、135度、150度、180度、200度、250度及250度以上的耐高温电线电缆,目前常用的有辐照交联聚烯烃、硅橡胶、氟树脂、聚酰亚胺、云母、氧化镁等电线电缆。现介绍;两种新型耐高温电线电缆。
1.聚醚砜(pes)绝缘电线 具有优良的耐热性、物理机械性能、电绝缘性能、挤出成型性,特别是具有可以在高温下连续使用和温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定等**优点:热变形温度在200-220度,连续使用温度为180-200度,ul温度指数为180度;可耐150-160度热水或蒸汽,在高温下不受酸、碱的侵蚀;弹性模量在-100--200度几乎不变,特别在100度以上比任何一种热塑性树脂都好;线膨胀系数小,且其温度依赖性也小;具有无毒性,被美国fda认可,也符合日本厚生省*434号和178号公告的要求;具有自熄性,不添加任何阻燃剂既有优异的难燃性,可达ul94v-0级(0.46mm)。
2.聚醚醚酮(peek)绝缘电线 聚醚醚酮属**耐热性热塑料性树脂。长期连续使用温度为250度,ul温度指数为250度。
peek是一种柔韧的树脂,且抗蠕变性能好。且有自熄性,不加任何阻燃剂就可达ul94v-1级(厚度为0.3mm)、94v-0(厚度为1.5mm)、94v-5(厚度为3.2mm)要求。
电缆故障的较直接原因是绝缘降低而被击穿。导敏绝缘降低的因素很多,根据实际运行经验,归纳起来不外乎以下几种情况:
1)外力损伤。由近几年的运行分析来看,尤其是在经济高速发展中的上海浦东,现在相当多的电缆故障都是由于机械损伤引起的。比如:电缆敷设安装时不规范施工,容易造成机械损伤;在直埋电缆上搞土建施工也较易将运行中的电缆损伤等。有时如果损伤不严重,要几个月甚至几年才会导致损伤部位彻底击穿形成故障,有时破坏严重的可能发生短路故障,直接影响用电单位的安全生产。
2)绝缘受潮。这种情况也很常见,一般发生在直埋或排管里的电缆接头处。比如:电缆接头制作不合格和在潮湿的气候条件下做接头,会使接头进水或混入水蒸气,时间久r在电场作用下形成水树枝,逐渐损害电缆的绝缘强度而造成故障。
3)化学腐蚀。电缆直接埋在有酸碱作用的地区,往往会造成电缆的铠装、铅皮或外护层被腐蚀,保护层因长期遭受化学腐蚀或电解腐蚀,致使保护层失效,绝缘降低,也会导致电缆故障。化:单位的电缆腐蚀情况就相当严重
4)长期过负荷运行。**负荷运行,由于电流的热效应,负载电流通过电缆时必然导致导体发热,同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产乍附加热量,从而使电缆温度升高。长期**负荷运行时,过高的温度会加速绝缘的老化,以至绝缘被击穿。尤其在炎热的夏季,电缆的温升常常导致电缆绝缘薄弱处首先被击穿,因此在夏季,电缆的故障也就特别多。
对于MYPTJ类型的10kV矿用电缆,经过局部放电试验和生产过程的跟踪,对该类产品的生产过程工艺和检测方法进行总结,需要注意以下事项:首先,产品生产过程的外屏蔽应采用“挤出半导电屏蔽+绕包半导电带屏蔽+金属编织屏蔽”结构,而不是挤出半导电屏蔽后直接进行金属编织屏蔽,在绝缘线芯外加绕一层外半导电屏蔽带,能够杜绝编织屏蔽嵌入挤出绝缘屏蔽,影响局放性能。
其次,电缆端头的处理要求。绝缘屏蔽层应采用美工刀和尖嘴钳剥离,屏蔽层端部应处于同一截面且应有过渡斜面,不得损伤绝缘本体,绝缘表面要采用细木锉挫干净,不能有半导电材料残留,线芯端部绝缘部分应切齐、导体露出部分应紧密整齐,用无水乙醇清洗绝缘表面。试验用的变压器油要纯净,不能有水、悬浮物等杂质。电缆两端插入油杯,绝缘油必须浸没绝缘屏蔽切口。电缆导体与油杯电极接触要充分,要确保试验过程中端头不放电。
除此之外, 10KV矿用电缆产品过程周转和上机生产过程要严格控制,尤其加强对产品绝缘挤出工序硫化温度、硫化时间、蒸汽压力、收放线速度等参数的控制 ,防止产品在生产过程中出现欠硫和缆芯进水而影响局放结果。最后,此类产品绝缘线芯生产过程要避免人为较度扭结、扭绞及弯曲 ,防止应导体与导体屏蔽之间发生脱离、错位,从而造成导体屏蔽均压性能降低而影响局放指标。
市场对电线电缆产品提出了高质量和低价格的要求。这就需要对现有常规产品进行研究,充分发掘潜能,以创造更大的技术经济效益。目前交联聚乙烯绝缘电力电缆(以下简称交联电缆)的导体多用圆形紧压绞合导体,该结构的导体在绝缘挤出和多芯成缆时的工艺控制和操作都较简单,但圆形的绝缘线芯在成缆时都要用填充材料填充空隙,以保证成缆后成品电缆外观的圆整度。这在增加电缆辅助材料的同时,也增加了电缆的外径,无形中又增加了后道工序的材料用量,增加了电缆的制造成本。在新的电缆国家标准中由于取消了原规定的交联聚乙烯绝缘电力电缆导体为圆形紧压的限制,考虑到上述额外的材料用量,如果把导体改作扇形,使扇形的绝缘线芯成缆后正好形成圆形,这不但可以大大减少缆芯的成缆填充材料,同时降低了成缆外径,使后道工序的材料用量也可减少,从而降低电缆的制造成本。
技术关键:根据上述情况,设计了相应的电缆结构。关键问题是由于扇形导体外表面的曲率半径小于同截面的圆形导体,造成相邻绝缘层的局部电场强度较高,要较好地解决这问题,必须对扇形导体截面进行优化设计。交联电缆的半导电屏蔽层和绝缘层挤制为三层共挤,采用常规圆形紧压导体三层共挤时其偏心度就不易控制,更何况对扇形导体的三层共挤,其工艺难度可想而知。我们经过多次摸索反复试制,较终设计出一套三层共挤模具,从而基本解决了扇形导体的绝缘挤出的工艺难点。
工艺工装的设计和试验因为扇形导体在塑力缆的绝缘挤制时通常为单层挤出,一般可直接采用圆形挤管式模具。而CCV机组的绝缘挤出为三层共挤,胶料流动状态比较复杂。为获得良好的绝缘形状,必须采用合适的模具。我厂先后采用了以下四种试验方案。
模芯模套全部采用扇形,挤压式实际挤制后发现,虽然线芯和模口均为扇形,但挤出的绝缘层厚度较不均匀,扇形两翼处的绝缘厚度较小,在扇形面处的绝缘层厚度较大,结果是绝缘线芯外观呈扇形不大明显,而接近于圆形。分析原因认为,挤压式模具使熔融的胶料在流道中存在压力,而由于模口处的扇形使得出口处压力不均,导致在截面上出胶量存在较大差异,从而造成扇形形状不明显而成为圆形。
电缆较重要的电气性能是衰减低、阻抗均匀、回波损耗高,对于漏泄电缆还有很关键的一点是其较佳的耦合损耗。电缆的主要作用是传输信号,因此,应使电缆结构和材料保证在电缆整个使用期限内都有很好的传输特性,这一点非常重要.
1、内导体:铜是内导体的主要材料,可以是以下形式:退火铜线、退火铜管、铜包铝线。通常,小电缆内导体是铜线或铜包铝线,而大电缆用铜管,以减少电缆重量和成本。对大电缆外导体进行轧纹,这样可获得足够好的弯曲性能。内导体对信号传输影响很大,因为衰减主要是内导体电阻损耗引起的。其电导率,尤其是表面电导率,应尽可能高,一般要求是58MS/m(+20℃),因为在高频下,电流仅在导体表面的一个薄层内传输,这种现象称为趋肤效应,电流层的有效厚度称为趋肤深度。表1表示铜管和铜包铝线作为内导体时在特定频率下的趋肤深度值。内导体用的铜材质量要求很高,要求铜材应无杂质,表面干净、平整、光滑。内导体直径应稳定且公差很小。直径的任一变化都会降低阻抗均匀性和回波损耗,因此应精确控制制造工艺。
2、外导体:外导体有两个基本的作用:**是回路导体的作用,*二起屏蔽作用。漏泄电缆的外导体还决定了其漏泄性能。同轴馈线电缆和**柔电缆的外导体是由轧纹铜管焊接而成的,这些电缆的外导体完全封闭,不允许电缆有任何辐射。外导体通常由铜带纵向包覆而成。在外导体层上,开有纵向或横向的槽口或小孔。外导体开槽在轧纹型电缆中比较常见。通过沿轴向方向对轧纹波峰进行等距离切削开槽形成。削去的部分所占比例很小,且槽孔间距远远小于传输的电磁波长。
显然,将非漏泄型电缆按以下方法加工可制成漏泄电缆:以120度夹角对非漏泄型电缆中常见的普通皱纹型电缆的外导体波峰进行切削,获得一组合适的槽孔结构。漏泄电缆的外形、宽度及槽孔结构决定了其性能指标。外导体用的铜材也应质量很好,导电率高,无杂质。外导体尺寸应严格控制在公差范围内,以保证均匀的特征阻抗和高的回波损耗。
电缆发生短路故障后,击穿点可能只是电缆线路的局部位置出现击穿烧损孔洞,不会造成长距离大面积烧毁炭化现象。因为当电缆局部遭受意外机械损伤导致护套绝缘破损后,系统可能不会立即跳闸断电,破损点由于土壤中的水分和潮气作用,火线会对大地产生间歇式闪络放电现象,较终发展为*性接地和相间短路而跳闸停电,由于火线对地放电电流被限制在电缆的破损点位置,放电电流通过钢带对大地没有形成分支回路,所以电缆发生故障后在电缆全程一般只有一个点状故障。但是此时铠装层表面会带电,处于安全用电的考虑,电缆两端外露的铠装层必须做绝缘密封处理。
电缆线路钢带采用单端接地或双端接地方式,电缆发生短路故障后,故障可能是电缆的一个区段,电缆局部区域可能会出现长距离表面烧毁炭化粘连现象。因为钢带采取此种接法后,当电缆局部发生单相接地故障后会在电缆的钢带中流过比较大的接地短路电流;同时电缆的三相负荷电流也会出现不平衡现象,在钢带中可能还会伴随产生涡流现象,两种电流共同流过钢带后,钢带就会象一个大功率电炉一样,对电缆的护套和绝缘加热,再加上客户开关选择不当,土壤局部散热不好,热阻过大,电缆局部预留盘圈堆积,散热不好等不利原因,就可能造成电缆绝缘、护套出现长距离大面积烧毁炭化粘连现象。烧毁区域比较随机,可能在故障点附近,还可能在另外的区段,往往在散热较困难,热阻大的区段烧毁较严重。直到单相接地发展为两相短路后系统可能才会跳闸,无法重合闸送电。
对于低压电缆铠装电缆,加强对电缆三相电流大小的实时在线检测监视很有必要。同时铠状层接地后,应加装铠装层电流互感器对钢带电流时时监测。对电缆出现的单相接地短路故障,提前发现和处理,以避免电缆发生长距离烧毁现象,造成不必要的电力经济损失,保证电网运行的经济型,可靠性,稳定性和安全性。
按照正常的分析,直埋低压电缆发生短路故障后,故障点一般应该只有一个。但在实际现场电缆故障点开挖处理过程中发现,低压电缆故障可能会出现两个或多个故障点,同时可能还会伴随出现长距离绝缘护套发热烧毁炭化粘连现象。笔者认为低压铠装电缆出现故障现象的不同可能会与电缆铠装的接地或不接地有关,观点和看法不一定正确。希望对此类现象有真挚灼见的专业人士能提出更为科学*的分析和看法。以揭开该现象产生的深层原因。
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