交联工艺学第一章概论

1、第一章 概论第一节 交联电缆概况一、交联电缆在输电系统中作用 电能生产和其他工业最大的不同是能量不能贮存，因而，各动力能源的供给、能量的转变过程、电能的输送和使用必须构成一个有机的整体，在任何时候电能的生产都要根据不断变化着的负荷随时进行调节，将电能源源不断地输送给用户。 把一些发电厂、变电所、输电线路和许多用户连接成一个发电、输变电、用电的整体，称为电力系统。它的明显优点是安全、经济、可靠和节省投资。电力系统可以是区域性的，全国性的，甚至是国际性的。 电力网是电力系统的一部分，其作用是进行电能的输送和分配。电能的输送和分配一般都利用三相交流电，这是因为交流电容易改变电压，三相交流发电机和电动

2、机构造简单，运行可靠，造价便宜。但它的缺点是在输送过程中，电能损耗较大。为了减少输电过程中的电能损耗，对于长距离输送电能目前正在发展直流输电。电能的传输，是通过电缆输送到几十公里、几百公里、甚至上千公里以外地方的。 电力电缆在输电和配电系统中是不可分割的组成部分，越来越多输电配电线路安装于人口和建筑稠密的区域，电缆系统不但可以节约空间，而且可以有利于环境美化。 到了90年代末期，在电力电缆线路中，1kV35kV中低压电缆已全部为交联电缆所取代，110kV高压交联电缆基本上取代了充油电缆，220kV以上超高压交联电缆也将逐步取代充油电缆，预计不久将来交联绝缘电缆将取代其他电力电缆的绝缘品种。二、

3、国外交联聚乙烯电缆的发展 交联聚乙烯绝缘电缆从发明至今已有半个世纪了，1952年，查尔司(Charlesby)在一次核反应堆试验中利用辐射能将聚乙烯交联成交联聚乙烯，从而发明了交联聚乙烯绝缘。1957年美国GE公司在上述原理基础上，采用过氧化物(DCP)作为化学交联反应剂，首先在电缆工业中制造了交联电缆，在19601965年间就研制生产了5kV35kV等级交联电缆，19691971年研制成功了69kV138kV交联电缆，八十年代初，日本六大公司研制的275kV超高压电缆均已分别正式投入运行。 1970年，138kV交联聚乙烯电缆样品开始在WALTZMILL进行运行试验。1973年美国电力研究院

4、对36条地下输电系统进行了技术改造研究，耗资2600万美圆。同年电气公司最先用矿物质或有机粉料作为电压稳定剂来填充交联聚乙烯。1974年，美国能源研究开发局下属电力研究院与通用公司合作，打算研制138kV345kV交联电缆。研究工作在通用电器公司的研究中心进行。1977年中期，他们宣告研究成功138kV、230kV和345kV交联聚乙烯电缆设计、制造和敷设技术，并取得了专利。 美国除了发展交联聚乙烯电缆以外，也同时发展聚乙烯和乙丙橡胶绝缘高压电缆，因此力量比较分散。同时美国不愿意放弃传统的蒸汽交联工艺，绝缘品质不高，这是美国发展高压电缆进展不快的原因之一。另外美国的钢管充油电缆一直十分流行，就

5、像英国使用自容式充油电缆那样，电力公司对交联高压电缆的应用持保守心理，不愿意放弃原有的输电方式，因此使交联高压电缆得不到充分的发展。 日本是从1959年开始从美国引进这项技术，从六十年代初日本各大电线电缆公司开始大力发展交联电缆，住友电气公司在1960年便制造出6kV交联电缆，以后的交联电缆的电压等级逐年提高：1961年33kV；1962年66kV；1965年77kV；1969年110kV；1971年138kV；1973年154kV；1978年187kV；1979年275kV；1982年500kV。 日本的住友、古河、日立、藤仓、昭和以及大日六个大型电线电缆公司研制交联电缆的时间几乎相同。它们

6、都有相当完善的交联系统和自己的“独创技术”。 1962年古河电气公司已完成了66kV、77kV级交联聚乙烯电缆试制。1965年，住友电气公司研究成功三层共挤新工艺，1967年发明了红外线交联法，1970年研制成可剥离的交联型绝缘屏蔽。1972年住友电气公司的交联电缆产品已远销美国，并着手研制275kV交联电缆。1973年，该公司新建了80米高的高塔，安装了新式连续交联机组。1977年住友电气公司开始出口红外线交联技术。1979年住友电气公司制造了世界第一根275kV交联聚乙烯电缆，在日本名古屋变电站敷设运行。同年，日立电线公司制造的275kV交联聚乙烯电缆敷设于奥谷电站。日本日立、住友、古河、

7、藤仓四大公司共建立的一条500kV电缆线路现已竣工投产，由日本千页到东京湾，线路长约40km（电缆长度240km）是世界上最长的一根500kV电缆线路。三、国内交联电缆生产情况 我国交联绝缘电缆起步较晚，大约从60年代开始研制交联聚乙烯电缆。1971年上海电缆厂和沈阳电缆厂研制成功10kV35kV交联聚乙烯电缆，80年代初上海电缆厂将原有的蒸汽交联法改为干式交联法，1982年沈阳电缆厂引进了瑞典西沃兹(Sieverts)公司的二手干式交联生产机组，到1983年上海电缆厂进行交联设备改造工程，由上海电缆厂、沈阳电缆厂、上海电工机械厂和上海电缆研究所三厂一所消化吸收引进技术的基础上，共同研制开发国

8、内第一条干式交联生产机组。从80年代中期开始，交联电缆需大于供，由此引发了干式交联生产机组大量引进的热潮，从原来的两、三家一下子猛增到几十家生产企业。这些生产线大多是从芬兰NOKIA，美国DAVIS、ROYL和德国TROESTER等国外著名的设备制造公司引进的，由于当时一哄而上，缺乏对交联生产技术的认识，加上国产原材料质量较差，国产交联的击穿故障率高，直接影响到交联电缆的推广和安全运行。 在这种背景下，电线电缆行业协会于1989年11月正式开始组织交联电缆生产整顿管理工作，1991年3月在无锡召开了全国交联电缆生产整顿工作会议。这次整顿的指导思想是贯彻GB/T10300（即ISO9000系列）

9、质量管理体系，使各厂的交联电缆从设计、采购、工艺准备、生产制造、检查、包装、销售发运到售后服务等一系列重要环节都进行受控状态。为此对国内17条CCV交联生产线进行了整顿验收，达到了管理有序、体系运行正常、人员素质提高、产品质量提高、市场扩大、效益增加的目的。 90年代起国内又掀起引进超高压电缆生产线的热潮，到目前为止，全国已有高压生产线约二十几条，其中有十几条可以生产220kV超高压交联电缆，这些生产线全部分布在我国东部和沿海地区。根据我国有关方面规定：110kV与220kV交联电缆必须通过两部组织的鉴定，两部撤消后，由省一级经贸委组织；由上海电缆研究所代表国家机械工业和武汉高压所代表国家电力

10、公司组成的鉴定委员会进行产品鉴定，到目前为止，已有近二十家通过了110kV鉴定，其中四家通过220kV鉴定。第二节 交联电力电缆结构、品种、型号和名称一、基本结构 交联电缆一般是由导体、绝缘和护层三部分构成。1、导体 导体是指能传导电流的物体，又称为导电线芯。用作电线电缆导体的材料，首先要有良好的导电性能，即电阻要小，以减少电流在线路上的损耗。损耗与电流大小、电阻大小有直接关系，并表现在导体的发热上。 电缆就是利用导体来传导电流的，因而电线电缆的规格都以导体的截面表示。 电力电缆的导体，可以制成整根实心的，或是由多根单线绞合而成，形状可以是圆形的和扇形的结构。绞合线芯可以采用非紧压的和紧压线芯

11、两种。交联电缆的导电线芯通常采用绞合结构，1kV交联电缆通常采用扇形、半圆形和圆形。6kV以上交联电缆采用圆形紧压线芯。（1）圆形导电线芯 圆形导电线芯，其绞合排列一般采用“正规绞合”的形式，绞合原则是： 1）中心一般为一根单线，第二层为六根单线，以后每层比内层多六根，单线采用相同的线径。 2）每层单线的绞合方向应和前一层方向相反，最外层应用左向绞合。这种结构可保证电缆导电线芯的稳定性和一定的柔软性。（2）扇型和半圆形导电线芯 扇形和半圆形导电线芯不是理想的对称状态，因此，设计多根线芯排列时考虑到弯曲的的稳定性极为重要。为使非紧压扇形线芯具有足够的可曲度和稳定性，在设计不紧压扇形芯时，必须遵守

12、下列规则： 1）中央导线规则：扇形芯的中央导线必须位于扇形芯的中心线上，否则，当线芯弯曲时，位于中心线上部导线将被拉伸，而下部的将受压缩而可能挤出，这将引起扇形破坏而损伤绝缘。 2）移滑规则：扇形芯中心线上导线的直径一般较大，处于两恻的导线应能沿中心线上导线滑动而不改变扇形芯形状，这一规则称为移滑规则。否则，当扇形芯绞合成缆时，扇形可能被破坏而损伤绝缘。 2、绝缘 绝缘是将绝缘材料按其耐受电压程度的要求，以不同的厚度包复在导体外面而成，起着使带电体与其他部分隔绝的作用。绝缘层的材料必须具有良好的电气绝缘性能，主要表现为承受电压的大小。一般地讲，同一质量的绝缘层越厚，耐电压也越高。绝缘也要具有一

13、定的机械物理性能和加工制造的工艺性能。例如制造低压电缆时，尽管从电气性能方面考虑可以采用很薄的绝缘，但从机械性能与加工工艺考虑，仍以稍厚一些为好，原因是绝缘过薄，加工较困难，容易损坏。电缆通电以后，导体要发热。因此，比较理想的绝缘材料，应有良好的绝缘性能，和良好的热传导性能。绝缘在电和热的作用下，内部会产生变化，天长日久，绝缘性能就要降低。交联聚乙烯具有优良的电气绝缘性能，经过交联后，它的耐热和机械性能大幅度地提高，是目前理想的绝缘材料。 导体包复绝缘层后称为绝缘线芯。每个导体上的绝缘层，称为线芯的绝缘或简称芯绝缘。 根据国家标准GB/T12706和GB11017规定，不同电压等级交联电缆绝缘

14、厚度见表11。表11 交联电缆绝缘厚度导体标称截面mm2不同工作电压下的电缆绝缘厚度(mm)0.6/13.6/66/108.7/1012/2021/3526/3564/110250.92.53.44.55.59.310.5350.92.53.44.55.59.310.5501.02.53.44.55.59.310.5701.12.53.44.55.59.310.5951.12.53.44.55.59.310.51201.22.53.44.55.59.310.51501.42.53.44.55.59.310.51851.62.53.44.55.59.310.52401.72.63.44.55.5

15、9.310.519.03001.82.83.44.55.59.310.518.54002.03.03.44.55.59.310.517.55002.23.23.44.55.59.310.517.06302.43.23.44.55.59.310.516.58002.63.23.44.55.59.310.516.010002.83.23.44.55.59.310.516.012003.03.23.44.55.59.310.516.0 护层是电缆外层的保护部分。根据电缆的用途以及使用环境和绝缘的不同，护层有许多不同形式和结构。它们所起的作用也不尽相同。交联电缆护层主要有裸护套和铠装型两种。在不受机械

16、外力情况下，选用裸护套，即直接在绝缘线芯外面挤包一层塑料，如果用于直埋或要经受一定的机械外力，需要包上金属带铠装；110kV高压交联电缆或电缆埋设在水下，则需要防水护层，包上一层铅套、铝套或铝塑综合防水层。由于它经受不住机械损伤，因而还需包上钢丝、钢带。钢丝、钢带容易被腐蚀，铅套、铝套在恶劣环境下也容易被腐蚀，因而还需包上各种防腐材料、如沥青、黄麻、塑料等。这些都统称为外护层。其中钢丝、钢带称为铠装层，沥青、黄麻、塑料层称为防护层。此外在导体上、绝缘层上、电缆芯上或电线电缆外层，为了防止外界电磁波干扰或是起均匀电场作用，还包有金属带、丝或半导电塑料等材料。这些都称为屏蔽层。4、高压电缆的防水层

17、 油纸电缆均采用压铅机和压铝机挤包金属套，对于中低压交联电缆一般在有化学腐蚀的环境或水底敷设时才采用。但对于高压电缆一般规定使用金属护套。采用挤包的皱纹铝金属套较为理想，但一台连续式压铝机价格昂贵，随着焊接技术的发展，皱纹焊接的铝套电缆使用的可靠性已愈来愈多为人们所认识，各电缆企业采用先进的氩狐焊接技术。并装有超声波等在线检测装置，保证了焊接的密封性。为了检验是否漏焊，生产厂家又加了一项中间检验装置，将整盘焊接后的电缆进行浸水气密性试验，且进行百分之百的检验。 在进行焊接铝套机械强度试验时，发现焊缝周围金属铝的抗拉强度略高于铝套本身的抗拉强度（75N/mm2）,焊接材料的强度是比原来的材料要高

18、，因为焊接件材料的金相组织起了变化。并采用空心铝套进行侧压力试验，分别在焊缝上，和焊缝相隔90度以及相隔180度进行侧压力试验，其负荷变形曲线基本一致。 在焊缝处温度到达700时一点受热焊接温度虽高，但能量不大，铝的散热又很快，所以电缆绝缘上的温度很低，不会有损伤绝缘或绝缘上的阻水层的可能。二、品种1、 1kV交联绝缘电缆 用在低压电缆的绝缘范围非常广泛，电缆绝缘的厚度已不完全取决于电气性能，而是考虑其机械和加工性能。由于电缆相电压仅为600V，几乎所有的塑料均可承受，导体表面的绝缘中即使有少量气泡，影响也不太大，因为空气的击穿场强可达3kV/mm2，有着很高的安全系数，绝缘可直接包复在导体上

19、而不必采用半导电层。采用交联绝缘后，完全可以克服PVC绝缘的缺点，目前以采用硅烷交联绝缘为最多，也可以用其他如辐照交联等绝缘电缆，早在80年代中期，就开始开发了硅烷交联绝缘电缆，硅烷交联是低温交联，生产厂不需要增加多少技术措施，可以在现有设备上生产且温升载流量高，绝缘厚度比PVC要薄，绝缘比重比PVC绝缘轻，绝缘成本基本上没有增加，如果在母粒料上混入着色剂，可以制成耐候料，生产1kV架空电缆，硅烷交联的年产量已接近5万公里/年（三芯）。在西方发达国家中，约有一半PVC塑力缆被硅烷交联电缆所代替，我国也正向这方面努力。2、过氧化物交联电缆 过氧化物交联是在聚乙烯基料中加入过氧化物交联剂(DCP)

20、，经过高温高压后，使聚乙烯绝缘发生交联，这种方法适用于生产中、高压交联电缆。它有蒸汽和干法两种交联生产工艺，蒸汽交联因温度由蒸汽压力控制不能太高，生产效率低，加上绝缘含水量高达2000ppM，绝缘品质不好，已经淘汰。干法交联绝缘中水分含量为100200ppM，已在10kV500kV中、高压电缆中广泛地应用。90年代初GB12706-91国标正式发布，中低压交联电缆得到蓬勃的发展。在中压电力电缆领域内，交联电缆已基本上取代了油纸电缆。 生产110kV220kV高压、超高压交联电缆目前国内大多采用立塔全干式交联及冷却工艺，对高压电缆绝缘的基本要求：（1） 光滑的层间界面，应采用超光滑半导电屏蔽料。

21、 （2）无杂质绝缘。应采用超净绝缘料，全封闭材料处理系统，超净料的自动下料装置以及高效滤网装置（可过滤高于30m的杂质）；具有相应的杂质在线检测装置。 （3）无微孔绝缘和最低的含水量。采用全干式交联及冷却工艺，即氮气冷却。气冷用鼓风机使氮气在冷却管中快速环并实现热交换，因而冷却效率高。（4）保证好的绝缘同心度。采用上下牵引同步旋转的交联生产线和X射线绝缘芯在线检测装置。（5）消除绝缘内热机械应力。采用在线松弛装置，减小绝缘中的机械应力，改进高压和超高压电缆的质量，具有更高的击穿电压和较小的绝缘收缩。（6）应用计算机程序模拟出最佳的交联工艺条件。如：挤塑机出胶量、交联段的温度和生产线速度。既满足

22、绝缘性能要求，又能使生产速度达到最高。对220kV超高压电缆还应开展电缆及附件的基础研究工作；如电压寿命特性，采用威尔布统计研究寿命指数值，高电场热循环研究，绝缘缺陷（杂质、微孔灯）研究。除此而外还应具有红外光谱，流变特性，热扫描，卡费休水分检测，杂质微孔检测，局放检测装置以及全套高压试验室装置，才能生产出高质量220kV超高压交联电缆。3、架空绝缘电缆 在城市供电系统中，高压线和绿化带都要占有一定空间，空间走廊日益狭小，线树矛盾突出，触电伤亡事故不断发生。采用地下电缆供电，可利用的地下空间也很有限，且开挖困难，耗资较多。架空电缆在高压线和地下电缆应用困难时就应运而生了。特别在老城市的城网改造

23、中，架空绝缘电缆的应用就特别受到青睐。目前我国10kV架空绝缘电缆的年需求量已达6万公里左右（单芯）。上海地区全部采用铜导体结构，其主要考虑为： （1）在电力规范中规定：在有张力作用下，铝导体最高安全使用温度为70，采用铝导体的经济优势不大。 （2）上海电网负荷量重，铝导体过载能力有限，如遇较大的短路电流，是不堪重负的。 （3）铝导体表面容易氧化，接触电阻大，对导体的接头附件不安全。 （4）沿海地区盐腐蚀严重，采用铝导体不安全。在东南亚使用的经验证明，铝导体大量断裂落地，均是由于盐舞腐蚀所致。 （5）沿海地区台风较多，要求导体拉断力高，上海在90年代初的一次台风中，杆塔折断，铜芯架空绝缘电缆落

24、地，但供电始终没有中断。 但也有采用铝芯架空绝缘电缆的，主要原因为： （1）将现有杆塔上的裸铝线拆下，换上铝芯架空绝缘电缆，载流量不必增加，工作方便，且工程造价最低。 （2）如电网负荷不高，杆塔间距较近，采用铝芯架空电缆，载流量也不必增加，工作方便，且工程造价最低。 （3）如杆塔间距大，张力要求高时，采用铝合金导线或支乘线结构，工程造价比较便宜。 一般在市郊或林区，如负荷不很高，送电距离又长，较多地采用钢芯铝绞线导体结构，在国外这种结构已经淘汰，因这种结构导体尺寸大且很费绝缘料。国内用户不大喜欢采用带支乘线的电缆，而大量采用钢芯铝绞线的导体。上述各种铜、铝及铝合金以及是否带有支乘线等架空绝缘电

25、缆产品，均包括在我国国家标准GB14049中，用户应视具体不同的特点，慎重选择。架空绝缘电缆还包括下列两种产品： （1）变压器下引线架空绝缘电缆：在架空绝缘电缆系列中还有一个品种，称变压器下引电缆，是变压器和架空电缆之间的连接线，上海在马路上就有十几万台这样的变压器，是一项量大面广产品，用于连接线的电缆一定要用软铜导体，目前在国内外均已全部采用软铜导体，且绝缘水平要求很高，因变压器附近的电场分布很复杂，在潮湿的环境中电缆表面很容易爬电，上海郊区曾多次发生因爬电烧毁电缆绝缘的事故，日本专门为这种产品制定了国家标准（JISC3649），其特点为：1) 应用TR型特软铜导体，以便于连接架空电缆和变压

26、器。 2)该电缆靠近杆塔和各种接地体，电缆要有很好的耐电痕性能，电缆绝缘中的碳黑含量要尽可能的少，绝缘表面要很光滑。这种电缆因容易更换，为确保电痕指标，宁可损失一些光老化性能。 （2）三芯集束架空电缆的研究选用：架空绝缘电缆系统为半绝缘供电系统，大部分的相电压由空气承担，在电缆使用中又没有水树等现象产生，供电非常安全。如利用现有杆塔，用架空绝缘电缆换下裸铝导线，就更为方便，但这种电缆的主要缺点是电抗大，在较长的送电距离中电压降落大，如采用升压措施，工程造价将成倍上升。三芯电缆的电抗值很小，在长距离送电中，如采用三芯电缆，由于节省了升压措施，其工程造价比裸线的工程造价还便宜。这种三芯电缆是大节距

27、绞合的三芯电缆，又称为集束架空电缆(Bundle assembled core for overhesd system)，集束架空电缆将三根绝缘线芯用大节距束绞，外包一层热收缩带，安装使用均非常方便。国外还有许多带支撑束架空绝缘电缆使用时应注意，这种电缆是属于全绝缘系统，绝缘表面应包一层外半导电层，使电缆绝缘的电场成径向分布，如果没有外半导电层，电缆表面将产生强烈的电晕，在晚上可以看到明亮的光环。在阴雨天还伴有放电的声音。在国家标准GB14049中，该电缆规定要在例行试验中进行局部放电试验。 4、五芯电缆 在塑力缆国家标准GB/T12706中仅考虑到低压三芯、四芯电缆，其中第四芯是为了输送电力

28、系统在不平衡状态下产生的不平行电流以及短路电流。这就是3+1的四芯电缆，中心线大小由不平衡电流及短路电流来确定，但一般不得小于一相的1/2。到90年代原属电气装备系统中一些电缆，例如建筑、船用、矿用电缆等，输送容量越来越大，并且对电缆产品的功能要求越来越多，随着计算机的广泛应用，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PN线要求扩大到相线截面水平，即四等截面，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。很多电缆企业研制了五芯电缆以满足不同的用户需要，有3+2芯、4+!芯二种结构。建筑部门多数需要4+1

29、芯结构，其他部门则采用3+2 芯结构。五芯电缆以圆形电缆居多，并用迭代法编制计算程序，设计出五芯不等截面电缆的外径和结构尺寸，还设计了五芯瓦形电缆结构。在国外也较多地采用五芯电缆，BICC公司采用金属屏蔽层作为第四或第五线芯，该结构有如下的一些优点： （1）采用铝导线作金属屏蔽，用以防止外来的各种电气干扰。并可作为PE线或PN线。对四芯电缆，该层即为PE线。 （2）采用钢丝金属屏蔽作电磁屏蔽，以防止各种外来的电和磁的干扰，又称全屏电缆，电磁屏蔽层又是PE或PN线，这种结构得到了各种用户的欢迎，需求量也越来越多。 对于五芯电缆采用何种产品结构，对中线和地线截面应用多大的尺寸，应根据我国的具体情况

30、进行调查研究，根据用户的具体要求确定。 5、阻燃、耐火和阻水等电缆品种 电线电缆是国民经济中不可缺少的动脉，同时往往也是着火成灾的根源。六十年代开始，世界各国早就有意识开发阻燃电线电缆产品。长期以来，人们主要寄希望于卤素型阻燃剂。在电力电缆中，以使用有卤阻燃电缆为多，也有使用低烟无卤电缆，阻燃电缆的等级最高的A类产品用GZR（即高阻燃）表示。对1kV电缆可适当采用各种阻燃材料来达到三种不同类别的标准；但10kV交联电缆还没有阻燃绝缘料，要依靠采用不同的填充料和护套料和采用不同截面大小来达到B类或C类标准，一般达到B类标准时就要求采用较大的电缆截面。如果要达到A类标准，可采用隔氧层（又称隔火层）

31、结构，原上海电缆厂首创的隔氧层电缆结构。即在10kV电缆外挤包一层高祖燃的树脂材料，现在已有较多的电缆厂采用含高祖燃剂的橡胶带或玻璃布带绕包，含高阻燃剂的玻璃布又称为隔火带已在市场上推广使用了。 在某些重大工程项目中，需要一种在火灾时仍能持续通电和保安电源，以便来灭火报警、照明、通讯和救火之用，称耐火电缆，绝缘与护套仍应是阻燃电缆材料，并在导体上包上12层云母带，合成氟金云母带在1100仍不失去机械强度，产品型号为NH。为保持云母带在加工中的机械强度。加包一层聚酯带有更好的效果。 由于电力电缆大部分均用作埋地敷设，电缆一旦产生大量水数，将大大降低了电缆使用寿命，在殴美各国，早就大量采用了阻水电

32、缆结构，一般均采用铝塑综合防水层，并采用阻水带填充，也可在导体上填充膨胀纱，使导体也能阻水。 上述产品用量并不一定多，但在一项工程招标中，一个企业如没有这些配套产品，是会影响中标的。三、型号和名称 交联电缆的产品型号及名称见表12表12交联电缆的产品型号及名称产品名称产品型号裸护套钢带揩装细钢丝揩装粗钢丝揩装铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套YJVYJV22YJV32YJV42铝芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套YJLVYJLV22YJLV32YJLV42铜芯阻燃交联聚乙烯电力电缆ZR-YJVZR-YJV22ZR-YJV32ZR-YJV42铝芯阻燃交联聚乙烯电力电缆ZR-YJLVZR-YJLV22ZR-

33、YJLV32ZR-YJLV42铜芯交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套YJYYJY22YJY33YJY43铝芯交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套YJLYYJLY22YJLY33YJLY43铜芯低烟无卤交联聚乙烯电力电缆WL-YJYWL-YJY22WL-YJY33WL-YJY43铝芯低烟无卤交联聚乙烯电力电缆WL-YJLYWL-YJLY22WL-YJLY33WL-YJLY43铜芯交联聚乙烯绝缘架空电缆JKYJ铝芯交联聚乙烯绝缘架空电缆JKLYJ铝芯本色交联聚乙烯绝缘架空电缆JKLYJ/B铝合金芯本色交联聚乙烯绝缘架空电缆JKLHYJ/B电缆的型号组成如下：类别导体绝缘内或外护套特征外护层派生1234567第26项为电

34、缆结构上从里到外各层的材料和结构特征。第一项为产品品种类别或用途，例如在架空电缆中用于表示电缆类别，但是在电力电缆中用绝缘YJ代替类别，可以使型号更为简单，如YJV表示铜芯交联绝缘聚氯乙烯护套电缆，铜导体可以省略第七项为同一产品品种的派生结构。在表示方法上，前五项以汉语拼音字母标注，第6项用数字标注，第七项可用汉语拼音字母或数字标注。每一产品型号不一定包含上述所有的内容，书写时也不需要标出每一项目。为了避免型号沉长难记，型号之间不相混淆，铜导体的产品由于沿用已久，除裸电线外，一般不标出导体材料的代号。第三节 交联电缆性能 聚乙烯虽然有很多优良性能，但用作电力电缆绝缘，却存在一些缺点。首先是熔点

35、低，在110左右熔化，当用作电力电缆绝缘时，若电缆在过电流或短路故障时，温度可能上升到使聚乙烯产生软化变形，导致绝缘损坏。 为了保持聚乙烯的优点，克服其缺点，将3进行交联是目前最好的一种改性方法。交联就是将聚乙烯的线性分子结构通过化学交联或高能射线的辐照交联，转变成立体网状分子结构。从而大大地提高了它的耐热性和耐环境应力开裂，减少了它的收缩性，使其受热以后不再熔化，这样交联聚乙烯材料就成为一种目前理想的绝缘材料。除了上述主要特性外，交联聚乙烯还具有很多优越性能，它显著地改善了聚乙烯在高温下热变形大的缺点，聚乙烯在110左右熔化，而交联聚乙烯在130温度下仍保持弹性状态，交联聚乙烯绝缘电缆其长期

36、允许工作温度可达90，而一般聚乙烯电缆长期工作温度只有70，所以交联聚乙烯电缆载流量高，一般可比其他形式的电缆提高一档截面使用。短期允许过载为130，短路温度允许为250。另外，交联电缆结构轻便，易于弯曲，电气性能优良，耐热性能好，不受敷设落差限制，安装敷设方便和附件接头简单，特别是没有因漏油而引起火灾的危险，因此越来越多地得到广泛应用。一、导体电阻 导体仍有一定的电阻数值，在通电时会产生电压降并发热，是能量消耗的主要部分。导体电阻的大小，直接影响它的导电性能，因此导体电阻是电线电缆的电性能的主要指标之一。在摄氏20，截面为1平方毫米，长度为1米的导线的电阻叫做电阻率。电阻率的单位是以欧姆&#

37、183;毫米2/米来表示。软铜线电阻率20为0.01748·mm2/m。 1、线芯直流电阻 单位长度电缆的线芯直流电组一般可按下式进行计算： Rt=R201+(t-20)k1k2k3k4(/km) 式中Rt单位长度电缆导体在t温度下的直流电阻；R20单位长度电缆导体在20温度的直流电阻；20线芯材料在温度为20时的电阻系数；标准软铜：20=0.017241×10-6·m；标准软铝：20=0.028264×10-6·m；导体电阻的温度系数。标准软铜：=0.00393 1/ 标准硬铝及硬铝制品：=0.00403 1/ ki为单线在加工过程中引起的金

38、属电阻率的增加所引入的系数，它与单线直径的大小，金属的种类、表面有否涂层有关。 K2是用多根绞合而成的线芯使单线长度增加所引入的系数。对于实心绞线，k2=1；对于固定敷设电缆紧压的多根绞合导体结构，截面在200mm2以下时k2=1.02，截面在250mm2以上时k2=1.03，对于不紧压的多根绞合导体结构和固定敷设软电缆导体k2=1.031.04。 K3是紧压导体因紧压过度使导体发硬，电阻系数增加所引入的系数(约1.01)。 K4是因成缆绞合增长导体长度引入的系数，对于多芯电缆为1.01。 2、线芯交流电阻 由于电缆导体是在交流电压下工作，在计算电缆工作状态下的电压降，以及计算其发热情况时，应

39、采用导体的交流电阻值，在考虑到导体在交变电磁场下产生集肤效应和邻近效应后的交流电阻值，可按以下简化公式计算，即 Rt=Rt1+Ys+Yp/km 式中：Rt单位长度电缆在导体温度t下时的交流电阻， Rt单位长度电缆在导体温度t时直流电阻， Ys集肤效应系数， Yp邻近效应系数 当铜导体截面超过630mm2和铝导体截面超过1000mm2，其集肤效应系数迅速增加，因此拟考虑采用分割导体。 邻近效应系数与两导体间的距离有关，当两电缆距离增加时，其邻近效应系数值将随距离的平方值成反比减小。 在知道导体的交流电阻后，就可以计算在工作状态下的线路电压降。用下式计算，即 VL=RIL(V) 式中VL线路压降（

40、V）； R单位电缆长度在工作温度下的交流电阻（/km） I传输电流(A)； L电缆长度(m)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大小。在超高压电缆线路中，电容电流可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值比较小，所以交联电缆的电容值也小，电容电流较小，这就成为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，即 C=(F/m) 式中0真空介电常数，0=8.86×10-12交联聚乙烯介电常数，=2.3D绝缘外径(mm)d绝缘内直径(mm)三、电缆的介质损耗正

41、切(tg) 介质在电场作用下，单位时间内消耗有功功率叫做介质损耗。tg的物理意义可以通过绝缘介质的交流电压U与绝缘介质中通过的电流I之间的矢量关系来了解，电流分量可以分解为两个分量Ip=Isin代表电缆的纯电容电流，是电流无功分量。有功分量Ia=Icos，电流的有功分量与无功分量的比，即 tg=同时也是能量的有功分量与无功分量的比，tg越大，损失于介质中的分量也越大。 在交流电压作用下，消耗于绝缘介质中的有功功率，称为介质损耗，单位长度电缆在工作状态下的介质损耗Wd可按下式计算：即 Wd=U2tg （W/km） 式中U电缆导体的对地电压(V)；=2f f-电源频率(f=50Hz)tg-绝缘的介

42、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,tg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tg值,这是它的又一个优点.根据我国标准规定,电缆应符合下列规定:在工作温度90；在电压2kV下测得的tg8.0×104(6kV10kV等级电缆)，在U0电压下测得的tg10×104（35kV等级以下电缆）。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。 电缆绝缘电阻是由绝缘材料的电阻系数i和电缆的结构尺寸G确定的。电缆单位长度的绝缘电阻可按下列公式计算 Ri= 其中圆形电缆：G= 式中Dc为电缆屏

43、蔽外径； 1为绝缘厚度 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，一般说来它随温度和场强的上升而下降。对于含杂质较多，绝缘电阻系数较低的材料随温度上升而下降则更多。五、介电系数 任何物质都是由带正、负电荷的粒子组成的，当绝大多数的正、负带电粒子由于引力而处于束搏状态不能自由迁移时，此物质即称为电解质。在电场力的作用下介质束博电荷在力的作用下移位，正电荷沿电场力方向移动，负电荷则向相反方向移位，电场强度越大，移动距离越大；电场消失时，电荷将重新恢复原状。 在有些介质中，存在着偶极分子，这种偶极分子在电场力的作用下，将发生重新排列，即偶极分子沿电场方向排列；当电场消失时，偶极

44、分子由于热运动又恢复无规则的排列。 在电场作用下，上述束搏电荷的位移现象的偶极分子的定向排列都属于介质极化。在一定的外施电压U下，电极上的电量由两部分组成即 Q=Q0+Q介式中 Q0当分隔的两电极间是真空时，电极上的电荷量； Q介当分隔的两电极间有介质时，由介质极化而产生的电荷量； 电荷量Q与电压U的比值称为该极板件间的电容，即 C= 在均匀的平板电场的情况下，电容C与电极面积A成正比，而与电极间的绝缘厚度成反比， C= 式中，是绝缘的介电系数，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。 真空时的介电系数量小，用0表示，是一个基本常数，即 0=8.86×10-1

45、2 F/m 在工程上，绝缘材料的介电系数通常以下式表示 =r0 式中，r是绝缘材料的相对介电系数，真空的相对介电系数为1，各种绝缘材料的相对介电系数都大于1，通常把相对介电系数简称为介电系数。电力电缆用各种绝缘材料的相对介电系数列于表13中。表13 各种绝缘材料的相对介电系数电缆绝缘形式相对介电系数r电缆绝缘形式相对介电系数r粘性浸泽不滴流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2.3六、局部放电 在导体和电缆金属屏蔽层间施加工频电压后，如在绝缘体中存在微孔、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)

46、表示。尽管局部放电只用很小的能量，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重要作用。目前世界各国都非常重视这项指标，并提高了对局放试验的考核标准，提高电缆的出厂试验指标，不会损伤电缆绝缘，最新IEC6050297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不大于10PC，我国国家标准GB/T12706-2002也相应提高了对局放试验考核要求。七、工频耐压试验 对电缆进行工频电压试验是为了考核电缆耐工频电压性能。工频电压试验分例行试验、抽样2及型式试验三种。例行试验在出厂时，在每盘电缆上进行，其试验电压值较低，时间较短；抽样试验和型式试

47、验一般试验电压值取得较高，时间也较长，用以模拟电缆寿命。最新IEC60502-97公布后，将10kV等级电缆的工频例行试验由2.5U0/5分钟提高到3.5U0/5分钟，国家标准也提高了考核标准。美国AEIC标准规定1015kV电缆的工频例行试验电压为4U0/5分钟，其他国家还没有超过3U0的。IEC840标准对高压电缆采用2.5U0/30分钟，不增加电压而是延长时间。因为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电缆绝缘的工频耐压试验都是以延长时间出发，而不是提高电压。八、冲击电压试验 对电缆进行冲击试验用以考验电缆冲击耐压性能，这是选

48、择电气设备的基础又称基准绝缘水平。考虑到电缆系统可能受到大气过电压的冲击，特别是波形在电缆中的反射提高了冲击电压，电缆冲击水平的选用应比电气设备高一些。九、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年发现水树放电，引起了各方面的关注。 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。这五个因素是： 1)、局部高场强，如内半导电层的局部凸起，； 2)、有微小的微观裂纹； 3)、绝缘内部有杂质或金属粒子； 4)、绝缘有水分； 5)、水树放电 水树放电也存在着引发

49、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发生电树放电而引起介质击穿。为了防止和减缓水树放电，采用干式交联（包括硅油交联）是有利的，因为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，一般可比蒸汽交联降低一个数量级。在结构上，电缆绕包或纵包铝塑复合带，或放入高吸水材料，或挤包金属密封套作防水层，均能起到有效的防水作用，这对防止交联电缆发生水树放电是极为有利的。十、220kV交联电缆的预鉴定试验 为了获得超高压电缆线路长期可靠性方面某些信息，特别是使电缆和附件得到一次热和机械应力的严格考验。应进行长期加速老化试验即预鉴定试验。根据IEC200

50、0-10月13日出版的CDV文件(20/442/CDV)额定电压150kV(Um=170kV)至500kV(Um=525kV)挤包绝缘电缆极其附件试验方法以及全国电线电缆标准化技术委员会提出的标委会标准CSBTS/TC213-02-1999额定电压220kV交联聚乙烯绝缘电力电缆。在预鉴定试验中，对被试验的电缆系统中包括所有附件，施加16kV(1.7U0)长达一年时间，采用导体电流加热的方式，将电缆导体温度加热至(9095)，加热的方式应使远离电缆附件处的电缆导体达到上述温度，加热时间8h，在每个加热周期至少2h导体温度达到上述温度，接着至少16h的自然冷却。在整个一年试验期内，每天进行一个周

51、期的热循环。IEC标准规定为180个热循环，我国在第一次试验共进行了365个热循环试验，试验结束后，在电缆试样上进行雷电冲击电压试验，从完成热循环电压试验的电缆线路上切取三段电缆，分别代表了直埋敷设、管道敷设、空气敷设三种敷设状况的电缆试样，进行雷电冲击试验。试验时试样导体温度为9095，施加1050kV试验电压，正、负极性各10次，试样未击穿。随后对该试样进行冲击裕度试验，分别施加1100kV、1200kV、1300kV、1400kV和1500kV试验电压，正负极性各10次。十一、连续载流量 在给定电缆导体的工作温度的情况下，利用电缆各损耗和各部分的热阻大小，用计算的方法，所得出的载流量称为

52、安全载流量。但在实际情况下，由于状态的改变，如环境温度，埋设深度，电缆密集程度等不同，都会影响载流量的大小，所以一般用修正系数来校正，或者根据实际经验对载流量进行修正。连续载流量I可按下列公式计算。 I= 式中：=a高于环境温度的导体温升() 电缆导体的最高允许长期工作温度（） a环境温度（） Wc=I2·R每米电缆中每相导体损耗(W/m)； Wd每米电缆中每相介质损耗(W/m)； I电缆允许连续工作电流(A)； R工作温度下，每相电缆的交流有效电阻（/m）； T1、T2、T3、T4每米电缆的绝缘热阻，衬垫热阻、护层热阻及外部热阻（·m/W） n电缆芯数； 1、2电缆的护套

53、及铠装损耗系数。 交联电缆的载流量，由于其长期工作温度高达90，所以要比粘性油纸电缆高12级。十二、机械物理性能 绝缘和护套性能见表14。表14 绝缘和护套性能序号试验项目单位绝缘护套PVC护套ST2PE护套ST31老化前及老化后机械性能试验a)抗张强度 最小b)断裂伸长率 最大烘箱中老化后a)处理：温度（±20） 持续温度 持续时间b)抗张强度老化后 最小变化值 最大c)断裂伸长率老化后数值 最小变化值 最大N/mm2%N/mm2%12.52001357±25±2512.5150100712.5±2515010300100103002绝缘的热延伸试验a

54、)处理温度载荷时间机械应力负载下最大伸长率冷却后最大永久伸长率minN/mm2%2001520175153绝缘的收缩试验温度（±20）持续时间最大允许收缩h%13014第四节 交联方法 交联绝缘的品种虽多，但主要分为物理交联和化学交联两大类。物理交联也称为辐照交联一般适用于绝缘厚度较薄的低压电缆。中高压电缆一般采用过氧化物交联即用化学方法将线性分子通过化学交联反应起来，转化为立体网状结构。化学交联一般可分为过氧化物交联和硅烷接枝交联两种。化学交联方法比高能辐射交联工艺简单，操作安全，辐照交联聚乙烯的交联度约为70%，而化学交联可达7090%。一、辐照交联 1960年美国瑞侃公司(Rachem)就已开发了辐照交联电蓝。这种方法不要求加入交联剂。 五十年