硅烷交联聚乙烯（精选4篇）
硅烷交联聚乙烯 篇1
0 引 言
现代化建设对电力的需求越来越大,交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆以其工作温度高、绝缘特性好、耐过载能力强等特点,正逐步取代传统的PVC绝缘电力电缆。低压XLPE电缆(一般最高电压等级仅达10 kV)大多采用硅烷交联法,与辐照交联法或过氧化物交联法相比,硅烷交联法具有设备投资少、适应性强和工艺简单等优点。
但小规格(6 mm2及以下)硅烷交联聚乙烯(Si-XLPE)绝缘电力电缆,由于绝缘材料和导体的接触面积相对较小,尤其是单芯导体表面光滑圆整附着力不够时,绝缘的热收缩较大,很难达到GB/T 12706-2008标准中不大于4%的要求。有时实测的XLPE绝缘热收缩甚至达到了20%,严重影响了产品质量,客户投诉较多,对此有些客户已经明确要求在技术协议里写明绝缘热收缩不能超过3%。因此电缆生产企业必须着手解决如何控制小规格Si-XLPE绝缘电缆的绝缘热收缩的难题,生产出符合市场需要的产品。
1 绝缘热收缩原理
采用硅烷交联法生产XLPE电缆有两个过程:接枝和交联。其生产XLPE电缆的方法有一步法、两步法和浸渍法三种:a.一步法是采用直接加入交联剂的PE绝缘料,在挤出电缆绝缘时进行接枝,而后在温水或蒸汽中使绝缘层交联;b.两步法是采用已预先硅烷接枝的PE绝缘料,挤出电缆绝缘,而后在温水或蒸汽中使绝缘层交联;c.浸渍法是采用浸渍了硅烷和助剂的PE绝缘料直接挤出电缆绝缘,而后在温水或蒸汽中使绝缘层交联。目前Si-XLPE电缆生产厂家常用的有一步法和两步法。但由于硅烷交联一步法在挤制XLPE绝缘时,其结晶过程和接枝过程互相作用,因此在挤制过程中应尽可能控制热过程,使XLPE绝缘料的聚集态结构处于合理状态,这样才能使XLPE绝缘具有更优异的性能。
PE是一种结晶型聚合物,其结晶过程就是大分子或链段通过分子间的相互作用力进行重新排列,从无序变为有序的过程。在电缆绝缘挤出时,PE在加热的环境(熔融温度)下受到剪切和牵引拉伸作用,使得PE分子的晶粒沿拉伸方向(纵向)尺寸增大、横向尺寸减小,有序性提高,即PE分子发生取向。这样轻易诱导出许多晶胚,使晶核数量增加,结晶时间缩短,加速了结晶作用,结晶度增大。但当成品PE绝缘电缆放置在室温下时,因PE绝缘挤出时产生的内应力(收缩应力),使得结晶的PE分子容易解取向(回缩的趋势),这就造成了PE绝缘的热收缩现象。
2 绝缘热收缩的因素
为解决绝缘热收缩的问题,必须找出在电缆绝缘挤出过程中,导致XLPE绝缘结晶度增加、取向加强、内应力增大的因素,即熔融温度和时间、冷却速度、外力(牵引拉伸)作用这三方面。
2.1 熔融温度和时间
在高于熔体温度tm时,结晶型聚合物为含有晶核的熔体,且熔融时间越长晶核的数量越少。因此在电缆绝缘挤出过程中,XLPE绝缘料的加热熔融温度越高、在加热温度下停留的时间(保温时间)越长,晶核的数量将越少,PE的结晶性能越低,有利于降低绝缘的结晶度,可使绝缘热收缩达到标准要求。
我们对Φ70挤出机和Φ45挤出机生产的Si-XLPE绝缘的热收缩进行了测试,测试结果如表1所示。可见Φ45挤出机生产的Si-XLPE绝缘的热收缩明显,其原因可能有:a.Φ45挤出机的螺杆较短,再加上生产速度较快,PE在螺膛内的停留时间较短,有利于PE晶核的成长,使得XLPE绝缘的结晶度较高,从而造成绝缘热收缩较大。b.由于Φ45挤出机采用的是一步法硅烷交联的PE绝缘料,在挤出过程中提高加热温度和延长XLPE绝缘料在螺膛内的停留时间,都将增加XLPE绝缘料预交联的可能性,但这是不允许的,因为这将造成挤出的绝缘中含有热固性的XLPE颗粒。
此外,XLPE绝缘料的熔体温度越高,其冷却至凝固所需要的时间就越长,即PE分子的松弛时间较长,可轻易地解取向,最终XLPE绝缘的取向程度也就越低。
2.2 冷却速度
聚合物熔体从熔体温度tm以上冷却到玻璃化温度tg以下的温度降低速度称为冷却速度,冷却速度是影响聚合物结晶的关键。冷却速度除了与熔体温度、室温有关外,还与聚合物本身的结晶速率和热性能有关。PE本身的结晶速率很大,在极快的冷却条件下PE绝缘也能得到较高的结晶度。因此在冬天,这种情况尤其明显,应特别注意XLPE电缆绝缘挤出过程中冷却速度的控制。PE比热容大、热导率小,若PE熔体冷却速度较慢,获得充分冷却,则PE分子的松弛过程延长,可轻易解取向,取向程度下降,并可控制PE晶核的产生和延缓晶粒的长大。
此外,导体温度对XLPE绝缘的冷却速度也有影响。导体温度过低,在挤出机的模口处高温的PE熔体包覆在导体表面时,XLPE绝缘会因与低温导体接触而冷却收缩产生收缩应力,并减小XLPE绝缘与导体间的附着力,降低对热收缩的抵御力,最终影响XLPE绝缘电缆绝缘层的热收缩性能。
2.3 外力(牵引拉伸)作用
在电缆绝缘生产过程中,PE分子在外力(牵引拉伸)作用下沿作用力方向发生取向,这将促进PE晶核的形成,使晶核生成速度加快、晶核数量增加,结晶时间缩短,结晶度增大。在表2中对比了采用挤压式模具和挤管式模具生产的Si-XLPE绝缘电缆的绝缘热收缩。相比于挤压式模具,在挤出过程中必须进行拉伸的挤管式模具生产的Si-XLPE绝缘电缆的绝缘热收缩要大很多。但即使是挤压式模具生产的电缆的绝缘热收缩也都在8%左右,这远远超过了标准的要求。
对于上述情况,我们研究后发现,为了提高生产速度和挤出表面的光洁度,一般挤压式模具的模套内径比电缆的绝缘外径大几毫米,这样在绝缘生产过程中,为了确保绝缘外径,绝缘不可避免地会受到拉伸,在拉伸过程中,PE分子仍受到了外力影响,产生了取向,使得绝缘热收缩超标。此外,采用挤压式模具,增加了对模距离,可使XLPE绝缘层紧紧包覆导体,增加绝缘和导体之间附着力,以尽量抵消XLPE绝缘挤出时产生的内应力(收缩应力),使绝缘相对不容易产生热收缩。
3 绝缘热收缩的控制措施
由于小规格Si-XLPE电缆绝缘对熔融的温度和时间、环境和导体的温度、外力(牵引拉伸)作用较为敏感,为了确保XLPE绝缘热收缩指标合格,我们在工艺上采取如下措施:
(1)在绝缘挤出时采用缓冷和温水分段冷却,尤其是在冬天环境温度比较低的场合(夏天由于环境温度比较高,则相对来说要好些)。并同时对导体进行合适温度的预热。
(2)为了提高XLPE绝缘料熔融温度和保温时间,最好选用两步法硅烷交联的PE绝缘料,这样可以增加熔融段保温时间,避免XLPE绝缘料在机筒里预交联产生焦烧。
(3)有条件的话,可以尽量选用机筒加长和机头加长的挤出机,以延长XLPE绝缘料在机筒里的时间,更有利于抑制PE晶粒的长大和结晶的产生。
(4)由于小规格Si-XLPE绝缘电缆的绝缘和导体(特别是单根导体)的接触面积相对较小,附着力不够,因此很难阻止绝缘热收缩。在采用挤压式模具时,应注意模套内径尽量不大于绝缘外径,以确保在绝缘挤出过程中XLPE绝缘料没有受到拉伸作用,避免由此造成的取向结晶,从而导致电缆的绝缘热收缩超标。
4 总 结
综上所述,小规格Si-XLPE绝缘电缆绝缘热收缩是因为XLPE绝缘结晶度增加、取向加强、内应力增大等因素造成的。只要在电缆绝缘生产过程中较好地控制这些问题产生的源头:XLPE绝缘熔融的温度和时间、XLPE绝缘冷却速度、XLPE绝缘受外力(牵引拉伸)作用,就能改善绝缘热收缩性能。我们在实际生产中采取了控制分段冷却,对导体进行预热,选择不易预交联的原材料,选择长机筒和长机头设备,选择挤压式模具并严格控制模套内径不大于绝缘外径等措施,使小规格Si-XLPE绝缘电缆达到绝缘热收缩不大于4%的标准要求。选择挤压式模具并严格控制模套内径更利于小规格Si-XLPE绝缘电缆绝缘热收缩的控制。
参考文献
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[2]孙绍灿.塑料实用手册[M].杭州:浙江科学技术出版社,1999.
硅烷交联聚乙烯 篇2
交联聚乙烯自二十世纪五十年代问世以来, 因其性能卓越、制造工艺简单、维修容易等优点, 在输配电系统中得到了广泛应用。
早在二十世纪60年代人们就发现塑料电缆绝缘在电场和水的作用下其内部会产生树枝状放电通道, 称为水树。水树会随着时间的发展继续生长, 最终导致绝缘击穿, 成为电缆早期损坏的重要原因[1]。
XLPE电缆的水树枝老化现象主要可归纳为以下几点:a.同时存在水和电场时才会发生水树枝, 即使在较低的电场下也会发生水树枝;b.水树枝是直径在0.1到几个μm的充满水的气隙集合;c.绝缘中存在的杂质、气孔以及绝缘表面内外半导体层的不均匀处形成的局部高电场部位是发生水树枝的起点;d.在交流电场下比在直流电场下容易产生水树枝, 交流电频率越高, 发展速度越快;e.温度高时容易发生水树枝[2,3,4]。
人们提出了许多改进材料抗水树性能的方法, 这些方法可以归纳为两类:第一种方法是将与基体材料分子链有亲和作用的添加剂与聚合物材料混合以获得抗水树特性。这种方法以美国陶氏化学公司为代表。第二种方法是改变聚合物材料本身的性质, 即改变聚合物分子结构、聚合物结构形态, 或者采用不同聚合物材料共混, 或者采用聚合物合金。
本文采用硅烷改性交联电缆绝缘料, 研究硅烷用量对聚乙烯绝缘料抗水树效果以及电性能的影响。
2 实验部分
2.1 实验原料及药品
PE:2220H, 扬子巴斯夫;硅烷:浙江新安;抗氧剂:300#, 市售;DCP:工业品, 市售。
2.2 实验仪器及设备
34挤出机:SHR-25A, 张家港轻工机械有限公司;半自动压力成型机:YX-25 (0) , 上海西玛伟力橡塑机械有限公司;冲片机:CPJ-25, 承德试验机责任有限公司。
2.3 抗水树交联聚乙烯绝缘料的制备
2.3.1 挤出造粒。取一定量的PE、硅烷、抗氧剂300#挤出造粒。
2.3.2 DCP吸收。设置烘箱温度70℃, 通过广口瓶吸收DCP12小时
2.3.3 压制成型。将粒料在热压成型机上制成片材。
2.3.4 制样。根据国家标准制作性能测试所需样条。
2.4 水树实验
压制的交联聚乙烯板与高4.5cm的聚乙烯管胶粘在一起, 形成杯形试样, 杯的底部涂半导电漆作为接地电极。
杯形试样在温度80°C的烘箱中热处理48小时, 去除试样中的交联副产品。在真空中向杯内注入0.01N Na Cl溶液, 插入溶液中的铂导线作高压电极。
加速水树老化试验按ASTM D6097-97a标准进行。3个试样并联成一组, 每一个试样有9个水针孔, 在1k Hz (正弦波) 、5k V电压 (有效值) 下, 三组试样分别加速水树老化30天。
试验完毕, 解剖试样, 用刀片从水针孔的中心线垂直劈开, 再切成薄片在100倍读数显微镜下检查水树形式和测量水树长度。
3 结果与讨论
3.1 水树生长
随着硅烷添加量的增加, 水树长度也随着明显下降, 说明硅烷做为亲水性有机物, 能够提高试样的亲水性, 阻止了水在不均匀电场集中点的聚集。因此XLPE中微孔中很难形成引起水树产生的水滴。微孔处水滴也就不会在电应力下有水滴沿裂纹的注入而无法形成水树。
3.2 水树
以普通XLPE、 (YJ-35) 、WTR-XLPE-1 (配方1) 、国外WTR-XLPE电缆料和万马WTR-XLPE电缆料, 每种试样用三组杯形试样 (每组三个杯形试样) , 并联加压, 一组试样的水树长度取30个水针孔上水树长度的平均值, 表1中列出五种试样分别在加速水树老化30天后的水树平均长度。
从表1可以看出, 在同样试验条件下, 配方1的水树长度比普通XLPE的短三分之二以上, 与目前万马抗水树电缆料以及国外抗水树电缆料抗水树效果相近。
3.3 介电性能
从图1可以看出随着随着硅烷的增加, 介电常数也随着变大, 主要是由于硅烷作为极性有机物, 对介质的极化产生影响, 从而使得材料的介电常数有部分上升。
从图2可以看出随着随着硅烷的增加, 介质损耗也随着变大, 主要是因为介质损耗与材料极性强弱存在重要关系, 而硅烷极性较强, 加入到PE这种非极性物质中, 提高了PE内部的极性率, 从而大大提高了材料的介质损耗。
4 结论
4.1 硅烷A的加入能明显提高XLPE的抗水树效果, 水树长度随着硅烷加入量的增加而减小。
4.2 硅烷的加入对XLPE优异的介电性能产生一定影响, 但仍能满足电缆行业对XLPE介电性能的要求。
摘要：本文用硅烷改性交联聚乙烯绝缘料, 分析硅烷用量对交联聚乙烯绝缘料抗水树性能的影响。结果表明加入1.2%的硅烷后其抗水树效果最佳。
关键词：PE,硅烷,抗水树
参考文献
[1]Jean-Pierre Crine and Jioder Jow, A New Water Treeing Model, 2004 International Conference on Solid Dielectrics, Toulouse, France, 2004, 7:5-9, 211-215.
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[3]Jean-Pierre Crine and Jioder Jow, A New Water Treeing Model, 2004 International Conference on Solid Dielectrics, Toulouse, France, 2004, 7:5-9, 211-215.
硅烷交联聚乙烯 篇3
本方法选用LLDPE作为基础树脂, 采用两步法硅烷接枝水解交联工艺, 着重考察引发剂和硅烷用量对接枝交联反应的影响。利用差示扫描量热仪 (DSC) , X-射线衍射仪 (XRD) 等检测手段, 系统的研究了接枝物交联前后的结晶行为, 以其为从配方上控制接枝交联反应提供依据。
1实验部分
1.1主要原料
线性低密度聚乙烯 (LLDPE) , 7042, 熔体流动速率为1.9g/10min, 吉林石化;乙烯基三甲氧基硅烷 (VTMOS) , A-171, 道康宁公司;过氧化二异丙苯 (DCP) , 化学纯, 北京市西中化工厂;十二月硅酸二丁基锡 (DBTL) , 分析纯, 沈阳东陵精细化学公司;四-[β- (3, 5-二叔丁基) -4-羟基苯醚丙酸]季戊四醇 (1010) , 市售。
1.2主要设备及仪器
平板硫化机, XLB, 青岛亚东橡胶有限公司;冲击实验机, XJU-22, 承德材料实验机厂;万能拉力机, AGS-H5 kN, 日本电子公司。
差示扫描量热仪 (DSC) , Perkin-Elmer DSC-7, 美国Perkin-Elmer公司;X-射线衍射仪 (XRD) , RINT2000, 日本RICON公司。
1.3试样制备
采用两步硅烷交联法, 先取一定配比的LLDPE、VTMOS和DCP在双螺杆挤出机中进行熔融接枝反应, 挤出并造粒得接枝A料;再按一定配比将LLDPE、DBTL及抗氧剂1010在双螺杆挤出机中熔融混合, 挤出造粒得催化母料B料;将干燥后的A料和B料按95∶5的比例混合后放入双螺杆挤出机中挤出制得C料。在平板硫化机上将C料压制1mm厚的试片, 然后将试片放入90℃的热水浴中恒温水煮10h完成交联反应, 得到实验用LLDPE交联试样。
1.4性能测试与表征
凝胶含量测试:将试样切成小薄片, 精确称取0.15g, 放于125μm的铜网中包成小样包, 放入索氏提取器抽桶中, 以二甲苯为萃取剂, 于120℃回流萃取10h后, 取出放入65℃烘箱中烘干至恒重, 取出试样包称重。按下式计算凝胶含量:
凝胶含量%= (W3-W1) / (W2-W1) ×100% (1)
式中:W1—铜网质量;W2—铜网和试样初始质量;W3—铜网和试样残余质量。
力学性能测试:按照ASTM D256标准测试悬臂梁缺口冲击强度;按照ASTM D-638标准测试拉伸性能, 拉伸测试速率为50mm/min, 测试温度为23℃。每次测试样条为5个, 最终结果取其测量的平均值。
DSC分析:在N2保护下, 将试样以10℃/min从20℃升温至160℃, 恒温5min;然后以10℃/min降温至50℃;最后以10℃/min升温至160℃, 记录试样的差示扫描热法 (DSC) 结晶熔融谱图。
XRD分析:采用RINT2000型X射线衍射仪对试样进行测试, 选用铜作阳极靶, 工作电源电压为40kV, 工作电流30mA, 入射光波长为1.54Å, 扫描范围2θ=10°～30°, 扫描速率为2.5°/min。
2结果与讨论
2.1引发剂DCP用量对凝胶含量的影响
图1所示是引发剂DCP用量随凝胶含量的变化关系曲线 (以LLDPE为基体树脂, VTMOS用量2.0份, 图中每一试样的凝胶含量均是水解交联10h的值) 。由图可看出, 硅烷交联LLDPE的凝胶含量随DCP用量的增加而上升, 但并非呈线性关系。当DCP用量少于0.1份时, 凝胶含量随DCP用量的增加快速上升;当DCP用量继续增加, 凝胶含量升高趋于平缓。这是因为:随DCP用量的增加, 引发产生的大分子自由基增多, 接枝硅烷量随之增加;但当DCP用量较多时, 硅烷转化率已经很高, 再增加DCP用量对接枝率变化不大, 同时DCP用量过多, 产生过多的自由基容易引起在硅烷接枝过程中预交联现象严重, 最终影响材料的综合性能。综合分析, 引发剂DCP用量选择为0.1份。
2.2硅烷单体VTMOS用量对凝胶含量的影响
图2所示为硅烷单体VTMOS用量随凝胶含量的变化关系曲线 (以LLDPE为基体树脂, DCP用量0.1份, 图中每一试样的凝胶含量均是水解交联10h的值) 。由图可看出, 硅烷交联LLDPE的凝胶含量随VTMOS单体用量的增加, 先是快速上升, 然后增加平缓。当VTMOS加入量小于2.0份时, 随着VTMOS用量增加, VTMOS能较充分地接枝到LLDPE分子链上, 所以交联制品的凝胶含量迅速增加。但当VTMOS的用量超过2.0份后, 一方面由于接枝点几乎耗尽, 接枝反应趋于平衡;另一方面当硅烷接枝量较大时, 在水解交联过程中, 由于先期的交联妨碍剩余未接枝的交联过程, 从而使VTMOS加入量达到一定值后, 凝胶含量增加缓慢。硅烷用量太少对反应不利, 过量的使用硅烷则导致制品中残余硅烷单体量增多, 使力学性能下降。因此硅烷单体VTMOS用量选择2.0份为佳。
2.3水解时间与凝胶含量的关系
图3所示为水解时间与凝胶含量的关系曲线。凝胶含量均随水解时间的增长而增加。当水解反应10h后, 凝胶含量不再有明显增加。主要认为水解反应10h后, 交联度已经很高, 交联所形成的三维网状结构限制了聚乙烯链段的自由运动, 使大分子间的互相作用的机会大量减少, 故交联反应趋于缓慢。因此选择水解时间为10h。
2.4硅烷单体用量对交联LLDPE力学性能的影响
2.4.1 硅烷单体用量对交联LLDPE拉伸强度和断裂伸长率的影响
随着VTMOS用量的变化, 其拉伸强度和断裂伸长率的变化趋势如图4、图5所示。拉伸强度随着VTMOS用量的增加, 先是逐渐增大, 当VTMOS用量超过2.0份时, 拉伸强度呈下降趋势;而断裂伸长率随着VTMOS用量在1.0～2.5份时变化趋势不明显。当VTMOS用量为3.0份时, 断裂伸长率显著下降。
值得注意的是, 当硅烷用量在1.0～2.5份时, 断裂伸长率变化不明显。这可能是由于接枝交联LLDPE的凝胶含量相差不是很大, 大分子链间的运动限制程度相当;而当硅烷用量为3.0份时, 过量的硅烷导致制品中残余硅烷单体量增多, 造成介质不均匀, 引起制品表面粗糙, 加上更加致密的网络结构的限制, 使得断裂伸长率大大降低。
2.4.2 硅烷单体用量对交联LLDPE冲击强度的影响
图6为VTMOS用量对硅烷交联LLDPE冲击强度的影响曲线。随着VTMOS用量的增加, 冲击强度逐渐增加;当VTMOS用量超过2.0份时, 冲击强度反而呈下降趋势。该原因解释为:LLDPE经过接枝交联以后, 极性基团增多, 分子链的支化程度增加, 因此适度交联, 有利于交联LLDPE冲击强度的提高;但当接枝交联程度过高时, 极性基团排列紧密, 阻碍邻链段的运动, 以至不能实现强迫高弹性, 冲击强度的反而呈下降趋势。
2.5硅烷交联LLDPE的结晶行为
2.5.1 硅烷交联LLDPE的DSC分析
如图7和表1所示可以看出, LLDPE与硅烷接枝后熔点略有下降。这说明硅烷在LLDPE接枝链上的接枝在一定程度上破坏了分子链的规整性, 导致结晶区域的结晶缺陷增多。与接枝物相比, 硅烷交联LLDPE的熔点进一步下降, 这表明交联网络的形成, 对LLDPE结晶有序程度的影响进一步增强。与此同时, 交联以后LLDPE的熔程明显加宽。
图7中值得注意的是, 硅烷接枝线性低密度聚乙烯 (SG-LLDPE) , 硅烷交联线性低密度聚乙烯 (SX-LLDPE) 在扫描时都出现了熔融双峰现象, 对于该现象的解释有:出现熔融双峰现象应归结于硅烷交联聚乙烯中的凝胶和溶胶在水煮交联过程中逐渐形成各自的结晶结构[6] , 这种不同的结晶结构在高凝胶度时开始趋于分离, 在DSC曲线中将反应出两个峰值。也有文献报道:低温熔融峰为材料中原有结晶结构的熔融, 高温熔融峰为材料中结晶不稳定结构的重排[7]。
2.5.2 硅烷交联LLDPE的XRD分析
图8所示是LLDPE、SG-LLDPE和SX-LLDPE的XRD变化曲线。在21.4°和23.9°附近出现两个比较尖锐的结晶峰, 19.5°附近为被隆起的较平缓的非晶峰。当LLDPE接枝后, 在图中位于21.4°和23.9°附近的两个结晶峰尖锐程度下降, 结晶峰强度降低。这是由于分子链上引入硅烷基团, 使大分子之间的规整性受到破坏, 结晶度呈下降趋势。同时接枝物水解交联后形成的三维网状结构使分子移动更加困难, 链段的重排结晶过程受到抑制, 双重作用导致了结晶度比相应的接枝物进一步降低。这一结果与DSC的研究数据相一致。
3结论
(1) 通过对引发剂DCP和接枝单体VTMOS用量变化影响研究, 得到接枝交联LLDPE的最佳配方:LLDPE 100份, VTMOS 2.0份, DCP 0.1份, 1010 0.6份, DBTDL 0.15份。
(2) 力学性能测试结果表明:交联LLDPE的拉伸强度和冲击强度均在硅烷含量为2.0份时达到最大, 而后稍有降低;其断裂伸长率除在硅烷单体用量为3.0份时显著下降, 其它含量时断裂伸长率变化不明显。
(3) XRD分析结果表明:LLDPE经硅烷接枝、交联后, 结晶峰尖锐程度下降, 结晶峰强度降低, 即结晶度下降。这一结果也很好的与DSC实验数据相一致。
参考文献
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交联聚乙烯电缆耐压试验方法 篇4
近年来, 我国电力技术有着突飞猛进的发展, 伴随城市电网的改造工程, 山东的各发电公司开始越来越多的使用高压电力电缆, 尤其是交联聚乙烯电缆。虽然所有的电缆必须经检验合格后才能出厂, 但是在投入使用之前所有的环节, 包括运输、保存、安装等都有可能对电缆带来一定的损伤, 对未来的安全使用带来隐患
1 交联聚乙烯电缆直流耐压试验的缺点
根据对交联聚乙烯电缆线路进行高压试验后的结果看来, 使用直流耐压试验对交联聚乙烯绝缘电缆及其附件的缺陷检验的效果不明显, 存在以下几个缺点。
1.1电缆绝缘在直流电压时, 其电场的分布是由电缆材料的体积及其电阻率决定的, 而电缆绝缘在交流电压时, 它的电场分布则是由各介质的介电常数决定的, 所以电缆绝缘的电场强度在直流与交流电压时的分布是不同的。而且电缆的老化机理在两种不同的试验条件下也不尽相同。这样就导致了电缆的部分缺陷能在交流电压试验时检测出来, 这些缺陷却在直流电压试验中往往检测不出来。
1.2在做交流电压试验时, 交联聚乙烯电缆会产生电荷“记忆”, 会累积并存储剩余电荷, 而这些电荷需要很长的时间才能被释放出去。这时带有剩余电荷的电缆被投入使用运行后, 直流偏压就会叠加在工频电压峰值上, 这样会使得交联聚乙烯电缆的电压值超过额定电压值, 就会发生电缆绝缘被击穿的危险事故。
1.3在做直流耐压试验的时候, 由于电子会注入到聚合物介质内部空隙, 形成空间电荷, 使该处的电场强度降低, 试验时电缆就不易发生击穿[1]。而交联聚乙烯电缆的半导体凸出部位和绝缘杂质部位, 很容易形成空间电荷, 会降低这些部位的电场强度, 使其试验时不容易被击穿。可是在交流电压试验时这些部位在却是绝缘薄弱处, 容易发生击穿。
1.4该电缆在运行使用过程中存在一个严重的安全隐患, 那就是在绝缘内极易发生水树枝现象。由于直流电压为负极性高压, 如果电缆在检修或预防性试验中再承受直流电压, 会导致水树枝迅速转变为电树枝并形成放电, 加速绝缘老化, 最终在工频交流电压运行时击穿。而这些水树枝在交流电压下却能安全的运行一段时间。
2 交联聚乙烯电缆耐压试验方法
2.1 超低频法
在做工频试验试验时, 交联聚乙烯电缆的电容量相对来说比其他电缆的容量要大许多, 这种情况下的试验设备质量会变大, 现场操作不方便。而使用超低频 (0.1Hz) 耐压试验时, 理论上可以将容量降低500倍, 令使用的设备质量会降低非常多, 设备变得轻便很多。这样就可随时移动设备到现场进行试验。目前, 超低频法被广泛的应用在中低压电缆的试验中, 也因为这种电压的等级不高, 并不能用于电压高于66 k V的电缆试验中。
2.2 振荡电压法
振荡电压的试验方法是对电缆进行直流充电, 在一定的电压值达到后, 通过间隙对电阻电感放电, 得到一个阻尼振荡电压。这种方法虽能检测出部分电缆的绝缘缺陷问题, 也比直流耐压试验更加有效, 可是依旧有缺陷, 工频试验比振荡电压试验更有效。
2.3 谐振耐压法
谐振耐压法是在试验中改变电回路的电感与频率, 使其处于谐振的状态。一般对于试验时使用电压比较高, 电流比较大时多采用谐振耐压法。使用谐振耐压法时由于它的设备轻便的原因, 多用于做现场试验。这种试验方法有调感和调频两种调节方式, 以及串联和并联两种谐振方式。此试验方法被科研及实践证明是目前最安全有效的方法, 并被广泛应用。
3 现场验收试验实例
章丘供热站用变频谐振试验装置对6k V交联聚乙烯电缆进行了现场交流耐压验收试验。
3.1 电缆参数
试品型号为ZRC-YJV22-6/10, 该电缆用于2D热网循环水泵, 电缆长度为30m, 额定电压6k V, 线路起点为章丘供热站6k V配电室, 线路终点为2D热网循环水泵。
3.2 试验依据
GB50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》
3.3 绝缘电阻
3.4 交流耐压试验及电容电流
3.5 电缆线路的相位
检查结果:正确。试验仪器:数字兆欧表FLUKE1550BNO:91320021、万用表。
3.6 检验结论
经检验该电缆合格。
4 结束语
直流耐压试验对于检验交联聚乙烯电缆有一定的安全隐患, 不适宜用于此种电缆的耐压试验。而交流耐压试验能有效的检验出交联聚乙烯电缆在运行使用前出现的各种意外损伤, 已经被普遍认为是检验交联聚乙烯电缆的最可靠的方法。
摘要：本文分析了交联聚乙烯电缆直流耐压试验的缺点 (电场分布不同, 电荷“记忆”效应, 空间电荷效应, 水树枝现象) 。简单地介绍了交联聚乙烯电缆耐压试验方法 (超低频法, 振荡电压法, 谐振耐压法) , 并介绍了章丘供热站用变频谐振试验装置对6k V交联聚乙烯电缆进行了现场交流耐压验收试验的实例。
关键词：交联聚乙烯电缆,耐压试验,发电厂
参考文献