交联聚氯乙烯

交联聚氯乙烯（共7篇）

交联聚氯乙烯 篇1

0 引言

PVC电缆料具有良好的电气绝缘性,较好的机械强度、阻燃、性价比高等特点,作为护套和绝缘已获得广泛应用。由于PVC本身结构上的缺陷,不能满足一些特殊场合的使用要求。

XLPVC与非交联普通PVC相比,具有很多优点:工艺挤出性相近,耐热性提高,热变形性能大大提高;短路温度从160℃提高到250℃;机械强度提高了20%~50%,永久变形降低30%~50%;可制得与橡胶一样柔软而富有弹性的材料;阻燃性能提高,易制得高氧指数材料;表面硬度增加,使电缆耐刮磨性能提高。

绝缘布电线是远东电缆的品牌产品,有着丰富的生产经验和广阔的市场前景,在普通布电线领域占据了很大市场,但缺少在特殊场合使用的特种布电线。105℃XLPVC耐磨电线和电缆的开发可以增补远东电缆在特种布电线产品领域的空白,拓展布电线在高端电缆领域的市场。

所以,远东电缆有限公司把105℃XLPVC耐磨电线和电缆列入到2014年度新产品开发计划。

1 产品的关键技术

本产品的关键技术是XLPVC绝缘料的配方技术、绝缘粒料加工技术和辐照工艺技术。

1.1 XLPVC绝缘料的配方技术

XLPVC绝缘料在普通PVC电缆料的性能基础上,增加了200℃下的热延伸性能要求、提高了热失重条件要求(130℃,240h)。

为满足XLPVC绝缘料的高耐热、高机械性能、高耐磨等特性,配方设计过程中需要从树脂、稳定剂体系、增塑剂体系与敏化剂的选用及配比上进行优化,以满足配方性能要求。

设计具有良好加工性能和物理机械性能的电缆料配方的首要问题是选用合适的PVC树脂,PVC聚合度越高,制品的拉伸强度、冲击强度和弹性模量越高,耐热耐寒性越好;但其熔体流动性与可塑性下降,加工温度增高,在考虑树脂的综合性能下,本文选用SG-3型树脂;PVC电缆料中常用的稳定剂有复合铅盐和钙/锌类复合稳定剂等,但是复合铅盐和钙/锌类复合稳定剂在辐照和老化过程中还达不到良好的保护作用,本文选用三盐和二盐直接复配来满足高温老化要求;软PVC电缆料配方中增塑剂体系可以依据耐温等级不同选用邻苯二甲酸类、对苯二甲酸类、环氧大豆油类和偏苯三酸三辛酯类等,为了保证XLPVC电缆料的高耐热性能,本文选用偏苯三酸三辛酯和环氧大豆油来配合使用;氯化聚乙烯交联敏化剂常用TAIC和TMPTMA,TAIC分子量要明显小于TMPTMA,PVC在辐照过程中的老化程度要大于CPE的热硫化,为保证交联效果,本文选用TMPTMA作为XLPVC敏化剂,同时,敏化剂用量对XLPVC的交联程度有较大影响,为达到较好的交联效果,通过一系列小样对比试验来调节敏化剂用量。

1.2 绝缘粒料加工技术

XLPVC绝缘粒料加工技术包括电缆料粒子和放线加工两部分:XLPVC绝缘料为达到高强度、高耐热、高耐磨性能,在配方设计过程中大大减少了填料的用量,造粒过程中需要降低挤出温度,且物料在高速搅拌机中要延长混料时间以充分混匀物料;粒料加工好后,要对粒料进行性能检测,以确认电缆料性能满足使用要求,合格后才能进入放线工序;放线加工时,XLPVC电缆料由于填充料较少,与普通PVC相比加工温度要偏低,通过调节挤出温度,保证绝缘表面光洁无气孔。

1.3 辐照工艺技术

挤好的XLPVC绝缘层需要通过辐照以达到最终产品性能,辐照工艺包括能量、剂量和束流的选择。因本厂第一次生产XLPVC电线,且XLPVC参数与XLPE有较大区别,为获得良好的辐照效果,需要不断对能量和剂量进行优化对比。通过正交试验设计,多次小试调试对比,最终确定了辐照参数,并确保一定的生产效率。

2 产品的企业标准

远东电缆有限公司编制了产品的企业标准《额定电压0.6/1k V及以下辐照交联聚氯乙烯耐磨电线和电缆》(Q/320282DCE027-2013),2013年11月26号,经无锡市宜兴质量技术监督局注册备案,注册备案号为18450-2013-K。

3 产品的技术和生产现状

国内已有相关的产品标准:JB/T 10438《额定电压450/750V及以下交联聚氯乙烯绝缘电线和电缆》。由于市场开发力度不够,未能形成较大规模。XLPVC线缆产品多为小直径、薄绝缘产品,且辐照剂量小,该类产品主要用于电子产品的配套,生产企业主要集中在珠三角和长三角地区。

在北美、日本、欧洲等一些先进工业国家,辐照PVC电线用量很大,在辐照交联特种线缆产品中占有一定的份量。

本产品主要从材料选择、配方设计上作研究,开发出XLPVC电缆料和额定电压0.6/1k V及以下辐照交联聚氯乙烯耐磨电线和电缆产品。

4 样品试制与性能测试

远东电缆有限公司试制的成品电缆,型号规格为YBVJF-105℃0.6/1k V 1*35 mm。在2014年6月5号,经国家电线电缆质量监督检验中心(江苏)检测,产品性能达到企业标准(Q/320282DCE027-2013)要求。

5 产品的投产鉴定

2014年6月28号,江苏省经济和信息化委员会对远东电缆有限公司开发的《额定电压0.6/1k V及以下辐照交联聚氯乙烯耐磨电线和电缆(YBVJF-105℃0.6/1k V)》的投产进行了专家鉴定,获新产品新技术鉴定证书(苏经信鉴字[2014]207号),该产品采用自主研发的XLPVC绝缘材料,具有优越的高耐热、高耐磨、高强度等特性,特别适合于汽车线、高压引接线、建筑线、轻型特软电线电缆等特殊场合使用,产品综合性能达到国内领先水平;产品经用户使用,反映良好,同意通过鉴定,可以批量生产。

交联聚乙烯电缆耐压试验方法 篇2

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

交联聚氯乙烯 篇3

1 交联聚乙烯电力电缆的特性

交联聚乙烯 (XLPE) 属于固体绝缘, 它是由聚乙烯 (PE) 加入交联剂挤出成形后, 经过化学或物理方法交联成交联聚乙烯。聚乙烯绝缘虽然具有优良的电气性能, 但属于热塑性材料, 即有热可塑性, 当电缆通过较大的电流时, 绝缘就会熔融变形, 这是由聚乙烯的分子结构所决定的。聚乙烯的分子结构是呈直链状, 而交联聚乙烯是聚乙烯分子间交联形成网状结构, 从而改善了聚乙烯的耐热变形性能、耐老化性能和机械性能。

交联聚乙烯电缆与油纸电缆相比, 具有结构简单, 制造周期短, 工作温度高, 无油, 敷设高差不限, 运行可靠, 质量轻, 安装、维护简单和输电损耗小等优点。由于耐热性和机械性能好, 传输容量大, 不仅适用于中低压, 而且还可以应用到高压和超高压系统中。

2 交联聚乙烯电缆采用直流耐压试验具有明显的缺陷

传统的电缆现场高压试验采用直流耐压, 主要是由于电力电缆具有很大的电容, 现场采用大容量的试验电源不现实, 所以改为直流耐压试验, 以显著减小试验电源的容量。直流耐压试验一般都采用半波整流电路, 由于电缆电容量较大, 故不用加装滤波电容。对于35千伏以上的电缆, 试验电源采用倍压整流方式。试验中测量泄漏电流的微安表可接在低电位端, 也可接在高电位端。

通常直流试验所带来的剩余破坏也比交流试验小得多 (如交流试验因局部放电、极化等所引起的损耗比直流时大) 。直流试验没有交流试验真实、严格, 串联介质在交流试验中场强分布与其介电常数成反比, 而施加直流时却与其电导率成反比, 因此在直流耐压试验时, 一是适当提高试验电压, 二是延长外施电压的时间。正常的电缆绝缘在直流电压作用下的耐电强度约为400~600k V/cm, 比交流作用下约大一倍左右, 所以直流试验电压大致为交流试验电压的两倍, 试验时间一般选为5~10min。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min内都能暴露出来。

但由于交联聚乙烯电缆绝缘性能十分特殊, 进行直流耐压试验就可能不再是十分明智的选择了。曾经多次发生按标准进行直流耐压试验合格, 而正常运行不久就发生击穿故障问题。主要原因如下:

2.1 生产实践及研究均表明, 交联聚乙烯电缆结构具有一种“记忆”效应, 这种“记忆性”是在直流电压作用下产生的。

一旦电缆有了由于直流试验而引起的“记忆性”, 它就需要很长时间才能将这种直流偏压释放, 在此之前如果电缆投入运行, 直流偏压便会叠加在交流电压上, 使得电缆上的电压值远超过电缆的额定电压, 从而导致电缆绝缘击穿。

2.2 直流耐压不能有效地发现交流电压作用下的某些电缆缺陷。

实践表明, 一些直流耐压试验合格的电缆, 投入运行后, 在正常的交流工作电压作用下也会发生绝缘损坏。

2.3 交联聚乙烯电缆在运行中, 在主绝缘交联聚乙烯中逐步形成水树枝、电树枝, 这种树枝化老化过程, 伴随着整流效应。

由于有整流效应的存在, 致使在直流耐压试验过程中, 在水树枝或电树枝端头积聚的电荷难以消散, 并在电缆运行过程中加剧树枝化的过程。

2.4 由于XLPE绝缘电阻很高, 以致在直流耐压时所注入的电子不易散逸, 它引起电缆中原有的电场发生畸变, 因而更易被击穿。

2.5 由于直流电压分布与实际运行电压不同, 直流试验合格的电缆, 投入运行后, 在正常工作电压作用下也会发生绝缘故障。

3 交联聚乙烯电缆宜采用工频交流法进行耐压试验

对橡塑电缆绝缘施加50Hz正弦波形电压作耐压试验, 是最理想的试验方法。因为试验电压与运行工作电压性质相同, 在机理上有完全充分的代表性, 而且50Hz电压下电缆绝缘的各项特性和技术数据已被充分了解和掌握。近年来, 随着高电压试验技术的发展, 采用谐振法原理, 已经研制出了便于移动和试验电源容量较小的试验设备, 在现场试验中等长度的电缆。此试验方法简单有效, 试验设备可靠, 使用简便, 适合现场应用。采用这种方法, 可以得出满意的检测结果, 从而有效提升电力电缆运行的可靠性。

当然, 对交联聚乙烯电缆采用工频交流法进试验过程中需重视一些应注意的事项。

3.1 试验过程中要防止过电压的产生。

工频耐压试验时, 电压若不是由零逐渐升压, 而是在试验变压器初级绕组上突加电压, 这时将由于励磁涌流而在试品上出现过电压。若在试验过程中突然将电源切断, 对于小电容量试品, 会由于自感电势而引起过电压。上述二种情况, 都有可能造成被试品误击穿。因此, 进行工频耐压试验时, 应严格按照试验操作规程。

3.2 由于工频耐压试验是一种破坏性试验, 试验所采用的试验电压

往往比运行电压高得多, 过高的电压会使绝缘介质损失增大、发热、放电, 会加速绝缘缺陷的发展, 故在对设备进行工频耐压试验时应根据绝缘介质的不同及设备的运行状况的不同, 按照有关规程及试验标准选取相应的试验电压。

3.3 耐压试验过程中, 升压应当从零开始, 禁止在30%试验电压以上冲击合闸。

当试验电压升到40%以上时, 应均匀升压, 升压速度为每秒3%试验电压左右。升压过程中应监视电流的变化, 当保护动作后, 应查明原因, 消除后再进行试验。

3.4 工频耐压试验中, 加至试验标准电压后, 为了便于观察被试品的

情况, 同时也为了使已经开始击穿的缺陷来得及暴露出来, 要求持续1min的耐压时间。耐压时间不应过长, 以免引起不应有的绝缘损伤, 甚至使本来合格的绝缘发生热击穿。耐压时间一到, 应速将电压降至输出电压的25%以下, 再切断电源, 严禁在试验电压下切断电源, 否则可能产生使试品放电或击穿的操作过电压。

3.5 在试验过程中, 若由于空气的湿度、设备表面脏污等影响, 引起试品表面闪络放电或空气击穿, 应不能认为不合格, 应处理后再试验。结束语

直流耐压试验不能有效地发现高压交联聚乙烯主绝缘电缆的缺陷, 在直流电压下, 由于温度和电场强度的变化, 交联聚乙烯绝缘层的电阻系数会随之发生变化, 绝缘层各处电场强度分布因温度不同而各异, 在同样厚度下的绝缘层, 因为温度升高而击穿水平降低, 由于高压交联聚乙烯绝缘层厚, 因此不宜用于直流试验测试;交流耐压试验是检验交联电缆绝缘质量的有效手段。准确有效的掌握电缆各部位的运行状况有利于提高电缆的安全运行, 减少电缆在运行中的故障。

参考文献

[1]曹佳滨.交联聚乙烯电缆现场耐压试验的特点分析[J].绝缘材料2008, (3) .

[2]温定筠等.交联聚乙烯 (XLPE) 电缆交流耐压试验时间参数探讨[J].电网与清洁能源, 2010 (8) .

交联聚氯乙烯 篇4

近年来,随着我国城市电网的不断改造,交联聚乙烯(XLPE)电缆作为电力电缆的主流产品因其可靠的机械和电气性能[1,2]现已广泛应用于输电线路及配电网中,特别是110/220 kV高压等级电缆的生产和应用[3]。然而电缆投入运行后都将受到电、机械、化学以及热、光等因素的作用而发生老化,影响其寿命。如何有效及时地检测到并发现电力电缆中的绝缘缺陷和潜伏的故障,避免由电缆突发性故障造成电网供电中断的恶性事故,是电缆预知性维护的重要部分。

研究表明,电缆中的树枝状老化是电缆绝缘破坏的主要因素[4]。自20世纪50年代末首次在高聚物绝缘介质中发现电树枝以来,人们便对电树枝现象进行了广泛而深入的研究工作,逐步对电树枝现象有了更深层次的认识[5]。但是研究工作并未就此结束,例如电树枝与材料中空间电荷的关系,只有当现代空间电荷检测技术发展之后,才被人们所认识[6,7,8]。

树枝状老化分为水树枝和电树枝2种。其中水树枝通常被认为是绝缘中由液态导电物质(常见的是水)引起的电导性老化现象,而随着水树枝的不断发展,其尖端场强足够大时最终将会引发电树枝;电树枝则是一种发生在高分子材料中的由电导致的裂纹,其直接原因是绝缘材料中的局部电场超过了材料的电气强度[9],因其形状与树枝相似而得名。电树枝一旦产生,便以极快的速度发展,是一种严重威胁以高聚物为主要绝缘材料的电力设备运行安全的电老化现象,能够在短时间内将电缆绝缘击穿[4]。因此,研究电缆绝缘中的电树枝发展对于电缆的安全运行和电力系统的稳定性具有重要的意义。

1 实验系统及试样

1.1 实验系统

实验系统的结构示意图如图1所示。实验中将绝缘中含有针电极的电缆切片放在装有洁净变压器油的油箱里,通过油箱上方的显微镜采集图像并将其传送到便携式工控机中,然后对电树枝进行实时观测和分析。

1.2 试样

本实验系统所使用的电缆试样是110 kV高压XLPE电力电缆,抽去线芯和内外屏蔽层后切削加工成5 mm厚度空心圆盘状试样。电极采用针板结构,电树枝的发展方向设计为由外绝缘向内绝缘,其中针尖的曲率半径为3±1μm,针尖距绝缘内径距离为4±1 mm。

2 建模与仿真

资料表明,电树枝是在较强的电场作用下发生的[10]。因此,文中采用针板电极模拟电树枝的发生,并通过改变针尖处的曲率半径及针尖电压研究其与针尖场强分布和电树枝初始发展形状之间的关系。

2.1 建立电树枝发生模型

根据上述实验系统结构示意图,使用ANSYS10.0[11,12]软件对将要搭建的实验平台进行了建模计算,计算模型如图2所示。其中针电极上所加电压根据需要改变,内径采用接地处理,绝缘的介电常数设为2.7。

2.2 改变针尖曲率半径

不同生产厂家不同型号的钢针针尖处的曲率半径都各有不同,因此分别对针尖曲率半径为3μm和5μm时的场强分布进行计算,从而得出针尖曲率半径对于针尖周围场强的影响。

图3和图4分别表示曲率半径为3μm和5μm,针电极上电压为9 kV时针尖周围的场强分布情况。

从2种计算结果中可以看到,针尖处曲率半径为3μm时针尖周围场强比半径为5μm时大得多,即曲率半径越小,针尖处场强越大。因此,绝缘中的场强分布与针尖的曲率半径成反比例关系。从而,为了能够更好更快地模拟产生电树枝,需选用曲率半径较小的针电极。

2.3 改变电压等级

前面讨论了同一电压下不同针尖曲率半径时针尖周围场强的分布情况,并得出了相关结论。为了更好地研究电树枝特性,这里通过改变针电极上施加的电压研究电树枝的初始发展形状(由外绝缘向内绝缘)。

图5和图6分别表示针尖曲率半径为3μm,所加电压为12 kV和18 kV时针尖周围的场强分布情况,并将计算结果与实际实验中得到的电树枝起始发展情况进行对比。

通过对比图5和图6可以发现,同一针电极在不同电压下电树枝起始状态的发展形状是不同的。当针电极上施加12 kV电压时,1 min后电树枝呈枝状不断发展,具有清晰的分支;而当针电极上施加18 kV电压时,1 min后针尖处的电树枝迅速呈丛林状不断发展。因此,不同电压下电树枝的起始发展情况及发展形状并不相同。

3 分析与讨论

针尖曲率半径的大小之所以能够很好地控制电树枝的发展速度[13,14,15],是因为它能够控制针尖处的场强。针尖越尖(曲率半径越小),针尖处的局部场强就越大。而产生电树枝需要条件之一就是具有较高的电场强度,因此电树枝的产生与针尖处的曲率半径有很大关系。

而当针电极所加电压不同时,电树枝的发展形状并不相同。文献13中提出,XLPE电缆试样中因样品加工状态与实验条件不同,存在4类电树枝,分别为纯枝状电树枝、纯丛林状电树枝、枝状与局部丛林状混合电树枝、由枝状起始的双结构电树枝,其中双结构电树枝具有完全不同的2种结构并对应不同的生长特性。文中只研究了电树枝的引发阶段形状分布情况,这对于电树枝的讨论尚处于基础理论研究阶段,虽然距其现场应用还有一定的距离,但它可以为今后的研究工作提供相关理论依据。

4 结论

(1)采用针板电极模拟产生电树枝时,针尖的曲率半径大小能够有效控制电树枝发展速度。曲率半径不同,电树枝起始发展速度也随之不同。针尖曲率半径越小,针尖处场强越大,从而产生电树枝的速度越快。

(2)针电极上的电压不同,电树枝起始阶段的发展形状也不同。针电极的电压较小时(12 kV),针尖处电树枝起始发展形状为枝状;而电压较高时(18 kV),电树枝则是迅速发展成丛林状。

摘要：交联聚乙烯(XLPE)电力电缆的树枝状老化研究(尤其是电树枝老化)是诊断电缆绝缘故障的有效方法。文中采用针板模型模拟电缆绝缘中电树枝的产生,并通过ANSYS软件计算不同曲率半径及不同电压等级下起始状态针尖处的场强分布。最后,根据实验室所搭建的实验系统观察不同电压下绝缘中电树枝的起始发展情况。

交联聚氯乙烯 篇5

随着当前电力事业的飞速发展和城市持续发展的需要。为了更好的美化环境、美化城市, 电力电缆越来越广地被使用。现代城市中已基本不见了蜘蛛网似的电线。同时由于科学技术的不断进步, 在中、高压的电力电缆线路中, 上世纪60~70年代所使用的油浸纸绝缘电力电缆。现代正广泛地被交联聚乙烯绝缘电缆所取代。这是由于交联聚乙烯所具有的特性所决定的。交联聚乙烯具有较高的电气性能:击穿强度高、绝缘电阻大、介电数小、介质损耗角正切值低, 且具有较高的耐热性和耐老化性能, 因此用交联聚乙烯作绝缘的电缆传输容量大大增加, 并且重量轻, 宜于垂直、高落差和有振动场所的敷设和耐化学腐蚀等优点。但是, 交联聚乙烯电力电缆也存在一些缺点:交联聚乙烯电力电缆外径较粗大、抗脉冲性能差、耐电晕水平低、击穿强度随温度上升而显著下降, 同时具有透水性, 特别是透水性的问题一直是一个比较头痛的问题。一旦电缆进水受潮给电缆的运行带来了很多隐患, 这就对电缆的施工技术提出了更高的要求。郑东新区始于2003年, 在新区的开发中才开始大量使用交联聚乙烯电力电缆, 但由于经验不足, 在电缆投入运行4、5年后相继出现了一些电缆故障, 在对电缆进行解剖后发现, 故障电缆普遍存在电缆内进水。之后, 本文从电缆进水后的危害、电缆进水的原因进行了探讨, 提出了防止电缆进水的措施, 并就电缆进水后提出了如何处理的方法。

2 电缆进水后的危害

交联聚乙烯电力电缆进水后, 无论是塑料绝缘层表面或导体表面的水分, 都会使绝缘在强电场的作用下沿电场方向, 引发“水树枝”, 水树枝使绝缘老化, 同时水树枝逐渐向绝缘内部伸展, 并且这种情况可以在绝缘内积累, 产生累积效应, 当这种累积效应达到一定程度, 就会发展成“电树枝”, 最终导致绝缘被贯通击穿, 特别是导体表面含有水份时, 由于温度较高, 引发水树枝的发展更快, 将加速塑料绝缘的老化。交联聚乙烯电力电缆在塑料外护套进水后, 就会使金属护套进水, 会对金属护套产生化学腐蚀和电化学腐蚀, 最终损坏金属护套, 使水浸渍绝缘层, 最终也引起绝缘老化、击穿。

3 交联聚乙烯电力电缆进水的原因

(1) 交联聚乙烯电力电缆由于在材料选择和制造工艺上等的原因, 使电缆本身内部不可避免地存在着微孔、杂质或其他一些缺陷, 特别是微孔的存在, 使电缆的吸水性增强。电缆端帽密封不严, 电缆在运输、敷设过程中端帽松懈或脱落使电缆进水。

(2) 电缆在运输或敷设过程中外护套被外力破坏, 特别是电缆沟道中积水或在雨天施工都会使电缆进水。电缆附件安装密封不严使电缆进水。在电缆试验或运行中, 电缆绝缘击穿破坏了电缆护套。应采取的防水措施针对交联聚乙烯电力电缆进水的诸多方面, 为了防止交联聚乙烯电力电缆进水, 应采取相应的对策、措施。要求厂家对电缆材料和制造工艺严格把关, 尽力控制微孔、杂质的存在。在运输、敷设电缆过程中要严格检查电缆端帽, 严防松懈、脱落, 特别是电缆存放在露天仓库时, 由于湿度较大, 端帽更容易松懈、脱落, 对于高压电缆要应金属帽密封。电缆敷设前应是对电缆沟、管道进行清理, 排除积水, 并进行试通, 试通完毕后再敷设电缆, 敷设时要做好防护措施, 在电缆入管口处要放好护口, 有电缆沟内应放置好滑轮, 在电缆拐弯处要根据电缆弯曲半径要求放置转角滑轮, 以防电缆护层损坏进水, 严禁在雨雪天进行电缆施工。电缆附件安装应由熟练的、有经验的工人施工, 特别是户外端头的密封, 防止雨水进入电缆。

(3) 电缆进水后的处理, 有时由于这样、那样的原因, 使交联聚乙烯电力电缆进水受潮, 而又不便更换电缆, 这就需要对电缆进行去潮处理。在电缆一端用压缩的氮气或干燥空气强灌入电缆绝缘线芯内, 在电缆的另一端同时抽真空, 让干燥气体吸收进入电缆的潮气后抽水, 一直到最终的真空度达到150Pa以上时, 用变色硅胶测试, 2~4小时后不变色就认为可以了。

4 结语

通过上面论述得出如下结论:那种认为交联聚乙烯绝缘电缆不怕受潮、不怕水的概念是错误的。有时虽然电缆在进了一部分水后, 在短时间内不会发生问题, 即使耐压试验也不会影响电缆的使用, 但水在电缆运行的电场强度作用下引发的水树枝会慢慢使交联聚乙烯绝缘性能下降、老化, 最终导致电缆绝缘的击穿, 因而电缆中进入了水, 轻的影响电缆使用寿命, 严重的就会在短期内使电缆发生故障, 影响电缆的安全运行。因此, 电缆中的水是一个值得大家关注的问题, 不可小视。

参考文献

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[4]张桂荣.浅谈电缆故障测试技术[J].中国电力教育2009年S1期

交联聚氯乙烯 篇6

热塑性塑料增强 (RTP) 管材大部分是三层结构, 内层是耐腐蚀、耐磨损的聚乙烯等塑料管材, 中层是增强的缠绕层 (缠绕的材料有高强度合成纤维, 玻璃纤维, 碳纤维和细金属丝多种) , 外层是保护用的聚乙烯层。为了提高聚乙烯层的物理、机械性能, 耐应力开裂性和耐热性, 往往采用交联的办法加以改性得到PEX[1,2,3]。PEX在油田环境介质中的性能会随着时间的推移和介质的流动而发生变化, 这些变化的评判可以借助很多手段, 其中之一就是环拉伸测试。

环向拉伸方法的提出, 最早是应用于核反应堆中, 为了评价管的环向性能而建立的一种力学性能测试方法[4]。为了研究应用于VVER核反应堆的未经照射的Zr-l Nb镀层管的力学性能, 阿贡国立实验室进行了Zr-l Nb镀层试样的环向拉伸实验 (Ring Stretch Tensile Tests) [5,6]。在S.Arsene和J.Bai进行的环向拉伸基础上, 进行了一定的改进。环向拉伸主导思想是在拉伸过程中始终保持管材试样的弧形形状。在传统管材轴向拉伸基础上, 设计了带有标距的管材环形拉伸试样, 通过弧形嵌块的设计, 使得在拉伸过程中标距段尽量保持原始曲率, 不发生展平, 试验夹具是三嵌块环向拉伸装置 (见图1) 。现在, 在环向拉伸主导思想不变的前提下, 对装置进行了改进 (图1b) 。

1 试验

1.1 试验材料和设备

PEXa (交联度67%~85%) , 电子天平, 鼓风干燥机, 超声清洗仪和美国Cortest镍基合金制备的容积2升的静-动态高温高压釜

1.2 前期辅助试验

拉伸试验前期主要是辅助试验, 高温高压釜浸泡试验。笔者用将近8周的时间做了前期的浸泡。每个试样到预设的龄期后进行测试。

浸泡液的制备:

A、蒸馏水:p H=7.0~7.5 (中性)

B、取浓盐酸21.29m L, 加水至2500m L, 配制0.1mol·L-1的盐酸

C、煤油 (上海哈斯太润滑油有限公司)

在高温高压釜中进行三次试验蒸馏水, 介质分别为:蒸馏水, 盐酸, 煤油.p H=7.0~7.5, 实验条件如表。试验温度45℃, 保护气体N2, 压力10MPa, 试验时间1000h。每组样品做完浸泡后进行换拉伸试验。

1.3 试验仪器及装置

试验设备为SHT4106微机控制伺服万能试验机, 配有电脑控制程序和数据处理软件, 试验数据可从软件中直接读出。测试过程使用拉力盘。将浸泡前后的试样装在拉力盘上。均匀、连续地对试样施加载荷 (加载速度1mm/min) , 直到失效点, 失效点为拉力最大点, 从软件上读取, 并做好相应的记录。

2 结果和分析

2.1 拉伸强度的表征和计算

拉伸强度的表征和评价方法与钢材的拉伸表征类似, 可以通过拉力值或强度值来表示, 其中力值可以直接从试验仪器所连接的电脑上读出, 而强度则需要将力值除以截面积,

式中:R为拉伸强度;F为破断力 (本文采用在拉伸过程加载力的失效点处的拉力) , 给出了失效点的解释。;b为管环宽度;t为管环壁厚。

对于常规的拉伸试样, 受力和变形方向在同一条垂直线上, 往往失效部位都是变形量最大的位置, 以变形最大处的伸长率作为试样的伸长率, 这往往是便于观察试样在拉伸过程和拉伸以后表面的视觉变化, 变形量最大的部分表面上看会出现云纹斑的图案, 这主要是由于加载应力使得交联聚乙烯链段的排列和伸缩发生变化所致。本文重点不放在伸长率上, 所以没有测量其变形的伸长率, 只是记录失效时的拉伸强度。

2.2 与不同浸泡液浸泡后, 拉伸强度随浸泡时间变化的测试

无论是非晶态高聚物还是晶态高聚物, 其溶解过程都必须经历两个阶段:溶胀和溶解。根据聚合物溶解过程的热、力学分析而知, 只有当高聚物与溶剂的溶度参数 (接近或相等时, 溶解过程才能进行, 这就很容易理解图1和图2中所示, 在水介质中拉伸性能变化较小, 这主要是由于水介质溶解度参数 (δH2O=23.5) 和有机物的溶解度参数 (一般为10左右) 差别大, 对交联聚乙烯的溶胀, 溶解等相互作用较差, 而在煤油中则正好相反, 其相似相溶, 使得交联聚乙烯的破坏加剧, 因而表现在浸泡后力学性能测试上拉伸强度较小[4,5]。以下是相关试验数据。

通过原始试验数据, 可以得到三种浸泡环境对比原始样的拉伸强度变化图 (图2) .同时引入强度保留率判断材料强度的变化, 令材料的强度保留率为η, 可以得到

式中:σt为浸泡后的拉伸强度;σ0为材料原始拉伸强度。上述实验中, 三种浸泡液浸泡后的强度保留率

(ηHCl, 10h表示试样在HCl环境浸泡10h后强度保留率, 其它类似) 通过图表 (图2) 可以看出, 三种浸泡环境在10h, 100h, 1000h浸泡后的拉伸强度变化。拉伸强度明显和浸泡液以及浸泡龄期有关。

试验数据表明拉伸强度都随对试样浸泡时间的延长而减小。这主要是交联聚乙烯在煤油中的溶胀溶解所致。交联聚乙烯溶解性能的大小与其结晶度有密切关系。结晶度高, 结晶区内大分子排列紧密。浸泡液首先交联聚乙烯的非结晶区, 产生溶胀。如果结晶度不高, 溶胀会破坏结晶, 促使结晶区向非结晶区转化, 而后溶解[6]。同一浸泡时间, 在三种浸泡环境中, 煤油对拉伸强度的影响最大, 这和我们上面进行的理论分析是完全一致的。通过数据, 看以看出, 前期的拉伸强度变化稍大些, 其斜率的绝对值大于后段时期拉伸强度对时间的斜率的绝对值。而且数据是非线性变化的, 具有交联结构的高聚物, 由于交联聚乙烯三维交联网的存在, 吸收浸泡液到一定程度可能就达到溶胀平衡。

3 结语

(1) 提出了采用拉伸强度指标来评定管环拉伸性能的方法可有效适用于不同浸泡介质和不同浸泡时间的交联聚乙烯管, 试验结果稳定可靠。拉伸强度可以用R=F/ (2bt) 来计算, 其中b为管环的宽度, t为管环壁厚。

(2) 水介质浸泡对交联聚乙烯的拉伸强度影响最小, 而煤油的影响最大。随着浸泡时间的增加, 交联聚乙烯的拉伸强度减小。

参考文献

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[5]S.Arsense and J.Bai.A New Approach to Measuring Transverse Properties of Structural Tubing by a Ring Test.Journal of Testing and Evaluation.1996, 24 (6) :386-391.

交联聚氯乙烯 篇7

关键词：交联聚乙烯,改性沥青,高温性能,车辙

0 引言

沥青路面具有优越的使用性能和行车舒适性, 是目前公路建设中使用最广泛的路面材料。同时由于交通量的迅猛增加、车辆重载化趋势和夏天持续高温极端天气的频繁出现造成了沥青路面出现高温车辙等破坏, 而聚合物改性沥青技术是改善沥青路面性能重要的方法之一[1]。

聚乙烯 (PE) 是改性沥青中使用最广泛的热塑性树脂改性剂之一, 是以乙烯为基本单位通过聚合而成的线性高聚物;交联聚乙烯 (XLPE) 是通过物理或化学方法把线型的聚乙烯分子通过共价键交联成三维空间网状结构的一种改性聚乙烯, 交联聚乙烯 (XLPE) 的交联方式有物理交联和化学交联两种;工业上生产交联聚乙烯 (XLPE) 的生产方式主要有辐照交联、硅烷交联、过氧化物交联和紫外线交联这四种。四种生产工艺的核心原理都是首先通过物理或化学方式夺取聚乙烯 (PE) 分子链上的氢原子, 形成自由基, 再通过分子链上自由基的交联最终形成交联聚乙烯 (XLPE) , 与传统的聚乙烯 (PE) 相比, 交联聚乙烯 (XLPE) 具有更好的耐热性能、更好的机械性能和更好的化学稳定性[2,3,4]。

因此本文选用XLPE制备交联聚乙烯改性沥青, 使用动态剪切流变试验和重复蠕变恢复试验对交联聚乙烯改性沥青的高温性能进行研究。

1 试验材料和试验方法

1.1 试验材料

本试验中使用的70号沥青主要技术指标如表1所示。

所使用的交联聚乙烯改性剂 (XLPE) 的主要技术指标如表2所示。

1.2 试验方案

本试验使用高速剪切熔融法制备掺量分别为3%, 5%和7%的交联聚乙烯改性沥青。

对不同掺量的交联聚乙烯改性沥青、基质沥青和成品SBS改性沥青进行动态剪切流变试验, 试验温度为60℃, 采用应变控制模式, 取应变值为12%, 选用10 rad/s的正弦振荡荷载模式, 试验夹板直径选用25 mm, 板间距为1 mm;通过试验得到的车辙因子G*/sinδ和改进型车辙因子G*/ (sinδ) 9来评价沥青的高温性能。

对沥青进行重复蠕变恢复试验, 采用的试验温度为60℃, 加载应力分别采用30 Pa, 100 Pa和300 Pa三种应力, 加载模式为加载1 s卸载9 s, 加载过程中每0.1 s采集一次数据, 卸载过程每0.9 s采集一次数据, 共进行100次重复蠕变。通过对第50, 51次蠕变阶段试验数据进行Burgers模型参数拟合, 计算出第50, 51次重复蠕变阶段蠕变劲度的粘性成分Gv平均值, 对沥青的高温性能进行评价。

2 试验结果分析

2.1 动态剪切流变试验

通过对3%, 5%和7%三种掺量的交联聚乙烯改性沥青、基质沥青和SBS改性沥青进行动态剪切流变试验可以得到沥青在60℃下的车辙因子G*/sinδ和改进型车辙因子G*/ (sinδ) 9, 如图1和图2所示。

从图1五种沥青的车辙因子G*/sinδ对比结果中可以看到, 在试验温度为60℃时交联聚乙烯改性沥青和SBS改性沥青的车辙因子G*/sinδ都要大于基质沥青, 说明XLPE改性剂和SBS改性剂都能够提高沥青的车辙因子, 改善沥青的高温性能, 且随着XLPE改性剂掺量的增加其改善效果更好。同时可以看到3%, 5%和7%三种掺量的交联聚乙烯改性沥青的车辙因子G*/sinδ都要大于SBS改性沥青, 因此仅以车辙因子G*/sinδ为高温评价指标时XLPE改性剂对沥青高温性能的改善效果要好于SBS改性剂。

从图2中看到, SBS改性剂和XLPE改性剂的添加都能够使得沥青的改进型车辙因子G*/ (sinδ) 9增大, 提高沥青的高温性能;同时看到SBS改性沥青的60℃的改进型车辙因子G*/ (sinδ) 9要大于交联聚乙烯改性沥青, 这与车辙因子G*/sinδ的试验结果有所不同。这是由于改进型车辙因子G*/ (sinδ) 9充分考虑了改性沥青的弹性性质对于沥青抗车辙能力的影响, 而相位角δ在一定程度上反映沥青的弹性能力, 因此改进型车辙因子通过提高沥青相位角δ的敏感性进一步更明显地表征改性沥青的抗车辙能力[5]。

2.2 重复蠕变恢复试验

选取应力分别为30 Pa, 100 Pa和300 Pa的重复蠕变恢复试验中, 60℃试验条件下第50, 51次蠕变阶段试验数据, 采用origin软件进行Burgers模型参数拟合计算出第50, 51次重复蠕变阶段蠕变劲度的粘性成分Gv值, 并求取其平均值, 试验结果见图3。

从图3可以看出同一种沥青在30 Pa, 100 Pa和300 Pa三个不同应力水平下时蠕变劲度的粘性成分Gv值变化不大, 表明Gv值是材料的一个特性参数, 不受应力因素的影响, 能够较好的表现出沥青材料的高温性能。对于五种不同沥青, 蠕变劲度的粘性成分Gv值最小的为基质沥青, 最大的为SBS改性沥青, 交联聚乙烯改性沥青的Gv值大于基质沥青小于SBS改性沥青, 说明SBS改性剂和XLPE改性沥青都能够明显的提高沥青的高温性能, 且SBS改性剂的改善效果要好于XLPE改性剂, 这与车辙因子G*/sinδ的试验结果不同而与改进型车辙因子G*/ (sinδ) 9的试验结果基本相同。这是由于蠕变劲度的粘性成分Gv充分考虑了沥青的弹性恢复变形, 很好的将弹性恢复变形从永久变形中分离出来, 能够更准确的反映沥青的高温性能。

为了更直观的分析改性沥青的弹性恢复能力, 在重复蠕变恢复试验中以εl表示蠕变阶段结束后的瞬时应变, 即恢复阶段的初始应变;εp为沥青恢复阶段的未能恢复的残余应变, 也称为永久应变, εl/εp则能反映沥青的弹性恢复能力, 沥青在30 Pa应力下第1次、第50次和第100次的εl/εp如图4所示。

从图4中看到, 在第1次, 50次和100次的重复蠕变试验中, SBS改性沥青的弹性恢复能力要好于基质沥青和交联聚乙烯改性沥青;沥青路面高温车辙的本质是在重复荷载作用下不可恢复的永久变形, 因此弹性恢复能力较好的沥青在应力卸载阶段得到充分的恢复, 具有更小的累积变形, 其抗车辙能力也能够充分体现出来。改性剂车辙因子G*/ (sinδ) 9和沥青的蠕变劲度的粘性成分Gv值充分考虑了沥青的弹性性质对抗车辙能力的影响, 能够更好的表征改性沥青的高温性能, 而车辙因子G*/sinδ对弹性性能较好的改性沥青高温性能的评价有一定的局限性[6]。

3 结语

1) XLPE改性剂和SBS改性剂都能够改善沥青的高温性能, 而使用不同的高温评价指标对沥青的高温性能评价有着不同的结果。

2) 车辙因子G*/sinδ虽能较好的评价普通沥青的高温性能, 但对于弹性较好的改性沥青高温性能的评价却存在着一定的局限性;改性剂车辙因子G*/ (sinδ) 9和沥青的蠕变劲度的粘性成分Gv值能够更好的表征改性沥青的高温性能。

参考文献

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