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交联聚乙烯绝缘电力电缆防水层的透湿性和工艺特性分析

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-12-12 0:35:00 * 浏览: 21
其透湿性与防水层的设计和加工特性密切相关。本文从防水层的透湿性和水树排放引发机理及其结构设计入手,对防水层的结构进行了分析。从1970年代到1990年代初,XLPE电力电缆中的水树出现了问题,尤其是由绝缘杂质,气隙和外部湿气引起的一系列桥梁(BBT)水树引起的。电缆故障事故(2)引起了国际电缆行业的高度重视。在日本和中国已经做了很多研究工作。简要介绍了防水层透湿性的理论分析以及防水层的设计和工艺特性。在探索,跟踪高质量交联电缆防水层的结构以及改善中国高压电缆的运行特性方面的实践经验。 2.1水树诱导的生长与电缆外部的水渗透之间的相关性在1970年代和1980年代,人们发现电缆基于交联聚乙烯材料的物理和化学特性,并且在无例外地将外部水浸泡在XLPE中的环境中运行大或小,或多或少,绝缘的蝴蝶结树。许多学者已经确定,外部水分的入侵会导致XLPE绝缘层中的微小杂质和气孔,从而引发蝴蝶结树。一旦连接形成导电通道,电缆将被损坏。例如,较早前有报道说,日本Kimitsu钢铁厂铺设710年后发生了事故,美国也反映了铺设510年后的问题,在英国,法国和意大利也发生了类似情况(1G )。据日本住友电气公司称,XLPE电缆的使用寿命可以达到2030年的设计要求。但是,发现放置在潮湿环境中的电缆只有其原始寿命的一半。这些是蝴蝶结树老化的结果。 。中国宝山钢铁厂已经铺设了34年。由于其在潮湿环境中运行,华东电力测试研究所发现该电缆具有水树的老化痕迹。但是,后来认为树木(3),(4)和(5)的能力对于防止外界水入侵更为重要。因此,几年前,国际电工委员会还建议将额定电压为30150kV的挤压绝缘电缆具有防水结构,甚至在日本的500kVXLPE电力电缆中也已开发出防水层(6)。数据(6)指出,最近交联聚乙烯电缆中水树的减少是基于制造技术的进步和电缆质量的提高,但仍发现500kV交联聚乙烯电缆中的水树很小,例如1040Pm蝶形水。带有防水层的电缆中会获得树木(BTT)。这是由于绝缘体中残留有水分。但是,老化击穿测试的结果表明,防水XLPE电缆中水树的生长对击穿特性没有影响。同时指出,XLPE电缆老化试验后得到的BTT水树如图所示。可以看出,由铝屏蔽和防水的XLPE电缆引起的BTT水树的长度比普通的屏蔽电缆短得多。这是因为铝金属防水屏蔽金属分子不可能让水分子通过,而PE,PVC,XLPE和其他高分子距离可以让水分子通过。只要在制造过程中XLPE绝缘材料本身的水分含量极低,并且在存储和操作期间外部水分不能侵入XLPE绝缘材料,水树就不会引发和生长。老化试验后的水树形成图:1是普通型,2是防水型2.2水树引发机制证实了防水层结构的可行性对蝴蝶结树形成的三个过程进行了许多理论分析:渗水过程,⑵水源处的水凝结过程诸如气隙和杂质之类的树木,⑶水树的引发和饱和过程。因此,蝴蝶结水树的萌发和生长的可能机理可以归纳为:由于电场的作用,侵入的水气在气隙中凝结,凝结水的压力上升,并且水本身膨胀,引起气隙。壁的薄弱点破裂,然后冷凝水从气隙壁的裂缝中沿电场方向喷出,导致XLPE聚合物链被切断,并且链被极化(形成链自由基),最后是由于水和染色。该试剂附着在极化部分上,并形成断链的含水裂缝,肉眼在显微镜下可以观察到。这是领结水树。这可以解释为,水向蝴蝶结水树的迁移过程开始,增长,饱和,并且气隙中的压力升高。气隙壁的XLPE界面张力增加,水树膨胀,然后气隙中的水压降低,水的化学势重新平衡。水树变得饱和。由电场引起的水蒸气在液态空气中凝结到气隙中的冷凝的理论分析可以用Klaberon-Clausch周期方程表示:当场强E恒定,即dE = 0时,饱和蒸气水的压力可以降低。与E2有关:(3),w△Wan =(Sl-sg)的变化是气体常数,r是绝对温度,d是相关常数。然后通过热力学研究,我们知道XLPE中水的迁移和扩散与这些因素有关。第一个是化学势U,它是在物体的自由能下质量P的偏微分:表明电场强度£,温度r作为质量存储的函数,材料的运动将停止。 XLPE溶解在外部水中,在电场作用下的化学势可以表示为w.⑵-在没有电场的情况下的化学热,即XLPE的介电常数。基于表面张力气隙内应力(Pa),均为气隙水中的电场强度,常数f = 8.85xl012F / m,P为水的密度(kg / m3,温度为T)。 (4)从公式(3)可以看出,气隙中的压力增加,化学势上升,这有利于喷水。当压力降低时,化学势减弱,水树的生长趋于饱和。这是饱和特性。变形花的边缘与中间部分之间的相对伸长率5可用以下公式表示:在纵向包装的设计中:MN-纵向包装管的外径D,B-铝带宽,a —盖的宽度,NO —纵向封装的模头长度(Y),K长宽比。具体计算如下:中:直角AMNO:该公式表明纵横比K与纵向包装直径D和盖宽度a的相对伸长率5有关。为了消除荷叶边并消除纵向弯曲,必须控制复合带的相对伸长率,一般经验是使S 3.2纵向包覆成型台及其加工纵向包覆成型材料的加工:长模材料采用0.60.8mm黄铜带,在加工前于400600°C退火15分钟,其宽度应比复合带宽宽1015mm。由于纵向包装的外径不同,必须生产一系列不同尺寸的纵向包装长模具。首先将一端滚动成一个重叠的圆,另一端保持平坦。中间部分被逐渐转变的“变形花”形状殴打。基于复合带左右摆动以及成型时电缆芯扭曲的情况,采用均匀的带张力,增加放线距离,采用薄膜过渡模停止旋转极限,并使用定位辊稳定纵向包缝位置以正常粘合。打结考虑t运行过程中的热膨胀系数强制电缆在防水层和铜屏蔽层之间添加一层具有良好弹性的无纺布,起到松弛作用。该具有吸湿能力的非织造弹性垫层通过在非织造织物上均匀地喷洒干燥剂而被卷起,从而填充区域产生了相对湿度低的空间,这对于抑制水树具有某些益处。采用热水和温水段的逐步冷却方法。挤出机的温度分布与普通XLPE电力电缆的温度分布相同。冷却箱4的防水层结构是经济的。防水结构的工艺安排与一般的XLPE电力电缆基本相同。屏蔽铜带后,弹性热膨胀缓冲层就完成了,不需要其他设备。因此,成本将增加约7.5%,但防水性能将大大提高。下表2列出了具有防水结构的1km单芯6kV95mm2铝芯XLPE电缆的材料成本比较。表2保护层的主要部分和保护层的一部分。甜蜜的甜蜜*普通防水层的防水层直接影响保护层的透湿率,是复合带盖处的粘结是否完整以及复合带之间的附着力外壳完成。粘合剂密封界面的保护层的耐湿性是非粘合剂保护层的许多倍,如表3所示。透湿性1-非粘性护套2-粘合剂护套表3保护层的粘合状态防水层相对水分渗透率未粘合的粘合剂层共聚物粘合剂层和密封界面的测量系统注:将样品连接到测量系统,首先测量气体本身的水分含量(ppm),该量为A,然后测量痕量水分(稳定时读取),此数量B,B和A之差即电缆护套的透湿性。结果列于表4。表4气体水分含量(ppm)微量水分仪读数(ppm)样品水分渗透率(ppm)实验观察表明,水分渗透率与纵向包装的热封工艺和挤压工艺有关,这与AL / PE复合带本身的质量有关。测试结果表明,样品的透湿性很低(为保证防水性能,有必要测量AL / PE胶带的剥离性能和挤出后护套之间的剥离力。该测试在ENSTRONG拉伸机上进行。结果见表5和表6。复合带的厚度(y剥离强度(kg / 15mm))表6测试项目厚度(y剥离强度(kg / 25mm)PE和PE胶粘复合带以及在PE和AL胶粘带中的作用力胶带以上电缆护套的测试结果表明,复合胶带具有相当大的剥离强度,并且这种层间粘合对于抵抗水分侵入电缆外部是非常必要的。根据要求,纵向缠绕的复合带的重叠部分面向弯曲方向。电缆直径为20(D + d)的测试轴在两个方向上均弯曲180°,然后根据电缆轴线旋转90°,然后弯曲,没有发现裂纹。这表明粘合剂复合护套使复合材料成为可能。胶带和聚乙烯护套的集成改善了电缆的弯曲性能。 5.4根据电缆的基本性能要求在防水层上进行导体电阻测试。经过电桥测试后,导体电阻为0.305Q / km,表明增加了。防水层不影响电缆的导电性。 5.5根据电缆的基本性能,在导体和屏蔽层之间还要施加15kV的工频电压和5分钟的耐压测试。结果,样品通过了一次。 6.1防水套有效地减少了水分渗透到XLPE绝缘材料中,并改善了耐水树的特性,这一点得到了wa的证实。三叉树引起的生长机理和试验。 6.2防水层加工的关键是长型垂直包装工艺。长格式模型必须合理设计。可以通过理论计算得出,并且可以通过仔细处理获得。 6.3防水层的透湿性取决于粘合复合材料护套本身和与外部护套的粘合性的完整性。发达6.4开发的产品有待进一步完善和深化。并向多功能方向扩展,以开发新的电力电缆产品。