額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜的研制

摘要：采用半導電硅橡膠材料作為硅橡膠中壓電力電纜線芯的屏蔽層，合理設計中壓硅橡膠絕緣電力電纜結構及制定合適的加工工藝。
　　 1 引言
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜屬于特殊環境場所使用的電纜，要求部分使用的電纜具有耐高溫、耐酸堿以及耐老化等特殊性能，與之配套的各種產品與苛刻的環境溫度相適應，這樣才能保證設備的長期安全穩定運行。在惡劣環境條件下，如在發電、化工、石油、冶金、鋼鐵等特殊領域，電纜使用期間，為確保在高溫、低溫或者環境更為苛刻的條件下電纜能夠正常穩定的工作，對電纜導體及絕緣提出了更高的要求，我公司采用了一種新型的電纜結構，保證電纜的運行長期安全穩定。
　　 本產品通過開發的半導電硅橡膠材料作為硅橡膠中壓電力軟電纜線芯的屏蔽層，合理設計中壓硅橡膠絕緣電力電纜結構及制定合適的加工工藝，解決了中壓硅橡膠電力電纜無導體半導電擠包屏蔽層和絕緣半導電擠包屏蔽層導致使用壽命下降的問題，具有很好的實用價值和推廣價值。
　　 2 現有產品使用狀況及改善措施
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜主要解決了現有技術中的幾點不足，具體如下：
　　 (1) 硅橡膠絕緣中壓電力軟電纜現有生產廠家一般都采用擠包一層絕緣層，無內外擠包半導電硅橡膠屏蔽層，由于電纜導體由多根導線絞合而成，它與絕緣層之間易形成氣隙，導體表面不光滑，會造成電場集中，造成電纜擊穿影響使用壽命；在導體表面加一層半導電材料的屏蔽層，采用三層共擠方式，與被屏蔽的導體處于等電位并與絕緣層良好接觸，從而避免在導體與絕緣層之間發生局部放電，這一層屏蔽為半導電硅橡膠屏蔽層；同樣在絕緣表面和護套接觸處也可能存在間隙，是引起局部放電的因素，故在絕緣層表面加一層半導電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的絕緣層有良好接觸，與金屬護套等電位，從而避免在絕緣層與護套之間發生局部放電，降低電纜使用壽命；本發明技術通過設計合理的結構和制定合理的加工工藝，保證了電纜的彎曲性能、電性能，提高了電纜的使用壽命；這些改進方法包括導體節距的設計（導體層與層之間采用正反向絞合，同時保證每層均有較小的絞距，最外層絞距不大于12倍，次外層不大于10，以此類推）、成纜節徑比的控制（不大于12倍）、絕緣線芯采用三層共擠工藝，半導電硅橡膠+高電性能硅橡膠絕緣料+半導電硅橡膠三層共擠一次性擠出，保證電纜的電性能，提高電纜使用壽命）。
　　 (2) 通過使用硅橡膠護套材料，使電纜具備了良好的耐熱性、耐寒性、耐老化性能、耐臭氧、耐油性能等性能，提高了電纜的使用性能，提高了電纜的壽命。
　　 3 產品設計方案
　　 為滿足6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜電壓等級要求，選用高電性能硅橡膠絕緣材料，電纜在1.73U0下進行局部放電試驗，放電量應不大于20pC；選用高導電性能硅橡膠材料作為屏蔽材料，采用蒸汽連續硫化擠出機，半導電硅橡膠+高電性能硅橡膠絕緣料+半導電硅橡膠三層共擠同時擠出，改善線芯電場分布，降低局部放電因素，延長中壓硅橡膠電力電纜的使用壽命，保證電纜的長期安全穩定運行。
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜結構的設計
　　 導體
　　 材料：鍍錫銅絲或裸銅絲
　　 結構:為了確保電纜的柔軟性，必須提高電纜導體柔軟性和彎曲性，導體的結構設計很大程度決定了這樣的性能；導體單　　 絲直徑越細，柔軟性越好；導體層與層之間采用正反向絞合，同時保證每層均有較小的絞距（最外層絞距不大于12倍，次　　 外層不大于14倍，以此類推）彎曲性能越好。
　　 絕緣
　　 絕緣材料：高電性能硅橡膠絕緣料
　　 性能要求：
　　 (1) 耐溫等級必須在-60℃～180℃之間，這樣能確保高溫、低溫或者環境更為苛刻的條件下，電纜能夠正常穩定的工作。
　　 (2) 良好的電氣性能和優異的機械物理性能；
　　 成纜：
　　 此工序的結構設計對電纜的彎曲性能有著重要的作用，一般要求成纜節徑比不大于12倍，以保證電纜整體彎曲性能和內應力作用均勻；
　　 填充：
　　 三根動力線芯中間采用半導電耐高溫非吸濕性材料進行填充；
　　 護套：
　　 材料：采用硅橡膠護套材料；
　　 性能要求：
(1) 耐溫等級必須在-60℃～180℃之間，這樣能承受高溫、低溫或者環境更為苛刻的條件下，電纜能夠正常穩定的工作。
(2) 具備良好耐熱性、耐寒性、耐老化性能、耐臭氧、耐油性能；
(3) 具備優良的機械物理性能。
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜重點工藝加工的制定
　　 為提高絕緣線芯的電氣絕緣性能，選用高導電性能硅橡膠材料作為屏蔽材料，采用蒸汽連續硫化擠出機，半導電硅橡膠+高電性能硅橡膠絕緣料+半導電硅橡膠三層共擠同時擠出，以改善線芯電場分布，降低局部放電因素，延長中壓硅橡膠電力電纜的使用壽命，保證電纜的長期安全穩定運行。

圖1額定電壓6到15kV GGR 8.7/15kV 3×35+3×16/3硅橡膠絕緣電力軟電纜工藝流程圖

圖2 額定電壓6到15kV GGR 8.7/15kV 3×35+3×16/3硅橡膠絕緣電力軟電纜結構圖

　　 具體實施方式：
　　 （1）型號電壓規格：GGR 8.7/15kV 3×35+3×16/3
電纜名稱及具體說明：額定電壓8.7/15kV硅橡膠絕緣硅橡膠護套電力軟電纜，3芯35mm2標稱截面，3芯16/3mm2地線芯。
　　 （2）具體方案：如上圖1所示，
　　 動力線芯：先用銅絲束絞合，再擠包半導電硅橡膠屏蔽料+硅橡膠絕緣料+半導電硅橡膠屏蔽料；
　　 地線芯：先用銅絲并絲，編織在絕緣線芯外；
　　 總成纜：將動力線芯按照合適的節徑比一起成纜，在中心填上半導電硅橡膠材料；
　　 填充：通過擠制的橡皮條填充在動力線芯外圍縫隙間；
　　 外護套：在纜芯外擠上硅橡膠護套料作為外護。
　　 4 結束語
　　 額定電壓6到15kV硅橡膠絕緣電力軟電纜經過從新設計和工藝改進，在導體表面加一層半導電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的導體等電位并與絕緣層良好接觸，從而避免在導體與絕緣層之間發生局部放電；同樣在絕緣層表面加一層半導電材料的屏蔽層，它與被屏蔽的絕緣層有良好接觸，與金屬護套等電位，從而避免在絕緣層與護套之間發生局部放電，增加電纜使用壽命；綜合這一系列的改進措施，可大大提高中壓硅橡膠電力電纜線芯的柔軟性、降低局部放電因素，延長中壓硅橡膠電力電纜的使用壽命，保證電纜的長期安全穩定運行。

* 本文選自《2015年中國電工技術學會電線電纜專業委員會年會報告文集》