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一个月交联工艺学 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的作用 ●参与电能的输送和分配； ●进城：安全输电、节约空间、环境美化； ●逐步取代油纸电缆； 二、国外交联电缆的发展 ● 1952 年美国查尔斯发明了交联聚乙烯绝缘； ● 1957 年美国制造了交联电缆； ● 1965 年美国研制了 35kV 交联电缆； ● 1971 年美国研制了 138kV 交联电缆； ● 1979 年日本研制了 275kV 交联电缆； ● 1982 年日本研制了 500kV 交联电缆；. 三、国内交联电缆生产情况
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一个月交联工艺学 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的作用 ●参与电能的输送和分配； ●进城：安全输电、节约空间、环境美化； ●逐步取代油纸电缆； 二、国外交联电缆的发展 ●1952年美国查尔斯发明了交联聚乙烯绝缘； ●1957年美国制造了交联电缆； ●1965年美国研制了35kV交联电缆； ●1971年美国研制了138kV交联电缆； ●1979年日本研制了275kV交联电缆； ●1982年日本研制了500kV交联电缆；
三、国内交联电缆生产情况 ●1971年上缆和沈缆研制35kV交联电缆 ●1985年左右国内掀起引进干式交联机组热潮； ●1990年后国内掀起引进高压电缆交联机组热潮，生产线达到20多条； ●目前已经有20多家通过了两部110kV交联电缆鉴定。其中四家通过了220kV交联电缆鉴定。
第二节 交联电力电缆结构、型号和名称 一、基本结构
●交联电力电缆一般由导体、绝缘、屏蔽和护层四部分组成。●交联电力电缆一般由导体、绝缘、屏蔽和护层四部分组成。 1.导体 导体是指能传导电流的物体，又称为导电线 芯。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、圆形。 6kV及以上采用圆形紧压结构线芯。 ⑴圆形导线采用正规绞合结构，每层递增六 根，相邻层绞向相反，最外层为左向。 ⑵紧压导线结构 分为圆形和扇形 对绞合后 的线芯采取一次紧压和多层紧压,提高填充系 数，缩小外径。 ⑶分割导线结构 常用于1000mm²以上大截面 电缆，以减少集肤效应，提高通电能力 外 包半导电带。
2.绝缘 绝缘是将绝缘材料按其耐受电压的程度的要求， 以不同厚度包覆在导体外面而成。起着使带电体与 其他部分隔绝的作用。 低压XLPE绝缘结构采用扇形为主，分相采用色带 分色，主要为红、黄、绿、蓝、黑。现在用户要求 较高，要求接地线芯为黄绿双色，要注意！主要是 长三角、上海、北京等市场。 中压的XLPE绝缘电缆采用圆形，绝缘组成要有内 屏绝缘、外屏蔽(外面有金属层)中高压绝缘电缆蔽 的、绝缘厚度主要考虑绝缘耐压强度，而低压电缆 主要考虑绝缘机械性能。
3.屏蔽 屏蔽主要为了均匀电场，防止局部放电。 材料：金属带、金属丝、金属套或半导电 塑料。半导体塑料是PE与炭黑的混合物，分 为可剥离性、不可剥离性。 20KV及以下的绝缘屏蔽采用可剥离性半导 电材料为最佳，以便于安装接头。 35KV及以上的绝缘屏蔽采用的可交联半导 电材料，它与可交联PE一起挤出，需用特别 工具剥离。
4.护层 护层是电缆外层的保护部分。 电缆护层分为内护层和外护层，可以加强机械强度和防腐蚀。 ⑴防护层：沥青、 纸、麻、塑料等。塑料套主要有PE、PVC。 ⑵铠装层：钢带、钢丝 主要有普通冷轧钢带、预涂沥青钢带、镀锌钢带、涂漆钢带、镀锌钢丝。 ⑶防水层：铅套、铝套、铝塑综合防水层。
二、品种 1.1kV交联绝缘电缆 ●特点：工作温度高（载流量大）、低温交联用普通设备生产、成本不高、环保、无须半导电层。有替代PVC电缆趋势。 ●有硅烷交联和辐照交联之分。 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一定数量的过氧化物交联剂（DCP），经过高温高压后，使聚乙烯绝缘发生交联。 ●适用于中、高压电缆。
3.架空绝缘电缆 ●特点：安全、耐候、无电晕、架设方便。 ●按电压等级分类有1kV、10kV、35kV； ●还有变压器下引架空电缆和三芯集束电缆之分。 4.五芯电缆 主要是满足不同用户的需求，多用于低压系统，同时有五芯不等截面电缆和瓦形结构五芯电缆。由此可以派生出同心电缆。 5.阻燃、耐火和阻水等电缆品种 因无10kV阻燃绝缘料，该类主要是在护层里采用 了相应材料。
●交联电缆型号说明 用途或类别-导体-绝缘-内护套-铠装-外护套-派生 1 2 3 4 5 6 7 YJV23 交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚乙烯护套电力 电缆 电力电缆型号中第1项即类别，用绝缘即YJ表示交 联绝缘电力电缆 ；型号中第2项即导体，因为是铜 而省略；型号中第3项即绝缘，因为已经在第1项表 示而省略；型号中第4项即内护套，用英文商业名称 V表示PVC套；型号中第5项即铠装，用数字2表示 钢带；型号中第6项即外护套，用数字3表示聚乙烯 套；型号中第7项因无派生而省略。
第三节交联电缆性能 一、塑料基本性能的含义举例 1.体积电阻系数ρv：该系数越高，绝缘性能越好。 2.击穿场强：击穿电压与塑料厚度之比。越高越好 3.介电常数 ε:表示塑料极性大小的指标。该常数越小,塑料在电场的作用下极化强度越小,其介质损耗也越好。 4介质损耗角正切tgδ：该值越小，说明介质损耗越小，电缆绝缘性能越好。 5熔融指数：在一定温度和压力下，熔融树脂在10分钟内从一定孔穴中被压出的克数。用MI表示，单位g/min
6.抗拉强度：在拉力机机上，材料被拉断时单位长度上所承受的拉力。6.抗拉强度：在拉力机机上，材料被拉断时单位长度上所承受的拉力。 二、局部放电性能 在导体和金属屏蔽层间施加工频电压后，如果绝缘 中有缺陷，在电场作用下，会产生局部放电并导致 绝缘材料逐步老化。 该项试验能够判断绝缘水平和寻找绝缘中的故障点 三、耐冲击电压性能 考虑到电缆可能受到大气雷电过电压的冲击，因此 交联电缆应能够承受相应的冲击电压。
四、电树与水树放电 1.电树放电 ●四个阶段：潜伏期、生长期、饱和期、击穿期； ●五个因素：内屏蔽局部凸起；微观裂纹；杂质或金属粒子；绝缘内应力；绝缘有水分； 2.水树放电 ●三个阶段：引发期、成长期、饱和期； ●最后导致电树放电； ●预防措施：干法交联或防水层。
第四节 交联方法 ●交联方法很多,主要有化学交联和物理交联两类 ●物理交联适用绝缘较薄的低压电缆；化学交联用于中高压电缆； ●化学交联工艺简单、操作安全。交联度最高可以达到90%。化学交联分为过氧化物交联和硅烷接枝交联。 ●物理交联也称辐照交联，交联度最高不到70%。
一、辐照交联 ●辐照交联聚氯乙烯绝缘电线内容简介 线性热塑性聚氯乙烯在特定的配方下经过高能电 子束辐照处理，变成不溶融的三维网状结构，形成 交联聚氯乙烯。该类电线具有高的抗热能力，突 出的短路特性，能耐350℃烙铁300秒钟以上，而普 通的PVC电缆料只能耐l秒钟。 二、过氧化物交联 1.蒸汽交联（SCP）
2.红外线交联法（RCP）与干式交联（CCV） 干式交联（CCV）就是电加热悬挂式交联工艺。 加热和预冷部分用氮气保护，氮气主要作为传热媒 质，保护聚乙烯在管内不发生氧化降解，对绝缘施 加压力，减少气隙。流动的氮气带走了大量的因冷 却水挥发而产生的水气和交联反应中过氧化物分解 出来的水分。在预冷部分，氮气主要作用是将电缆 线芯表面进行预冷却，防止线芯突然冷却，防止水 进入绝缘内。 蒸汽交联的交联绝缘含水量为0.29%；干式交联 的交联绝缘含水量仅为0.018%。
三、硅烷交联 硅烷交联又称温水交联。有两步法和一步法。 ●两步法：第一步—— A料（基料+硅烷交联剂造 粒）、B料（催化剂+色母料）。 第二步——A：B=95：5混合、挤塑，放到70~90℃水或蒸汽房中交联。 注意：色母料要边混边用，停放不应超过3h。 ●一步法：将聚乙烯基料、硅烷交联剂、催化剂、等混合，并采用30：1长径比挤出机，即将绝缘层的接枝和挤出由一个步骤完成，故称为一步法。
第二章 交联用原材料 第一节 导体用金属材料 一、电缆用铜、铝性能 ●铝导体纯度应在95.5%以上；铜应在99.9%以上 ●电解铜中含氧量为0.001%以下的称“无氧铜”； ●铜比重为8.89；铝比重为2.7； ●硬态铜抗拉强度为35~45；硬态铝为15~18； ●软态铜电阻率为0.017241；硬态铝为0.028264； ●钒、钛、锰杂质对电解铝的导电性影响很大； ●砷、铁、锑、锌对电解铜的导电性影响很大； ●电缆用铜化学成分应符合GB468特二号规定；电缆用铝应符合GB468特二号规定和一号铝规定。
第二节交联聚乙烯绝缘材料 ●交联聚乙烯绝缘材料应具备的主要性能 ⑴高击穿场强（工频、冲击）； ⑵低介损； ⑶相当高的绝缘电阻； ⑷优异的耐局部放电性能； ⑸一定的弯曲性能和机械强度； ⑹绝缘性能长期稳定。 一、技术性能 1.主要机械物理性能 ⑴密度0.922±0.003克/立方厘米
⑵介电常数≤2.30 • ⑶介质损耗角正切≤0.0005 • ⑷体积电阻率≥1×10的14次方 • ⑸介电强度≥35kV/mm • 2.杂质含量 杂质颗粒数应控制
二、过氧化物交联聚乙烯组成 过氧化物交联聚乙烯由聚乙烯基料、交联剂和抗 氧剂组成。 1.聚乙烯 ●分类 ⑴低密度聚乙烯（LDPE）也叫高压聚乙烯，密度为0.915-0.930； ⑵中密度聚乙烯（MDPE）也叫中压聚乙烯，密度为0.931-0.940； ⑶高密度聚乙烯（HDPE）也叫低压聚乙烯，密度为0.941-0.965；
●聚乙烯结构 ⑴分子式为（CH2-CH2）n或（C2H4）n ⑵交联绝缘料通常用低密度聚乙烯作基料。 ⑶低密度聚乙烯柔软性好,结晶度低、加工温度低， 可以与分解温度低、交联效率高的过氧化二异丙苯 组合使用，且不会因生产过程中过氧化二异丙苯过 早分解而引起焦烧。 ●.聚乙烯特性 聚乙烯乳白色，呈蜡装，半透明。 ⑴电气性能优异，绝缘电阻和耐电强度高，介电常数和介损小，是理想的绝缘材料。
⑵机械性能较好 ⑶耐老化性能、耐寒性、及耐化学稳定性 ⑷吸湿性极低，浸水后绝缘电阻一般不下降 ⑸透气性在各塑料中最优良 ⑹比重小于1，低密度聚乙烯约0.92； ⑺加工工艺性良好 ⑻用它制作的电线电缆重量轻、使用、敷设方便、接头容易 ●缺点：软化温度低、易燃烧、易龟裂。
●低密度聚乙烯性能举例 密度：0.91-0.93； 抗拉强度：80-160×0.1MPa 脆化温度：＜-70℃ 体积电阻系数：≥10的14次方 击穿场强：18-40kV/mm 各种频率下介质损失角正切： ＜0.0005 各种频率下介电常数：2.25-2.35 熔融指数： ＜2.0（高速加工常用0.3以下）
2.过氧化物 过氧化物是使聚乙烯产生交联作用的交联剂，目前 使用最好的交联剂是过氧化二异丙苯（DCP）。过 氧化物应具备下列优点： ⑴过氧化物分解温度应高于自身熔点和聚乙烯熔 点，在低于分解温度时很少分解，一旦达到分解温 度就一下子完全分解了； ⑵加工范围广，加工性能好，交联效率高； ⑶高浓度、高纯度、无污染、低的挥发性、并要求 分解物容易挥发。 ●交联剂配比为2份左右，过多则机械、耐热、耐油耐溶剂性提高，而电性、抗冲击、耐寒性下降。
3.抗氧剂 抗氧剂应无毒，对交联反应无不利影响。 国内大多采用300＃抗氧剂，一般为0.5份，一些 厂采用熔点为90℃抗氧剂代替165℃ 300 ＃抗氧剂 三、硅烷交联聚乙烯绝缘料 硅烷交联又称温水交联。采用绝缘材料有四类。 1.二步法硅烷交联料：A料称为接枝母料、B料称催化剂母料。 A：B=19：1混合，必须随混随用，停放不应超过3h。否则会发生先期交联。 A料和B料保存期不超过半年，并应严格密封。
2.一步法硅烷交联料 ⑴将聚乙烯基料、硅烷交联剂、催化剂、等在电缆厂混合，并采用30：1长径比挤出机，其料斗上方有3~4个计量料斗，分别供聚乙烯、交联剂、抗氧剂等计量投料用，一套液体硅烷和催化剂注射装置，在料斗颈部注入。即将绝缘层的接枝和挤出由一个步骤完成，故称为一步法。 ⑵为了改进硅烷送料方式，将液态氮吸附到多孔聚丙烯塑料中，该材料可用普通挤塑机挤出，而且接枝和挤出一次完成， 因此也是一步法硅烷交联。 ⑶还有采用多孔性PE基料的， 更容易吸附液态硅烷。
四、辐照交联材料 经过辐照后有如下优点： ⑴抗张强度高； ⑵较高的耐磨性； ⑶较大的耐应力开裂性； ⑷提高了耐油和溶剂的特性； ⑸耐烙铁焊接； ⑹减少弹性； ⑺较大的耐压碎性； ⑻在高温下不熔融或不流动。
主要辐照交联材料介绍如下： • 1kV级105℃辐照交联聚乙烯电力电缆绝缘料 长期使用温度：105℃ ； 挤出工艺温度：130~180℃。 2. 1kV级105℃辐照交联聚乙烯架空绝缘料 长期使用温度：105℃ ；耐候、耐开裂。 挤出工艺温度：130~170℃。 3. 1kV级90℃辐照交联阻燃乙丙弹性体绝缘料 适用普通挤出机挤出 ； 挤出工艺温度：130℃左右。产品为矿用电缆、机车车辆用电缆、船用电缆、潜油泵电缆、汽车打火线等。
4. 90℃辐照交联氯磺化聚乙烯阻燃护套料 适用矿用电缆、机车车辆用电缆、船用电缆、潜油泵电缆、汽车打火线等产品的挤护套；具有阻燃、耐油特性 。 挤出工艺温度：90~150℃。 5. 90℃辐照交联阻燃黑色聚烯烃护套料 长期使用温度：90℃ ；耐候、耐环境开裂、阻燃 挤出工艺温度：130~170℃。 6. 1kV级125℃辐照交联阻燃聚烯烃绝缘料 该料具有高阻燃性、耐热等级高特点。 7. 6kV级150℃潜油泵力缆绝缘辐照料（高纯度） 该料具有很强的抗辐射能力，绝缘不会裂解。
第三节 半导电料 ●经计算，绞合导体表面无屏蔽时的电场强度，比同规格光滑圆形导体的表面电场强度高出32%； ●屏蔽主要为了均匀电场。内屏蔽防止绝缘层与导体之间产生间隙而引起局部放电；外屏蔽防止绝缘层与铜带之间产生间隙而引起局部放电。 ●半导电料有可剥离的、交联型及非交联型三种。 ●额定电压Uo为12kV及以下电缆的半导电绝缘屏蔽层应采用可剥离的非金属半导电层。 ●35KV及以上电缆的绝缘屏蔽如采用非可剥离半导电料，需用特别工具才能剥离。 ●高压、超高压电缆应用超光滑半导电料。
一、半导电料的组成 ●半导电料是以EVA或EEA作为基料，加50%左 右导电碳黑，加适量抗氧剂、交联剂和润滑剂等， 经过混合造粒而成。 ●用于高压交联电缆的超光滑半导电料是采用特制 的乙炔碳黑混制而成并得到超光滑效果，使屏蔽与 绝缘之间的界面更加完美，大大提高电缆性能。 二、技术要求 1.应为大小和色泽均匀、光滑的黑色颗粒，不应有目力可见的焦烧粒子和杂质，不应有明显的粉末物质。
.半导电料表示方法 半导电料按系列代号、特征代号和用途代号的排列 顺序书写表示。其中 ⑴系列代号：YP ⑵特征代号：交联粘结型——N 交联可剥离型——B 热塑性——S ⑶用途代号：导体屏蔽用——D 绝缘屏蔽用——J ●举例：YPND为导体用交联粘结型半导电屏蔽料 YPNJ为绝缘屏蔽用交联粘结型半导电屏蔽料 YPBJ为绝缘屏蔽用交联可剥离型半导电屏蔽料 YPSD为导体屏蔽用热塑型型半导电屏蔽料（架空电缆）
3.绝缘屏蔽的可剥离试验 是从老化前后的试样绝缘上，剥下挤包半导电屏 蔽，其剥离力应不小于4N和不大于45N，绝缘表面应无损伤，并无半导电屏蔽痕迹留在绝缘上。 4.超光滑半导电料光滑度要求
第三章 过氧化物交联设备和工艺 第一节 过氧化物交联机理 一、化学反应 交联聚乙烯料由分子式为（CH2-CH2）n的低密 度聚乙烯、过氧化物交联剂和抗氧剂等组成的混合 物料。其中过氧化物交联剂采用过氧化二异丙苯 (DCP)，它具有分解温度低、交联效率高的特点， 在高温下，被分解为化学活性很高的游离基，经过 与聚乙烯化学反应，产生C-C交联键，形成网状大 分子结构。 DCP分解需要高温，在反应中生成H2O 和CH4等，反应只有在高温高压下进行，才能加快 反应速度，压缩绝缘中的气隙尺寸。
二、交联工艺 影响交联的因素有材料的活性、交联温度和时间。 1.材料的活性 化学反应速度与参与反应的物质的浓度成正比。 交联温度应在DCP的分解温度以上至聚乙烯分解 温度以下。温度增加，交联速度增加。 2. 时间 某材料最佳交联条件用（温度，时间）（℃、min） 表示。温度升高，即交联速度加快。
3.压力 因为交联过程中，材料中的水份，低分子分 解物都会以气体的形式在绝缘中出现，如果 无外界压力作用，就会在绝缘中形成气泡， 因此加压十分必要。目前干式交联多数采用 氮气做保护媒介施压： 6~10 kV ＞0.8MPa； 35 kV ＞1.0MPa； 110 kV ＞1.2MPa
三、绝缘工艺技术及创新 1.无微孔绝缘，水含量最低 采用全干式交联和冷却工艺，可以使绝缘中的含 水量和微孔降低到最低。 高压电缆生产采用循环氮气冷却管，热交换快； 中压电缆生产采用闭路循环水冷和热交换原理。 2.光滑的层间界面 在高压电缆生产中使用超光滑半导体材料。避免半导电层产生凸起并嵌入绝缘，而导致局部放电和水树现象出现。
3.电缆绝缘同心度 在生产时，保证电缆的同心度应采取如下措施： ⑴在挤出过程，塑料应充分混合，分料器应对称，机头温度应符合要求； ⑵交联管的温度分布应均匀，电缆尽量在管子中心位置并适当旋转； ⑶应充分冷却，避免缆芯在转向导轮上产生变形。 4.绝缘杂质的控制 高压电缆应采用超净化绝缘料和一套全封闭超净化 加料系统。在挤出中使用高效过滤网，滤掉大于30 μm的杂质，在绝缘机头处安装杂质检测装置，对绝缘中的杂质大小、数量和位置检测并记录。
5.减少绝缘内的机械应力 ⑴采用在线松弛装置.该装置可以将已经冷却的电缆 再加热到一定温度， 以消除热应力， 减少绝缘收 缩，提高击穿电压。 ⑵改善交联工艺：适当降低绝缘表面交联温度，加 强预冷管长度，计算机软件控制线速，达到绝缘缓 慢冷却、绝缘向导体中心收缩而压紧导体的作用。 ⑶设置烘房。 6.除去绝缘中的气体 35kV及以下，常温下，放一段时间； 高压电缆进烘房。
第二节 交联设备与辅助设备概述 一、交联生产线的布置方式 ●有卧式、倾斜式、悬链式、立式四种。 ●悬链线式生产线：挤塑机装在高的平台上，交链管呈悬链线状，不同规格的电缆在交链管中的悬链线是不同的，由于电缆运动及张力的变化，也会使悬链线上升或下移并与管壁相碰。为解决此问题，各机组普遍采用悬垂控制器，用其检测电缆在交联管的位置，发出信号控制下牵引提速或降速，使电缆始终保持在交联管的中心
二、交联机组基本组成 ●包含挤出、交联、和冷却系统；牵引和收放线装置；辅助装置和控制系统。 ●悬链线干式交联生产线一般按下列顺序布置： ⑴放线架 ⑵储线器 ⑶ 计米（上）牵引 ⑷预热 装置 ⑸~⑺挤出机 ⑻上封闭器 ⑼加热段 ⑽悬垂控 制器 ⑾冷却段 ⑿下封闭器 ⒀下牵引 ⒁辅助牵引 ⒂收排线架。 1.挤塑机和机头 ●挤塑机最为关键，又称主机。其中温度是最主要的参数，目前温度可以调整到±1℃，一般采用电加热、水冷或风冷。
●挤包内屏蔽采用φ60~65φ挤出机；挤包绝缘采 用φ120~150φ挤出机；挤包外屏蔽用φ80~90φ 挤出机。 ●机头要求：料路必须畅通、在高挤出量时也不会 产生焦烧，同时应便于更换模具。 ●按工艺分，机头有以下几种类型： ⑴ 1+1挤出：分别采用单机头挤出内屏蔽和绝缘层 ⑵ 1+2挤出：内屏蔽层采用单机头挤出，绝缘层和外屏蔽层采用双机头挤出；缺点是：内屏蔽暴露在空气中易氧化、进下一机头容易擦伤，效率低 ⑶ 2+2挤出：采用两个双层共挤单元，绝缘分层挤出，即内屏蔽和绝缘共挤、绝缘和外屏蔽共挤。
⑷三层共挤装置：普遍采用。优点：挤出质量好、内屏蔽无氧化和擦伤，导体预热效率高。⑷三层共挤装置：普遍采用。优点：挤出质量好、内屏蔽无氧化和擦伤，导体预热效率高。 2.交联管 交联管采用不锈钢材料，一般加热管直径为200毫 米，冷却管直径为150毫米，分段安装，每段6米， 整体呈悬链状。 3.储线器 为了有足够的时间换盘和导体接头，设有储线器，储线量足可以保证至少有焊接两个接头的时间。 4.上（下）牵引装置 ●作用：拉动缆芯，使绝缘线芯在悬链管里建立起1~2吨的张力。CCV生产线牵引装置有三类：
⑴皮带牵引轮 是用皮带张紧将电缆导体包紧在牵引轮上，上牵 引应保持恒定速度并带有计米器， 也称计米牵引。 ⑵反力矩牵引马达 就是在上牵引轮前面加一个履带牵引作为辅助牵 引，用于生产较重的电缆，并采用反力矩马达； ⑶履带牵引 被应用在辅助牵引或下牵引中。 ●上牵引的任务是保持恒速运转；下牵引的任务是根据悬链传感器发出的信号调节悬链线的形状和张力。
5.悬链传感器 有机械接触式和非机械接触式两种。前者是通过机械接触方式，控制电缆某一点在交联管中的位置，缺点是容易擦伤电缆，后者是德国sikora的技术，常被采用。 6.导体预热 可以提高生产速度、消除内应力的影响。预热温 度控制：120℃。300mm²以下采用电阻发热原理， 效率可达60~70%；高压和大截面电缆采用感应 （电磁场）加热原理，效率为20~30%。 7.上、下密封 都是“堵漏”密封装置。前者采用气动，使用安全；
