交联聚乙烯绝缘电缆交联工艺介绍及应用-建筑电气2010.5

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2口1口年第5期l ELECTRIClTY
交联聚乙烯绝缘电缆交联工艺介绍及应用
顾炯(上 海 电 缆 研 究 所，上海市200093)
韩高宝(加铝(天津)铝合金产品有限公司，天津市300308)
Cross-linking Technology Introduction and Application ofXLPE Insulated Cable
GuJiong(Shanghai Electric Cable Research Institute，Shanghai 200093，China)
Han Gaobao(Alcan(Tianjin)Alloy Products Company，Ltd．，Tianjin 300308，China)
Abstract Several cross—linking technologies for
XLPE insulated cable are introduced，the features of
peroxide chemical cross—linking，silane cross-linking，
radiation cross-linking and their application in power
cable are analyzed and compared．
Key wor&s Wire and cable XLPE Cross—
linkingtechnology
XI．PE交联工艺种类
Fig．Types ofXLPE cross—linking technology
摘 要 介绍了交联聚乙烯绝缘电缆的几种交
联工艺．分析对比了过氧化物化学交联、硅烷
2三种聚乙烯交联工艺介绍
交联和辐照交联的性能特点．及其在电力电缆中的
2．1 过氧化物化学交联工艺
应用。
关键词 电线电缆 交联聚乙烯 交联工艺 交联聚乙烯化学交联的原理可分为以下过程和步
骤：①在聚乙烯树脂中加入过氧化二异丙苯(DCP)。
在一定的温度下DCP分解成氧异丙苯游离基：②该
1 引言
游离基夺取碳键氢原子，并使聚乙烯分子之间通过
交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆是目前应用最 C—C结合形成网状结构．同时由产生的枯基醇继续
广泛的电力电缆之一。其性能的优劣、质量的高 反应生成甲烷、水等物质。
低，直接影响到输配电系统的运行状况。 化学交联的交联设备主要有悬链式干法交联生产
目前交联聚乙烯交联工艺主要有过氧化物化学 线(CCV)及立塔式交联生产线(VCV)，其交联管
交联、硅烷交联(又称温水交联)、辐照交联等 主要由加热交联管和冷却管组成。交联聚乙烯绝缘的
(见下图)。 交联度主要取决于绝缘体积、交联管温度及长度、冷
过氧化物化学交联于1957年由美国GE公司 却管温度及长度、生产速度、导体温度等因素．在绝
首先应用于电力电缆绝缘。硅烷交联技术在上世纪 缘体积一定的前提下，导体热容量越小、交联管长度
60年代由美国Dow Coming公司研究发现，后来 越长温度越高、冷却管长度越长温度越低．则生产速
逐步形成了一步法与二步法的硅烷聚乙烯交联工 度越高。反之亦然。
艺。辐照交联电缆技术始于上世纪50年代中期， 2．2硅烷交联工艺
美国电子化学公司利用高能电子射线照射聚乙烯． 硅烷交联可分为两个过程：①利用DCP分解成
使聚乙烯分子由线型结构转变为网状立体型结构， 游离基并作引发剂把不饱和硅烷分子和聚乙烯分子接
开始了辐照交联的应用。 枝，产生活性硅烷基形成了俗称的A料：②将A料
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一，_一与俗称为B料的催化剂在一定的温度下进行水解交联 感剂，以及抗老化剂、阻燃剂等。
反应．形成网状XLPE分子结构。 辐照交联适用于辐照层较薄、截面较小的电线
硅烷交联工艺可分为一步法和二步法两种。 电缆，如电线的绝缘或外径较小的护套。
一步法又分为两种：一种是Monosil一步法．即
3三种交联工艺的对比及其应用范围
电线电缆制造厂直接购买聚乙烯(PE)基料和化学
原料硅烷等．使用配备液态硅烷计量的送料系统． 3．1 交联工艺的对比
在较大长径比螺杆挤塑机上直接混料并挤包在导体 交联工艺的对比见表l。
上；另一种是固相一步法．即将硅烷通过白炭黑载
表1交联工艺的对比
体渗吸到PE基料中．含有硅烷的PE料在电线电缆
Tab．1 Comparison ofcross—linking technology
制造厂使用时．不需要经过任何混料过程就可以在挤
过氧化物
交联工艺 硅烷交联 辐照交联
塑机直接挤出。 化学交联
二步法是按一定比例．把原材料厂提供的A料 电压等级 10～500kV 10kV及以下 1 kV及以下
和B料由电线电缆制造商混合后．再用挤塑机挤出。
设备投资 高 中 高
目前广泛使用的是二步法和固相一步法硅烷交联
生产成本 高 由 高
工艺。
操作维修的
硅烷交联工艺虽然在温水或水蒸汽中进行． 难易程度 由 由 难
并且其交联反应过程是一个吸水反应．但是XLPE 中高压和 中低压电力电 电线和小截面
适用产品 超商压电 缆和电气装备 低压电气装备
中含有的水分仍然极小，约200 ppm(1 ppm表示百 力电缆 用电缆 用电缆
万分之一)，绝缘品质基本和干式交联一样。可生
产10 kV以下电压等级的电线电缆．目前国内多用 过氧化物化学交联设备分为悬链式干法交联生产
此工艺生产电压等级为0．6／l kV的电力电缆．性 线(CCV)和立塔式干法交联生产线(VCV)。前者
能可靠。 应用于高压交联聚乙烯绝缘电缆的生产．国内目前
2．3辐照交联工艺 生产的电缆电压等级为6。110 kV．以10kV、35 kV
辐照交联又称物理交联．对应于上述的化学 电缆居多．国外利用CCV生产线可以生产最高达
交联．在电线电缆领域应用的主要是电子束辐照 400 kV交联聚乙烯绝缘电缆。立塔式干法交联生产
交联。 线应用于超高压交联聚乙烯绝缘电缆的生产．国内
电子束辐照交联的工艺原理为聚合物在受到高能 目前生产的电缆电压等级为35～500 kV．由于工
电子束照射时，化学键被破坏．形成新的分子链结 艺、材料、市场等原因．目前以110kV、220kV电
构，有的聚合物反应以降解为主．有的则以交联为 缆居多。
主。电缆制造业广泛应用的聚烯烃(如PE)、聚氯乙 辐照交联是电气装备用电缆的最佳生产方式．并
烯(PVC)、橡胶(如EPDM)和热塑性弹性体(如 不适合于电力电缆的生产．但是为提高其设备的利用
11PU)等通常以交联反应为主。 率。目前很多辐照生产线也在生产电力电缆．但是仅
以聚乙烯为例．高能电子束首先使C—H键断 限于生产小截面的低压电力电缆。
裂．生成带自由端基的活性大分子链和活泼的氢原 最适合O．6／1 kV低压电力电缆的交联方式还是
子，然后氢原子攻击分子链．夺取其中的氢原子生 硅烷交联，设备投资、生产成本和操作维修相对来
成氢气和带自由端基的分子链．相邻的带有自由端 说都是最经济的．目前市场上的0．6，l kV低压交
基的链段交叉连接形成横向的C—C交联键．最终形 联聚乙烯绝缘电力电缆基本上都是采用硅烷交联
成了网状结构的交联聚乙烯。 工艺。
不同材料对辐射的敏感性是不一样的．为了提 3．2电力电缆常用材料性能对比
高辐照交联效率．通常要在材料中加入敏化剂和增 电力电缆常用材料性能对比见表2。
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交联聚乙烯绝缘电缆交联工艺介绍厦应用(孽炯韩高主) ●—●—■■一堕型!塑：垫坠!
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内容描述： 《建筑电气》2010年5月刊中有一篇文章详细介绍了交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆的交联工艺及其在建筑电气领域的应用。文章首先阐述了交联聚乙烯绝缘材料的基本特性，包括其优异的耐热、耐寒、绝缘性能和良好的机械强度，这些特性使得XLPE成为电力传输的理想选择，尤其是在高压和户外环境中的广泛应用。 在工艺方面，文章着重讲解了XLPE电缆制造过程中关键的交联技术，如化学交联和物理交联两种方法。化学交联是通过辐射或臭氧等方式使线性分子链断裂并重新连接为网状结构，从而达到永久交联的效果；而物理交联则主要利用高温热压的方式促使乙烯单体之间的π键形成三维空间网络。文章还会详细介绍这两种交联工艺的具体步骤、设备要求以及影响交联质量的关键因素。 此外，文章还讨论了XLPE电缆在建筑电气工程中的实际应用情况，如在高层建筑、轨道交通、城市地下管廊等不同场景下的优势和注意事项，包括电缆选型、敷设方式、接头处理、绝缘测试等方面的要求和规范。 总之，《建筑电气》2010年5月刊这篇专题文章不仅从理论上解析了交联聚乙烯绝缘电缆的交联工艺，更为读者揭示了这种先进电缆技术在建筑电气领域的广泛应用及其重要价值。