电线电缆行业技术发展趋势

电线电缆行业技术发展趋势一、国家发展战略与电缆工业国家经济发展战略电缆需求近海开发大长度海底电缆核电发展加速核电站电缆新能源、节能减排风电电缆、变频电缆高速铁路铁路信号电缆引领二十一世纪科技发展的四大领域→3G带动射频电缆发展。光纤到户技术发展强劲。物联网带来新机遇。→核电、风电、太阳能→纳米复合将发展第三代绝缘材料自《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006-2020》

信息科学和技术发展方兴未艾，依然是经济持续增长的主导力量。生命科学和生物技术迅猛发展，将为改善和提高人类生活质量发挥重要作用。能源科学和技术重新升温，为解决世界性的能源与环境问题开辟新的途径。纳米科学和技术新突破接踵而至，将带来深刻的技术革命。把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,并且被普遍连接,形成所谓“物联网”,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合,在“物联网”时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施。国家科技发展战略十六个重大专项专项名称核心电子器件高端通用芯片及基础件极大规模集成电路制造技术及成套工艺新一代宽带无线移动通信高档数控机床与基础制造技术大型油气田及煤层气开发与电缆工业关联度★★★★★★★★★★★大型压水堆及高温气冷堆核电站水体污染控制与治理基因生物新品种培育重大新药研制艾滋病和病毒肝炎等传染病防治大型飞机高分辨率对地观测载人航天与探月工程★★★★★★二、极端电缆产品制造技术及引发

的思考大长度海底电缆500kVXLPE电缆系统技术创新的思考大长度海底电缆历史事件今年海南岛500kV海底电缆敷设成功，30km,油纸绝缘，1.4亿欧元，结束了海南岛孤立电网的历史，意义很大，但网友评论不值得欢呼：电缆由法国NEXANS与日本VISCAS在日本的合资公司制造，与中国电缆工业无关。电缆由法国NEXANS敷设，与中国海底敷设行业无关。湖北红旗电缆厂与上海电缆厂原110kV海底电缆制造能力闲置令人心痛。西部大开发，京沪铁路，磁悬浮及核电，风电，水电建设项目都由外商“盛装赴宴”，民族电缆企业只能作壁上观。500kV海底充油电缆结构表1-3海缆内部尺寸序号结构标称厚度（mm）标称直径（mm）1油道-30.02导体，铜-44.63导体屏蔽，半导电纸带--4绝缘，浸渍纸带28.5102.75绝缘屏蔽，半导电带+金属带--6铜编织带--7合金铅套4.4113.38铜编织带--9加强层，青铜带4×0.15-10垫层带--11防腐层，PE护套4.4-12防蛀层，铜带2×0.1-13垫层带---14铠装，扁铜线52×7.4×2.53-15外披层，沥青和聚丙烯绳-139参数单位数值额定运行电压有效值(U)kV525导体和绝缘屏蔽之间额定电压有效值(U0)kV303最大额定电压有效值(Um)kV550雷电冲击电压(峰值)kV1550操作冲击耐压(峰值)(250/2500μs波形)kV1175系统中性点-直接接地频率Hz50连续传输容量(受端)MW600充电电流两端同等补偿--额定连续电流有效值(包括充电电流)A750最大允许载流量A815最高允许连续导体运行温度℃90负荷率%100对称短路电流有效值kA50单相接地短路电流有效值kA50海缆电气参数表1-2项目单位数值电缆数根3线路近似长度km31最大水深m100海缆间距（陆上）m≥7海缆间距（潮间带）m≥7海缆间距（最低潮位与10m水深之间）m>10间距电缆（10m水深以下）m>10海缆最大埋深m1-2海缆敷设条件中国企业能力已具备110kVXLPE海缆制造能力，广西涠州岛50km110kV电缆系统将在国内企业中招标产生。2007~2009年，国家科技支撑计划项目1600万元支持220kVXLPE海底电缆制造技术技术瓶颈大长度电缆绝缘连续挤出能力。大尺寸制造装备大长度敷设相关的结构设计（屏蔽，铠装，接地，损耗）软接头的可靠性隔磁数

不隔磁局部铠装钢丝磁感应强度云图双隔磁局部铠装钢丝磁感应强度云图

四隔磁局部铠装钢丝磁感应强度云图

八隔磁局部铠装钢丝磁感应强度云图数值名称不隔磁双隔磁四隔磁八隔磁A点处B值（T）1.0090.8090.5740.338涡流损耗（W）48.6327.3014.255.00损耗降低率100%56.14%29.30%10.28%

八隔磁模型区域磁力线不同隔磁数下的B值、涡流损耗及损耗降低率500kVXLPE电力电缆历史事件：2007年上海电力局开始敷设两回路日本制造的500kVXLPE电缆系统。历史的回顾1.1985年法国电力公司400kVPE绝缘电力电缆系统成功运行。1.1首次提出500kV电缆绝缘中杂质尺寸不能大于50μm。1.2由于滤网的原因不能用XLPE，只能用PE。1.3严格控制电缆运行中过载。1.4用六氟化硫终端制成接头。2.1995年5篇论文连载（IEEETrans.OnPowerDelivery)报告日本500kVXLPE电缆系统2.1东京电力公司和四家电缆公司联合研制。2.2首次提出制约绝缘水平的主要因素是杂质

(PPD法)。2.3描述了滤网网孔尺寸的设定。2.4用EMJ作接头盒，目前可以用PJ技术。3.我国电缆企业的尝试3.190年代末北欧化工500kV电缆料实现商品化。3.2国内数家电缆企业引进了具有500kV电缆制造能力的生产线，并制出样品。3.3上海电缆所数次组织标准的讨论。3.4由于电缆附件技术无法引进，至今无法形成

500kV交联电缆制造能力。技术创新的思考技术创新能力的提升重大电缆产品的联合技术攻关与制造技术创新能力的提升问题：■

“技术同质化”负效应：■

企业核心竞争力的杀手？价格战根源？

■知识产权保护不力的必然结果？正效应：■

快速实现工业化，工业规模化的捷径？

■一种社会共享技术资源的形式？

政府支持技术创新举措与业绩支持高新技术企业建设高新技术园，建设大学科技园吸引“海归”回国创业“863”计划，科技支撑计划等，支持技术瓶颈突破新举措：■

建立以企业为主体，以市场为导向，产学研结合的技术创新体系。自《十七大报告》

■

试图推进产业联盟，旨在建立行业创新体系。

■有重建区域，行业创新体系的动向。重大电缆产品的联合技术攻关与制造以500kV电缆系统为例：作为重大产品立项，由国家或电力公司投入资金，向日本学习，联合研制500kV电缆系统。问题：建立什么样的联合机制？■

重大产品要有人牵头，建立有效联合机制，争取在国家立项，或资金支持。■

向机床工业学习：高档数控机床重大专项，每年近100亿的研发投入。三、新型电缆材料技术110kVXLPE电缆绝缘料紫外光交联电缆材料与电缆制造纳米电缆材料：HVDC电缆绝缘料1、基础树脂1.1、物理性能1.2、电学性能110kVXLPE电缆绝缘料1.3、洁净程度1.4、加工性能

125℃时几种PE树脂的剪切粘度谱1－齐鲁聚乙烯；2－金山聚乙烯；3－扬巴聚乙烯；4－韩华交联聚乙烯；5－陶氏交联聚乙烯不同温度下几种PE树脂的剪切粘度谱1－齐鲁聚乙烯；2－金山聚乙烯；3－扬巴聚乙烯（160℃）；4－韩华交联聚乙烯；5－陶氏交联聚乙烯（125℃）2，关键技术：材料配方

较系统地研究了，不同类型的交联剂和抗氧剂及其含量对材料性能的影响，掌握了适合于生产的配方。抗氧剂对交联聚乙烯凝胶含量的影响经相同条件加工后的样品外观

3、熔体过滤，液相浸渍工艺熔体过滤器通过双柱塞轮流切换实现连续换网4、洁净度评价与测试4.1、评价指标与检测方法首先进行产量100%的金属杂质的检测与剔除；同时进行产量2%的在线颗粒料杂质检测，要求500μm以上杂质含量为0；然后进行8kg抽样的颗粒检测、要求200μm以上杂质含量为0；最后进行1kg抽样的挤带检测，要求70-100μm杂质含量少于10个，100μm以上的杂质含量为0。4.2、关键检测设备压延制样杂质检测仪器具有50微米分辨率和4公斤/小时的检测能力采取背景的统计灰度均值，加权后作为阈值，实现二值化信息提取

将图像信息从RBG空间转换到HIS（色调Hue，饱和度Saturation和强度Intensity)空间有效实现焦烧颗粒识别流延制样凝胶点检测

5，原料树脂及产品包装高等级XLPE电缆料及原料必须采用多层净化包装，通过剖析国外产品的包装技术，掌握了包装的结构、材料及使用技术。材料包装使用示意图

以聚烯烃为主要原料掺入适量的强化交联光引发体系，在一定条件下用紫外光照射，通过光引发剂吸收特定波长的紫外光引发产生聚烯烃自由基，从而发生一系列快速聚合反应，将单独的聚烯烃长链大分子用化学键联接成三维网状的交联聚烯烃分子结构。

1、紫外光交联反应原理紫外光交联电缆材料与电缆制造条件：挤出条件下，PE材料结晶融化，材料透明可以透过紫外线。适应产品：低压电缆，建筑用电线。优势：生产成本低，生产周期短。1机械物理性能 原始抗张强度原始断裂伸长率

22.4MPa550%2老化性能（150℃×7天）老化后抗张强度 抗张强度变化率 老化后断裂伸长率断裂伸长率变化率

24.2Mpa+8%490%-10%3热延伸试验(200℃×15min)负荷下伸长率永久变形

32.5%04凝胶含量82%5低温脆化冲击温度(-76℃)通过6体积电阻率20℃90℃

2.4×1016·cm3.0×1016·cm7击穿场强41.6kV/mm8介质损耗角正切值tgθ(50Hz,20℃)0.0003269介电常数(50Hz,20℃)2.22、紫外光辐射交联聚乙烯材料性能——国家电线电缆质量监督检验中心图1.紫外光交联EVA/NP28材料的凝胶形成动力学曲线。(■)无光引发体系,(▲)BP:0.7wt%,TAIC:0.7wt%.NP28:40phr3、磷氮类膨胀型阻燃聚烯烃的紫外光交联动力学

表1紫外光辐照不同时间的膨胀型阻燃聚烯烃体系的热延伸测试结果样品0s1s3s（热延伸率）5s（热延伸率）HDPE/EVA/NP28(30phr)不通过不通过通过(109%)通过(52%)HDPE/EVA/NP28(35phr)不通过不通过通过(105%)通过(55%)EVA/NP28(40phr)不通过不通过通过(140%)通过(60%)表2LLDPE/EVA/NP28阻燃材料紫外光交联前后以及热水处理后的阻燃性能样品编号阻燃性能紫外光交联热水处理光交联前光交联后光交联前光交联后LOIUL-94LOIUL-94LOIUL-94LOIUL-94LLDPE/EVA/NP2024不通过26fail23不通过25.5failLLDPE/EVA/NP3028不通过30fail27不通过29.5failLLDPE/EVA/NP3530V-032V-029V-031.5V-0LLDPE/EVA/NP4031V-033V-030V-032.5V-0表3紫外光交联EVA/NP28材料的拉伸性能和热老化性能辐照时间(s)01.73.44.8拉伸强度(MPa)7.18.29.912.2断裂伸长率(%)860860850770拉伸强度变化率*(%)----1.7-4.0-6.6断裂伸长率变化率(%)----4.1-5.9-9.1*老化条件：135ºC，168小时4、紫外光辐射交联设备■用高压汞灯和椭圆反射镜构成高效辐射源并实时监控■用风冷技术稳定汞灯工作温度和绝缘加工温度并实时监控表2.可用于紫外辐照固化工艺光源的性能对比高压汞灯含铁元素高压汞灯含溴化镓高压汞灯无极高压汞灯灯及电源价格3000元/套灯300元/只进口15万元/套灯4000元/只紫外分量%18紫外分量有提高紫外分量有提高30单元功率6000W/480mm4000W/200mm灯寿命800小时4000小时可靠性无电子元件，高可靠高压点火困难高压点火困难功率电子元件，使用要求高紫外交联生产设备对电源和空间的要求及其日常维护

•装机电容量：9只紫外灯，6个风机，共68千瓦。•辐照腔长度：2.5米（不含遮光罩）•风机组摆放空间•向室外排风的管道•聚烯烃材料挤出加工必须配备较长冷却水槽（分冷、热水区）•严格保持被加工电缆处于直径为25毫米的辐照区。•必须有放线牵引，有较好的张力控制，防止电缆跳动。•对于大截面铜导体，必须考虑悬垂，适当调整出口高度。•必须经常检测绝缘的热延伸指标，保证交联度，及时更换光源，或调整线速度。•定期用湿毛巾清洗反光罩（用传统擦窗的办法），清除交联副产物在壁面沉积，防止失去反射能力。•定期更换灯管（800小时以内），使用定点厂家产品。•更换变形反光罩。电缆交联生产速度紫外交联时的生产速度根据待交联电缆的用途、截面直径和绝缘标称厚度调整，表3与表4列出了各种电缆对应的交联生产速度。表3.紫外光生产工艺中电缆截面与生产速度的参考参数导体面积mm2绝缘标称厚度mm生产速度m/min(国产9灯光源)热延伸%100.760~9060~110160.760~9060~110250.950~7055~110350.950~7055~110501.045~6555~110701.140~6055~110951.140~6055~1101201.235~5550~1101501.430~5050~1101851.625~4550~1102401.720~4050~1103001.818~3550~110表4.紫外光生产低烟无卤交联电缆工艺中电缆截面与

生产速度的参考参数

导体面积mm2 绝缘标称厚度mm 生产速度m/min(国产9灯光源) 热延伸% 4 0.7 45-65 60~100 10 0.7 45~65 60~100 25 0.9 35~55 55~100 50 1.0 30~50 55~100 95 1.1 25~40 55~100 120 1.2 25~40 50~100 150 1.4 20~30 50~100 185 1.6 15~25 50~100交联电缆样品 聚乙烯绝缘电缆 生产的彩色紫外光交联聚乙烯绝缘电缆样品如图所示。低烟无卤紫外交联电缆的生产1）选用聚烯烃混合树脂——硬度可调2）选用特殊工艺的色母料——颜色可分3）选用合适的阻燃体系——易于加工所生产的样品如图所示。

纳米电介质就是由纳米材料或纳米结构单元直接构筑，或者由他们与不同类型的基体材料复合，或者通过纳米结构单元的字组装而成的电介质材料。纳米电介质具有独特的时空外层次结构和奇异的电理化特性，可能成为第三代绝缘材料（第一代为天然材料，第二代为合成材料）。纳米电介质纳米电缆材料：HVDC电缆绝缘料纳米复合电介质材料成功应用的典型代表产品聚酰亚胺/无机纳米复合耐电晕薄膜

用于大型变频电机绝缘聚乙烯/纳米氧化镁复合耐空间电荷击穿电缆料

用于高压直流电缆绝缘高压直流输电优势

HVDC交联电缆：直流高压输电系统的重要组成元件。主要技术难度：长期在直流高压下，电缆绝缘被注入空间电荷，当线路极性反转时，造成空间电荷诱发击穿。1stgeneration2ndgeneration3rdgenerationFor250KvdcCableFor500KvdcCableBasepolymerXLPEMaterialoffillerMineralfillerMgO(99.96%)MgO(99.98%)AveragediameteroffillerMicrosize30nm50nmContentoffiller40phr5phr1phrSurfacetreatmentof