-关于交联聚乙烯绝缘电缆常见的问题及其原因分析

关于交联聚乙烯绝缘电缆常见的问题及其原因分析一、交联的三种方式1、交联电缆性能交联就是将聚乙烯的线型分子结构通过化学交联或高能射线的辐照交联，转变成立体网状分子结构。从而大大地提高了它的耐热性和耐环境应力开裂，减少了它的收缩性，使其受热以后不再熔化。交联聚乙烯绝缘电缆其长期允许工作温度可达90℃2、交联方法交联绝缘的品种虽多，但主要分为物理交联和化学交联两大类。物理交联也称为辐照交联一般适用于绝缘厚度较薄的低压电缆。中高压电缆一般采用过氧化物交联即用化学交方法是将线性分子通过化学交联反应起来，转化为立体网状结构。化学交联一般还可分为过氧化物交联和硅烷交联接枝交联两种。2.1辐照交联辐照是采用高能粒子射线照射线性分子聚合物，在其链上打开若干游离基团，简称为接点。接点活性很大，可把两个或几个线性分子交叉联接起来。它的优点为：生产速度快，占用空间小；可加工材料种类多，几乎所有聚合物，产品品种多；产品用更好的耐热、耐磨和较高电气性能；可阻燃；电耗低。但存在一些问题：设备一次投资大；对大截面电缆的辐照不均匀，经反复照射后电缆弯曲次数太多；设备开工率低。2.2过氧化物交联交联聚乙烯料是以低密度聚乙烯、过氧化物交联剂，抗氧剂等组成的混合物料。加热时，过氧化物分解为化学活性很高的游离基，这些游离基夺取聚乙烯分子中的氢原子，使聚乙烯主链的某些碳原子为活性游离基并相互结合，即产生C-C交联键，形成了网状的大分子结构。它主要优点是适合各种电压等级和各种截面的交联聚乙烯绝缘电力电缆生产，特别是35kV及以上的中高压电缆。2.3硅烷交联硅烷交联又称温水交联也是化学交联的一种，它有两步法、一步法和共聚法等多种方法。硅烷接枝和挤出分在两道工序进行的称为二步法，硅烷接枝交联工艺，它是接枝和挤出分成两个工序进行，第一步由绝缘料厂将硅烷交联剂与基料在挤出机上接枝和挤出造粒，该料称为A料，同时还提供催化剂和着色剂的母料，称B料。第二步是电缆厂将A、B料以95：5的比例混合。并在普通挤机机上挤包在电缆导体上，再放入70℃～90℃温水中交联也可以在蒸汽房中交联。接枝和挤出成型在一道工序完成的称为一步法，将硅烷交联剂与基料在挤出机上接枝的同时和催化剂和着色剂的母料同时挤包在电缆导体上。再放入70℃～90它的优点是工艺投资成本低，可在一般的挤出机进行加工，材料价格适中。它的缺点是接枝聚乙烯容易与空气中水分发生先期交联，缩短了贮存时间；接枝聚乙烯与催化剂母料混合后，贮存期较短，一般不超过8h；只能用于10kV及以下电缆绝缘的制造。

二、交联工序常见质量问题的原因分析及其解决方法交联线生产机组是由各种单机组成的一条复杂的完整生产线。在生产过程中往往会因某处的一个小小失误造成比较严重的后果。因此，在操作过程当中，我们要求对整机进行严格检查，排除一切不正常因素后方能进行开机生产。下面我们介绍一下，在交联线生产过程中经常出现的质量问题：1、交联线芯有焦粒由于交联线芯是由内屏蔽层、绝缘层和外屏蔽层组成的，因此交联线芯产生的焦粒也分为内屏蔽焦粒、绝缘焦粒和外屏蔽焦粒三种。交联产生焦粒的原因有多种，如各挤出机的温度控制、机头的温度控制以及交联本身材料的原因等。在排除设备故障（热电偶的温度指示）以外，首先应考虑原材料的加工温度，一般来说进口料的加工温度略高于国内料，这是由于进口料与国内材料所使用的过氧化物不同，过氧化物的析出温度直接影响交联反应物DCP的半衰期，我们知道在不同的半衰期下，交联度都是不同的，由此就产生了不同的加工温度。第二、要了解交联挤出机的挤出原理，交联挤出机的螺杆与聚氯乙烯等普通挤出机的螺杆是不同的，交联挤出机螺杆的挤出原则是低转速，高出胶量，交联聚乙烯的螺杆转速要控制在30RPM以内，因为高转速产生的剪切热会使交联聚乙烯预交联，而这种剪切热是从螺杆的内部产生的，我们在监控温度所使用的热电偶的接触面在螺堂的表面，实际的温度与监控温度会相差较大。即使交联聚乙烯在该温度下没有产生预交联，交联聚乙烯也会因高温变成熔融状，反而使出胶量降低。第三、注意法兰处的温度控制，由于法兰直接连接导胶管，交联聚乙烯绝缘料从螺堂进入导胶管时所承受较大的压力，部分料受强大的压力进入导胶管，有一部分仍在该处回流，假如该处温度设得过高，很容易会产生焦粒。另外，头加温时要尽可能使温度保持均匀，温度不均会影响交联聚乙烯融体的均匀挤出，机头温度不宜过高，它只要能保持设定的温度就可以，就相当于保温瓶的作用，物料的熔融、均化在螺杆内就已经完成了。2、交联线芯有硬块硬块产生的原因与焦粒正好相反，一般是由于温度偏低造成交联聚乙烯绝缘料的塑化不良。一般出现在开机过程中，当塑化不良的物料在经过滤网时无法通过，又由于该处的压力较大，塑化不良的物料被强制挤出，在绝缘层中形成一个个凸起物，在外屏蔽皮层下，交联线芯表面出现单面竹节印。外屏蔽若出现硬块时表面明显，且在硬块后会出现外屏蔽层拉薄现象，严重时造成该处外屏蔽脱料现象。出现硬块后首先应检查各挤塑机和机头的温度控制是否正常，排除设备因素后可以适当将挤塑机的温度提高1~2℃3、交联生产过程中头部偏心我们在交联线芯的调偏过程中特别是在我公司白城交联线上，经常出现头部调偏取样是正的，但在出下封闭取样时又出现偏心现象。此种情况的控制方法是将生产线从开始阶段到生产阶段爬升时，尽量缓慢升速，避免挤塑机在突然加速时，使各挤塑机的熔压发生剧烈变化。同时注意观察各挤塑机的电流变化情况。应该说此种情况所有的三层共挤设备都存在，只不过表现的程度不一样，主要与挤塑机的螺杆和十字机头的结构有很大关系。一但出现此种情况应根据不同的设备作相应的处理。4、交联线芯内屏蔽有凹痕交联线芯内屏蔽出现凹痕的原因有多种：1）、就三模的十字机头而言，出现内屏蔽表面有凹痕多半是由于模芯2的模口有损伤，因此在生产过程中，必须严格检查模具的模口是否完好，特别是模芯2，如果它存在缺陷的话，对绝缘和内屏蔽都会产生质量隐患。2）、交联的导体线芯，我公司多数产品都使用的是B类导体，导体的外层的紧压系数不足，表面存在的间隙较大，如果内屏蔽挤的过薄，交联线芯在硫化管内要经受10bar的压力，从截面看的话会产生锯齿状，绝缘和内屏蔽就起不到光滑的作用，降低不了导体表面的强场。如果在生产取样时发现有内屏蔽锯齿状时可采取使用搓板的方法，避免线芯松散而增加外层导体的间隙，若再不行只能适当加厚一点内屏蔽的厚度。我们工艺已经规定加到了0.7mm的厚度，一般内屏蔽没有偏心的话锯齿状不会出现。若交联线芯的内屏蔽层有凹痕我们可以通过硅油试验，很明显的看出来。5、交联线芯表面擦伤交联线芯擦伤情况的出现是由于中点不稳，悬垂控制器的反馈信号不准所致。导致线芯在硫化管内拖管，烫伤线芯表面，线芯出下封闭后，表面表现为擦伤外屏蔽，严重的使电缆表面呈半圆形。出现此种情况应及时反馈，通知相关人口进行修理。另外在生产过程中使用不同规格的引线，由于规格不同导致配重不一致，线芯进入硫化管后，悬垂控制的中点，不是线芯的实际位置，造成线芯的上下擦管。一旦出现此种情况可根据经验调整中点位置，但原则上我们不赞成这种操作方法。6、交联线停车线产生气泡停车线尾部产生气泡，在生产35KV的交联电缆时，由于绝缘层较厚易产生，主要原因是尾部停车线在硫化管内的压力不够或停车保温保气的时间不够。硫化管内的交联线芯绝缘层中的低分子化合物在失去外界压力的作用后无法从绝缘层中析出，大量气体保留在绝缘层中，又不断地会集形成大的气泡形成肉眼可见的气孔。当然，即使按要求操作保温保气生产时，还是会有残留气体留在绝缘层中，这一点大家在从刚下线的交联线芯头部用火焰点燃证明，因此我们要求在交联线芯下线后停放一段时间，让其余的低分子气体从绝缘层中析出。（我们规定10KV交联电缆停放时间不少于48小时，35KV交联电缆停放时间不少于72小时。）7、交联聚乙烯电缆，每一线芯外的一金属屏蔽层，一般用0.1mm或0.12mm的铜带包绕而成，其作用是什么？答：(1)铜屏蔽带在安装时两端接地，使电缆的外半导电层始终处于零电位，从而保证了电场分布为径向均匀分布。(2)正常运行时铜屏蔽带导通电缆的对地电容电流。(3)故障时，通过接地电流或短路电流。

附表交联工序常见的质量问题的产生原因和解决方法序质量问题产生原因解决办法1偏芯1.温度有变化2.模套或模芯太小，没安装好3.调偏不好4.中点不稳定5.水位不稳1.调整温度值点稳定2.调换合适模芯模套或重新安装3.调偏。4.调整中点控制5.调整水位2表面发毛、不光滑、光亮度不符合要求1.机头温度过高、过低2.模套太小或太小3.不合格原材料4.材料在挤出机停留时间过长5.螺杆、分流器、模具清理不干净1.降低机头温度2.调换模具3.选用合格原材料4.缩短换规格和处理急停时间5.将设备清理的非常干净3表面有烛状粘染物1.硫化管道不清洁。2.间隙排氮的时间不够1.清理硫化管排污。2.调节间隙排氮的时间4竹节形1.收放线张力不均2.上下牵引同步不好3.内外屏蔽料用错4.硫化管循环水供应不足5.硫化管循环水水温过高6.绞线外径偏大7.模具偏小8.脱料1.调整收放线张力2.调整牵引同步3.检查材料牌号及性能4.调节水泵底阀5.调节冷却水进水量6.截去大外径7.调整模具8.连续供料5绝缘气孔1.绝缘料受潮2.氮气压力低3.头班开车或重新开车取样不正确；4.吸料管有粉末状料进入。5.硫化参数设置不准确1.调换干燥绝缘料2.稳定氮压在6-10bar3.确保工艺条件稳定后取样；4.对吸料系统进行清理。5.调整参数6热延伸反馈不合格1.硫化管温度不到位2.头班开车取样不准3.氮气压力低。1.确保硫化管道温度达工艺标准2.在工艺条件稳定后取样3.稳定氮气压力不小于工艺要求的6-10bar。7绝缘进水1.头、末班车未将不合格线芯切去2.擦管3.接头未处理好1.切去不合格部分2.调整中点控制器3.接头规范8内屏蔽脱节1.原材料混杂2.模具选用不当3.原材料不合格4.绞线被污染5.塑化温度不合适1.清理螺杆2.选用合适模具3.更换原材料4.清洁导体5.调整温度9绝缘外径波动1.不同厂家不同批号的绝缘料混用2.螺杆长期运行后温度偏高3.料斗及吸料器空滤中吸附的绝缘料中析出物落入机筒1.使用同厂家同一绝缘料2.使用螺杆冷却系统3.清理料斗及吸料器过滤

三、交联工艺要求与质量控制-51、交联绝缘工艺的要求-51.1、无微孔绝缘，水含量最低。1.2、光滑的层间界面。1.3、电缆绝缘同心度。交联生产线中保持电缆的同心度，可以采取以下措施：①在挤出过程中要充分混料，分料器料路要对称，机头温度分布均匀。②高加热区温度分布均匀，电缆尽量置于管子的中心位置，电缆在交联管中进行适当的旋转，保证热传导均匀。③通过电缆冷却状态的计算，保证经过导轮的电缆温度足够低，避免在转向导轮上造成变形。1.4、绝缘杂质的控制1.5、减少绝缘内的机械应力：①采用在线松驰装置，是将冷却后的电缆再加热到一定温度，以消除热应力，采用该装置后，可改进高压和超高压电缆的质量，使高压电缆具有更高的击穿电压和较小的绝缘收缩。②改善交联工艺：应适当降低绝缘表面交联温度，加长预冷管长度并采用计算机软件控制生产速度，使绝缘缓慢地冷却，使绝缘向导体中心收缩，绝缘和导体间产生压力，绝缘有压紧导体的作用，并增加了绝缘与导体间产生位移摩擦力，如果预冷段过短，绝缘冷却过快，电缆绝缘向绝缘中心收缩，绝缘和导体会产生应力。1.6、除去绝缘中的气体：屏蔽前停放一段时间，排出低分子气体。2、挤出层均匀厚度的获得高质量的XLPE电缆要求具有均匀的各挤出层，保证它们厚度的均匀性是CCV生产线设计的重点任务，就原理而言，有两个要求必须满足：线速度一经给定后不要变化，挤出机调好后，出胶量不要变化。线速度是由牵引直流电机转速决定的，但网路电源电压、频率的波动，电机负荷的变动以及XLPE电缆线芯于流程中所受张力及阻力的变化，都会影响牵引电机转数的变化，所以必须控制电机转速，定后保持恒定。影响挤出量的因素就更多了，挤出机的拖动电机转速变化，挤出机各部温度的变化（要求保持给定值在±1℃范围内）挤出机进料粒子是否均匀等等都会影响出胶量。3、交联电缆绝缘的均匀性有些工艺不完善的电缆会在很低的直流电压下击穿，新安装的电缆不能通过3U0/15min的直流竣工试验，引起了很多学者和专家的兴趣，就在90年代中期，提出了交联绝缘热机械应力这一新问题，因交联电缆绝缘的线胀系数很高，其数值高达330×101/℃，是铜导体的20倍，绝缘和导体尽然是两种热性不相容的材料，由于高压电缆绝缘厚。干法交联温度高（其管壁温度比蒸气交联高出约一倍），如生产上稍有疏忽，电缆绝缘中就形成热应力，电缆受到拉伸，弯曲等机械外力作用时，发生了因热机械应力引起的绝缘开裂，大大地降低绝缘品质，绝缘裂缝处还容易吸受空间电荷，造成电场畸变，绝缘确实会在很低的直流电压下击穿，提高交联工艺的稳定性，改善绝缘热应力，是90年代中期科技含量很高的工艺措施。NOKIA公司首先提供了该项技术，商品名称叫Relexation热应力退火装置，在国内已有几家电缆企业在生产线上应用了，在生产过程中采用交联工艺计算软件生产，使绝缘均匀地进行交联和冷却，是中低压电缆减少热应力的关键技术，国内绝大多数企业均已采用该项工艺计算机软件。降低交联电缆绝缘的热机械应力是提高产品质量的主要措施，实质上交联度和热应力是相互影响不可分割的内容，要提高交联工艺的稳定性，均匀交联度，就不会形成较大的热应力。在中低压电缆生产时，由于交联管传热不一致，就要影响交联度，但长期生产过程中，管壁上积累了一层污垢后，管壁传热就不均匀，应定期将污垢清除，同时要充分利用交联工艺计算机软件生产电缆，建立一套合理的交联工艺制度，不能随便改动，还应注意环境温度的变化，冬天和夏天因室温不同，交联工艺也有区别，要用计算机计算并将其结果输入并贮存在计算机内，才能使生产工艺保持稳定，目前在国内外使用交联度工艺计算机软件已较普遍，生产工人或技术人员应懂得这一专业知识，并学会操作计算和懂得简单的英语，才能熟练操作和应用。4、产生交联质量问题的因素4.1、导体不光滑又未很紧压，或紧压后留有边翅，使半导电层刺破。4.2、内半导电料因挤出温度控制不好形成预交联等焦烧粒子，或因塑化不好半导电层不能均匀地挤包在导体上，甚至出现脱包和露铜等现象。4.3、半导电料未按规定烘干和绝缘料受潮，使电缆绝缘内残留水分，形成不规则微孔。4.4、由于绝缘料中分子量变化较大，在更换电缆料牌号时，又未工艺试验，使绝缘料塑化不好，形成夹层等塑化不透现象，日本公司均采用企业自行混料，如采用外购料时，也不能轻易改变供应商。4.5、交联工艺不稳定，交联度不均匀，绝缘冷却过快或冷却水温不均匀，造成绝缘热应力，如局放不合格，将电缆放置数天后，局放有所好转，这就是交联工艺不好的证明，如绝缘中交联剂析出，温度又较高，绝缘在高温下流趟，形成凹坑，使产品报废。4.6、生产速度不稳定，走线颤动，或由于电缆生产中规格变化较大电缆悬链常数变化较大，又未移动上牵引轮距离，内半导电层挤出时，会在双机头处擦伤，造成局放不合格。4.7、铜带绕包质量不好或铜带过硬压伤了外半电层，造成局放不合格。

四、影响交联的因素1、材料的活性：化学反应的速度与参与反应的物质的浓度成比例：V=K[m][n][m]反应时m物质的浓度[n]反应时n