热缩型电力电缆附件的技术与应用文档格式.docx
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㈣冷缩式：
用硅橡胶、三元乙丙橡胶、氯醇橡胶等弹性体在工厂加工预扩张并加入塑料支成条而成型，在现场方式时，抽出支成条使弹管体以橡胶固有的“弹性效应”收缩在电缆上而制成电缆附件，称为“冷缩”，该附件最适用于不能用明火的场合施工，如矿山等；
㈤热缩式：
以橡塑合金制成具有“记忆效应”的不同组件制品，加热收缩在电缆上而制成的附件，该附件具有重量轻、施工简单方便、运作可靠等特点；
㈥预制式：
以硅橡胶注射硫化不同组件一次成型，仅保留界面接触在现场施工插入电缆制成的附件，从而将施工工艺环境等不可测因素降低到最低强度，缺点是每种产品只适用以一种规格,且安装困难；
预制式附件在电缆的三叉口及屏蔽口以下的安装材料仍采用热缩或冷缩材料，是预制式和热缩式/冷缩式的组合。
本文主要介绍热缩型电缆附件。
二、热缩材料发展简史
1948年Dole在美国芝加哥Argonne国家实验室将PE试样置于作为反应堆减速剂的重水中而第一个发现了PE交联现象；
随后,以Lawton及其研究小组用电子加速器产生的高能电子束辐照PE试样而进一步发展了PE交联技术，而最成功的应用是在1957年美国Raychem公司用该技术将XLPE制成了热缩套管，经不懈的研究开拓应用于电力、通信、输送工程、冶金矿产工程、天然气和石油生产、交通工业、电子部门、航空及国防工业部门，成为了世界上最大的热缩材料生产商，年销售量为数十亿美元，日本住友及韩国公司也发展成为了有一定规模的热缩材料生产商。
在国内，中科院长春应化所于“六五”攻关项目中，首先研制并少量生产的第一代热收缩材料用于中国上天的第一颗人造卫星上；
1983年由国家科委下达由长春应化所、吉林辐化所、武汉高压所组成小组完成热缩型电缆附件研制的攻关任务，填补了国内空白；
1986/87年，长春热缩、深圳长园相继成功地把该科研成果转化为工业民用产品，至今已把热缩材料应用于电力、电子、通信、航运、化工、绝缘防护等领域，已成为国内热缩产品销量超亿元的生产商。
三、热收缩原理
热收缩材料又称为高分子形状记忆材料，主要是利用结晶或半结晶的线性高分子结构经高能射线照射或化学交联后成为三维网状结构而具有“记忆效应”的新型高分子功能材料；
交联高分子在高弹态间具有弹性，施加外力可以拉伸或扩张，同时骤冷使维持该状态，材料虽经扩张形变但具有记忆效应，将温度升高到熔点以上，形变马上消除，立即恢复到原来的形状，利用该原理可以制造出扩张倍率大，产品质量容易控制的产品。
随着用途的不同，对热缩材料的性能要求也各不相同，用单一高分子材料已很难满足应用时的实际要求，这就必须对热收缩材料的配方进行研究，以高分子合金并配以各种功能填料及助剂等制造成功能材料，以满足实际使用的要求。
四、科学的制备
热缩型电缆附件的生产工艺流程如下：
从以上流程分析，关键工艺在化学配方、辐射交联、扩张成型。
一、化学配方
主要由基材合金及助剂组成，主要的原材料有聚乙烯、乙烯—醋酸乙脂、丙烯—醋酸乙酸脂、硅橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、抗氧剂、防老剂、稳定剂、润滑剂、增塑剂、乙炔炭黑、颜色等组成，以上原材料从著名国内、外公司（如杜邦）购买，货源充足、质量稳定。
因电缆附件主要是恢复电缆主体构成的性能的连接及终端接续，故附件材料有导电、应力控制、绝缘、耐油、耐电碳痕性能等要求，同时还要考虑到在配电领域里，用模制零件和管材来密封电缆接续和终端，密封材料在户外使用时，还必须考虑环境对材料的影响，必须防止水分在热缩管件与电缆表面之间的渗透，因此，在研制热缩材料用于具体的端接和接续时，必须充分考虑下列三种不同类型的环境：
A.不受气候影响；
B.受气候影响；
C.地下连接。
a）不受气候影响：
热缩材料用于室内电力电缆的端接和连接，由于气候的影响可以忽略不计，因此这些应用比较简单，设计时只需考虑绝缘、阻燃问题而不需考虑其它因素的影响，因为经辐射交联的高聚物合金的综合优越性能是足以令人放心使用的。
b）户外应用：
热缩材料用于户外电缆端接，涉及十分复杂的环境问题应该综合考虑设计配方。
1）气候对聚合物的影响：
经过长期的户外暴露后，它是否会产生下列一种或多种不利影响：
聚合物因氧化和污染物在表面聚集而使分子发生变化而变性，从而使物理性质和电气性能大幅度下降；
各种助剂的添加是否会渗出或分相；
各种填充剂的添加是否会影响基材的性能；
实际上，研究环境的影响时将主要包括下列有关因素及它们对高聚物的影响。
气候：
日光、雨和气候条件。
侵蚀：
自然性的沙、尘、盐等工业性的灰、废气。
热效应：
由于外界温度变化及导线内温差循环。
机械效应：
由不同材料的热胀冷缩以及外部因素的风、雪、冰层等引起，显然，这些条件因地而异，差别很大，所以配方设计基于特定地区最恶劣的气候环境，下列因素最有可能使聚合物的性质发生显著变化：
日光中的紫外线、大气中的氯、水分、雨、露、冰等；
日光中的紫外线和大气中的氧可以使聚合物逐渐分解，水分能溶解表面水膜中污染物，从而降低聚合物的电气性能，水分还能将一些助剂溶解，从而引起脆化或抗氧能力降低等；
气体污染：
常见的气体污染为臭氧、硫化物氮氧化物，它们主要是工厂、烟囱和汽车直接排出的，大气中的许多污染物与紫外线同时存在，能使许多聚合物发生强烈的催化分解；
固体污染：
盐类含造成聚合物表面漏电以至产生电碳痕、电蚀，某些强酸碱性及有机溶剂的污染物会造成化学侵蚀。
热机械效应：
电缆终端分流经常处于高温与低温突变的环境中，在这种环境中移动的应力和应变会使材料表面为紫外线分解的微小缝时开时闭，从而使此处的材料比别处加快损坏；
电缆在正常运行中一直处于较高的温度，故需要材料具有较高的耐温等级来适应。
所有这些环境因素都会使户外材料经受严峻考验，为了解决热缩材料在复杂环境中长期使用的问题，单一的聚合物已经不能适应使用中的综合要求了，在化学配方研制时，聚合物合金并配以一定的助剂及填料在高能射线的作用下制成的热缩产品，很好地阻止紫外线、氯、水气对其性能的损害；
具有一定的机械强度，增强了密封性能及机械效应要求，抗酸碱及有机溶剂的侵蚀。
公司研制的热缩材料经IEC216老化试验海南试验场的暴晒试验所得到的数据均证明，该材料完全适应户外恶劣环境，使用寿命可高达二十年以上，从1987年，产品应用在天河体育中心至今已22年还正常运行便是一个有力的证明。
经过不懈的努力及科学的研制，热缩材料还具有以下性能：
抗电碳痕：
在污染的大气环境中，绝大部分有机聚合物均不适用于高电压，在高压条件下，水份或雾、冰雹、加上盐、尘粒、离子性污染等会造成绝缘表面少量漏电，泄漏的电流可能会持续几秒钟，使温度上升，从而引起水份蒸发，最早形成干燥带，火花和表面放电也在通过干带时温度升得非常高，从而使聚合物分解，并形成一条导电碳质通道；
碳质通道一旦形成，通常会象枝藤一样很快地蔓延，最后由于累进的沿面电碳痕而使绝缘破坏，为了研制抗电碳痕材料，所选择的材料必须同时满足以下要求：
1.使用时不产生电碳痕；
2.电蚀率低；
3.有韧性；
4.耐气性；
5.连续使用温度为-55℃~105℃。
憎水性及憎水性迁移：
橡塑合金的基材分子链外面有一层非极性的有机基团，对水的溶解度极小，与水不相亲，难以吸收水份，当它和水滴接触时，形成各自分离的小水珠，只能凝聚而不会润湿表面，与此同时还具有憎水性的迁移性，即大面积的尘埃或杂质堆落在热缩材料表面上，材料的憎水性约在10小时后迁移到污秽表面上使污秽表面也具有憎水性。
电应力控制：
在电压终端采用电应力控制的主要目的是要控制处于屏蔽层或隔离层末端处的电应力，如果不采用电应力控制，便会发生放电，这时终端的寿命便取决于屏蔽层端部处的电应力及主要电介质的放电电阻，其寿命不超过一年，因此，对中高压电缆屏蔽切断处均需采用应力控制设施。
解决应力分布的方法主要有二种，其一是在屏蔽切断处使用一个电应力锥，电应力锥主要是通过改变屏蔽切断处的几何形状的方法来改善应力分布，另一种方法是使用高电压胶带；
长期以来，我国一直沿用包绕应力锥的方法来改善应力分布的问题，这种方法的缺点是工艺要求高，施工复杂时，电缆接续质量的好坏与应力锥包绕的好坏有直接的关系；
公司研制了具有一定电导率及高电介常数的应力材料，解决了应力分布的问题，电缆接续时只需在屏蔽地断处热缩一个应力管即达到了应力分散的目的，这种通过材料参数来改变应力分布的方法称为参数选择法，这种应力控制管能分散应力的关键是在制造时选用匹配介质常数的材料，应力控制主要通过材料的本身性能解决，与其几何形状无关，因此安装时非常省时省力，体积比几何法小。
常省时省力。
C、地下的应用
地下接线虽不想像户外环境那样要求，但地下应用材料要求有优良的机械强度，耐磨性和良的防水性能，因此，公司的产品在关键管材内壁涂上一层合适的密封剂来满足地下应用要求，密封剂由一种热缩性的胶粘剂，另一种为自粘性的胶粘剂，安装加热时会流动或熔融不流动使附件与电缆黏结为一体，冷却后获得显著的机械强度，可以抵抗相当高的外部高压，此外还在地下接线接口处设计安装一个铁壳保护筒，以增加其机械强度耐磨性及防水性。
公司研制生产的产品有：
1、户外管适用于户内、户外终端，起到绝缘阻燃、密封作用，具有耐气性，搞电、耐腐蚀及憎水性及憎水性适移等综合特性，柔软呈铁红色；
2、应力管：
适用于终端和中间连接中电缆外屏蔽切断处起到疏散电场应力分布作用具有匹配的电导率及高介电常数，柔软呈亚黑色；
3、半导管：
适有和于恢复电缆的外屏蔽，起到与电缆外屏蔽相同的作用，用兆欧表测量指示为O，较硬呈亮黑色；
4、指套：
适用于电缆的分相密封作用；
隔油指套起到耐油、密封、绝缘作用，柔软呈乳黄色；
绝缘指套起绝缘密封作用；
导电指套起到起到导电密封作用，二者皆较硬呈黑色；
5、绝缘护套管：
适用于电缆的中间连接，具有绝缘、密封、耐磨防腐防水作用，较硬呈黑色；
6、绝缘管：
适用于低压电缆终端连接与接续，具有绝缘、密封、耐磨防腐防水作用较硬呈黑色；
7、隔油管：
适有用于油浸电缆的终端及中间连接，起到耐油绝缘密封的作用柔软呈乳黄色；
8、内绝缘管：
适用于电缆中间连接，恢复电缆绝缘度作用较硬呈鲜铁红色；
9、密封管：
适用于户外，户内终端端子接头的密封绝缘作用柔软呈铁红色；
10、相色管：
适用于电缆分相标志，具有绝缘耐候等特点，较硬呈红、黄绿、黑色；
11、伞裙：
适用于户外及35KV户内终端接头，具有耐候抗电碳痕、憎水性等特点，柔软呈铁红色；
12、复合双壁管：
适用于电缆的中间连接，外黑层为导电层内层为绝缘层，一次成型减少接触面，提高施工精度及速度，高代替导电管与内绝缘管；
13、一般填充胶：
适用于交联电缆终端与接续，起到填充、密封、绝缘、粘接作用，加热时熔融而不流动，具有自粘性，柔软呈乳白色；
14、耐油填充胶：
适用于油纸电缆终端与中间连接与接续，起到耐油、密封、绝缘、粘接作用；
加热熔融而不流动，具有自粘性，柔软呈乳黄色。
15、弹性密封胶：
适用于交联电缆终端，中间连接与接续，起到密封防水，绝缘、耐电碳痕、粘接作用加热时熔融而不流动，具有自粘性，柔软呈铁红色。
16、应力分散胶：
适用于交联电缆中间间连接韦到应力散作用，具有自粘性，柔软呈乳黄色；
17、热熔胶：
适用于电缆终端与中间的连接与接续，具有绝缘、密封、防水防压作用，加热时熔融流动，胶硬呈淡黄色。
其他辅助材料不再一一表述。
二、辐射交联
高分子材料经过高能射线α、β、γ的辐射后，由线性结构成为三维网状结构，从而具有记忆效应，辐照剂量和控制是热缩材料加工的关键工艺之一，选择适用的交联程度，使之即有较小的残余形变又具有较好的机械性能；
剂量太大，伸长率变小产品僵硬，扩张困难且成品率低；
剂量太小，永久形变过大，热缩材料收缩不到原来尺寸。
在辐照过程中，高能射线一边使高聚物的分子链交联，一边又击断交联的分子键，针对这一现象，添入适量的抗氧剂，防止或减少辐照时高能射线对分子的破坏，达到最佳的交联效果，使交联度在一定辐照剂量区域上呈平台效应，给辐照加工定出一个较宽的范围，对产品性能的精确控制提供了保障，同时也保证了产品质量稳定性，辐射交联是热缩材料加工的关键，交联程度的好坏不单单影响生产的加工工艺，还影响到使用的效果，如收缩开裂问题不单要考虑耐环境应力开裂，更应考虑材料热应力开裂的问题。
公司以3.0M功率的电子加速器加工产品，保证了热缩产品稳定持久的优质加工条件，从而根本上保证了广大用户的产品质量，是产品质量持续保持的问题关键。
三、扩张定型
热缩材料的扩张设备是非标设备，而扩张工艺先进的与否，直接影响产品的质量，对电缆长期运作的提供保障。
热缩材料的生产制造方法有很多，大体上可归纳为气压扩张、机械扩张法、缠绕扩张法、真容扩张法等四大类：
1、气压法：
通过一定的压缩空气压力进行扩张，分为分段扩张及连续扩张法。
（1）分段扩张法：
即内外定径空气压力扩张，该方法扩张倍率大，径向为2.5~5倍，拉伸小，纵向为±
5%，壁厚1~10mm，长度为0.5~2.5m，管材内外壁光滑无缺陷，是较为实用的扩张方法；
（2）连续扩张法：
即外定径空气压力手张，该方法扩张倍率为2~3倍，拉伸较大，纵向为±
10%，壁厚从0.5~4mm，长度为任意长，管材内外光滑无缺陷；
2、机械扩张法：
是利用机械运动对管材进行扩张或拉伸方法。
大致分为胶杆锥体法、胶杆圆管法和辊简法：
（1）胶杆锥体法：
即以钢丝支撑锥体法杆入扩张法，扩张分倍率可达2~4倍，纵向拉伸几乎为零，长度为0.5~1.5m致命缺点是钢丝易损坏管材内壁，造成严重缺陷；
（2）腹杆圆管法；
即导向棒异向扩张法，该方法管径尺寸精度较高，但管壁容易残留扩张时所用的导向棒的痕迹，且长度受限制，效率低。
（3）辊简法：
即滚筒拉伸法，该方法适用于60mm以上的大口径管材，只有横向收缩性能，其纵向收缩为零，但管材受长度限制效率低；
（4）真空法：
即管内充一定空气压力，管外施加负压扩张，施方法适用小管径、薄壁、任意长的管材，是后扩张发展的趋势。
公司产品的扩张成型采用气压法、真空法、正压法混合，扩张径向倍率大、纵向拉伸小、外壁光洁、内壁无破损、壁厚均匀，提高了施工精度，为电缆的长期安全运行提供了长久的保障，受到了了大用户的信赖。
四、热缩产品的性能
1、热缩材料部件的技术参数：
公司热缩材料部件通过了机械工业绝缘材料检测中心、武汉高压研究所的检测，结果与DL413比较如下：
试验项目
DL-413
阿尔派
外绝缘管
内绝缘管
应力管
导电管
护套管
硬度
邵氏A
≥80
85
90
80
≥90
扩张强度Mpa
≥8.0
11.0
≥12.0
18.0
≥10.0
14
15
≥13.0
16
断裂伸长率%
≥400
510
505
≥300
450
350
热空气老化后120℃/168h
——
K1≥0.95
K2≥0.95
K1≥0.8
K2≥0.7
K1≥0.9
K2≥0.9
氧指数
≥30
31
28
耐油性
70℃/168h
体积电阻系数
Ω•cm
≥1×
1012
3.0×
1013
6.0×
1014
107~8
2×
109~10
100~1
1.5×
100~3
5.0×
1015
介电强度
MV/m
≥20
25
30
27
介电常数
2.9
2.8
25~30
耐电痕1A3.5级
3.5
2、公司的产品所配用的各种胶粘剂的性能如下:
序号
项目
单位
材料名称及性能指标
1
针入度（25℃100g）
1/10mm
40
10
2
软化点（环球法）
℃
---
95
3
体积电阻率
107~109
1010
4
＞20
5
剥离强度
热收缩部件-非金属材料
热收缩部件-金属材料
kN/m
6.0
7.5
1.5
1.0
6
抗张强度
MPa
2.5
7
伸长率
%
1500
1000
500
3、热缩产品型试验
公司产品通过了国家电力工业部电器设备检测质量检测测试中心型式试验,结果与GB11033-89、美国IEEEStd比较如下：
比较
试验
GB11033-89
美国IEEEStd48
8.7/15kV
26/35kV
工频干态耐压试验（短期）
45kV1min
不闪络不击穿
105kV1min
50kV1min
90kV1min
通过
工频湿态耐压试验（短期）
45kV10Scc
80kV10Scc
工频耐压试验（长期）
35kV4h
104kV4h
35kV6h
75kV6h
105kV4h
冲击耐压试验
105kV±
10次
不击穿、正负极性，允许各闪络一次
250kV±
110kV±
3次
不击穿
200kV±
10次
通过
直流耐压试验
52kV15min
210kV15min
75kV15min
140kV15min
局部放电试验
13kV≤20PC
39kV≤10PC
13kV≤5PC
30kV≤5PC
恒压负荷循环试验
22kV5min/3h
123次，电缆工作温度加
5℃
65kV5min/3h
3次，电缆允许工作温度加5℃
15kV5min/3h
126次，
95℃
1.73U05min/3h，126次，70℃
3次
五、产品规格型号
公司热缩电力电缆附件的产品规格型号如下：
型号
名称
试用电缆截面积（mm2）
1kVRST-2/0
1kV电缆终端连接（二芯）
10-16
1kVRST-2/1
25-50
1kVRST-2/2
70-120
1kVRST-2/3
150-240
1kVRST-3/0
1kV电缆终端连接（三芯）
1kVRST-3/1
1kVRST-3/2
1kVRST-3/3
1kVRST-3/4
300-400
1kVRST-4/0
1kV电缆终端连接（四芯）
1kVRST-4/1
1kVRST-4/2
1kVRST-4/3
1kVRST-4/4
1kVRST-5/0
1kV电缆终端连接（五芯）（3+2）芯（4+1）芯
1kVRST-5/1
1kVRST-5/2
1kVRST-5/3
1kVRST-5/4
1kVRSJ-2/0
1kV电缆中间连接（二芯）
1kVRSJ-2/1
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