超高压交联电缆铜护套的工艺研究

刘焕新， 王福志， 杨　娟（浙江万马股份有限公司，浙江临安311305）

超高压交联电缆铜护套的工艺研究

刘焕新， 王福志， 杨娟
（浙江万马股份有限公司，浙江临安311305）

介绍了超高压交联电缆皱纹铜套的生产工艺，指出了皱纹铜套和皱纹铝套加工工艺的区别，并对皱纹铜套焊接惰性保护气体配比进行研究。

超高压电缆；铜护套；工艺

0　引 言

国内高压、超高压交联电缆大部分采用皱纹铝套结构，由于皱纹铝套耐腐蚀性比较差，所以铝护套高压电缆不适用于沿海地区。铜护套不仅具有优良的耐腐蚀性、耐振动性及抗张性能，还具有优良的屏蔽性、防雷性和接续性，同时铜护套还可以提高电缆系统的短路容量，且阻水性能优异，铜护套电缆特别适合在桥梁、沿海、水下等特殊场合使用。

为了提高海底电缆的机械强度和防水密封性能，在深海海底电力电缆中可采用铜或铜合金套代替铅套和铝套，铜套可保证电缆的使用寿命达到40年。研究表明，海底电力电缆在运行中，热胀冷缩作用会在电缆内部产生很大的机械应力。当热循环周期超过2 000次时，就会使铅套或铝套产生严重疲劳。采用铜套，不仅可以减小电缆外径和重量，而且还可以改善电缆的电气性能。

近年来，直流电缆市场潜力巨大，已经有越来越多的示范工程投运，国内外在建与规划中的直流电缆工程越来越多，皱纹铜套电缆具有广阔的市场前景。

和金属铝、铅相比，铜的熔点高、强度大、加工困难，必须采用纵包焊接的工艺才能实现铜套的生产，国际上只有美国、日本等少数国家具有一定的生产规模和较成熟的生产经验。

1　铜护套的加工工艺

目前国内的氩气保护焊接（以下简称氩弧焊）技术已经相当成熟，而且各厂家都在不断地更新换代，相继出现了双焊枪焊接、多焊枪焊接和激光焊枪焊接等新型焊接技术，焊缝质量大大提高。文献［1］对氩弧焊技术进行了详细论述，并通过试验证明了焊接时绝缘线芯表面温度最高只有69℃，不存在烫伤绝缘的现象［2］。

铜的熔点为1084.5℃，采用压挤方式生产是不现实的，必须采用纵包焊接的工艺方式，铜护套的加工工艺流程为：铜带→铜带剪切→铜带纵包成型→铜套焊接→铜套轧纹。

铜带选取纯度为99.95%以上的电工用纯铜带，断裂伸长率不小于30%，切边后经过成型模具纵包成铜管，采用氩气保护焊接工艺进行在线焊接，再经过轧纹机轧纹形成皱纹铜套。和皱纹铝套相比，皱纹铜套的关键工艺在于成型焊接和轧纹。

1.1 铜套成型模具设计和焊接工艺

（1）模具设计

和金属铝相比，铜的强度大、弹性大，成型模具材料的选取也应该考虑铜铝两者的不同。金属铝的材质较软，通常采用塑料模具作为成型模具，如采用金属成型模具，长时间连续生产时模具上面会粘附铝粉，影响模具的光滑度，进而影响铝管的外观质量。金属铜材质较硬，采用塑料模具作为成型模具，长期使用会出现严重磨损，不利于连续生产，因此，铜套的成型模具须采用45#钢模具，经过热处理、渗氮，内表面抛光，成型效果才最佳。

铜的机械强度和弹性比铝大，纵包成型时模具承受力较大，纵包合缝处容易弹开，焊缝不稳，容易出现漏焊。根据铜带成型困难这一特点，需选用钢制成型模具，模具入口采用圆弧渐进过渡，如图1所示，并在焊枪两侧均加设焊口模具进行成型固定，防止纵包的铜管在合缝处弹开，确保焊接质量。铜套成型模具组合与铝套成型模具组的对比见图2。通过成型模具设计和焊口模固定措施，解决了铜套纵包成型合缝波动的难题。

图1　喇叭模具

图2　铜套和铝套模具组对比

（2）焊接工艺

铜套焊接是工艺的关键点，通过调整焊接电流确保合缝焊接牢固，铜套焊接易出现铜氧化现象。我们对如何防止铜氧化进行了研究，通过多次试验发现：采用氩气保护焊接时，无论气流量如何调整，焊缝处还是有氧化现象。纵包铜套焊接是采用钨极惰性气体保护焊接的方式，与熔化极惰性气体保护焊接有区别，钨极惰性气保护采用氩气和氦气混合保护为宜，我们通过实验寻求氩气、氦气最适合的比例，见表1。

表1　氩气（Ar）与氦气（He）不同混合比例的效果对比

从表1可知，氦气比例在25%～30%范围为最佳，焊缝无氧化、电流平稳，可连续生产。采用氩气与氦气混合代替纯氩气作为焊接保护气体，得到了非常好的焊接效果，消除了铜套焊缝氧化现象。

1.2 铜套的轧纹工艺

铜套轧纹为螺旋纹，轧纹机的轧纹头有两种形式，一种是滚轮式轧纹头（见图3），另一种是环状轧纹头（见图4）。

图3　滚轮式轧纹头

图4　环状轧纹头

滚轮式轧纹头是以点接触的形式进行轧纹，而环状轧纹头是以面接触进行轧纹。由于环状轧纹头受力面积相对较大，轧纹质量比滚轮式轧纹头要好，外观圆整、轧纹深度均匀。皱纹铝套生产时两种轧纹头均可，但是铜套的材质与铝套不同，采用滚轮式轧纹头会出现外观不圆整、轧纹深浅不均匀等现象，因此，应采用环状轧纹头进行轧纹。

2　结束语

皱纹铜套的生产与皱纹铝套相差很大，在工艺上有着较大差别。不仅要对成型模具进行特殊设计，还要注意惰性保护气体的流量和配比，并采用环形轧纹头进行轧纹，才能获得质量优异的皱纹铜套产品。随着市场对皱纹铜套电缆需求量的增加，皱纹铜套工艺将会逐步走向成熟。

［1］ 吴长顺，向宇龙，曹晓龙，等.110 kV、220 kV交联聚乙烯绝缘电力电缆皱纹铝护套氩弧焊技术的研究［C］//中国电工技术学会电线电缆专委会2001年会论文集.2001.77-79.

［2］ 王福志，杨 娟.高压及超高压XLPE绝缘电缆金属套工艺特点［J］.电线电缆，2010（5）：8-10.

Technological Study for Corrugated CoPPer Sheath on EHV XLPE Insulated Cables

LIU Huan-xin，WANG Fu-zhi，YANG Juan
（ZhejiangWanma Co.，Ltd.，Lin'an 311305，China）

Techno1ogy of corrugated coPPer sheath on EHV XLPE insu1ated cab1es are Presented，focusing on the difference of corrugated coPPer sheath and corrugated a1uminium sheath，a further study on the ratio of inert gas in the we1ding of the corrugated coPPer sheath.

EHV cab1e；coPPer sheath；techno1ogy

TM247.1

A

1672-6901（2016）03-0015-03

2015-10-13

刘焕新（1968-），男，高级工程师.

作者地址：浙江临安市经济开发区南环路88号［311305］.