高压电缆绝缘线去气工艺探讨

闫孝敏

摘 要 高压电缆市场竞争激烈，提高高压缆生产效率被越来越多电缆制造商重视，绝缘线芯去除副产物的方法（去气）对生产周期有非常重要的意义。每个厂家使用材料不同以及加工工艺不同，如何寻找各家适合自己的去气方法，是保质保量交货的关键，而且可以节约各项投资成本。

关键词 交联聚乙烯绝缘;去气;热失重;热收缩

从试验前期准备、试验过程、滴定等三大方面对进行阐述。首先对本文所述术语作澄清，尽管“去气”工序主要是针对交联过程中产生的甲烷气体，但是这并不是“去气”的唯一功效，因为交联反应过程中会产生多种副产物，主要为枯基醇、苯乙酮、α-甲基苯乙烯、甲烷等气体、固体状和蜡状副产物，这些副产物在去气过程中会发生再分布现象，固体状及蜡状副产物含量也会相对降低，同时去气过程还有一个常被忽略的关键点，即电缆的内应力也会在去气过程中得到消除，所以去气不仅仅是去除气体，而是所有交联副产物的减少及再分布过程。

1过氧化物交联

乙烯气体通过聚合产生线性长链聚合物而形成聚乙烯，当聚乙烯遇到高温时，线性分子链之间的结合力减弱，聚乙烯的耐温性能差。交联聚乙烯在分子间架桥，分子不发生位移。因此，经过交联改性的聚乙烯不仅显著提高了材料的力学性能、耐环境应力开裂性能、耐酸碱腐蚀性能、抗蠕变性能及电性能，而且明显提高了材料的耐温等级（从70℃提高到90℃及以上）。

化学交联剂（DCP）与聚乙烯反应，在热作用下DCP形成游离基，使聚合物的碳链上生成活性点，并产生碳—碳交联，形成网状结构。但同时也会生成甲烷、水、甲基苯乙烯、枯基醇和苯乙酮等副产物。

副产物被包含在绝缘层之内，若无高压力束缚，这些副产物会在熔融的绝缘内形成气泡，进而导致局部放电和电压击穿。所以交联反应需要在高温高压条件下进行，且压力需要一直保持到绝缘充分冷却为止。

副产物没有形成气泡不代表其不存在，随着时间的推移，副产物的分布将会发生变化。副产物的扩散从交联管内加热即已经开始，先是从外层向外扩散然后慢慢过渡到由内层向外扩散，但是离开CV管之后扩散基本停止，所以DCP交联后的电缆其内部都包含部分副产物。

2去气过程与讨论

2.1 方案假定（样品段）

（1）质量损失测定方案。检测样品的质量损失是判定去气完成情况最直接最简单的途径，以110kV/630mm2电缆为例，取线芯15段去除导体，两端用刨片机削切平整，将样品处理干净，分别在60℃、65℃、70℃、75℃、80℃的烘箱中各放置3段，样品放在有滑石粉的托盘中，保证其能够自由伸缩，每24h取出放置干燥箱中冷却8h，然后用分析天平称重并计算热老化质量损失，同时测量样品的外径和长度，形成表格。依据每个温度下，样品热老化质量损失的平均值（g），热老化质量损失（%）绘制曲线图。可以找到副产物去除损失的最大值与平缓值，也可以辅助查找去气结束最佳温度点及时间点。

（2）热收缩量测试方案。去气温度与时间不能单纯依据质量损失，同时也是绝缘内应力消失过程，在测量热老化质量损失同时需建立每段样品纵向与横向热收缩量跟踪表，表格参照上表二。温度越高副产物挥发越快，但同时热收缩量也会越大，大型高压电缆自重较重，在高温状态下，绝缘会产生热膨胀及受热软化，进而导致绝缘线芯变形（压痕）。线芯变形直接导致例行试验过程发生故障，或者例行试验时缺陷被掩盖，那么去气的效果也就前功尽弃了。所以去气温度并不是一味追求高温快速去气，去气温度要随着电缆重量增大而降低。

（3）压痕深度测试方案。因此需要追加试验，在60℃、65℃、70℃、75℃、80℃老化箱中分别放置5（实际根数取决于叠合层数）根2m长绝缘芯线（保留导体），纵向堆积（纵向堆积层数与电缆盘实际电缆叠合层数一致），每24h测定自重产生的压痕并进行测量记录，测试方法可以参照GB/T 2951.31-2008 8.1.7。依据热失重恒定的温度与时间点，结合横向热收缩、纵向热收缩、热压痕量值综合选定去气工艺。

2.2 盘装电缆去气工艺探讨

整盘电缆与小段试验段样品的去气实际又有很大不同，所以在既定温度下去气时，需追加进行如下测试：a.在接近预判时间前24小时开始，每隔24h开门进行电缆各层甲烷含量测定，并记录。b.在接近预判时间前24小时开始，每隔24h开门取电缆外端头、内端头绝缘样品各10g做液相色谱分析（HPLC），判定非气态副产品的含量，作为去气工序结束的辅助测试手段。c.测定甲烷气体含量的同时，测试各层面电缆实际温度，探究电缆内外层温度与去气房实际温度关系。结合以上测试手段综合分析判定去气工序结束时间。

3结束语

电缆制造过程中，去气工序即能提高产品的电气性能，又能消除材料内应力。去气温度过高电缆收缩严重，电缆压痕严重，去气温度过低生产效率降低绝缘老化严重。通过热失重法、液相色谱分析（HPLC）、CH4气体含量检测等测试手段，依照制定的合理试验方案，可以简单有效的判定各种副产物含量，从而作为制造商内部特定去气工艺的理论依据，

4问题展望

首先高压电缆因结构尺寸较大，电缆在去气房中内层外层温度不能很好地达到一致，可以考虑通过导体加热方式来辅助电缆整体达到所设定的去气温度。其次在去气房超过70℃时绝缘层长期放置势必会有一定程度的老化，考虑去气房中填充惰性气体阻止氧化反应进行，也可以促进甲烷等气体流通。第三为有效防止绝缘芯线在去气过程中产生的压痕，可以将电缆盘及电缆层间包裹EVA泡沫板，减轻压痕。第四，针对去气工序已经产生压痕的绝缘芯线，可否采用高温热风枪短时直吹压痕处来恢复凹陷的表面。最后，电缆盘具作为实心板体，会阻碍交联副产物的挥发，考虑使用带孔洞的电缆盤具作为绝缘工序收线盘送入去气房去气。不断思考、不断验证，才能够保持进步。

参考文献

[1] 欧阳本红，赵健康，李欢，等.交联副产物对高压XLPE电缆绝缘介电和力学性能的影响[J].绝缘材料，2015（5）： 31-34，39.

[2] 纪杰，邹健，孙亚斌，等.多次顶空-气袋法联用对甲烷气的定量[C].第二十届全国色谱学术报告会及仪器展览会论文集（第四分册）.2015.