额定电压6到15kV硅橡胶绝缘电力软电缆的研制

摘要：采用半导电硅橡胶材料作为硅橡胶中压电力电缆线芯的屏蔽层，合理设计中压硅橡胶绝缘电力电缆结构及制定合适的加工工艺。
　　 1 引言
　　 额定电压6到15kV硅橡胶绝缘电力软电缆属于特殊环境场所使用的电缆，要求部分使用的电缆具有耐高温、耐酸碱以及耐老化等特殊性能，与之配套的各种产品与苛刻的环境温度相适应，这样才能保证设备的长期安全稳定运行。在恶劣环境条件下，如在发电、化工、石油、冶金、钢铁等特殊领域，电缆使用期间，为确保在高温、低温或者环境更为苛刻的条件下电缆能够正常稳定的工作，对电缆导体及绝缘提出了更高的要求，我公司采用了一种新型的电缆结构，保证电缆的运行长期安全稳定。
　　 本产品通过开发的半导电硅橡胶材料作为硅橡胶中压电力软电缆线芯的屏蔽层，合理设计中压硅橡胶绝缘电力电缆结构及制定合适的加工工艺，解决了中压硅橡胶电力电缆无导体半导电挤包屏蔽层和绝缘半导电挤包屏蔽层导致使用寿命下降的问题，具有很好的实用价值和推广价值。
　　 2 现有产品使用状况及改善措施
　　 额定电压6到15kV硅橡胶绝缘电力软电缆主要解决了现有技术中的几点不足，具体如下：
　　 (1) 硅橡胶绝缘中压电力软电缆现有生产厂家一般都采用挤包一层绝缘层，无内外挤包半导电硅橡胶屏蔽层，由于电缆导体由多根导线绞合而成，它与绝缘层之间易形成气隙，导体表面不光滑，会造成电场集中，造成电缆击穿影响使用寿命；在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层，采用三层共挤方式，与被屏蔽的导体处于等电位并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电，这一层屏蔽为半导电硅橡胶屏蔽层；同样在绝缘表面和护套接触处也可能存在间隙，是引起局部放电的因素，故在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电，降低电缆使用寿命；本发明技术通过设计合理的结构和制定合理的加工工艺，保证了电缆的弯曲性能、电性能，提高了电缆的使用寿命；这些改进方法包括导体节距的设计（导体层与层之间采用正反向绞合，同时保证每层均有较小的绞距，最外层绞距不大于12倍，次外层不大于10，以此类推）、成缆节径比的控制（不大于12倍）、绝缘线芯采用三层共挤工艺，半导电硅橡胶+高电性能硅橡胶绝缘料+半导电硅橡胶三层共挤一次性挤出，保证电缆的电性能，提高电缆使用寿命）。
　　 (2) 通过使用硅橡胶护套材料，使电缆具备了良好的耐热性、耐寒性、耐老化性能、耐臭氧、耐油性能等性能，提高了电缆的使用性能，提高了电缆的寿命。
　　 3 产品设计方案
　　 为满足6到15kV硅橡胶绝缘电力软电缆电压等级要求，选用高电性能硅橡胶绝缘材料，电缆在1.73U0下进行局部放电试验，放电量应不大于20pC；选用高导电性能硅橡胶材料作为屏蔽材料，采用蒸汽连续硫化挤出机，半导电硅橡胶+高电性能硅橡胶绝缘料+半导电硅橡胶三层共挤同时挤出，改善线芯电场分布，降低局部放电因素，延长中压硅橡胶电力电缆的使用寿命，保证电缆的长期安全稳定运行。
　　 额定电压6到15kV硅橡胶绝缘电力软电缆结构的设计
　　 导体
　　 材料：镀锡铜丝或裸铜丝
　　 结构:为了确保电缆的柔软性，必须提高电缆导体柔软性和弯曲性，导体的结构设计很大程度决定了这样的性能；导体单　　 丝直径越细，柔软性越好；导体层与层之间采用正反向绞合，同时保证每层均有较小的绞距（最外层绞距不大于12倍，次　　 外层不大于14倍，以此类推）弯曲性能越好。
　　 绝缘
　　 绝缘材料：高电性能硅橡胶绝缘料
　　 性能要求：
　　 (1) 耐温等级必须在-60℃～180℃之间，这样能确保高温、低温或者环境更为苛刻的条件下，电缆能够正常稳定的工作。
　　 (2) 良好的电气性能和优异的机械物理性能；
　　 成缆：
　　 此工序的结构设计对电缆的弯曲性能有着重要的作用，一般要求成缆节径比不大于12倍，以保证电缆整体弯曲性能和内应力作用均匀；
　　 填充：
　　 三根动力线芯中间采用半导电耐高温非吸湿性材料进行填充；
　　 护套：
　　 材料：采用硅橡胶护套材料；
　　 性能要求：
(1) 耐温等级必须在-60℃～180℃之间，这样能承受高温、低温或者环境更为苛刻的条件下，电缆能够正常稳定的工作。
(2) 具备良好耐热性、耐寒性、耐老化性能、耐臭氧、耐油性能；
(3) 具备优良的机械物理性能。
　　 额定电压6到15kV硅橡胶绝缘电力软电缆重点工艺加工的制定
　　 为提高绝缘线芯的电气绝缘性能，选用高导电性能硅橡胶材料作为屏蔽材料，采用蒸汽连续硫化挤出机，半导电硅橡胶+高电性能硅橡胶绝缘料+半导电硅橡胶三层共挤同时挤出，以改善线芯电场分布，降低局部放电因素，延长中压硅橡胶电力电缆的使用寿命，保证电缆的长期安全稳定运行。

图1额定电压6到15kV GGR 8.7/15kV 3×35+3×16/3硅橡胶绝缘电力软电缆工艺流程图

图2 额定电压6到15kV GGR 8.7/15kV 3×35+3×16/3硅橡胶绝缘电力软电缆结构图

　　 具体实施方式：
　　 （1）型号电压规格：GGR 8.7/15kV 3×35+3×16/3
电缆名称及具体说明：额定电压8.7/15kV硅橡胶绝缘硅橡胶护套电力软电缆，3芯35mm2标称截面，3芯16/3mm2地线芯。
　　 （2）具体方案：如上图1所示，
　　 动力线芯：先用铜丝束绞合，再挤包半导电硅橡胶屏蔽料+硅橡胶绝缘料+半导电硅橡胶屏蔽料；
　　 地线芯：先用铜丝并丝，编织在绝缘线芯外；
　　 总成缆：将动力线芯按照合适的节径比一起成缆，在中心填上半导电硅橡胶材料；
　　 填充：通过挤制的橡皮条填充在动力线芯外围缝隙间；
　　 外护套：在缆芯外挤上硅橡胶护套料作为外护。
　　 4 结束语
　　 额定电压6到15kV硅橡胶绝缘电力软电缆经过从新设计和工艺改进，在导体表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的导体等电位并与绝缘层良好接触，从而避免在导体与绝缘层之间发生局部放电；同样在绝缘层表面加一层半导电材料的屏蔽层，它与被屏蔽的绝缘层有良好接触，与金属护套等电位，从而避免在绝缘层与护套之间发生局部放电，增加电缆使用寿命；综合这一系列的改进措施，可大大提高中压硅橡胶电力电缆线芯的柔软性、降低局部放电因素，延长中压硅橡胶电力电缆的使用寿命，保证电缆的长期安全稳定运行。

* 本文选自《2015年中国电工技术学会电线电缆专业委员会年会报告文集》