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1. 9 中压电力电缆的研制

20 世纪 60 年代中期, 普通聚乙烯成为美国快速增长的城市配电系统选用的材料[6] 。 因为它防潮性能优于丁烯橡胶, 且能够挤出成型。 它与导体半导电包带和绝缘屏蔽组合使用; 后两者通过加入炭黑实现半导电特性。 到 1968 年, 几乎所有城市配电系统都由中压聚乙烯绝缘电缆构成。 一般认为聚乙烯是 “ 高分子量”

( HMWPE) 的材料。 简单地说, 这表明它的 “ 平均分子量” 很高。 分子量越高,电气性能越好。 分子量最高的聚乙烯因可以挤出而得到应用。 那时的电缆较少采用护套结构。

1965 ~ 1975 年间, 挤包热塑性屏蔽引入电缆结构中, 它使得电缆的工艺更简单、 性能更稳定。

1959 年, Frank Percopio 博士申请了首个关于 XLPE 的专利, 一种添加炭黑的复合材料; 1963 年他又申请了关于不添加炭黑材料的专利。 受工程造价的巨大压力, 必须将城市地下配电系统的成本控制到与架空系统相近的水平, 所以 XLPE 没有得到广泛的应用。 造成较高成本的原因, 一是制备时需加入添加剂 ( 交联剂);二是生产需要大长度的连续硫化 ( CV) 管。 同一时期, EPR 也引入了电缆领域。但明显较高的材料成本使用户难以接受这种电缆, 直到 20 世纪 80 年代它才用于电力系统。

XLPE 和 EPR 的常规运行温度和应急运行允许温度都比较高, 使其成为商用和工业用馈电电缆的选择。 这两种材料不像 HMWPE 那样会发生熔融和流动。

为了方便接头和终端制作, 20 世纪 70 年代早期 XLPE 电缆的绝缘屏蔽为热塑性, 这与 HMWPE 电缆相同。 其后出现了屏蔽过热变形的情况, 致使线路载流量要求值减小。 因此, 20 世纪 70 年代后期电缆改为交联型绝缘屏蔽。

双层共挤工艺也用于电缆绝缘生产, 即导体屏蔽和绝缘一次挤出。 未完成绝缘屏蔽挤制的电缆收在线盘上, 通过另一台挤出机, 挤制绝缘屏蔽层。 这有可能使杂质落入绝缘表面。 一旦采用了交联型绝缘屏蔽料, 就能利用 “ 三层” 挤出, 一次走线完成电缆绝缘挤包 ( 两台挤出机串行布置)。 随后出现了 “ 真正的三层共挤”,即三台挤出机送料至一个机头, 同时挤出三层绝缘。

20 世纪 70 年代中期出现抗水树的聚乙烯材料 ( TR- HMWPE)。 它的商业应用有限, 未成为市场上的主流材料。

1976 年左右, 出现了另一种选择。 供应商提供 “ 抗形变” 热塑性绝缘屏蔽料。这是一种 “ 热固性” 材料的尝试, 因而提高了电缆的额定工作温度。 在真正的热固性屏蔽料出现后, 这种方法就停用了。

到 1976 年, 各种材料的市场份额为: XLPE 约占 45% , HMWPE 约占 30% , TR- HMWPE 约占 20% , EPR 约占 5% 。

20 世纪 70 年代后期, 引入了可剥离热固性绝缘屏蔽料。 这使用户可以安装

“ 高温” 的 XLPE; 与之前不相容的屏蔽料相比, 制作接头时, 这种聚乙烯更易于

剥离。

到 1980 年, 护套的选用逐渐增多。 1972 ~ 1973 年间, 越来越多的事实表明电场作用下由于水分的存在会产生 “ 水树”, 从而导致电缆寿命缩短。 护套可以减少水分侵入。 这使人们认识到利用护套结构可以控制或延缓水树的产生。 到 1980 年,市场上销售的电缆 40% 都有护套。

20 世纪 80 年代, EPR 电缆变得更加普遍。 这是由于 70 年代中期有一项技术突破, 使得 EPR 材料可以像 XLPE 绝缘一样在相同型式设备上挤出。 尽管加工性能有了上述改进, 但与 XLPE 相比, EPR 电缆较高的成本影响了其应用推广。

1981 年, 产生了另一项革新, 即 “ 干式硫化” 电缆研制成功。 截至此时, 硫化或交联工艺都采用高压蒸气实现。 由于水对电缆长期寿命的影响, 去除水分成为当务之急。 最终, 人们认识到: XLPE 生产的 “ 干式硫化” 工艺既可使工艺过程更高效, 还能去除蒸气工艺的不利影响。

另一个重要转折点发生在 1982 年, 抗水树交联聚乙烯 ( TR- XLPE) 开始应用。 与普通 XLPE 相比, 该产品体现出优越的抗水树性能, 现在已经替代普通

XLPE 的市场份额。 到 1983 年, HMWPE 和 TR- HMWPE 在市场上彻底消失。

到 1984 年, 市场份额大体上为XLPE 约占65% , TR- XLPE 约占25% , EPR 约占 10% 。 当时一半销售的电缆具有护套。

20 世纪 80 年代后期, 一个主要的变化是开始使用填充绳。 尽管这种工艺已经为人所知近十年, 但大批制造商对挤出型 “ 胶状” 材料的控制更深的理解却刚开始。 这种材料可作为一种储水介质, 阻止水分在绞合线芯间纵向侵入, 并消除导体中大部分间隙。

20 世纪 80 年代后期, 另一项电缆材料的重大改进实现更为光滑和洁净的导体

屏蔽。 80 年代电缆材料和中压电力电缆挤出工艺的显著改进使电缆预期寿命可以

达到 30 年或 40 年, 甚至 60 年 ( 如果采取了所有适当的措施)。 1995 年, 市场份额变成 TR- XLPE 约占 45% , XLPE 约占 35% , EPR 约占 20% 。

存在的问题电缆介质基础理论
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