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导体预热装置在交联聚乙烯电缆生产中的应用

作者:    发表日期:2016-03-07 17:22:34    浏览次数:1410

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导体预热装置在交联聚乙烯电缆生产中的应用

1、前言

目前,我国已有10条可生产220 kV交联聚乙烯( XLPE)电缆的立塔式VCV生产线,其中约3条VCV生产线具有生产500 kV XLPE电缆的条件,并已装备了12条可生产110 kV XLPE电缆的悬链式CCV生产线,其中2条CCV生产线可生产220 kV XLPE电缆,在这些生产线中,基本都配置了导体预热装置。导体预热装置在生产线中有两种情形,一种在安装在导体进入三层共挤挤出机之前,另一种是挤出机前后各配置一个,安装在挤出机之前的为前置预热,之后的为后置预热。导体预热装置可提高生产速度并改善交联电缆绝缘品质。

2、导体预热装置类型及其原理

预热器采用感应式加热,,加热电源频率为10~ 11 kHz,导体直接穿过高频线圈,用电磁场加热导体,对周围环境的热辐射低,传热效率达80% ~ 90%,适用于240mm2以上大截面电缆电缆的加热。导体在线感应预热器可以随时精确跟踪生产线速度和任何变化,并相应调整静态

变频器的输出功率,甚至在电流波动或类似的极小范围内可以对导体内部产生的热量进行精确的调整,以保持加热后的导体表面温度恒定。不管用哪种预热器加热,由于集肤效应的影响,随着电流频率的提高,电流在导体上的分布密度将集中于导体的表面。由焦耳定律可知,导体横截面上热量分布情况是越靠近导体的表面温度越高,而越趋向导体的中心温度越低。对于分割导体,由于分割块之间有绝缘隔开,因而感应电流在各分割块上的分布如同单个导体,每个分割块的表面温度高,中心温度低。

3、导体预热可提高生产速度

含有一定量过氧化物和抗氧剂的聚乙烯基料经挤塑机挤出,并通过一段密封加压加热的交联管道,完成从线型长链到立体网状结构的转变。任何一种化学反应都需要足够的活化能才能进行,交联管道内的加热环境正是为高分子绝缘材料提供必要的聚合反应的活化条件。当使用导体预热装置时,交联所需要的热量可分别从导体和绝缘表面双向传入,降低了绝缘的表面温度,提高了传热效层吸收的热量足以使交联反应充分进行,缩短了交联时间,同时因为热辐射交联时间短,绝缘表面温度低,缩短了冷却所需时间,从而提高了电缆的生产速度。

4、导体预热可改善绝缘品质

如不使用导体预热装置,由于绝缘层比较厚,绝缘各个部分的温度分布极不均匀,绝缘在冷却时会造成外层冷却快,内层冷却慢,这就会带来以下几个问题:

( 1)外层结晶均匀,结晶度高;内层结晶度低,易生成不均匀大球晶。大球晶的排渣效应使绝缘中的杂质和微孔较多的集中在球晶界面,并与微孔一起构成沿大球晶晶界的网络状电气弱区,也就是结晶不理想的内层绝缘反而要承受较高工作场强。

(2)绝缘外层产生压应力,内层产生拉应力。拉应力导致高聚物分子链间或分子链内的化学键变弱,会加速电树枝引发与生长,致使尽管测试时无局放的电缆在使用中绝缘性能却会出现恶化,并导致击穿。

( 3)绝缘外层先冷却并固化,而内层后冷却并收缩,这样易产生微孔。冷收缩产生的微孔,也就是绝缘缺陷的地方,易产生局部放电,也是产生电树枝和水树枝的隐患。使用导体预热装置时,导体在绝缘开始交联前可预热到90~ 180e,交联所需的热量可分别从导体和绝缘表面双向传入,使交联反应充分进行。由于减少了导电线芯与绝缘表面的温差,也改善了绝缘内的热应力和不均匀结晶现象。整体而言,使用导体预热装置可改善电缆绝缘品质。

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