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大截面铠裝聚乙烯外護套電纜開裂問題淺析

发布时间:2021-11-27 | 文章来源:

  聚乙烯(PE)由于具有良好的機械強度、韌性、耐熱性、絕緣和化學穩定性,被廣泛地應用于電力電纜、市話電纜的絕緣和護套上。但是由于聚乙烯本身的結構原因,使得它的耐環境應力開裂性能較差,特別是聚乙烯用作大截面的铠裝電纜外護套時,開裂問題尤爲突出。

 

  一、PE護套開裂的機理

 

  PE護套開裂主要有以下兩種情況:一種是耐環境應力開裂,指的是電纜在安裝運行後,護套在組合應力的作用或者環境介質接觸時,從表面開始産生的脆性開裂現象。這種開裂一般是由兩個因素造成的:一是護套存在內應力,二是電纜護套長時間接觸了極性液體。這種開裂主要取決于材料本身耐環境應力開裂性能,通過多年的材料改性研究這種情況已得到根本解決。另一種是機械應力開裂,是因爲電纜在結構上存在缺點或者護套擠出工藝不合適,護套在結構上存在較大的應力,且容易産生應力集中,使電纜在施工放纜時産生變形而開裂。這種開裂在大截面的鋼帶铠裝層的外護套中更爲明顯。

 

  二、PE護套開裂原因及改善措施

 

  2.1 电缆钢带结构的影响

 

  當電纜的外徑較大時,铠裝層一般采用雙層鋼帶間隙繞包而成。根據電纜外徑的不同,鋼帶厚度有0.2mm、0.5mm和0.8mm之分。铠裝鋼帶的厚度越大,剛性越強,塑性就越差,鋼帶上下層的間距越大。在擠出拉伸過程中,導致铠裝層的表面上下層鋼帶之間的護套厚度差很大。在外層鋼帶邊緣的部分護套厚度最薄,內部應力最集中,是未來發生開裂的主要位置。爲避免铠裝鋼帶對外護套的影響,在鋼帶和PE外護套間繞包或擠包一定厚度的緩沖層,緩沖層應緊密均勻、無褶皺、無凸起。緩沖層的加入,改善了兩層鋼帶之間的平整度,使PE護套料的厚度均勻,在加上PE護套的收縮作用,使得護套既不會出現松包現象,也不會包的太緊,從而減小了內應力。

 

  2.2 电缆生产工艺的影响

 

  大外徑铠裝電纜護套擠塑工藝存在的主要問題是護套擠出時冷卻不夠,模具配制不合理,拉伸比過大,造成護套中內應力過大。大規格電纜因護套厚、外徑大,一般擠出生産線水槽的長度和體積有限,護套擠出時從二百多度的高溫冷卻至常溫比較困難。擠出後若護套冷卻不充分,靠近铠裝層的護套部分會比較軟,電纜在成品盤彎曲時很容易造成鋼帶在護套表面造成切痕,致使在施工放纜時,外護套承受較大外力而開裂。另一方面護套冷卻不夠,會造成電纜成盤後進一步冷卻産生較大內收縮力,使護套在較大外力作用下開裂的幾率上升。爲了保證電纜充分冷卻,可適當增加水槽的長度或者體積,在保證護套塑化良好的基礎上適當降低擠出速度,保證上盤時電纜護套內外層已冷卻充分。同時考慮到聚乙烯爲結晶型聚合物,宜采用分段降溫的溫水冷卻方式,以減小冷卻過程中産生的內應力。一般采用由70-75℃冷卻至50-55℃,最後冷卻至室溫的方法。

 

  2.3 电缆成盘弯曲半径的影响

 

  电缆成盘时,电缆厂家需要按照行业标准JB/T 8137.1-2013规定,选择合适的交货盘。但是当用户要求的交货长度较长时,大外径大段长的成品电缆,选用适宜的盘具十分困难。有些生产厂家为保证交货长度,不得不减小盘具的筒体直径,造成电缆弯曲半径不够,铠装层因电缆弯曲过大而产生位移,对护套产生较大的剪切力,严重时铠装钢带毛边会扎破缓冲层直接嵌入护套内,使护套沿钢带边沿产生裂纹或裂缝。在施工放缆时,电缆受到横向弯切力和拉力很大,造成成品电缆从盘上展开后护套沿裂纹方向开裂,电缆盘靠近筒体层的电缆更易开裂。

 

  2.4 现场施工及敷设环境的影响

 

  规范电缆施工,严格按照GB/T 50168-2006要求进行施工,建议尽量降低放缆速度,避免对电缆产生过大的侧压力、弯切力和拉力,避免电缆表面的碰撞,文明施工。同时保证施工时电缆的最小安装弯曲半径符合国标GB/T 12706.1-2008的规定,单芯铠装电缆弯曲半径≥15D,三芯铠装电缆弯曲半径≥12D(D为电缆外径)。电缆敷设前最好在50-60℃条件下放置一段时间,使护套中的内应力得到释放。同时避免电缆长时间在太阳下暴晒,因为暴晒时,电缆不同侧面温度不一致,容易产生应力集中,在电缆施工放缆时,增加了护套开裂的风险。

 

  結束語

 

  大截面铠裝聚乙烯電纜護套開裂問題是電纜廠家須面對的一個難題。爲提高電纜PE外護套的耐開裂性能,應從護套材料本身、電纜結構、生産工藝及敷設環境等多方面控制,延長電纜的使用壽命,保證電纜的質量。


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