低嵌入絕緣填充式護套阻水動力電纜的研制

張金成

（蘇州寶興電線電纜有限公司，江蘇 蘇州 215100）

1 引言

為了滿足外方客戶對產品品質的高要求，并實現全部的派生特性（如：低放電［1］、耐沖擊［2］、縱向阻水［3］等），需要從兩方面著手：一是在設計層面，通過選用特殊材料和設置特殊結構來滿足使用場合對電纜耐沖擊和縱向阻水等性能要求；二是在工藝層面，通過優選完善硬件條件和制定特殊的工藝方案來實現電纜低放電功能。

2 結構設計

2.1 導體

采用組合式型線［4］絞合緊壓銅導體，導電性油膏填充，保證導體圓整度和光潔度，使縱向阻水和成品低放電特性均得以充分實現。

2.2 絕緣

采用“導體屏蔽、絕緣和絕緣屏蔽”三層共擠，借助?？评推亩瓤刂疲?］技術，保證絕緣層品質優良，達到外方公司提出的技術參數要求。

2.3 金屬屏蔽

采用“矩形銅線［6］+無縫銅帶”組合屏蔽結構，內、外層采用低氣隙半導電阻水帶作屏障，保證屏蔽層兼有縱向阻水和低放電特性，并實現成纜絞合時緩沖電接觸。

2.4 成纜

中心位置設計馬鞍式［7］彈性半導電阻水填條，采用剛性包帶間隙繞包，保證纜芯中心阻水和屏蔽線芯耐外界沖擊，從而易于外護套擠出時嵌入。

2.5 外護套

采用填充式外護套，保證外護套縱向阻水性能，以增加電纜整體的抗沖擊性。產品結構如圖1所示。

圖1 產品結構示意圖

3 工藝方案

3.1 導體

動力電纜采用組合式型線。組合式結構為“中心為圓單線、內層為梯形單線、外層為Z形單線［8］”，內層單線的設計能夠保證導體具有更小的滲水通道，外層單線的設計能夠保證絞合層形成自鎖，通過增大外層絞合節徑比，使導體具有更高的緊壓系數，表面電場分布也更加均勻。拉絲工序配模時，借助先進的計算軟件，并結合選定拉絲設備的技術性能，前9道設定為圓單線、后4道設定為型單線，在滿足型單線加工尺寸的基礎上提升生產速度。導體絞合時，加入自行設計和配制的油膏，基料為鐵路系統用通信線纜的阻水膏。組分中有目數較高而電阻率較低的碳粉，不僅保證了導體阻水性能還不增加單線間的接觸電阻，從而使銅材的經濟性最大化。為了保證模具的尺寸精度并提高導體表面的光潔度，絞合工序制作配置了酒精冷卻和抗氧劑噴灑系統。

3.2 絕緣

絕緣材料擠出前，機頭進口處配置氟塑材質表面帶涂層的合適尺寸哈夫模，可適當減少導體在機頭和硫化管內的抖動。同時，適當降低絕緣層的機頭溫度（一般為2℃～3℃），可有效降低絕緣層“梨偏”的可能性。絕緣材料擠出時，待上密封與機頭口距離為10cm～20cm時，采用點動（進口設備）或旋轉羅盤（國產設備）的方式緩慢進行關閉，可以有效防止因上密封關閉帶來的系統整體較大震動，避免導體在機頭和硫化管中過度抖動而致偏心度提高。硫化區溫度設定時，適當降低一區溫度（如由350℃降至200℃），進而降低絕緣層在熔融狀態的流動速率［9］。正常開機后，相關生產工藝參數自動鎖定，避免人為誤操作帶來導體或絕緣線芯的抖動致使偏心度異常提高。

3.3 金屬屏蔽

銅絲纏繞的力度對成品電纜的局放性能影響較大，張力過小會導致屏蔽層不緊密，而張力過大會導致壓痕過深。因此，需要根據銅絲總根數設定分線板和瓷導套的位置分配，并嚴控牽引張緊力（由原0.5MPa降為0.3MPa）。銅帶繞包時，有間隙易致電磁泄漏和電磁兼容性能不佳，有搭蓋則因屏蔽層不平易致金屬屏蔽層表面電場不均勻。通過借鑒先進的軍工無縫繞包技術，對繞包機頭進行改進，增加了帶材的張力采集系統和構建搭蓋率負反饋線路［10］，使繞包帶的對邊接觸始終處于“臨界”狀態。

3.4 成纜

因成纜設備分線板孔分布離散，易形成較大的絞入角，金屬屏蔽線芯與哈夫模具的摩擦增加，外層的半導電阻水帶極易破損，通過改進分線板上過線導套的分配，調整分線板至?？诘乃骄嚯x，縮小了成纜的絞入角［11］（一般不大于10°），最終有效緩解了各線芯與模具間的摩擦程度。為保證纜芯的圓整度和完整性，成纜后須采用包帶扎緊纜芯。為規避包帶繞包對外護套的擠出效率產生負面影響，聯合外部材料廠家研制出一種強度較好且剛性較大的包帶（材質中添加了合金聚合物），并根據纜芯過模后的外徑膨脹程度和外護套擠出效率的需求確定合理的繞包間隙率。

3.5 外護套

擠出模具的設計（主要為模芯和模套的“壓力角”）直接關系到成品電纜的縱向阻水性能。充分發揮“擠管式”穩定性和“擠壓式”［12］高壓力的各自優點，設計時取消了模芯的“承嘴”和模套的“承徑”，在驗證給定材料流動性的前提下，增大模套設計角3°，終于獲得了較大的擠出壓力。填充擠壓式護套擠出時，纜芯的過度振動或抖動，均會造成擠出制品出現“竹節”狀或者大外徑問題，通過在分流器前設計和制作管狀校直固位裝置，其內孔較纜芯外徑正差2.0mm左右，前端增設阻水粉涂覆段，在保證擠出穩定性的前提下，纜芯通過管孔較為順暢。擠出模具的剖面如圖2所示。

圖2 外護套擠出模具剖面圖

3.6 包裝和交付

電纜收線采用可拆卸的全鐵盤包裝,并統一在其內側板和內桶體墊襯氣泡布，防止或緩沖外界的磨擦甚至碰撞。規范電纜封端和包扎，封帽端口規范纏繞防水膠帶，確保貨品能夠經受遠洋運輸。鑒證試驗前，外方公司人員要求人為制造缺陷來校驗設備的靈敏度，試驗樣件和頻次為外方公司人員現場隨機抽取和確定，主要檢測項目如局部放電、抗擠壓、縱向阻水等特性均優于設計要求，全批次產品一次性通過驗收。

4 結束語

綜上所述，組合式導體的設計和導電油膏的注入，包括平滑式金屬屏蔽層的結構設計和馬鞍式中心填芯的配備，這些“層層設防”的技術設計思路和重點解決“高?！痹阅芏贪宓墓に嚶肪€，實現了成品電纜穩定可靠的縱向阻水性能。馬鞍式中心填芯和外護套“一體化”的擠制，通過“內外夾擊”的組合式設計方案和對功能性重點工序的工藝把控，實現了產品的抗沖擊性能。絕緣工序的“在線”控制技術，特別是材料的優選和擠出精度的全過程控制，包括對雜質含量的限值和對內應力的釋放處理，通過最先進工藝方案的設計運用和固化的“六定”式控制技術的載入，保證了絕緣品質的優良。