宋彩華，林愛華

（1.江蘇宏圖高科技股份有限公司光電線纜分公司，江蘇 無錫 214091；2.江蘇長峰電纜有限公司，江蘇 宜興 214251）

0 引言

35kV及以下交聯(lián)電纜，一般采用導(dǎo)體外直接擠包導(dǎo)體屏蔽，該結(jié)構(gòu)的凹陷情況相對來說比較輕；導(dǎo)體屏蔽采用先繞包半導(dǎo)電帶再擠包半導(dǎo)電料的結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)企業(yè)很少采用，除了成本因素外，主要是難生產(chǎn)，極易出現(xiàn)導(dǎo)體屏蔽凹陷成“梅花狀”的情況，尤其是400mm2及以上大截面電纜[1]。那么針對這一難題是否有解決辦法呢，作者針對該情況進(jìn)行了相關(guān)研究和分析。

1 凹陷現(xiàn)象及采樣來源

本公司在生產(chǎn)型號規(guī)格為YJLY-12/20kV1*400的電纜時(shí)，三層共擠工序絕緣線芯出頭子后，斷面切片取樣，進(jìn)行投影檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，線芯內(nèi)屏與絕緣接觸面不光滑，呈“梅花狀”，具體見圖1，再次約100米后取樣，并沒有好轉(zhuǎn)。

圖1 采用半導(dǎo)電帶的絕緣線芯切片

絕緣線芯生產(chǎn)工藝為：導(dǎo)體外徑23.5mm，半導(dǎo)電帶厚度0.3mm，內(nèi)屏厚度0.8mm，絕緣厚度5.5mm，外屏厚0.8mm，導(dǎo)體外依次為繞包半導(dǎo)電帶、內(nèi)屏、絕緣、外屏。采用的擠塑模模芯直徑為25.0mm。

2 缺陷危害性

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12706.2-2020標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，導(dǎo)體屏蔽由擠包半導(dǎo)電料或在導(dǎo)體上先包半導(dǎo)電帶再擠包半導(dǎo)電料組成，而導(dǎo)體屏蔽的質(zhì)量是否良好，要看內(nèi)屏與絕緣之間的界面是否光滑，分割明顯，不應(yīng)出現(xiàn)相互嵌入的如凹陷或凸起的缺陷（如圖1）。一旦出現(xiàn)了該缺陷，導(dǎo)體的屏蔽可能會失去其作用，因?yàn)槠帘伪旧砭褪菫榱耸箤?dǎo)體表面場強(qiáng)分布均勻[2]。該凹陷的出現(xiàn)，將可能使場強(qiáng)集中從而損害絕緣，減少電纜的使用壽命。

3 可能存在的影響因素

內(nèi)屏凹陷到絕緣屏蔽內(nèi)，是什么原因引起的呢？為了解決該問題，公司組成了技術(shù)攻關(guān)小組，進(jìn)行了原因分析和調(diào)查。經(jīng)初步分析可能與下述因素有關(guān)：

與半導(dǎo)電帶有關(guān)；

絞合導(dǎo)體表面松散有縫隙；

設(shè)備因素；

操作人員及技術(shù)水平；

擠塑機(jī)的擠塑壓力過大；

4 影響因素的驗(yàn)證和確認(rèn)

針對上述可能存在的因素，進(jìn)行了逐項(xiàng)分析，驗(yàn)證與判斷問題的根源；

4.1 半導(dǎo)電帶

找出此前生產(chǎn)的留樣記錄，未采用半導(dǎo)電帶結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品取樣見圖2，經(jīng)對比可見，沒有采用半導(dǎo)電帶結(jié)構(gòu)工藝的產(chǎn)品，并未見內(nèi)屏凹陷至絕緣的明顯情況，這說明該缺陷的出現(xiàn)與半導(dǎo)電帶是有關(guān)的。

圖2 無半導(dǎo)電帶的絕緣線芯切片

為了進(jìn)一步的驗(yàn)證該結(jié)論，將同一導(dǎo)體，邊剝離半導(dǎo)電帶邊擠包三層共擠，出頭子約50米，取樣對比發(fā)現(xiàn)，依然存在有凹陷，凹陷情況明顯變輕。

通過以上兩種情況分析，導(dǎo)體是否采用了繞包半導(dǎo)電帶的結(jié)構(gòu)工藝，并不是決定凹陷情況出現(xiàn)的決定性因素，但卻是相關(guān)因素[3]。

4.2 導(dǎo)體絞合工藝

采用一段表面光滑平整幾乎無縫隙的70mm2型線導(dǎo)體進(jìn)行試制，絕緣線芯的擠塑工藝參數(shù)不變，經(jīng)擠制后，取樣投影后發(fā)現(xiàn)，該凹陷情況消失，見圖3。

圖3 型線導(dǎo)體擠制的絕緣線芯切片

而大截面400mm2的鋁絞合導(dǎo)體，由于絞線的單絲直徑相對較粗，盡管采用了緊壓工藝，最外層的縫隙依然很明顯，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，該線表面?zhèn)€別單絲還存在有松散的情況。由此可見，絞線導(dǎo)體表面的縫隙存在，是引起內(nèi)屏凹陷的原因，絞線導(dǎo)體表面的凹陷的情況及松散，是致使內(nèi)屏凹陷出現(xiàn)的重要因素[4]。

4.3 設(shè)備因素

為了確認(rèn)是否與設(shè)備有關(guān)，將原導(dǎo)體和擠塑工藝均不變的情況下，采用另一臺擠塑機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，擠塑出約50米多次取樣觀測，凹陷情況沒有好轉(zhuǎn)，這驗(yàn)證了，內(nèi)屏凹陷的情況與生產(chǎn)設(shè)備無關(guān)。

4.4 操作人員及技術(shù)水平

為了驗(yàn)證是否與操作工技術(shù)水平有關(guān)，試制期間，也聘請到同行其他2個廠家的三層共擠技師，各開機(jī)生產(chǎn)了一段，分別取樣測試，凹陷依然沒有好轉(zhuǎn)。通過驗(yàn)證，這種情況的出現(xiàn)，也排除了操作工技術(shù)水平的因素[5]。

4.5 擠塑機(jī)模具

為了驗(yàn)證是否是擠塑機(jī)頭壓力過大，從擠塑模具上著手。采用的擠壓模具，模芯孔徑是25.0mm，而該模具是生產(chǎn)12/20kV截面400mm2規(guī)格絕緣線芯無繞包半導(dǎo)電帶的一套擠塑模，而現(xiàn)在的工藝是采用了半導(dǎo)電繞包帶，帶子厚0.3mm，導(dǎo)體外徑23.5mm，相當(dāng)于擠塑前直徑增大到了24.4mm，而模芯孔徑未變，模芯與線芯的間隙只有0.3mm（兩邊間隙共0.6mm）。因此擠塑壓力非常大，壓著內(nèi)屏和半導(dǎo)電帶嵌入導(dǎo)體縫隙內(nèi)，縫隙處對應(yīng)絕緣相應(yīng)的向內(nèi)陷，整體看起來內(nèi)屏與絕緣界面出現(xiàn)凸凹不平的情況。為了緩解壓力，則需增加模具模芯孔徑，增大模芯與導(dǎo)體外徑之間的縫隙從而減小擠出壓力[6]。

為了驗(yàn)證該想法，重新定制了一套模具，并增加了內(nèi)模的角度，模芯孔徑增大到25.6mm，采用新制模具再次經(jīng)試制，凹陷情況明顯變輕，見圖4。這說明采用的適當(dāng)?shù)臄D塑模具能緩解擠塑壓力，擠塑模具也是凹陷情況的因素之一。

圖4 還有輕微凹陷的切片圖

5 影響因素的分析及解決辦法

5.1 半導(dǎo)電帶的影響

半導(dǎo)電帶為何會導(dǎo)致凹陷呢？又如何解決呢？經(jīng)咨詢和請教有關(guān)材料廠家和同行的技術(shù)人員，給出的建議是，更換半導(dǎo)電帶材質(zhì)，分析可能是由于該材質(zhì)的強(qiáng)度較低。將半導(dǎo)電帶材質(zhì)取樣測試，發(fā)現(xiàn)本次采用的半導(dǎo)電帶只有40N/15mm，由于強(qiáng)度低，可能在高溫下產(chǎn)生變形、變軟的情況，在擠塑較大壓力下出現(xiàn)了嵌入到導(dǎo)體的縫隙內(nèi)的情況。

經(jīng)材料廠家推薦，采用了強(qiáng)度高的半導(dǎo)電尼龍帶，該材質(zhì)強(qiáng)度不低于120/cm。為進(jìn)一步驗(yàn)證，還采用原400mm2的導(dǎo)體，繞包了半導(dǎo)電尼龍帶之后，按最初的工藝生產(chǎn)，經(jīng)取樣對比發(fā)現(xiàn)，凹陷情況明顯變輕。這說明半導(dǎo)電帶的材質(zhì)強(qiáng)度低，也是原因之一，因此，為了減緩凹陷情況，可采用較高強(qiáng)度的半導(dǎo)電帶。

5.2 絞合導(dǎo)體表面松散與缺陷的關(guān)系

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，本批次的400mm2的鋁導(dǎo)體采用的鋁桿是A6桿，而A6桿的強(qiáng)度偏高，相對較硬，加上單絲較粗，絞合后表面不服帖，致使產(chǎn)生了松散、縫隙大的不良情況。要改善鋁導(dǎo)體表面的狀況，可采取以下措施：

a.采用強(qiáng)度小的A4或A2鋁桿，單絲強(qiáng)度低，伸長和柔軟性較好，即使較粗的單絲，絞合后最外層相對較為平整；

b.絞合工序的絞線機(jī)設(shè)備采用自帶預(yù)成型裝置，該裝置也可以減小導(dǎo)體的內(nèi)應(yīng)力，從而減緩導(dǎo)體成型后由于應(yīng)力而松散的程度；

c.絞線工序?qū)w在出牽引上盤之前這段不受力，易松，尤其是大截面的導(dǎo)體，若不固定，就會出現(xiàn)松散現(xiàn)象，導(dǎo)體的端頭一旦松散，則會順延至整段導(dǎo)體松散。因此，大截面的鋁導(dǎo)體端頭，出牽引后應(yīng)采用抱箍等加以固定以保證該段導(dǎo)體在上盤之前不會出現(xiàn)導(dǎo)體松股的情況；

d.采用合適的絞線模具，既保證產(chǎn)品的性能，又能保證表面平整緊密；

e.可采用型線導(dǎo)體設(shè)計(jì)工藝，型線導(dǎo)體設(shè)計(jì)工藝由于其特殊異形單絲組成，該設(shè)計(jì)可以保證表面光滑平整且縫隙小。

5.3 選擇合適的擠塑模具

機(jī)頭壓力過大，這和擠塑模具相關(guān)。正常情況下，機(jī)頭壓力有點(diǎn)大，無非就會壓著內(nèi)屏嵌入到導(dǎo)體表面，絕緣與內(nèi)屏間不至于會引起凸凹不平的情況，但是，當(dāng)導(dǎo)體繞包了半導(dǎo)電帶之后，又沒有適當(dāng)?shù)臏p小機(jī)頭壓力，這樣擠出的內(nèi)屏料是一定的，隨著半導(dǎo)電帶在高溫下軟化、變形，部分內(nèi)屏料就會進(jìn)入到凹陷處，自然而然的絕緣料也進(jìn)入到內(nèi)屏凹陷處，進(jìn)而就出現(xiàn)了導(dǎo)體內(nèi)屏蔽層凹陷嚴(yán)重的情況。

減小機(jī)頭壓力，可通過采用合適的擠塑模具緩解，主要通過增大導(dǎo)體與襯模之間的間隙，加大襯模的角度等辦法解決。

6 結(jié)束語

綜上所述，絞線導(dǎo)體表面松散、縫隙大、及采用的半導(dǎo)電帶強(qiáng)度低、擠塑模具不合適等綜合因素，是致使繞包了半導(dǎo)電帶的中壓交聯(lián)電纜導(dǎo)體屏蔽凹陷的情況的原因，本文也提供了可行的解決措施。因?yàn)槿龑庸矓D工序費(fèi)時(shí)費(fèi)力，試制浪費(fèi)較大，本人通過實(shí)際生產(chǎn)研發(fā)，加以分析和驗(yàn)證后，撰寫了此文，以供同行業(yè)參考。