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在電力電纜日常使用中,偶有電纜用戶反饋安裝在露天的低壓0.6/1kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜線芯在使用1-2年后,其裸露在外面的電纜終端絕緣層出現(xiàn)的開(kāi)裂或部分絕緣脫落,電纜芯線絕緣層發(fā)生變色及脆性開(kāi)裂,出現(xiàn)絕緣開(kāi)裂現(xiàn)象。
在電纜敷設(shè)現(xiàn)場(chǎng),發(fā)生電纜絕緣層開(kāi)裂的是一般為YJV或YJV22型0.6/1kV低壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜,其所采用的絕緣料是交聯(lián)聚乙烯。聚乙烯經(jīng)過(guò)蒸汽交聯(lián)后,其分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu),使熱塑性的聚乙烯變?yōu)闊峁绦缘慕宦?lián)聚乙烯,大幅度提高了材料的耐熱性和機(jī)械性能,并保持了優(yōu)良的電氣性能。但由于上述工種電纜的絕緣材料不屬于耐候交聯(lián)聚乙烯,其抗陽(yáng)光老化性能較差。若此電纜長(zhǎng)期曝露在日光下,會(huì)加速絕緣層的老化,zui終導(dǎo)致絕緣發(fā)生開(kāi)裂或者部分絕緣脫落。
1、絕緣開(kāi)裂原因分析
電纜運(yùn)行1-2年后,絕緣芯線表面呈竹節(jié)開(kāi)裂形狀,用手掰時(shí)絕緣材料碎成小塊,同時(shí)顏色芯線變成半透明。這是因?yàn)樵诠狻?、氧、?yīng)力諸多因素的共同作用下,芯線絕緣發(fā)生了脆性開(kāi)裂。
(1)光老化作用
由于電纜絕緣直接曝露在強(qiáng)陽(yáng)光下,在收到熱輻射作用的同時(shí)也收到光的長(zhǎng)時(shí)間照射,造成絕緣材料光老化降解。由于紅色是zui不耐受陽(yáng)光的顏色:電纜中的紅色芯線變色zui嚴(yán)重。光對(duì)加速交聯(lián)聚乙烯的開(kāi)裂起了很大的作用。強(qiáng)陽(yáng)光會(huì)對(duì)塑料和橡膠等高分子材料產(chǎn)生老化破壞的作用。對(duì)于大多數(shù)塑料來(lái)說(shuō),zui易造成破壞的敏感波長(zhǎng)(塑料對(duì)其吸收zui大)在290-400ilm之間,及紫外光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。在較強(qiáng)的紫外光長(zhǎng)期照射下,聚乙烯會(huì)引入較多的含氧基因,聚合物鏈大量斷裂,分子量降低,分子量的分布加寬。因此,光氧化降解是光老化的主要反應(yīng)。同時(shí),含羰基分解產(chǎn)物和發(fā)色團(tuán)的形成又加重了其顏色的變化,這可從紅色芯線顏色變化zui快中得到驗(yàn)證。
通常在生產(chǎn)電纜時(shí),其外套材料需要添加光穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑和抗氧化劑等。而絕緣材料一般沒(méi)有這方面的考慮。如果電纜安裝在戶外時(shí),電纜終端接頭處絕緣層未經(jīng)保護(hù)處理,裸露在外的芯線受到日光長(zhǎng)時(shí)間的照射,引起分子鏈的斷裂降解造成老化,大大縮短了其使用壽命,給電纜的長(zhǎng)期安全運(yùn)行留下了隱患。因此,光老化作用是絕緣層產(chǎn)生開(kāi)裂的主要原因。
(2)熱老化作用
電纜絕緣如果長(zhǎng)期曝露在空氣中,除了受陽(yáng)光照射外,還受到太陽(yáng)的熱輻射。長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)引起絕緣材料溫度上升,加速交聯(lián)聚乙烯的斷裂老化進(jìn)程。在與氧化隔絕的條件下受熱,包括聚乙烯或交聯(lián)聚乙烯在內(nèi)的聚烯烴類(lèi)材料特性是穩(wěn)定的。而在氧氣環(huán)境下,即使溫度較低,聚烯烴類(lèi)材料也能發(fā)生氧化反應(yīng)。
和光氧化反應(yīng)一樣,交聯(lián)聚乙烯的氧化反應(yīng)的歷程非常復(fù)雜,包括聚合物的氧化、斷裂降解等過(guò)程。其*產(chǎn)物包括羰基化合物、過(guò)氧化物、烷氧基化合物等。對(duì)于絕緣材料,光、氧、熱三者的作用是相輔相成的是一種協(xié)同作用的方式。在沒(méi)有氧的條件下,光化學(xué)反應(yīng)非常緩慢;同樣,熱也起協(xié)同作用,熱使得發(fā)色團(tuán)的官能基增加,同時(shí)也促進(jìn)了光化學(xué)反應(yīng)中的氧在材料中的擴(kuò)散。因此,在光、氧、熱三者的共同作用下,高分子材料的斷裂老化會(huì)大大加速。
(3)熱應(yīng)力作用
由于交聯(lián)電纜是由熱膨脹系數(shù)相差幾十倍的絕緣和導(dǎo)體組合而成的,在制造過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,而內(nèi)應(yīng)力的作用也加速了絕緣的開(kāi)裂進(jìn)程。
在電纜的制造過(guò)程中,如果生產(chǎn)速度較快,絕緣表面的較快冷卻,高溫下的分子鏈就沒(méi)有足夠時(shí)間松弛,急劇冷卻后絕緣收縮不均勻會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。此外,在電纜使用時(shí),陽(yáng)光直接照射的部位收到較大的熱輻射作用,會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯絕緣產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力具有隨機(jī)性,很難準(zhǔn)確計(jì)算其大小及方向。而聚乙烯是對(duì)應(yīng)力非常敏感的材料,在應(yīng)力的作用下,它容易產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)裂現(xiàn)象。交聯(lián)聚乙烯是將線型結(jié)構(gòu)的聚乙烯經(jīng)蒸汽交聯(lián)處理后生成網(wǎng)狀立體型結(jié)構(gòu);交聯(lián)后的分子間鍵合力增大,不利于分子鏈的滑脫,相應(yīng)的應(yīng)力作用不易造成內(nèi)部缺陷,其耐應(yīng)力開(kāi)裂性能有較大的提高。但熱應(yīng)力的作用始終存在,只不過(guò)這一變化慢了一些。交聯(lián)電纜內(nèi)存在熱應(yīng)力,尚無(wú)法進(jìn)行定量檢測(cè),只能在生產(chǎn)工藝上有意識(shí)地采用防范措施來(lái)減少。
在交聯(lián)電纜生產(chǎn)時(shí),將剛從機(jī)頭模具口擠出來(lái)的電纜分?jǐn)嗬鋮s,讓高溫下的分子鏈有足夠的時(shí)間松弛并逐漸冷卻,以避免絕緣層急劇冷卻后使得絕緣收縮不均勻而產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。特別是在生產(chǎn)絕緣較厚的高壓線纜時(shí),必須加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)工藝的控制。對(duì)于絕緣較薄的低電壓電纜,在工藝上也會(huì)采取一些措施,是絕緣電纜內(nèi)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力盡可能小。
耐候交聯(lián)聚乙烯料含有抗陽(yáng)光老化劑,長(zhǎng)期暴露在日光下不會(huì)老化開(kāi)裂,可用于制造絕緣架空線。YJV或YJV22型號(hào)的電纜絕緣不屬于耐候性,因此,如果要安裝在戶外露天的地方,只能采取加強(qiáng)保護(hù)絕緣層的辦法來(lái)預(yù)防絕緣老化開(kāi)裂。
2、絕緣開(kāi)裂的解決辦法:
GB/T50168-2006電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗(yàn)收規(guī)范等6.2.3條和GB/T50217-2007《電力工程電纜涉及規(guī)范》第5.1.12條規(guī)定,對(duì)裸露的絕緣層外繞包保護(hù)層(如熱縮絕緣套管或冷縮絕緣套管或絕緣膠帶等),要采取有效的補(bǔ)救措施,防止絕緣層過(guò)早老化開(kāi)裂。
通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)應(yīng)用發(fā)現(xiàn),有部分電力公司的防護(hù)措施做得很到位,通過(guò)在曝露在陽(yáng)光下的電纜絕緣層外包覆一層帶相色的熱縮管,對(duì)裸露在外面的電纜絕緣層加強(qiáng)保護(hù)。
為防止此類(lèi)電纜戶外終端絕緣層的過(guò)早老化開(kāi)裂,須采取保護(hù)措施,加強(qiáng)對(duì)終端暴露在 外的絕緣層的保護(hù),以確保電纜能長(zhǎng)期安全運(yùn)行。
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