大规格辐照交联风能电缆的研究
大规格辐照交联风能电缆的研究
吕永平 湖北
摘要：根据GB/T29631-2013标准要求，风力发电用耐扭曲软电缆绝缘采用乙丙橡胶，护套采
用氯丁橡胶或氯磺化聚乙烯。行业上生产该产品的交联工艺方法有蒸汽交联、辐照交联两种。其中蒸汽交联被广泛认为产品硫化均匀性好，缺点是设备投资大、工艺复杂、容易造成环境污染；而辐照交联工艺生产风能电缆不需大型炼胶、硫化设施，环境卫生，工艺过程易控制，缺点是受射线穿透力限制，大规格产品交联均匀性不好。本文从辐照工艺电压、剂量大小、材料选型等方面进行研究，结果表明，当选材正确时，240 mm2及以下的耐扭曲软电缆采用2.5Mev电子加速器辐照，其交联均匀性较好，产品各项性能均能达到标准要求。
1、实验设备和材料：150挤出机、2.5Mev电子加速器、拉力机、热延伸试验仪、烘箱、902号油、普通风能用乙丙绝缘、氯磺化聚乙烯护套料、黄石永腾绝缘材料有限公司风能电缆专用料。
2、电缆规格结构：240 mm2，根据GB/T29631标准规定，电缆绝缘层采用辐照交联型乙丙橡胶，典型厚度2.5mm，护套层采用辐照交联型氯化聚乙烯，典型厚度3.5mm，产品外径34.5 mm。
3、辐照电压的选择：根据理论计算，对于240 mm2电缆，2.5Mev已是临界电压，因此采用2.5Mev进行试验。
4、辐照剂量试验：试验发现，各种辐照剂量下，绝缘热延伸、护套抗撕裂、护套耐油3种性能不容易同时合格，故本试验重点针对这几项性能进行。
4.1使用普通风能用乙丙绝缘、氯磺化聚乙烯护套料，不同辐照剂量下的试验结果
取样方法：沿电缆圆周方向等距取4个样分别进行试验，结果取平均值
①20Mrad试验结果：绝缘热延伸、护套耐油不合格。
项目 | 单位 | 标准规定值 | 实测值 | 平均值 | 结果评定 | ||||
绝缘热延伸 | 变化率 | % | ≤175 | 拉断 | 100 | 拉断 | 150 | -- | 不合格 |
永久变形 |
| ≤15 |
| 7 |
| 7 | -- | 不合格 | |
护套耐矿物油 | 拉伸强度变化率 | % | ≤-40 | -49 | -38 | -44 | -42 | -43.25 | 不合格 |
拉断伸长率变化率 |
| ≤-40 | -37 | -31 | -35 | -31 | -33.5 | 合格 | |
护套抗撕强度 | N/mm | 5.0 | 5.7 | 5.1 | 5.3 | 6.0 | 5.525 | 合格 | |
②21Mrad试验结果：护套耐油不合格
项目 | 单位 | 标准规定值 | 实测值 | 平均值 | 结果评定 | ||||
绝缘热延伸 | 变化率 | % | ≤175 | 250 | 160 | 175 | 100 | 171.25 | 合格 |
永久变形 |
| ≤15 | 10 | 8 | 9 | 6 | 8.25 | 合格 | |
护套耐矿物油 | 拉伸强度变化率 | % | ≤-40 | -44.5 | -39 | -45 | -40 | -42.13 | 不合格 |
拉断伸长率变化率 |
| ≤-40 | -36.5 | -33 | -32 | -29 | -32.32 | 合格 | |
护套抗撕强度 | N/mm | ≥5.0 | 5.3 | 5.0 | 5.5 | 5.1 | 5.225 | 合格 | |
③22Mrad试验结果：护套抗撕强度不合格。
项目 | 单位 | 标准规定值 | 实测值 | 平均值 | 结果评定 | ||||
绝缘热延伸 | 变化率 | % | ≤175 | 175 | 100 | 175 | 90 | 135 | 合格 |
永久变形 |
| ≤15 | 8 | 7 | 8 | 7 | 7.5 | 合格 | |
护套耐矿物油 | 拉伸强度变化率 | % | ≤-40 | -42 | -37 | -41 | -38 | -39.5 | 合格 |
拉断伸长率变化率 |
| ≤-40 | -35 | -30 | -32 | -26 | -30.75 | 合格 | |
护套抗撕强度 | N/mm | ≥5.0 | 3.7 | 3.2 | 3.5 | 4.0 | 3.6 | 不合格 | |
上述试验说明，采用使用普通风能用乙丙绝缘、低温氯化聚乙烯护套料，辐照电压2.5Mev不变的情况下：
剂量为20Mrad时，绝缘热延伸严重不合格，护套耐矿物油不合格，护套抗撕强度合格；
剂量为22Mrad时，绝缘热延伸合格，护套耐矿物油合格，护套抗撕强度不合格；
剂量为21Mrad时，绝缘热延伸合格，护套耐矿物油不合格，护套抗撕强度合格；
无论哪种剂量，绝缘热延伸均匀性都很不好，相对来说剂量为21Mrad时结果好一点。
就是说，无论怎样的辐照剂量，这种设备、材料条件下，产品的结果都无法完全符合标准要求。
4.2针对2.5Mev电子加速器对于240mm2电缆穿透力富裕不大的情况，采用黄石永腾绝缘材料有限公司专用风能料，通过提高材料的交联特性来克服电子穿透力不足的缺陷。
①20Mrad试验结果：
项目 | 单位 | 标准规定值 | 实测值 | 平均值 | 结果评定 | ||||
绝缘热延伸 | 变化率 | % | ≤175 | 60 | 50 | 65 | 45 | 55 | 合格 |
永久变形 |
| ≤15 | 1.5 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.1 | 合格 | |
护套耐矿物油 | 拉伸强度变化率 | % | ≤-40 | -39 | -36 | -37 | -35 | -36.5 | 合格 |
拉断伸长率变化率 |
| ≤-40 | -25 | -24 | -27 | -26 | -25.5 | 合格 | |
护套抗撕强度 | N/mm | ≥5.0 | 6.7 | 6.9 | 7.0 | 6.3 | 6.725 | 合格 | |
②21Mrad试验结果：
项目 | 单位 | 标准规定值 | 实测值 | 平均值 | 结果评定 | ||||
绝缘热延伸 | 变化率 | % | ≤175 | 55 | 50 | 50 | 45 | 50 | 合格 |
永久变形 |
| ≤15 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 0.0 | 0.75 | 合格 | |
护套耐矿物油 | 拉伸强度变化率 | % | ≤-40 | -32 | -28 | -33 | -30 | -30.75 | 合格 |
拉断伸长率变化率 |
| ≤-40 | -21 | -20 | -20 | -19 | -20 | 合格 | |
护套抗撕强度 | N/mm | ≥5.0 | 6.2 | 6.0 | 5.9 | 6.1 | 6.05 | 合格 | |
③22Mrad试验结果：
项目 | 单位 | 标准规定值 | 实测值 | 平均值 | 结果评定 | ||||
绝缘热延伸 | 变化率 | % | ≤175 | 50 | 40 | 55 | 30 | 43.75 | 合格 |
永久变形 |
| ≤15 | 1.0 | 0.0 | 1.0 | 0.0 | 0. 5 | 合格 | |
护套耐矿物油 | 拉伸强度变化率 | % | ≤-40 | -30 | -21 | -29 | -22 | -25.5 | 合格 |
拉断伸长率变化率 |
| ≤-40 | -17 | -15 | -20 | -18 | -17.5 | 合格 | |
护套抗撕强度 | N/mm | ≥5.0 | 5.5 | 5.3 | 5.7 | 5.4 | 5.475 | 合格 | |
上述试验结果说明，采用专用料后，三种辐照剂量下的测量值一致性较好，性能符合标准要求。随着辐照剂量的提高，绝缘热延伸数据在下降，护套耐油性变好，而抗撕裂变差，相对21Mrad的结果最好。
小结：生产大规格辐照交联型风能电缆，受电子射线穿透力所限，当采用普通的辐照交联型风能电缆料生产时，无论采用哪种辐照工艺，很难保证产品的绝缘热延伸、护套耐油、护套抗撕三项性能同时合格；选用黄石永腾绝缘材料有限公司专用风能电缆料时，通过合适的辐照工艺，交联均匀性较好，产品各项性能均达到标准要求。
