低嵌入绝缘填充式护套阻水动力电缆的研制

张金成

（苏州宝兴电线电缆有限公司，江苏 苏州 215100）

1 引言

为了满足外方客户对产品品质的高要求，并实现全部的派生特性（如：低放电［1］、耐冲击［2］、纵向阻水［3］等），需要从两方面着手：一是在设计层面，通过选用特殊材料和设置特殊结构来满足使用场合对电缆耐冲击和纵向阻水等性能要求；二是在工艺层面，通过优选完善硬件条件和制定特殊的工艺方案来实现电缆低放电功能。

2 结构设计

2.1 导体

采用组合式型线［4］绞合紧压铜导体，导电性油膏填充，保证导体圆整度和光洁度，使纵向阻水和成品低放电特性均得以充分实现。

2.2 绝缘

采用“导体屏蔽、绝缘和绝缘屏蔽”三层共挤，借助希科拉低偏心度控制［5］技术，保证绝缘层品质优良，达到外方公司提出的技术参数要求。

2.3 金属屏蔽

采用“矩形铜线［6］+无缝铜带”组合屏蔽结构，内、外层采用低气隙半导电阻水带作屏障，保证屏蔽层兼有纵向阻水和低放电特性，并实现成缆绞合时缓冲电接触。

2.4 成缆

中心位置设计马鞍式［7］弹性半导电阻水填条，采用刚性包带间隙绕包，保证缆芯中心阻水和屏蔽线芯耐外界冲击，从而易于外护套挤出时嵌入。

2.5 外护套

采用填充式外护套，保证外护套纵向阻水性能，以增加电缆整体的抗冲击性。产品结构如图1所示。

图1 产品结构示意图

3 工艺方案

3.1 导体

动力电缆采用组合式型线。组合式结构为“中心为圆单线、内层为梯形单线、外层为Z形单线［8］”，内层单线的设计能够保证导体具有更小的渗水通道，外层单线的设计能够保证绞合层形成自锁，通过增大外层绞合节径比，使导体具有更高的紧压系数，表面电场分布也更加均匀。拉丝工序配模时，借助先进的计算软件，并结合选定拉丝设备的技术性能，前9道设定为圆单线、后4道设定为型单线，在满足型单线加工尺寸的基础上提升生产速度。导体绞合时，加入自行设计和配制的油膏，基料为铁路系统用通信线缆的阻水膏。组分中有目数较高而电阻率较低的碳粉，不仅保证了导体阻水性能还不增加单线间的接触电阻，从而使铜材的经济性最大化。为了保证模具的尺寸精度并提高导体表面的光洁度，绞合工序制作配置了酒精冷却和抗氧剂喷洒系统。

3.2 绝缘

绝缘材料挤出前，机头进口处配置氟塑材质表面带涂层的合适尺寸哈夫模，可适当减少导体在机头和硫化管内的抖动。同时，适当降低绝缘层的机头温度（一般为2℃～3℃），可有效降低绝缘层“梨偏”的可能性。绝缘材料挤出时，待上密封与机头口距离为10cm～20cm时，采用点动（进口设备）或旋转罗盘（国产设备）的方式缓慢进行关闭，可以有效防止因上密封关闭带来的系统整体较大震动，避免导体在机头和硫化管中过度抖动而致偏心度提高。硫化区温度设定时，适当降低一区温度（如由350℃降至200℃），进而降低绝缘层在熔融状态的流动速率［9］。正常开机后，相关生产工艺参数自动锁定，避免人为误操作带来导体或绝缘线芯的抖动致使偏心度异常提高。

3.3 金属屏蔽

铜丝缠绕的力度对成品电缆的局放性能影响较大，张力过小会导致屏蔽层不紧密，而张力过大会导致压痕过深。因此，需要根据铜丝总根数设定分线板和瓷导套的位置分配，并严控牵引张紧力（由原0.5MPa降为0.3MPa）。铜带绕包时，有间隙易致电磁泄漏和电磁兼容性能不佳，有搭盖则因屏蔽层不平易致金属屏蔽层表面电场不均匀。通过借鉴先进的军工无缝绕包技术，对绕包机头进行改进，增加了带材的张力采集系统和构建搭盖率负反馈线路［10］，使绕包带的对边接触始终处于“临界”状态。

3.4 成缆

因成缆设备分线板孔分布离散，易形成较大的绞入角，金属屏蔽线芯与哈夫模具的摩擦增加，外层的半导电阻水带极易破损，通过改进分线板上过线导套的分配，调整分线板至模口的水平距离，缩小了成缆的绞入角［11］（一般不大于10°），最终有效缓解了各线芯与模具间的摩擦程度。为保证缆芯的圆整度和完整性，成缆后须采用包带扎紧缆芯。为规避包带绕包对外护套的挤出效率产生负面影响，联合外部材料厂家研制出一种强度较好且刚性较大的包带（材质中添加了合金聚合物），并根据缆芯过模后的外径膨胀程度和外护套挤出效率的需求确定合理的绕包间隙率。

3.5 外护套

挤出模具的设计（主要为模芯和模套的“压力角”）直接关系到成品电缆的纵向阻水性能。充分发挥“挤管式”稳定性和“挤压式”［12］高压力的各自优点，设计时取消了模芯的“承嘴”和模套的“承径”，在验证给定材料流动性的前提下，增大模套设计角3°，终于获得了较大的挤出压力。填充挤压式护套挤出时，缆芯的过度振动或抖动，均会造成挤出制品出现“竹节”状或者大外径问题，通过在分流器前设计和制作管状校直固位装置，其内孔较缆芯外径正差2.0mm左右，前端增设阻水粉涂覆段，在保证挤出稳定性的前提下，缆芯通过管孔较为顺畅。挤出模具的剖面如图2所示。

图2 外护套挤出模具剖面图

3.6 包装和交付

电缆收线采用可拆卸的全铁盘包装,并统一在其内侧板和内桶体垫衬气泡布，防止或缓冲外界的磨擦甚至碰撞。规范电缆封端和包扎，封帽端口规范缠绕防水胶带，确保货品能够经受远洋运输。鉴证试验前，外方公司人员要求人为制造缺陷来校验设备的灵敏度，试验样件和频次为外方公司人员现场随机抽取和确定，主要检测项目如局部放电、抗挤压、纵向阻水等特性均优于设计要求，全批次产品一次性通过验收。

4 结束语

综上所述，组合式导体的设计和导电油膏的注入，包括平滑式金属屏蔽层的结构设计和马鞍式中心填芯的配备，这些“层层设防”的技术设计思路和重点解决“高危”元件性能短板的工艺路线，实现了成品电缆稳定可靠的纵向阻水性能。马鞍式中心填芯和外护套“一体化”的挤制，通过“内外夹击”的组合式设计方案和对功能性重点工序的工艺把控，实现了产品的抗冲击性能。绝缘工序的“在线”控制技术，特别是材料的优选和挤出精度的全过程控制，包括对杂质含量的限值和对内应力的释放处理，通过最先进工艺方案的设计运用和固化的“六定”式控制技术的载入，保证了绝缘品质的优良。