机电D101李水超.docx
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机电D101李水超
新疆交通职业技术学院
机电专业毕业论文(设计)
毕业设计(论文)
题目:
论电缆线的生产与修补
班级:
机电D101班
姓名:
李水超
专业:
机电一体化
学号:
201025030107
指导教师:
刘焕海
2013年3月10日
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目录
摘要
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.2电力电缆及电力电缆的电压等级分类5
1.3电力电缆的生产工艺流程9
第2章产品结构及各部分的材料选择10
2.1产品结构10
2.2各部分材料的选择及性能要求11
第3章电缆生产工艺28
3.1电缆的生产过程28
3.2导电线芯的工艺技术要求29
3.3交联工艺技术要求35
3.4金属屏蔽工艺技术要求39
3.5成缆工艺技术要求41
3.6保护层部分的工艺技术要求42
第4章电缆线的修补.........................................................................................46
4.1造成电缆线绝缘击穿的原因.....................................................................46
4.2电缆绝缘击穿的修补方法.........................................................................48
4.3电线电缆绝缘护套的修补方法.................................................................49
结论........................................51
致谢52
参考文献53
论电缆线的生产与修补
【摘要】:
电线电缆是指用于电力、通信及相关传输用途的媒介。
它通常是由几根或几组导线绞合而成的类似绳索的线材产品,每组导线之间相互绝缘,并常围绕着一根中心扭成,整个外面包有高度绝缘的覆盖层。
中压电力电缆虽没有高压、超高压电缆的传输容量大,但其仍以自己的优势存在于电缆行业。
本文首先介绍了电缆行业在我国的发展现状,然后又介绍电力电缆的分类及电缆的主要组成部分,同时以YJY22-26/35kV3×240mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆为例简要说明中压交联电缆的设计制造过程。
根据工厂的实际条件和各个工序的生产设备,对YJY22-26/35kV3×240mm2交联聚乙烯绝缘电力电缆各部分的结构尺寸,材料选择及生产工艺等进行了论述,最后对电缆线的修补进行了简单的论述。
通过本文的描述,读者可以从电缆的结构设计,到选材,再到生产都有一个清晰的思路,对中压交联聚乙烯绝缘电力电缆的认识有很大的帮助。
【关键词】:
中压;交联电缆;工艺流程
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第一章、绪论
1.1课题背景
电线电缆行业是一个基础器材和基础产品的制造业。
电线电缆被喻为国民经济的“血管”与“神经”,它是输送电能、传输信息和制造电机、电器、仪表的基础器材,是未来电气化、信息化社会中不可缺少的基础产品。
电线电缆行业又是一个配套大行业,产品必须满足各主行业的要求,主行业发展了,线缆行业也随之发展,国民经济的绝大多数行业与电线电缆有关。
目前,我国电线电缆的产值已达国民经济总产值1%以上,可以看出它仍有较强的活力。
“八五”期间是中国线缆行业的辉煌时期,“九五”保持了“八五”高速发展的势头,“十五”势头不减。
目前电线电缆行业正以7%~8%的速度发展。
2000年电线电缆产值是1995年1.92倍,仅次于美国,已成为世界第二电线电缆生产国。
电线电缆行业是中国仅次于汽车行业的第二大行业,产品品种满足率和国内市场占有率均超过90%。
在世界范围内,中
国电线电缆总产值已超过美国,成为世界上第一大电线电缆生产国。
伴随着中国电线电缆行业高速发展,新增企业数量不断上升,行业整体技术水平得到大幅提高。
中国经济持续快速的增长,为线缆产品提供了巨大的市场空间,中国市场强烈的诱惑力,使得世界都把目光聚焦于中国市场,在改革开放短短的几十年,中国线缆制造业所形成的庞大生产能力让世界刮目相看。
随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大,对电线电缆的需求也将迅速增长,未来电线电缆业还有巨大的发展潜力。
耐火电缆
2008年11月,我国为应对世界金融危机,政府决定投入4万亿元拉动内需,其中有大约40%以上用于城乡电网建设与改造。
全国电线电缆行业又有了良好的市场机遇,各地电线电缆企业抓住机遇,迎接新一轮城乡电网建设与改造。
1.2电力电缆及电力电缆的电压等级分类
电线电缆是用以传输电磁能信息和实现电磁能转换的线材产品。
电力电缆(powercable),用于传输和分配电能的电缆。
常用于城市地下电网、发电站的引出线路、工矿企业的内部供电及过江、过海的水下输电线。
在电力线路中,电缆所占的比重正逐渐增加。
电力电缆是在电力系统的主干线路中用以传输和分配大功率电能的电缆产品,其中包括1-500kV以及以上各种电压等级,各种绝缘的电力电缆。
1.1.1电力电缆的基本结构
电力电缆的基本结构由线芯(导体)、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。
(1)线芯线芯是电力电缆的导电部分,用来输送电能,是电力电缆的主要部分。
(2)绝缘层绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯
间在电气上彼此隔离,保证电能输送,是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。
(3)屏蔽层15kV及以上的电力电缆一般都有导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。
(4)保护层保护层的作用是保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入,以及防止外力直接损坏电力电缆。
1.1.2电力电缆的分类
电力电缆按绝缘材料可分为油浸纸绝缘电力电缆、塑料绝缘电力电缆、橡皮绝缘电力电缆,按电压等级可分为中、低压电力电缆、高压电缆、超高压电缆以及特高压电缆。
此外,还可按电流分为交流电缆和直流电缆。
(1)按绝缘材料分类
1)油浸纸绝缘电力电缆以油浸纸作绝缘的电力电缆,其应用历史最长。
它安全可靠、使用寿命长、价格低廉,主要缺点是敷设受落差限制。
自从开发出不滴流浸纸绝缘后,解决
了落差限制问题,使油浸纸绝缘电缆得以继续广泛应用。
2)塑料绝缘电力电缆绝缘层为挤压塑料的电力电缆,常用的塑料有聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯。
塑料电缆结构简单,制造加工方便,重量轻,敷设安装方便,不受敷设落差限制。
因此广泛应用于中、低压电缆,其最大缺点是存在树枝化击穿现象,这限制了它在更高电压的使用。
3)橡皮绝缘电力电缆绝缘层为橡胶加上各种配合剂,经过充分混炼后挤包在导电线心上,经过加温硫化而成。
它柔软,富有弹性,适合于移动频繁、敷设弯曲半径小的场合。
因此经常作为矿用电缆、船用电缆以及采掘机械、X光机上用电缆。
其结构特点是线心用多根较细单丝绞合,绞合节距较小。
常用作绝缘的胶料有天然胶-丁苯胶混合物、乙丙胶、丁基胶等。
(2)按电压等级分类
电力电缆电压等级分类如表1-1所示:
表1-1电力电缆电压等级分类
交流传输电力电缆
直流传输电力电缆
低压线缆
U<6kV
中压线缆
6kV≤U≤35kV
高压线缆
35kV
100kV≤U<600kV
35kV
超高压线缆
330kV≤U<1000kV(裸线)
220kV≤U<500kV(电缆)
特高压线缆
U≥1000kV
U≥600kV
(3)按其他形式分类
1)按电流形式分:
交流电缆、直流电缆;
2)按敷设位置分:
架空电缆、地下电缆、水下电缆(跨河、跨江、海底电缆);
3)按导电线芯的导电性能分:
普通电缆、低温和超导电缆;
4)按导电线芯数分:
单芯、二芯、三芯、四芯、五芯、六芯及以上。
1.3电力电缆的生产工艺流程
由于使用特性、敷设场合、工作条件的要求不同,其产品的结构组成也是多种形式的。
电线电缆其基本结构一般是由:
导电线芯、绝缘层、保护层三部分组成。
为了完成三部分的组合,一般塑料电线电缆的制造流程如图1-1所示:
图1-1电力电缆的产品工艺流程图
第二章、产品结构及各部分的材料选择
2.1产品结构
额定电压
为1.8kV以上的电缆应有导体屏蔽和绝缘屏蔽,同时额定电压
为1kV以上电缆应有金属屏蔽层。
额定电压
为21kV及以上,同时标称截面为500
及以上的电缆的金属屏蔽层应采用铜丝屏蔽结构。
本产品无特殊要求,采用三芯、分相铜带屏蔽、双钢带铠装结构。
其结构示意图如图2-1所示:
图2-1电缆结构示意图
注:
1.导体;2.导体屏蔽;
3.交联聚乙烯绝缘;4.绝缘屏蔽;
5.金属屏蔽;6.填充;
7.隔离套(内护套);8.铠装;
9.外护套。
2.1各部分材料的选择及性能要求
2.1.1导体材料的选择及性能要求
根据实际需要,导体材料选择符合国标GB/T3952-2008《电工用铜线坯》规定的T2R型铜线坯。
铜线坯应满足如下要求:
尺寸及允许偏差
公称直径
>6.35~12.0的铜线坯,其允许偏差仅为±0.4;
铜线坯应成卷供应,每卷应为连续一根。
(1)表面质量
铜线坯应圆整,尺寸均匀,并且不需经酸洗和扒皮,直接使用;
铜线坯表面不应有皱边、飞边、裂纹、夹杂物及其他影响使用的缺陷。
(2)力学性能
T2R型铜线坯的伸长率应不小于37%。
(3)扭转性能
直径为6.0~10.0mm的(热态)电工用铜线坯应进行扭断试验,T2R型铜线坯的扭转性能应满足正转转数25,反转至断裂的转数不少于25转。
(4)电性能
T2R型铜线坯的质量电阻率
应不大于0.15328
mm2,体积电阻率
应不大于0.01724
mm2/m。
T2R型铜线坯经拉制至
=3.01mm的圆铜线应满足国标GB/T3953-2009《电工圆铜线》中的规定,圆铜线应满足如下要求:
(1)尺寸偏差
圆铜线其偏差为±0.004。
(2)机械性能
圆铜线其伸长率不小于25%。
(3)电性能
圆铜线电阻率
应不大于0.017241
mm2/m。
(4)外观
圆铜线表面应光洁,不应有与良好工业产品不相称的任何缺陷。
2.1.2绝缘材料的选择及性能要求
绝缘材料选用符合国标JB/T10437-2004《电线电缆用可交联聚乙烯绝缘料》规定的YJ-35型过氧化物交联聚乙烯绝缘料,绝缘料应满足如下要求:
(1)外观
绝缘料应呈颗粒状,其尺寸约为直径4mm、高3mm,色泽和颗粒大小应均匀。
颗粒间不应有明显粉末状物质。
(2)机械物理性能和电气性能
绝缘料的机械物理和电气性能应符合下表2-1规定。
(3)杂质含量
YJ-35型可交联聚乙烯绝缘料在1kg的样品带上的(0.175~0.250)mm杂质颗粒数应不超过5颗,大于0.250mm的杂质颗粒数应为零。
序号
项目
单位
指标
1
密度
G/cm3
0.922±0.003
2
抗伸强度
MPa
≥13.5
3
断裂伸长率
%
≥350
4
空气热老化试验:
试验条件:
热老化温度
持续时间
拉伸强度变化率≤
断裂伸长率变化率≤
℃
h
%
%
135±2
168
±20
±20
5
热延伸
200℃,0.2MPa,15min
负荷下伸长率
冷却后永久变形
%
%
≤80
≤5
6
相对介电常数50Hz20℃
≤2.35
7
介质损耗因数50Hz20℃
≤0.0005
8
体积电阻率1kV20℃
m
≥1×1014
9
冲击脆化温度
试验温度
冲击脆化性能
℃
失效数
-76
≤15/30
表2-1交联聚乙烯料机械物理和电气性能
2.1.2导体屏蔽和绝缘屏蔽材料的选择及性能要求
导体屏蔽和绝缘屏蔽分别采用符合国标JB/T10738-2007《额定电压35kV及以下挤包绝缘用半导体屏蔽料》规定的PYJD型交联聚乙烯绝缘电缆导体用过氧化物交联型半导电屏蔽料和PYJBJ型交联聚乙烯绝缘电缆绝缘用过氧化物交联型可剥离半导电屏蔽料。
屏蔽料应满足如下要求:
(1)外观
半导电屏蔽料成黑色颗粒状,尺寸为直径约4mm、高约3mm,色泽和质地均匀,颗粒间不应有明显粉末状物质。
(2)机械物理性能和电气性能
半导电屏蔽料的机械物理性能和电气性能应符合下表2-2所示。
序号
项目
单位
指标
导体屏蔽
绝缘屏蔽
1
密度
g/cm3
≤1.20
≤1.20
2
抗伸强度
MPa
≥12.0
≥10.0
3
断裂伸长率
%
≥180
≥200
4
空气热老化试验:
试验条件:
热老化温度
持续时间
抗伸强度变化率
断裂伸长率变化率
℃
h
%
%
135±2
168
≤±30
≤±30
135±2
168
≤±30
≤±30
5
冲击脆化:
试验条件:
试验温度
冲击脆化性能
℃
失效数
-40
≤15/30
-40
≤15/30
6
热延伸:
试验条件:
温度
机械负荷
符合时间
负荷下伸长率
冷却后永久变形
℃
MPa
Min
%
%
200±2
0.2
15
≤100
≤15
200±2
0.2
15
≤100
≤15
7
20℃时体积电阻率
cm
≤100
≤100
8
90℃(70℃)时体积电阻率
cm
≤5000
≤2500
9
剥离强度
N/cm
——
10~45
10
空气热老化后体积电阻率:
试验条件:
老化温度
持续时间
90℃(70℃)时体积电阻率
℃
h
cm
100±2
168
≤1000
100±2
168
≤500
11
空气热老化后剥离强度
试验条件:
老化温度
持续时间
剥离强度
℃
h
N/cm
100±2
168
10~45
表2-2半导电屏蔽料的机械物理性能和电气性能
2.1.3填充材料的选择及性能要求
本电缆采用聚丙烯网状撕裂纤维作为填充材料,电缆的填充除了提高电缆结构的稳定性,保证线芯圆整度外,必须考虑其对电缆的电性能是否有不良影响,应采用非吸湿性材料作为填充。
聚丙烯(PP)是热塑性材料,具有良好的综合性能,比重小,强度韧性优越,吸湿性小;热性能、电性能、化学稳定性能,都很好。
而且材料来源丰富,价格低廉,故采用聚丙烯纤维带作为填充材料。
2.1.4金属屏蔽材料的选择及性能要求
金属屏蔽采用符合国标GB/T11091-2005《电缆用铜带》规定的T2M型软铜带,铜带规格为0.1×50。
软铜带应满足如下要求:
(1)外形尺寸及允许偏差
厚度为0.1的软铜带其允许偏差为0.008~0.010;
带材的外形应平直,但允许有轻微的波浪,其侧边弯曲度应不大于1.5mm/m;
带材的两边应切齐,无毛刺、裂边和卷边。
带卷任意相邻两层的不齐度不大于1mm,任意两层的不齐度不大于5mm。
(2)电性能
在20℃的温度下测试,带材导电率应不小于98%IACS,电阻系数不大于0.017593
mm2/m。
(3)外观质量
带材的表面应光滑、清洁,端面不应有氧化变色,同时不允许有任何影响使用的缺陷,每卷带材应有内衬,应卷紧、卷齐。
2.1.5内护套材料的选择及性能要求
内护套材料选用符合国标GB15065-1994《电线电缆用黑色聚乙烯塑料》规定的DH型黑色低密度聚乙烯护套料。
护套料满足如下要求:
(1)外观
颗粒均匀,表面光滑,无明显杂质,不允许有3颗及以上连粒。
(2)物理机械性能及电性能
护套料的机械性能及电性能应符合下2-3表所示。
表2-3聚乙烯护套料的机械性能及电性能
序号
项目
单位
LDPE指标
1
熔体流动速率
g/10min
≤5.0
2
密度
g/cm3
0.920~0.940
3
抗伸强度
MPa
≥13.0
4
断裂伸长率
%
≥500
5
低温冲击脆化温度
℃
≤-76
6
碳黑含量
%
2.60±0.25
7
碳黑分散性:
分散度/分
吸收系数
≥6
≥400
8
介电强度
MV/m
≥25
9
体积电阻率
Ω•m
≥1×1014
10
相对介电常数
≤2.80
2.1.6铠装材料的选择及性能要求
电缆的铠装层采用符合国标YB/T024-2008《铠装电缆用钢带》规定的镀锌冷轧双钢带铠装,钢带应满足如下要求:
(1)尺寸及允许偏差
钢带厚度为0.8mm,厚度为60mm;其厚度允许偏差为+0.04、-0.06,其宽度允许偏差为±0.70;其钢带长度不小于300000mm,外径≤600mm时允许接头数为2,外径>600mm时允许接头数为3。
(2)外形
公称宽度>45mm的钢带,其镰刀弯个数为4。
(3)钢带的力学性能
其抗拉强度
不小于295N/mm2,断后伸长率不小于20%,
断后伸长率试样标距50mm。
(4)表面质量
钢带表面允许有不大于厚度允许公差之半的个别凹面,凸起,豆痕,纵向划伤及划痕,但不允许有腐蚀;
钢带边缘不允许有裂边,切割不齐,允许有不大于厚度允许公差之半的洗毛刺;
镀锌钢带表面镀层应均匀连续,不允许有锌层剥落,腐蚀和漏镀,允许有个别的漏镀点;
钢带的接头采用电焊对焊或搭焊,搭界长度应不大于20mm。
接头处抗拉强度应不小于300N/mm2(以原钢带截面计)。
接头不允许有穿孔、熔渣、尖头和错位,不能裸露。
2.1.7外护套材料的选择及性能要求
外护套材料选择符合国标GB/T2952.3-2008《电缆外护层.第3部分.非金属套电缆通用外护层》、GB/T12706.1-2008《额定电压1kV(
=1.2kV)到35kV(
=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件》和GB/T8815-2008《电线电缆用软聚氯乙烯塑
料》规定的H-70型聚氯乙烯外护套料,聚氯乙烯外护套料应
满足如下要求:
(1)外形和颜色
聚氯乙烯电缆料约为4mm
4mm
3mm的方形粒状物或具有相当大小的圆柱形粒状物;
护层级聚氯乙烯电缆料的颜色为黑色;
聚氯乙烯电缆料应塑化良好、色泽均匀,不应有明显的杂质。
(2)聚氯乙烯电缆料的机械物理性能与电性能
聚氯乙烯电缆料的机械物理性能与电性能如下表所示。
序号
项目
单位
指标
1
拉伸强度
MPa
≥15.0
2
断裂拉伸应变
%
≥180
3
热变形
≤50
4
冲击脆化性能
试验温度
℃
-25
冲击脆化性能
通过
5
200℃时热稳定时间
min
50
6
20℃时体积电阻率
≥1.0×108
7
介电强度
MV/m
≥18
表2-4聚氯乙烯电缆料的机械物理性能与电性能
序号
项目
单位
指标
1
试验温度
℃
100±2
2
试验时间
h
168
3
老化后拉伸强度
MPa
≥15.0
4
拉伸强度最大变化率
%
±20
5
老化后断裂拉伸应变
%
≥180
6
断裂拉伸应变最大变化率
%
±20
7
热老化质量
损失
试验条件
100℃±2℃
质量损失
g/m2
≤23
表2-5老化后聚氯乙烯电缆料的机械物理性能
2.1.8电缆各部分的尺寸
26/35kV额定电压等级的电力电缆其各部分尺寸应严格按照国标GB/T12706.3-2008《额定电压1kV(
=1.2kV)到35kV(
=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件.第3部分:
额定电压35kV(
=40.5kV)电缆》设计制造,其各部分结构尺寸如下:
(1)导体
本产品选择的是三芯结构,单芯为240mm2的电力电缆,根据工艺的要求进行拉制。
将T2R型Φ8.0mm铜杆拉制成单根直径为Φ3.01mm的圆铜单线,Φ3.01mm的圆铜单线直径偏差
仅为(-0.01mm、-0.04mm),F≤0.03mm。
再将圆铜单线根据绞合工艺进行绞合,绞合成为标称截面为240mm2的紧压型导体线芯。
D(导体)=17.5mm。
(2)导体屏蔽
根据工艺参数导体屏蔽的最小厚度为0.05mm,最大厚度为0.75mm。
本设计导体屏蔽标称挤出厚度为0.6mm。
(3)绝缘
26/35kV电压等级、240mm2导体截面的电力电缆其控制绝缘平均厚度为10.5~10.8mm,绝缘平均值应不小于规定的标称值,最薄处厚度不小于标称值的90%-0.1mm,所以本产品的绝缘最薄点厚度不小于9.35mm,标称挤出厚度为10.5mm。
D(绝缘)=17.5+2×(0.6+10.5)=39.7mm。
(4)绝缘屏蔽
根据工艺参数绝缘屏蔽的最小厚度为0.05mm,最大厚度为0.70mm。
本设计绝缘屏蔽标称挤出厚度为0.6mm。
(5)金属屏蔽
三芯电缆铜带标称厚度应大于等于0.10mm,铜带宽度为50mm;铜带的最小厚度应不小于标称值的90%。
D(屏蔽)=40.9+3×0.1=41.2mm。
(6)成缆
成缆采用60mm宽的CPP带。
D(成缆)=41.2×2.154+4×0.2=89.5mm。
(7)内衬层
挤包内衬层的标称厚度为2±0.1mm,最薄点厚度为1.72mm。
由于小规格的内护套厚度较难控制,可适当增加护套厚度以保证产品质量。
D(内衬层)=89.5+2×2=93.5mm。
(8)铠装
钢带厚度为0.8mm,宽度为60mm,钢带铠装采用二层镀锌钢带左向螺旋式间隙绕包,绕包间隙不大于钢带宽度的50%,不得有松包、漏包等现象。
D(铠装)=93.5+4×0.8=96.7mm。
(9)外护层
外护套平均厚度为4±0.1mm,最薄点厚度3.42mm。
D(外护套)=96.7+2×4=104.7mm。
第三章、电缆生产工艺
3.1电缆的生产过程
电线电缆其基本结构一般是由:
导电线芯、绝缘层、保护层三部分总成。
为了完成三部分的组合,其生产过程如下图3-1所示:
图3-1中压交联聚乙烯绝缘电力电缆的生产工艺流程
3.2导电线芯的工艺技术要求
3.2.1单丝拉制工艺技术要求
本公司铜大拉的设备型号有LHD2-400/13和LH450/13两种。
本设计采用的拉线设备型号为LHD2-400/13滑动式铜大拉机,其主要是将Ф8.0mm的电工圆铜杆拉制成Ф1.13~Ф3.75mm的铜单线,其主要有放线部分、主机部分、连续退火及冷却部分、储线部分、收线部分及电气控制系统等组成。
其主要特点如下:
(1)结构紧凑,便于穿线和操作。
(2)第13模和第12模均能出线,从而可达到八种出现速度,使机器有较大的灵活性。
(3