矿用橡套电缆导体屏蔽层设计

  导体屏蔽层在电缆中主要起到改善电场结构的作用，防止因导体表面尖端突起引起放电，降低局部放电量，保证电缆的使用寿命和可靠性。最近，在GB12972-91和MT818-1999标准中都有电压等级3.6/6kV的矿用橡套电缆，并且都对该电压等级的橡套电缆提出了导体屏蔽的要求，该屏蔽层必须采用挤包方式进行。根据这一要求，6/10kV的矿用橡套电缆也须有导体屏蔽层才能保证电缆的安全运行。
  
  橡胶电缆的导体屏蔽层要采用半导电的橡胶材料加工。导体屏蔽层采用绕包方式和挤包方式进行生产，挤包方式生产的屏蔽层比绕包方式生产的更加光滑没有突起，便于均匀电场效果的提高。导体屏蔽层厚度的选取源于两个方面的要求：一个是要保证挤包后的导体屏蔽层表面光滑，由于矿用橡套电缆一般采用细铜丝绞线的方式矿用电缆，因此就不可能进行紧压，导线的绞合表面存在着一定程度的绞线纹络，这些凹凸不平对于低压电缆的电气性能没有太大的影响，但是对于高压电缆恰好造成了电场强度不均匀，只能依靠挤包或绕包导体屏蔽层来消除其影响，但是过于薄的导体屏蔽层厚度在工艺上是难以实现的；另外，从经济的角度来看，虽然导体屏蔽层的加厚在工艺上是比较容易实现的，但是电缆的绝缘厚度每增加1mm就会使得电缆的成缆外径增加4.3mm，随之必然带来护层材料使用量剧增，也就带来了电缆制造成本的大幅度提高。在GB12972-91和MT818-1999标准中都提出“半导电层的计算厚度控制在0.7mm左右，实际厚度不考核”。综合上述两方面因素，采用这两个标准与一致的导体屏蔽层厚度是适宜的。参照这一要求，对6/10kV矿用橡套电缆也提出了导体屏蔽层计算厚度控制在0.7mm，实际生产厚度也按照0.7mm进行控制，但是不作为一个硬性的质量指标进行控制的技术要求。

  在生活中听到最多的电缆，有视频线、音频线，以及其他的连接电缆，大家可能对于橡套电缆很陌生，下面就让控制电缆专家为大家讲解一下橡套电缆的用途.  

     橡套电缆一般包括通用橡套软电缆、电焊机电缆,潜水电机电缆,无线电装置电缆和摄影光源电缆等品种.   

    橡套电缆广泛使用于各种电器设备,例如日用电器,电动机械,电工装置和器具的移动式电源线,同时可在室内或户外环境条件下使用.  

     根据电缆所受的机械外力,在产品结构上分为轻型,中型和重型三类,在截面上也有适当的衔接.  

     一般轻型橡套电缆使用于日用电器,小型电动设备,要求柔软,轻巧,弯曲性能好;  

     中型橡套电缆除工业用外,广泛用于农业电气化中,  

     重型电缆用于如港口机械,探照灯,家业大型水力排灌站等场合.这类产品具有良好的通用性,系列规格完整,性能良好和稳定.      

     防水橡套电缆和潜水泵用电缆,主要用于潜水电机配套. 无线电装置用电缆,目前主要生产两种橡套电缆(一种屏蔽的,一种不屏蔽),基本能满足要求. 

橡套电缆连续硫化工艺参数的确定

1 引言

随着现代科学技术的发展，橡胶生产技术也越来越多显现出高新技术的发展。橡胶高效快速硫化剂和促进剂的发现，电线电缆快速硫化也成为现实。连续硫化是从挤橡和罐式硫化演变而来，连续硫化有很多优点，生产效率高，电线电缆表观比传统工艺大大提高，铜导体不会氧化等。用传统工艺生产的橡套电缆一般不能和高档家用电器配套，其主要原因是电缆的外观不好，铜丝氧化严重，不能和家用电器配套，一般用塑料软电缆代替。随着中国加入WTO，中国的产品标准也全部按国际IEC标准一致，许多家用电器的供电电源线规定必须使用橡套电缆，如空调器用的室内外连接线就规定必须用245IEC57（YZW）橡套软电缆。因此，提高橡套软电缆的外观质量，是当前急需解决的现实问题。连继硫化是一种新的橡套电缆加工方法，本文通过对橡套电缆生产过程中的一些工艺参数讨论，推道出一整套的硫续硫化工艺参数，不断提高橡套电缆的产品质量，供电缆行业的同行们参考。

2 规格的确定

一般连续硫化机组技术规范都规定模具尺寸范围，即规定了模芯、模套最小孔径，这是确定规格的依据之一。另外，还规定螺杆转速范围，挤橡时螺杆转速低于规定转速，橡胶塑性不均匀，流动性差，挤出量不够稳定，电缆加工困难，机头内压力很大，容易顶坏机头。若超过范围，橡胶挤出量不足，只能降低出线速度来弥补，影响生产效率。

3  螺杆转速和牵引速度的确定

螺杆转速和牵引速度决定了生产效率和制品的外径、外观。确定螺杆转速和牵引速度的基本原理是物料平衡原理，即螺杆挤出的橡胶量，正好被牵引出来的制品包覆所需要的橡胶量相等。

一般地说，确定螺杆和牵引速度时，先定出牵引速度，即硫化时间，它是决定制品各项机械物理性能的主要因素，本文将作详细介绍。

连续硫化挤橡机螺杆都采用长径比12：1以上的塑化螺杆，螺杆与筒体之间回料量小，螺杆转速与挤出量基本成正比，即成线性关系。

例如，某挤橡机组技术规范中规定，螺杆转速为10～50rpm/min,最大挤出量为120kg/h。根据这些数据可以制作螺杆转速和挤出量关系图（见图1）。

0      0.2       0.4        0.6        0.8       1.0       1.2        1.4       1.6      1.8     2.0

公斤/分

                          图  1

例如，某产品挤护套，理论计算护套用料量为78.7 kg/km,出线速度为20m/min,可以计算出每分钟的用料量：

用料量=20×78.7÷1000=1.574  kg/min

根据物料平衡原理，橡胶挤出量也需要1.574  kg/min，查图1可以得出，螺杆转速为39转/分左右，在设备规范规定的转速范围内，符合设备技术规范。根据这一方法，可以确定出该设备生产各种规格的螺杆转速和牵引速度。

4 机身机头温度的确定

机身进料段温度一般控制低一点，大约30-40度，温度过高有回料现象，且橡胶易焦烧。机头温度要根据橡胶种类和胶料在机体内停留时间来确定，一般在60-70度。中间各段温度，从机头温度逐步递减的方法确定，一般在40-50度。连续硫化进料一般采用冷喂料，橡页厚度控制在0.5-1.0mm之间。如果采用热喂料，切成条状，也是很好的。

5 蒸汽压力和出线速度的确定

蒸汽压力和出线速度是连硫操作的重要参数，其关系到产品机械物理性能﹑外观质量﹑生产效率等。

化学反应动力学指出，当反应浓度不变的情况下，温度每升高10K，反应速度大约增加2～3倍。阿仑尼乌斯总结了大量的实验事实，指出反应速度常数和          温度的关系：

           k=A·e-E/RT     

式中：     k""-反应速度常数；

E""-反应活化能；

R""-气体常数；

T""-绝对温度，K；

e""-自然对数的底（e=2.718）。

该公式在实际使用中有困难。实用的橡胶反应速度与温度之间的关系可用下式来计算：

           V2=V1 2 0.1(t2-t1)

         V1"""t1 时的反应速度；

         V2"""t2 时的反应速度；

      t1,t2"""-  温度（℃）；

         2""""温度系数

这些理论都提出，橡胶硫化温度每增加10℃，硫化速度增加一倍，即硫化时间缩短一倍。我们一般都有罐式硫化的生产和技术参数，对一个成熟橡胶配方应该很了解其各种硫化参数。根据罐式硫化饱和蒸汽压力下的温度，推算出连硫化时饱和蒸汽压力，再求出硫化时间和出线速度。

例如，某连续硫化机组，连续硫化管道长度为50米，生产电缆外护套，按照成熟的橡皮配方硫化工艺参数，4kg/cm2（151℃）下，硫化时间为15分种，如果在连续硫化机组上生产，护套出线速度为25米，连续硫化的蒸汽压力为多少。

先计算连续硫化所需要的时间为：50/25=2分钟。按照温度每上升10度，硫化时间缩短一半的关系。计算出时间倍数是3倍。即温度需要提升30度。也就是连续硫化的温度为181度。

连续硫化的蒸汽压力越高硫化速度就越快，生产效率也会大提高。实践证明，并不是蒸汽压力能无限地升高，来提高连续硫化的速度。

连硫蒸汽压力（即硫化温度）最高值如何确定。经分析，制品在连硫管硫化时，制品外部经受较高的蒸汽压力，同时承受较高的硫化温度，制品内部的空气少量的水份低沸点挥发份以及硫化时产生的气体会膨胀，在硫化管中，内外压力相互抵消，一般不会发生膨胀。出终端密封进入常压下，制品内部来不及迅速冷却，仍然处在高温膨胀状态，内部的气体会迅速膨胀的，如果制品的径向应力经受不住内部压力，就会起泡，严重的会开裂。若橡胶混炼不均匀，这种现象更为明显。

假如制品出终端密封的一瞬间，把制品作为压力容器来处理，本文总结出一套最高连硫蒸汽压力公式：

           δ=P· D内/（2[σ] t- P）

式中 ：     δ  """制品控制的最薄点厚度，mm  ；

             P  """最高硫化蒸汽压力，MPa ；

             D内"""制品挤橡前的外径，mm ；

           [σ] t ""-硫化温度下的制品径向应力，N/ mm 2 。

其中，硫化温度下橡胶的径向应力  [σ] t  ，比制品的轴向原始扩张强度低。可用起泡时的应力，来计算起泡时最高硫化蒸汽压力，开裂时的应力，来计算起泡时最高硫化蒸汽压力，开裂时的应力，来计算开裂时最高硫化蒸汽压力。可考虑用制品的定伸抗张强度和高温下橡胶热变形，以及径向抗张强度较小等综合因素来确定  [σ] t 。根据硫化最高蒸汽压力即硫化温度，可以推算出硫化时间，即最大出线速度。同时，还要考虑缆芯空隙填充紧密程度。

例如，某重型橡套电缆，成缆外径是38.5mm，护套平均厚度为5.0mm，最薄点厚度为4.15mm，护套材料为天然/丁苯橡胶的SE3橡皮混合物，其抗张强度取8.4N/mm2,径向抗张强度一般为60%的轴向抗张强度，即径向抗张强度为5.04 N/mm2，代入上式可以计算出最大连续硫化的蒸汽压力为：

4.15=P× 38.5÷（2×5.04- P）

         P=0.98 N/mm2

即该重型橡套电缆的最大蒸汽压力为10kg/cm2

已知最大蒸汽压力，可以用硫化速度公式推算出该产品的最大出线速度。

对较厚制品的出线速度还要考虑橡胶传热的速度，橡胶的热传导公式为：

           Q =  λ A [ （ t1 -  t2 ）/  δ ]

式中：    Q"""导热热流量， W ；

          λ"""橡胶导热率，W/（m · ℃  ）；

          A"""单位传热面积，mm 2 ；

 t1  , t2   """-外温，内温，℃     ；

δ"""厚度，m  。 

上式中，橡胶导热率λ不变，单位传热面积A基本不变，橡胶制品内外硫化需求的温度计t1  , t2   不变。可以看出，导热热流量Q与厚度过δ 成反比。即厚度增加一倍，要达到同样的硫化较果，出线速度要下降一倍。当然这是理论上的说法，仍然要靠实践验证。

橡套电缆是由橡胶作绝缘和护套的电缆，因为橡胶柔软性能优异，通过合理的配方设计，耐磨性、阻燃性、耐油性、耐高温以及特殊要求，如防蚁、防霉、防鼠、耐候等都可以制造。目前橡套电缆已广泛用于各种电气设备和机械设备外部的中低压电源输送和控制系统，例如日用电器，电动机械，电工装置和器具等，尤其是矿山机械，各种河海船舶及海上石油平台等水上建筑物，高原、沙漠、海洋等环境恶劣的风电工程建设中。

橡套电缆的线芯/电缆橡胶绝缘及护套生产普遍采用连续硫化工艺，连续硫化是使刚挤制橡胶绝缘或护套的线芯或电缆通过连续压力蒸汽管，在高温蒸汽中进行硫化，硫化管后端又通以大量高压水进行冷却。客观上因绞合导体间、成缆各线芯间、缆芯与护套间存在间隙，加上硫化蒸汽压力高，极易造成电缆在硫化过程中，压力蒸汽从端口浸入并纵向延伸，导致电缆进水（其长度通常达100米左右），引起电缆铜导体氧化，更甚者将引起安全事故。目前电线电缆生产厂家皆采用截去此段电缆来保证产成品的质量，由此导致电缆不必要的浪费，特别是大规格电缆从人工、原材料、设备、能耗等方面造成更大的浪费，降低了生产效率，造成了成本的不断攀升和经济损失。

本发明是针对橡套电缆绝缘、护套挤出时出现连续硫化蒸汽进入电缆内部造成的质量难题的重点攻关，其特征是将进入挤包橡胶机头前的导体压紧直压实，使此压紧部分接近于实心体，而后通过挤包橡胶机头及连续硫化。从而消除进水汽空隙，增大水汽进入阻力，起到阻水汽进入作用。特别是对于多芯橡套电缆，压紧前先施加溶解参数相当或相近于挤出胶料的橡胶胶浆或粘结剂，这样阻水汽密封性更好。经实际应用试验，检测电缆端部基本无水汽。

这项新发明新技术操作简单、迅速、快捷， 而且可靠稳定性好，可以确保任意规格软绞合导体及多芯软电缆的挤包橡胶连续硫化阻水，从根本上解决了橡套电缆绝缘、护套挤出时连续硫化进水现象的发生，确保生产出性能可靠、品质领先的远东产品，大大提高了生产效率和经济效益，为公司增强自主创新能力、抢占技术的制高点提供强劲的动力

 橡套电缆的成本价格计算：

  平方X1.83=铜的重量X当时的铜价+橡胶的价格(重量X0.4元/斤)=成本价格+10%的加工费

  电缆的价格=制造材料成本+固定费用+税收+业务费+利润

  制造材料成本=材料成本*(1+材料消耗)(材料成本即为理论计算出来的值)

  固定费用根据各个公司的情况有所不同，一般包括生产工资、管理工资、水电费、修理费、折旧费、房租费、运输费用