適用于惡劣環(huán)境的熱縮電纜附件：原理、設(shè)計、制造和應(yīng)用（一）
 

惡劣環(huán)境中的連接和傳感系列：熱縮配件提供了一種在惡劣環(huán)境中保護(hù)電力系統(tǒng)元件的便捷方式。

熱縮產(chǎn)品高度工程化的連接和傳感解決方案如何推動制造、運輸、建筑、醫(yī)療保健、能源生產(chǎn)和消費產(chǎn)品的進(jìn)步。

40 多年前，交聯(lián)聚乙烯 (XLPE) 電纜開始在低壓 (LV) 和中壓 (MV) 配電網(wǎng)絡(luò)中取代油浸紙電纜。在電纜網(wǎng)絡(luò)發(fā)生這種變化的同時，熱縮電纜附件被引入市場，是連接端接紙和聚合物電纜技術(shù)的理想解決方案。

熱縮電纜附件，其制造過程中涉及的原理和制造過程。不同的元素和處理方法如何為不同的應(yīng)用場景成型熱縮管，由G-APEX提供的特殊熱縮管，這些熱縮管用于需要抵御油、火和核輻射的極端惡劣環(huán)境。

熱縮技術(shù)簡介

熱縮管用于電氣系統(tǒng)，提供密封、絕緣、應(yīng)力消除，甚至識別它們所應(yīng)用的電線和連接。在小范圍內(nèi)，這些管子可以通過滑動直接放在電纜上。當(dāng)它們位于所需位置時，它們會被加熱，加熱程度取決于材料類型和所用熱縮管的形狀因素。加熱后，熱縮管收縮變硬并長時間（數(shù)年或數(shù)十年）保持相同的條件。

最初引入該技術(shù)時，大多數(shù)應(yīng)用都用于典型設(shè)置，例如標(biāo)準(zhǔn)電纜和終端的連接，但公用事業(yè)和工業(yè)需求超出了日常環(huán)境，例如：

高紫外線 (UV) 暴露區(qū)域

重污染區(qū)

鹽霧環(huán)境

漏油區(qū)域

有易燃物的區(qū)域

存在放射性元素的區(qū)域

熱縮技術(shù)的基礎(chǔ)材料是聚乙烯，它是當(dāng)今最常用的塑料之一。聚乙烯的化學(xué)式是 (C?H?)?，其中 C?H? 是重復(fù)單元。聚乙烯的重復(fù)單元經(jīng)過化學(xué)或輻射交聯(lián)等交聯(lián)過程形成分子鏈。

在輻射交聯(lián)過程中，使用多 MeV 電子加速器，其中電子被加速以獲得如此高的能量，以至于它們可以啟動交聯(lián)過程（圖 1）。發(fā)生這種情況時，氫原子與聚乙烯鏈分離，相鄰聚合物鏈之間的碳元素在兩條聚合物鏈之間建立鍵。隨著交聯(lián)率的增加，材料通常變得更加堅硬。
 

圖 1：聚乙烯的交聯(lián)過程。資料來源：G-APEX

材料中的交聯(lián)效應(yīng)導(dǎo)致它們失去其熔化特性。它們現(xiàn)在可以被加熱到超過結(jié)晶熔點的溫度而不熔化。高于此溫度，熱縮產(chǎn)品，如擠壓管或模制部件（分接頭和端蓋）可以膨脹并成形，以便它們可以保持在這個位置。相反，溫度將再次降至結(jié)晶熔點以下。

假設(shè)產(chǎn)品再次加熱到超過結(jié)晶熔點，這通常在安裝過程中通過氣炬或熱風(fēng)槍進(jìn)行。在這種情況下，材料將再次收縮到原來的形狀。這種記憶效應(yīng)會在產(chǎn)品的整個生命周期中保持，從而在特定的存儲和環(huán)境條件下為產(chǎn)品提供幾乎無限的保質(zhì)期。

材料改性賦予熱縮配件特殊性能

通過在配方中使用添加劑，可以改變管子或模制部件的特性。化學(xué)配方是實現(xiàn)各種工業(yè)應(yīng)用所需的特定和特殊功能的關(guān)鍵要素。

下圖概述了用于配制熱縮材料以獲得所需性能的不同成分，具體取決于最終產(chǎn)品。 
 

表 1：用于配制具有所需特性的熱縮材料的成分。資料來源：G-APEX

因此，材料的配方可能非常復(fù)雜。在不相互產(chǎn)生不利影響的情況下，需要確保所有不同材料的組合將結(jié)合功能，包括：

機(jī)械性能

戶外應(yīng)用的抗紫外線性

電氣特性

防油特性

跟蹤和侵蝕

抗輻射性

阻燃/耐火性能

電應(yīng)力控制

戶外熱縮材料用于世界不同地區(qū)，具有不同的紫外線輻射水平。最具挑戰(zhàn)性的紫外線要求可能出現(xiàn)在沙漠環(huán)境中，其中絕緣材料始終受到高紫外線輻射。隨著海拔的增加，紫外線輻射也會增加。一個典型值是，每海拔 500 m，紫外線輻射增加約 3.5 %。

圖 2（左）：沙漠地區(qū)的長期紫外線材料測試。圖 3（右）：在高紫外線輻射環(huán)境中使用的終端。資料來源：G-APEX

沙漠地區(qū)的測試地點用于分析不同的配方，以證明它們對紫外線輻射的長期抵抗力（圖 2）。對于加速 UV 老化測試，用于實驗室模擬的 UV Lamb (Xenon) 測試已成為標(biāo)準(zhǔn)。EMMAQUA? 或 Weather-Ometer? 測試也被用作驗證性能的替代方法。

對熱縮配件有特殊要求的環(huán)境

熱縮配件的耐油特性

需要耐油特性的環(huán)境可以被視為一種全新的惡劣環(huán)境，為熱縮管帶來了新的挑戰(zhàn)。在這種情況下，典型應(yīng)用是在油浸紙電纜的接頭或終端中使用電纜附件，無論是紙對紙電纜連接還是更常見的紙對聚合物電纜接頭，因此——稱為過渡接頭。
 

圖 4：用于3芯紙電纜接頭的隔油管。資料來源：G-APEX

由于沒有油封特性，油浸紙電纜會隨著時間的推移而遭受油的遷移和干燥。由于具有良好絕緣特性的油起著至關(guān)重要的絕緣作用，其流失會不斷導(dǎo)致電纜的電氣絕緣性能下降，最終導(dǎo)致絕緣擊穿和電纜附件的故障。此配件通常需要維護(hù) 40 年的使用壽命。電纜導(dǎo)體的最高工作溫度可達(dá) 70°C。 

具有耐油特性的熱縮材料也可用于必須具備這些特性的油氣或石化工業(yè)應(yīng)用。


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