电缆材料特性(知识)课件.ppt

电缆用材料的特性,电力电缆导体材料4,铜（镀锡铜线）、铝铜作为电缆线芯具备许多优异的物理性能，如电导率大，机械强度高，工艺性好，容易加工，易于压延、拉丝和焊接，同时还耐腐蚀，是作为电缆线芯被最广泛采用的金属材料。铝是导电性能仅次于金、银、铜的导电材料，它的矿产资源比铜的更为丰富，价格较低，因此也被广泛采用,铜、铝物理性能4,4,从导电性能看，20时铝的电阻率为铜的1.64倍。要使同样长度的铜线与铝线具有相同的电阻，铝线芯的截面积是铜线芯的1.64倍，直径是铜线的1.28倍,4,铜线芯的连接容易操作，不论采用压接还是焊接，均容易满足运行要求。而铝线芯连接比较困难，运行中的接头还容易因接触电阻增大而发热 。铜对于充油电缆的矿物油、油纸电缆的松香复合浸渍剂、橡皮电缆的硫化橡胶等有加速老化的作用。在此情况下，可使用表面镀锡的铜线芯，使铜不直接与这些物质接触，以降低这些绝缘老化速度，使线芯的焊接更加容易。,导体的温度系数4,导体的温度系数是指单位温度(摄氏)电阻变化的绝对值与室温(20)时该导体电阻的比值。下面通过一个例子来了解电阻温度系数的计算。例：一段铜导线，当温度t1=20时，它的电阻R1=5，当温度升到t2=25时，它的电阻增大到R2=5.1Q，那么它的温度系数是多少? 解：温度变化值 t=t2t1=2520一5() 电阻变化值R=R2R1=5.15=0.1() 温度每变化1时，所引起的电阻变化为Rt=0.15=0.02() 所以温度系数为=RtR1=0.025=0.004(1),从电阻温度系数看，随着温度的升高，铝的通流能力比铜的下降的快,电力电缆的绝缘材料4,常用的电缆绝缘材料有电缆纸、浸渍剂、聚氯乙烯PVC、交联聚乙烯XLPE、聚乙烯PE、乙丙橡胶（EPR）、硅橡胶（Si-o）,电缆纸4,电缆纸的基本成分是木质纤维素，它常用软木中的松杉料如黄柏、白松、红毛杉等木材制成。纤维素是一种天然的高分子化合物，结构为,电缆纸的特性4,电缆纸具有很高的稳定性，不溶于水、酒精等有机溶剂，同时也不与弱碱及氧化剂等起作用，因此，纯纤维素做成的纸经久耐用。纤维素纸具有毛细管结构，它的浸渍性远大于聚合薄膜，这是聚合圳薄膜未能取代纤维素纸的主要原因。纸具有很大的吸湿性，纸内含水量的大小对纸的电气性能影响很大。电缆纸中含水会大大降低其绝缘电阻和击穿场强，并使介质损耗增大。因此，浸渍纸绝缘电缆在浸渍前必须严格进行干燥，除去纸中的水分。由于水分会渗透到纸的微细孔中，所以干燥过程都在高度真空下进行。,浸渍剂 4,浸渍纸绝缘的浸渍剂按其黏度可分两大类，即黏性浸渍剂和高压电缆油。常说的浸渍剂是指35kV及以下浸渍纸绝缘电缆用的，它实际上是光亮油和松香等的混合物，由于现代化学工业的发展，合成微晶蜡逐步代替了松香。高压电缆油要求黏度低，具有良好的流动性。主要用作充油电缆浸渍剂的是矿物油和合成电缆油。,4,黏性浸渍剂也有两种：一种叫普通黏性浸渍剂，用于油浸纸绝缘电缆，在工作温度下浸渍剂是流动的，所以必须限制电缆的敷设落差。一种是不滴流浸渍剂，用于不滴流电缆，在工作温度下浸渍剂是不流动的，所以电缆不受敷设落差的限制。不滴流浸渍剂在工艺温度时具有良好的流动性，以保证电缆绝缘纸得到充分的浸渍，但在电缆运行温度范围内，它不能流动而成为塑性固体。不滴流浸渍剂的电气性能与黏性浸渍剂大体相同，但它在80以下是不流动的塑性体。,聚氯乙烯(PVC) 4,(1)什么是聚氯乙烯。在我国，氯乙烯目前主要由乙炔与氯化氢加成而得。聚氯乙烯是由氯乙烯合成，属于游离基反应。 制造聚氯乙烯可采用悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合以及溶液聚合等四种聚合方法。聚氯乙烯的分子结构为：,氯乙烯,4,聚氯乙烯树脂是由聚氯乙烯单体聚合而成的线型热塑性高分子化合物。 聚氯乙烯(PVC)塑料是以聚氯乙烯树脂为基础加入稳定剂、增塑剂、着色剂等物质按一定比例配合而成。由于聚氯乙烯具有机械性能优越，耐化学腐蚀，不延燃，耐气候性好，有足够的电绝缘性能，容易加工，成本低等优点，因此广泛用做电线电缆的绝缘和护套材料。,聚氯乙烯的性能（优缺点） 4,从分子结构看聚氯乙烯树脂有几个基本特性（优点）： a以碳链为主链，分子结构呈线性，具有热塑性和大分子的柔软性。 b分子结构中有氯原子，使树脂具有非燃性和较好的耐化学腐蚀性；同时由于氯原子的引入，破坏了晶体结构，使树脂具有无定性聚合物的特性。 c分子结构中含有碳-氯极性键，具有较大的极性。这使分子间的作用力较大，因而具有较大的刚性和较高的机械强度。,聚氯乙烯有很多缺点4,聚氯乙烯分子结构同时决定了聚氯乙烯有很多缺点： a分子结构中有极性基团，电绝缘性能不够理想。 b热稳定性不够好，耐热性较低。 c玻璃化温度较高，耐寒性差。,聚氯乙烯的物理机械性能4,2)物理机械性能。聚氯乙烯树脂为无定形聚合物，分子链中存在着两种运动单元，即分子链整体运动和链段运动，由于运动单元的双重性，使聚氯乙烯树脂在不同温度下有三种物理状态。它的玻璃化温度Tg为80左右，粘流温度Tf为160左右。这样它在室温下处于玻璃状态，这很难满足电线电缆使用的要求。为了满足电线电缆使用的要求，必须将聚氯乙烯进行改性，使其在室温下能具有较高的弹性，同时又见有较高的耐热性和耐寒性。加入增塑剂能够调节玻璃化温度，也可采用内增塑方法，以增加塑性，改进柔软性。,聚氯乙烯的化学稳定性4,3)化学稳定性。聚氯乙烯的化学稳定性很高，除若干有机溶剂（如环已酮）外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90以下的硫酸、5060的硝酸，以及20以下的烧碱(NaOH)，此外对于盐类相当稳定；汽油、润滑油对它均不起作用，所以它的耐水、耐油、耐化学腐蚀性能较好，但其化学稳定性随温度升高而降低。,聚氯乙烯的电绝缘性能4,4)聚氯乙烯的电绝缘性能。聚氯乙烯树脂是一种极性较大的电介质，电绝缘性能较好，但比非极性材料(聚乙烯、聚丙烯)稍差。聚氯乙烯树脂的体积电阻率大于11013cm；树脂在25和50Hz频率下的介电常数为3.43.6，当温度和频率变化时，介电常数也随之明显的变化；聚氯乙烯的介质损耗角正切值tan为0.0020.004。聚氯乙烯树脂的击穿场强不受极性影响，在室温和工频条件下的击穿场强比较高。但是聚氯乙烯的介质损耗较大，因而不适应于高压和高频的场合，通常应用于10kV以下的低压和中压电线电缆的绝缘材料，大量应用于1kV及以下电缆产品。,聚氯乙烯的非燃性4,5)聚氯乙烯的非燃性。聚氯乙烯在火焰上燃烧时，分解放出HCl气体，离开火焰即自行熄灭，因此其非燃性能好，着火时不延燃，适宜用作电缆护套，尤其是要求耐燃性好的船用、矿用电缆等。,聚乙烯PE 4,(1)什么是聚乙烯。乙烯是最简单的烯烃，常温常压下为无色可燃性气体，稍具烃类臭味，沸点-103.8。聚乙烯是由单体乙烯聚合而成的高聚物。单体乙烯的两个来源是由酒精脱水制备和由石油的热裂化制得。根据生产条件的不同，聚合而成的聚乙烯可分为低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)三种。,4,聚乙烯分子式为 CH2-CH2n聚乙烯结构式为长链中碳原子间距离为154A，且排列成锯齿形键角为10928。这样的长链间以4.93A的间距相互排列着。聚乙烯的分子量高达数万至数十万。,聚乙烯的化学稳定性1 4,1)化学稳定性。聚乙烯的分子结构和高级烷烃相似，都是由较稳定的C-C和C-H键相结合，故有良好的化学稳定性。 一般情况下，聚乙烯可耐酸(盐酸、氢氟酸以及硫酸)、碱及盐类水溶液的腐蚀作用，即使在较高浓度下，对聚乙烯也无显著的破坏作用。但聚乙烯不能抵抗具有氧化作用的酸类侵蚀，如硝酸，即使在较低浓度下也可导致聚乙烯氧化，而使其电绝缘性能变坏、机械强度降低，当温度升高时，这种氧化作用更显著。,聚乙烯的化学稳定性2 4,聚乙烯在室温下或低于60时，不溶于一般有机溶剂中，在较高温度下可溶于某些有机溶剂（如脂肪烃、芳香烃）中。 随着聚乙烯的分子结构和支链数目的不同，结晶度也不同，化学稳定性也略有差异。 聚乙烯具有较小的吸水性。在水中浸放一个月吸水性仅为0.15。,聚乙烯的电绝缘性能4,2)电绝缘性能。聚乙烯分子中，分子结构对称，不含有极性基团，因此具有优良的电绝缘性能。有如下几个特点： a介电常数和介质损耗角正切值很小，并且在很宽的范围内几乎不变，因此是很理想的高频绝缘材料。电缆绝缘的介电常数为2.3，电缆绝缘的介质损耗角正切值tan为00001。 b聚乙烯的分子量对电绝缘性能影响不大。 c聚乙烯的体积电阻系数和击穿场强，在浸水7天后仍然变化不大，因此适合用于水下电气产品，如潜水电缆、海底电缆等。,半导电聚乙烯4,半导电聚乙烯是在聚乙烯中加入导电炭黑获得的，一般应采用细粒径、高结构的炭黑。当炭黑加到一定数量后才显出导电性能的，这时电阻迅速降低，以后随用量增加电阻逐渐减小，并接近各种炭黑自己的特性值。体积电阻率一般在(110)10-2m。,交联聚乙烯XLPE 4,5交联聚乙烯(XLPE) (1)什么是交联聚乙烯。聚乙烯虽然具有一系列优点，但耐热性和机械性能低，蠕变性大及易产生环境应力开裂，妨碍聚乙烯在电缆绝缘中的应用。目前为了克服这些缺点，除在绝缘料中加入各种添加剂外，主要途径是采用交联法，即利用化学或物理方法将聚乙烯的分子结构从直链状变为三维空间的网状结构，称为交联聚乙烯。交联聚乙烯克服了聚乙烯的缺点，机械、耐热、抗蠕变以及抗环境开裂性能大大提高同时还保持了聚乙烯的优良性能。,交联聚乙烯的辐照交联生产方法4,辐照交联：属于物理交联。辐照交联聚乙烯是利用高能射线包括7射线、a射线和电子射线等照射聚乙烯绝缘层使聚乙烯分子问产生交联。用于电缆的辐照交联是靠电子加速器产生的物理能量进行的。辐照交联的工艺是先将聚乙烯挤包在导电线芯上然后将半成品通过辐射源进行辐照交联。聚乙烯经过辐照交联后，其电性能基本不变交联度一般在6070之间。辐照交联电缆绝缘的优点是绝缘材料不需交联剂相对纯净，电缆可以高速挤出，无针孔无气泡交联键基本为c c键，相对稳定，电性能优于化学交联通过特殊配合，电缆绝缘使用温度可达150缺点是设备投资大、辐照均匀性差受绝缘厚度的影响只能用于低压电缆。,交联聚乙烯的硅烷交联生产方法4,2)硅烷交联：俗称温水交联。交联过程分接枝反应、水解反应、交联反应三个步骤根据电缆料的加工工艺分一步法和两步法。两步法生产过程中的接枝反应是在电缆料厂进行的。用有机过氧化物作为引发剂，把不饱和的硅烷分子接枝到热塑性PE的分子链上，形成活性硅烷基，制成PE接枝料(A料)，材料厂同时也提供含催化剂的PE母料(B料)。电缆厂将A料和B料按一定的比例混合后，在PE挤出机上挤出绝缘层。,硅烷交联（温水交联） 4,一步法：电缆料厂将PE树脂、硅烷交联荆、催化剂和抗氧剂按一定的工艺混合，但不发生接枝，或者电缆厂直接将PE树脂、硅烷交联剂等通过精确的计量输入到绝缘挤出机中，接枝反应在绝缘挤出过程中进行。前者可在一般PE挤出机上进行，但为了完成接枝，挤出温度一般较高，工艺较难掌握，后者必须使用特殊设计的挤出机进行，挤出机螺杆的长径比大于30：1。,硅烷交联（温水交联）的特点4,绝缘的水解反应和交联反应是在绝缘挤出后完成的，反应过程必须具备水和温度两个必备条件，通常把挤出的硅烷交联绝缘线芯放在热水或蒸汽房中进行交联。硅烷交联绝缘的优点是设备投资少、工艺简单，缺点是绝缘中的水分含量较高，只能用于低压电缆。,交联聚乙烯的化学交联生产方法4,3)化学交联。化学交联聚乙烯是以聚乙烯树脂为基料，再配合适量的交联剂（DCP）和抗氧剂，有时添加适量的填充荆（提高耐电弧、耐电蚀作用或作耐电压稳定剂）和软化剂捏合而成的聚乙烯混合料，然后将其挤包在导电线芯上，在一定压力和温度下进行交联反应而成。在交联反应过程中，与聚乙烯树脂混合均匀的交联剂分解成化学活性很高的游离基，这些游离基夺取聚乙烯分子中的氢原子，使聚乙烯主链的某些碳原子变为活性游离基，当两个大分子链上的游离基相互结合，便产生C-C交链，形成网状分子构型。,化学交联生产线4,化学交联生产线目前主要有：悬链式连续交联(CCV)扣立式连续交联(VCV)两种形式。悬链式连续交联生产线，一般用于绝缘厚度相对较薄的中低电压电缆，立式连续交联生产线可生产大截面厚绝缘的高压及超高压电缆。两种生产线可分为材料处理系统、绝缘挤出及控制系统和绝缘交联系统三个主要部分。,4,材料的处理是指绝缘材料和屏蔽材料的烘干和传输。要求整个过程无污染，材料的处理包括开箱、送料必须在净化室内完成，同时材料的传送应不与外界环境接触，如采用真空吸料和重力落料等方式。绝缘挤出采用高稳定高精度挤出机设计，挤出工艺经过了单层分别挤出、三层分别一次挤出(1+2挤出)和三层共挤的改进，绝缘挤出质量不断提高，生产线的控制系统已实现全部计算机控制、在线检测系统，如测厚仪、在线快速检测，并计算机联网实现自动控制，保证生产线的生产精度和稳定性。,交联聚乙烯的主要性能4,(3)交联聚乙烯的主要性能。聚乙烯在高能射线或交联剂的作用下，能使线型的分子结构变成体型（网状）的分子结构。使热塑性材料变成热固性材料。交联聚乙烯与一般聚乙烯相比，它可以提高耐热变型性，改善高温下的机械性能，改进耐环境应力开裂和耐老化性能，增强耐化学稳定性和耐溶剂性、减少冷流性，而电气性能基本保持不变。用交联聚乙烯做绝缘材料的电缆，长期工作温度可提高到90，瞬时短路温度可选250。,乙丙橡胶EPR 4,乙丙橡胶（EPR）是以乙烯、丙烯为主要单体，采用三氯氧钒与倍半氯乙基铝催化体系，在常温低压下溶液混合而成。为便于硫化，加入少量非共轭二烯作为第三单体，常用1，4己二烯、双环戊二烯和乙叉冰片烯。乙丙橡胶中丙烯含量约2545，第三单体含量310，分子量分布较宽，平均分子量都在25万以上。,乙丙橡胶EPR结构式4,二元乙丙橡胶结构式为三元乙丙橡胶结构式为,乙丙橡胶EPR的特点4,从结构式上看乙丙胶的特点。 1)乙丙橡胶由于引入了丙烯，破坏了原来聚乙烯的结晶性，因而成为具有无定形不规整的非结晶的弹性体，既保留有聚乙烯的低温特性和分子链的蜷区性，又赋予拉伸结晶类似天然橡胶的特性。 2)分子主链上没有双链，虽然引进了少量不饱和的基团，但双键处于侧链上，所以乙丙橡胶基本上是一种饱和性橡胶。 3)分子链不包含极性基团，具有非极性材料的特点，链节比较柔顺，分子间作用力比较小。,乙丙橡胶EPR的基本性能4,乙丙橡胶的基本性能。 1)具有优异的电性能尤其是耐电晕性，耐游离放电的能力特别突出。受潮和温度的变化对电性能影响小。 2)突出的耐老化性能，具有较高的耐热性，长期工作温度为90，短时可达150。 3)足够的机械性能，用碳黑补强后显示较好的机械性能 4)较好的化学稳定性，对各种极性的化学药品和酸、碱有较大的抗耐性，长时间接触后性能变化不大。,乙丙橡胶EPR的缺点4,乙丙橡胶的缺点：1、硫化速度比一般的合成橡胶慢，2、对碳氢化合物油类的稳定性较差，3、自黏性和互黏性都很差，加工困难。总体看，它的性能优于丁基橡胶，可做耐压等级高的电力电缆的弹性绝缘材料。,硅橡胶Si-o 4,硅橡胶是一种特种橡胶，是在一项性能上超过通用橡胶，以适应特种绝缘的要求。为使得能在某一项性能上突出，所用的单体就要比通用橡胶的昂贵，所以特种橡胶的价格也为昂贵。硅橡胶以耐热著称，是一种耐热橡胶。 硅橡胺的结构式为,硅橡胶结构特点4,硅橡胶结构特点： 1)硅橡胶的组成以si为主体分子链由硅氧键组成，由于硅氧间的键能（1015kcalmol）比碳碳键（628kcalmol）大的多，而且硅是不燃元素，具有无机材料的特点。所以耐热性很高。 2)分子侧链上连接有机基团，提供了分子链可旋性的条件，是分子链保持高度柔软性。 3)分子结构中没有双键，属于饱和性橡胶，所以它具有非极性橡胶的特点。,硅橡胶的特性4,硅橡胶的特性： 1)较高的耐热性和优异的耐寒性。 2)优良的电绝缘性。它又具有无机材料的特点，耐电晕、耐电弧性特别优越。 3)优异的耐臭氧老化、热老化、紫外光老化和大气老化性能。 4)具有较好的耐油性和耐溶剂性能，具有良好的导热性，这有利于电线电缆的散热，提高电缆的载流量。 5)硅橡胶无色无味无毒使用时对人体健康无不良影响，而且是疏水性的，对许多材料不粘，可起隔离作用。 6)硅橡胶的缺量。常温下，其抗张强度、撕裂强度和耐磨性等比其他合成橡胶低得多。它耐酸碱性差，价格责，透气性高。加工工艺性能差，较难硫化。,硅橡胶用途4,硅橡胶主要用作：船舰的控制电缆电力电缆和航空电线的绝缘材料制造高压和超高压电缆附件的应力锥用硅橡胶RTV涂料，涂在瓷绝缘子表面，提高抗污闪能力。,450/750V耐热硅橡胶绝缘电缆,耐热硅橡胶绝缘电缆：导体最高温度180,电力电缆的护层材料4,常用的金属护套按照加工工艺不同，有热压（连铸连轧）金属护套和焊接金属护套两种。金属材料的选择主要从4个方面进行考虑：容易加工，机械强度高；非磁性材料；较好的导电性，较低的电阻率；良好的化学稳定性。目前投入实际应用的有铅护套、铝护套、铜护套和不锈钢护套。其中，铅护套和铝护套是最常用的两种金属护套。,4,铅护套及铅的主要物理性能：铅护套加工工艺主要采用热挤包。其厚度受电压等级、截面、载流量、系统接地电流、机械强度等的影响。根据GBT 110172额定电压110kV交联聚乙烯绝缘电力电缆及附件第2部分：额定电压110kv交联聚乙烯绝缘电力电缆的规定：110kV电缆一般是2.63.3mm；根据GBZ 188902额定电压220kV(Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆及附件第2部分：额定电压220kV(Um=252kV)交联聚乙烯绝缘电力电缆的规定：220kV电缆一般是2.73.4mm。,铅的主要物理性能4,铅的主要物理性能： (1)密度为1134gcm3； (2)熔点为327； (3)20时，线膨胀系数为29110-6； (4)电阻率为2210-8m； (5)抗拉强度为1820Nmm2。 铅容易加工，化学稳定性好，耐腐蚀。缺点是机械强度较差，具有蠕变性和疲劳龟裂性。我国目前用作电缆金属护套的铅是合金铅，其成分是铅、锑、铜，含锑O4O8，含铜O02O06，其余为铅。经试验，在相同应力作用下，铅锑铜合金的耐振动疲劳次数约比纯铅大27倍左右。,铝的主要物理性能4,铝护套加工工艺主要采用热压连铸连轧和氩弧焊接两种。其厚度也受电压等级、截面、载流量、系统接地电流、机械强度等的影响。根据GBT110172的规定，110kV电缆一般是2O23mm；根据GBZ 188902的规定，220kV电缆一般是2428mm。,铝的主要物理性能4,铝的主要物理性能： (1)密度为284gcm3； (2)熔点为658； (3)20时，线膨胀系数为23 710-6 ； (4)电阻率为2810-8m； (5)抗拉强度为7095N mm2 。 铝的蠕变性和疲劳龟裂性比铅舍金要小得多，因此，铝护套电缆的外护套结构可以大大简化，直埋敷设时无需用铜带或不锈钢带铠装。缺点是铝比铅容易遭受腐蚀；搪铅工艺比铅护套电缆要复杂。,油纸电缆的屏蔽材料4,油纸电缆：导体屏蔽材料（金属化纸带或半导电纸带）；绝缘屏蔽层（半导电纸带）半导电纸有单色和双色两种，是在纸纤维中掺入胶体碳粒所制成的纸。半导电纸的表面不应有皱纹、折痕及各种不同的斑点；纸面不应有穿孔、裂口和光线通过的小孔以及肉眼可见的金属杂质微粒。金属化纸是用电缆纸作基材，用黏合剂粘合铝箔后形成的复合纸带，铝箔必须紧密地粘贴在电缆纸上，不应有脱胶和气泡存在边缘应整齐，不应有锯齿形和倒刺现象。,塑料电缆的屏蔽材料4,塑料绝缘电缆：导体或绝缘的屏蔽材料：半导电塑料橡皮绝缘电缆：导体或绝缘的屏蔽材料：半导电橡皮,塑料、橡皮电缆的屏蔽材料4,塑料、橡皮绝缘电缆的导体或绝缘屏蔽材料分别为半导电塑料和半导电橡皮，是在各自的基材中加入导电炭黑获得的，一般应采用细粒径、高结构的炭黑。当炭黑加到一定数量后才显出导电性能，这时电阻迅速降低，以后随用量增加电阻逐渐减小，并接近各种炭黑自己的特性值。应注意交联聚乙烯半导电层呈空间网状结构，用砂纸打磨后导电性能明显降低，可通过加热的方法使内层炭黑析出，恢复导电性能。,电缆相关其他材料4,环氧树脂EP（618、634、6101）、固化剂（常温固化剂651或650、高温固化剂）、填充剂（石英粉、滑石粉、云母粉）防火涂料、防火带、防火堵料、防火填料、六氟化硫气体SF6聚丁烯高压电缆油（由石油气中的丁烯1、丁烯2、异丁烯聚合而成，分高黏度、中黏度）聚四氟乙烯F-4（是一种工程塑料）硅油（硅油、硅脂）电瓷（硅酸盐烧结而成）,环氧树脂EP 4,环氧树脂是含有环氧基团的树脂统。以环氧丙烷与二酚基丙烷(双酚A)合成的双酚A型环氧树脂，目前产量最大用途最广，以下以此为例。 双酚A型环氧树脂的结构通式为 从结构通式上看到，环氧树脂主链包含苯撑基。苯撑基是刚性结构，具有很高的机械强度，耐热和耐化学稳定性；羟基除了为大分子间交联提供条件外，本身是极性基，和端基环氧基一样，使环氧树脂具有很高的粘结力。醚键的存在则增大了大分子的柔软性。,环氧基团,环氧树脂特点1 4,环氧树脂特点。1)环氧树脂分子结构中含有羟基、醚基，它们是极性基团，粘结能力高；而且环氧基能与介质表面，特别是金属表面上的游离基形成化学键，因而能与金属、玻璃、陶瓷等粘结。 2)电绝缘性能较好。电阻率v为11013cm，介电常数和介质损耗角正切值tan分别为37和00230025，Eb为171197MVm。 3)固化后的环氧树脂，机械性能较好，高于聚酯，耐磨性也好。 4)由于含有较稳定的苯环和醚键，耐化学溶剂，耐油性较好。 5)收缩性较小，热膨胀系数小温度变化时环氧树脂的外形尺寸较稳定不易变化，固化过程中没有副产物生成不易产生气泡。,环氧树脂特点2 4,6)工艺性能良好可通过浇铸，熔涂、浸渍等工艺，应用于电工许多方面和电线电缆工业。 7)未加固化剂的环氧树脂，本身存放稳定加入固化剂，则不易久存，这给应用带来困难。 环氧树脂在固化后的各项性能往往随选用的固化剂而有改变。环氧树脂的工艺性能良好可以通过浇铸、涂覆、浸漆等工艺，应用于电工许多方面和电线电缆工业。在电线电缆工业上主要用于制造漆包线和电力电缆接头的预制外壳和套管及绝缘密封材料，也可用做粘合剂。,环氧树脂的固化4,(3)环氧树脂的固化。环氧树脂是线型分子，没有实用价值，必须用固化剂使线型环氧树脂交联成网状结构的巨大分子，成为不溶、不熔的固化产物。环氧树脂的固化剂有两大类，即胺类和酸酐类。胺类固化剂一般具有能室温固化，固化速度快、黏度低，使用方便等优点，但容易挥发，使用寿命短，有毒性。酸酐类固化剂固化后的电性能好，机械强度、耐磨性和耐热性也较好，固化过程放热少，因而收缩性小，不过除少数在室温下是液体外，绝大多数是易升华的固体一般都要加温固化操作不太方便。环氧树脂复合物是指环氧树脂、填充剂和硬化剂的复合物。填充剂是为了提高固化后的机械强度，或为了降低成本而加入的物质。环氧树脂与填充刺仅是机械混合硬化剂与环氧树脂才起化学反应。,常用环氧树脂4,(4)常用环氧树脂种类。在电缆工程中应用的环氧树脂主要有618、634和6101三种牌号。634价格便宜但软化点高黏度大；618软化点低，黏度最小但价格贵；6101软化点和黏度都比较低，价格便宜，是使用最多的一种。,固化剂和填充剂4,固化剂可分为常温固化剂和高温固化剂两大类。常温固化荆在室温或稍加温后即可使环氧树脂复合物固化成型，现场施工均采用这种硬化剂。聚酰胺树脂常温固化剂有651和650两种牌号。由于650胺值低用量比651多一倍。 填充剂可以减少环氧树脂的用量，降低成本同时还可以改善环氧树脂复合物固化以后性能，如提高机械强度和耐热性等。填充剂种类很多，常用的有石英粉、滑石粉和云母粉等。使用最普遍的是粒径为006mm的石英粉。,环氧树脂复合物和涂料的配方4,环氧树脂复合物的配方： a)环氧树脂6101，100份重； b)石英粉，150200份重； c)聚酰胺树脂651，3545份重。环氧树脂涂料的配方： a)环氧树脂6101，10O份重； b)聚酰胺树脂651，3545份重。若使用聚酰胺树脂650固化剂，则重量增加一倍，即7090份重。环氧树脂复合物用于浇注电缆终端头或中间接头。环氧树脂涂料和玻璃丝带结合用于电缆终端头或中间接头的端部密封。,环氧树脂复合物和涂料的配制注意事项14,配制前，应将环氧树脂和石英粉进行干燥。配制环氧树脂复合物要特别注意可灌注期。可灌注期就是从加入固化剂开始，到环氧树脂的稠度逐渐变大，不能灌注为止。可灌注期与加入固化剂时环氧树脂和石英粉混合物的温度有很大关系温度越高可灌注期越短。可灌注期短对施工不利，但对浇注质量却有好处因为在此情况下，黏度低，流动性好，复合物能够顺利地淌满各个缝隙，不易产生气孔。另外，周围环境温度和浇灌量的多少也是影响可浇灌期的重要因素。,环氧树脂复合物和涂料的配制注意事项24,总之，一般冬天取环氧树脂与石英粉混合物温度为80左右加入聚酰胺树脂，夏天取70左右，如果环氧树脂用量在08kg以上则可降低温度5。 配制环氧树脂涂料，夏天可在室温下加入聚酰胺树脂冬天则应加热至4045时加入。 为了了解现场条件下环氧树脂和固化剂的反应情况使施工人员对可灌注期做到心中有数可事先做几个小型试验，并做好记录。这样可以更好地掌握环氧树脂的浇注工艺，使施工质量得到可靠保证,防火涂料和防火带4,防火涂料和防火带 我国20世纪70年代后期开始把防火涂料用于电缆上。以后又研制了改性氨基膨胀型防火涂料和防火包带现已得到广泛应用。防火包带的主要特点在于弥补涂料的缺点，适合于大截面的高压电缆，具有加强机械强度的保护作用。施工比涂料简便，能准确把握缠绕厚度，质量易得到保证。缺点是缠绕时需要有一定的活动空间，在密集的电缆架上施工不方便。又因包带不具有膨胀性能，故较膨胀防火涂料的覆盖厚度为厚，对电缆的正常载流能力有影响。,涂料的主要特点,膨胀型防火涂料的特点是：以较薄的覆盖层起到较好的防火、阻燃效果，几乎不影响电缆的载流量。由于涂料在高温下比常温时膨胀许多倍因此能充分发挥其隔热作用更有利于防火阻燃，却不至于妨碍电缆的正常散热。这种涂料具有刷涂和喷涂施工方便的优点，防火效果的关键是必须保证涂料层的厚度。由于涂料的黏度有限要分多次涂刷才能达到要求的厚度，每次涂刷漆膜厚度在0203mm左右。第一次涂刷后经1224h再涂第二次，以后依次循环。第一次涂刷的厚度宜薄不宜厚，否则会使整个涂层的附着力降低。为增强涂料的附着力，可在涂刷前先在电缆外叠绕一层玻璃丝带，然后再涂刷。涂料的主要缺点是涂膜的机械强度有限，需设法维护，使其不受外力损伤。然而对于大截面电缆对电缆的热胀冷缩涂膜也不一定能适应，故防火涂料多应用于中低压电缆，不适用于大截面的高压电缆。,防火堵料、填料4,防火堵料、填料 国内外多次电缆火灾事故充分显示了电缆贯穿墙壁或楼板的孔洞未封堵时所产生的严重后果。在电缆火势蔓延下。波及控制室或开关室的设备，造成盘、柜严重受损。变电站盘柜受损后修复极耗时间，造成长时间的停电，即使火灾直接损失有限，但停电带来的经济损失巨大。因此，电缆贯穿孔洞的封堵已受到普遍的重视。防火堵、填料有7551一型发泡型电缆密封填料、DMT灌注型电缆耐燃密封填料、DMT-J2嵌塞型填料和DFD-型电缆防火堵料等。,各种填料介绍4,7551型填料的特点是物料渗透性强，发泡时涨力大，密封性能好，尤其对根数较多的成束电缆穿过墙壁的填料盒或电缆洞时具有优良的水密封性能。成型后的填料质轻，阻水性好，填料固化成型时间短，可拆性好。DMT灌注型电缆耐燃密封填料是用于舰船电缆密封装置中阻火防火的密封填料，也用作建筑物或电力部门电缆穿孔处的密封填料。该填料灌注方便，硬化后硬度适中，具有弹性，有极其良好的水密性能。DMT_J2嵌塞型填料可广泛应用于金属、塑料管的密封，和地下建筑、高层建筑电缆贯穿部位的密封、防火和阻燃。DFn型电缆防火堵料具有良好的阻火堵烟性能，主要用于工矿企业、民用与高层建筑各种供电系统中堵塞电缆孔洞的缝隙,六氟化硫气体SF6 4,4六氟化硫气体(sFs) 六氟化硫分子呈正八面体结构，6个顶点是氟原子，硫原子在正中心，6个硫氟键相互垂直，分子的外层被电负性很强的氟原子所包围，因此，六氟化硫分子具有很强的附着电子的能力。 在一般情况下，六氟化硫的热稳定性、化学稳定性都很强且无毒、无色、无臭、不燃不爆。在500温度下也不容易分解；与水、氢、氧、氢氧化钙和盐酸溶液也都不起化学作用，仅微溶于醇，在水中溶解度极低。,SF6 4,由于六氟化硫分子结构对称，属于非极性气体电介质。 六氟化硫的临界温度为456，在高于临界温度时，在任何压力下六氟化硫均成气态。六氟化硫具有很好的绝缘性能和灭弧能力，在均匀电场中其耐电强度为空气或氮气的23倍，在不均匀电场中为3倍；在34个大气压力下其耐电强度与一个大气压力下的变压器油相近。在断路器的灭弧室中，其灭弧能力约为空气的100倍，也远比压缩空气强。六氟化硫比空气具有更好的热交换能力。,SF6 4,纯六氟化硫气体本身是无毒的，但在合成六氟化硫时，往往产生少量的有毒副产物。它的气体密度较大（20、一个大气压下为625gcm3，空气中为1116gcm3），在充有六氟化硫气体的设备和安装采用六氟化硫气体的电缆地沟中在没有良好的通风条件下，对人有窒息危险。由于六氟化硫具有良好的综合性能，在全封闭的电缆及其他绝缘结构如电器、电容器以及干式变压器中获得较广泛的应用。在电线电缆中，随着输电能力的增大，电压级的提高，采用六氟化硫气体的压缩气体电缆可保证电缆具有较小的电容、较低介质损耗，并具有较好的导热、散热能力，从而使电缆传输容量大为增加。,聚丁烯高压电缆油4,聚丁烯高压电缆油使用石油气中的丁烯（包括丁烯-1、丁烯-2、异丁烯）聚和而成的。在聚合时，调节其分子量就可以制成不同黏度的高压电缆油。其中，中黏度的聚丁烯高压电缆油用于钢管充油电缆，高黏度的聚丁烯高压电缆油用于低压电缆。聚丁烯油具有较好的电绝缘性能。介质损耗角正切值tan较小，介电常数为22，聚丁烯油具有不饱和性，在强电场下能够吸气，与石油质电缆油相比，耐老化性能好。中、低分子量聚异丁烯为无色或淡黄色黏稠状液体或半固体。无毒无味，具有优良的耐酸碱、耐紫外线、耐候性和良好的电绝缘性，与聚乙烯、石蜡等有着较好的相容性，能溶于汽油、苯等有机溶剂，不溶于水、醇类溶剂。,聚四氟乙烯 F-4 4,聚四氟乙烯简称F-4，是一种工程塑料。它具有广泛的频率范围及高低温使用范围、优异的化学稳定性、高的电绝缘性、突出的表现不黏性、良好的润滑性以及耐大气老化性能。 聚四氟乙烯由四氟乙烯聚合而成，其分子结构为,聚四氟乙烯的物理性能4,1)物理性能。聚四氟乙烯是一种高结晶度的聚合物它的螺旋状结晶的晶格距离变化在19、29、327有转折点，即晶体在这三个温度上下，其晶体结构会发生突变。因此在这三个转折点上对聚四氟乙烯的加工工艺来说是很重要的。19的晶体转变温度主要对加工聚四氟乙烯坯料极为重要。327是聚四氟乙烯的熔点，严格说在此温度以上，结晶结构消失，转变为透明的无定性凝胶状态。该特性决定了聚四氟乙烯不能采取一般热塑性树脂的方法进行加工，而是采用烧结加工工艺。聚四氟乙烯结晶度的大小对电线的物理和力学性能有一定的影响，结晶度大，聚四氟乙烯的密度也大，物理力学性能有所提高。,聚四氟乙烯的绝缘性能4,2)绝缘性能。聚四氟乙烯具有优异的电绝缘性，由于它的分子链中的氟原子对称，均匀分布，不存在固有的偶极距，使介质损耗角正切值和相对介电系数在工频到1109Hz范围内变化很小。聚四氟乙烯的绝缘电阻很高，其体积电阻率一般大于11015m，即使长期浸于水中变化也不显著随温度变化也不大。 聚四氟乙烯的击穿场强很高，很薄的聚四氟乙烯薄膜，其击穿场强可达200kvmm但随着厚度的增大，击穿场强逐渐降低。 3)其他性能。有很好的耐湿性和耐水性；耐气候性优良；耐辐照性欠佳。,硅油的定义和分类4,硅油是一种不同聚合度链状结构的聚有机硅氧烷。它是由二甲基二氯硅烷加水水解制得初缩聚环体，环体经裂解、精馏制得低环体，然后把环体、封头剂、催化剂放在一起调聚就可得到各种不同聚合度的混合物，经减压蒸馏除去低沸物就可制得硅油。可将硅油细分为硅油和硅脂。在电缆工程中，硅油可用作电缆终端中的绝缘剂，硅脂可用作润滑剂和填充绝缘缝隙。 (1)硅油的结构分类。硅油按化学结构来分有甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油等。,硅油的特性4,(2)硅油的物理特性。硅油一般是无色(或淡黄色)、无味、无毒、不易挥发的液体。硅油不溶于水、甲醇、乙醇和乙氧基乙醇，可与苯、二甲醚、甲基乙基酮、四氯化碳或煤油互溶，稍溶于丙酮、二恶烷、乙醇和丁醇。它具有很小的蒸汽压、较高的闪点和燃点、较低的凝固点。随着链段数的不同，分子量增大，黏度也增高，因此硅油可有各种不同的黏度，从065直到上百万。如果要制得低黏度的硅油，可用酸性白土作为催化剂，并在180温度下进行调聚，或用硫酸作为催化剂在低温度下进行调聚，生产高黏度硅油或黏稠物可用碱性催化剂。 (3)硅油的化学特性。硅油具有卓越的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性和较小的表面张力，此外还具有低的粘温系数、较高的抗压缩性，有的品种还具有耐辐射的性能。,电瓷4,电瓷是陶瓷的一种，主要是由硅酸盐即黏土、长石、石英(或铝氧原材料)等铝硅酸盐原料混合配制，经过加工成一定形状，在较高温度下烧结而得到的无机绝缘材料。这种材料的共同特点是比较硬和脆，但是这种材料更能耐高温和耐严酷的环境。,陶瓷晶体结构4,陶瓷有两种晶体结构，即离子键构成的离子晶体和共价键组成的共价晶体。离子晶体中，原子直径大的非金属元素作为负离子，排列成各种不同晶格；原子直径小的金属元素作为正离子，处于非金属原子间隙里。离子键能较高，于是正负离子结合牢固。共价晶体中，其共价电子往往偏向较负电性一边，这样的极化共价键具有离子键的特征同样有很高的结合能。,电瓷相结构4,陶瓷的性能不但与其晶体结构有关，而且更与组织的相结构密不可分。尽管陶瓷组织结构非常复杂，但它们都由晶相、玻璃相、气相组成。各相的组成、数量、形状和分布都会影响陶瓷的性能。晶相是陶瓷的基拳组成。由硅酸盐矿物做原料的陶瓷为硅酸盐结构晶相，它是由iO4四面体结构单元以不同方式相互连成的复杂结构。玻璃相是陶瓷烧结时，各组成物和杂质因物理化学反应后形成的液相，冷却凝固后仍为非晶态结构的部分。它分布在晶体之间，起黏结晶体、填充气孔空隙和抑制晶粒长大的作用。气相即陶瓷中残留的气体形成的气孔。气孔主要由于材料和工艺等原因形成的，它使陶瓷的一些性能下降。,电瓷的性能4,1)力学性能。最突出的特点是高硬度、高耐磨性，这些性能都大大高于金属。几乎没有塑性，完全是脆性断裂，故冲击韧度和断裂韧度很低，抗拉强度低，抗压强度高，弹性模量高，可达金属数倍。2)热性能。陶瓷的熔点很高，有很好的高温强度。高温抗蠕变能力强，1000以上也不会氧化。热膨胀系数低，导热性小，但其抗热振性差，温度剧烈变化时易破裂，不能急热骤冷。3)化学性能。陶瓷在室温和高温都不会氧化，对酸、碱、盐有良好的抗腐蚀能力，可谓化学稳定性很高的材料。4)电性能。陶瓷有较好的电绝缘性能，但表面易受污秽影响。,GB/T 1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电 阻 率 试 验 方 法,3.1体 积 电 阻volumer esistance在试 样 两相对表面上放置的两电极间所加直流电压与流过这两个电极之间的稳态电流之商，不包括沿试样表面的电流，在两电极上可能形成的极化忽略不计注 :除 非 另有规定，体积电阻是在电化一分钟后测定3.2体积 电 阻 率volumer esistivity在绝 缘 材料里面的直流电场强度和稳态电流密度之商，即单位体积内的体积电阻。注 :体 积 电 阻 率的SI单位是m。实际上也使用c m这一单位。,GB/T 1410-2006固体绝缘材料体积电阻率和表面电 阻 率 试 验 方 法,3. 3表