适用于恶劣环境的热缩电缆附件：原理、设计、制造和应用（一）

适用于恶劣环境的热缩电缆附件：原理、设计、制造和应用（一）
 

恶劣环境中的连接和传感系列：热缩配件提供了一种在恶劣环境中保护电力系统元件的便捷方式。

热缩产品高度工程化的连接和传感解决方案如何推动制造、运输、建筑、医疗保健、能源生产和消费产品的进步。

40 多年前，交联聚乙烯 (XLPE) 电缆开始在低压 (LV) 和中压 (MV) 配电网络中取代油浸纸电缆。在电缆网络发生这种变化的同时，热缩电缆附件被引入市场，是连接端接纸和聚合物电缆技术的理想解决方案。

热缩电缆附件，其制造过程中涉及的原理和制造过程。不同的元素和处理方法如何为不同的应用场景成型热缩管，由G-APEX提供的特殊热缩管，这些热缩管用于需要抵御油、火和核辐射的极端恶劣环境。

热缩技术简介

热缩管用于电气系统，提供密封、绝缘、应力消除，甚至识别它们所应用的电线和连接。在小范围内，这些管子可以通过滑动直接放在电缆上。当它们位于所需位置时，它们会被加热，加热程度取决于材料类型和所用热缩管的形状因素。加热后，热缩管收缩变硬并长时间（数年或数十年）保持相同的条件。

最初引入该技术时，大多数应用都用于典型设置，例如标准电缆和终端的连接，但公用事业和工业需求超出了日常环境，例如：

高紫外线 (UV) 暴露区域

重污染区

盐雾环境

漏油区域

有易燃物的区域

存在放射性元素的区域

热缩技术的基础材料是聚乙烯，它是当今最常用的塑料之一。聚乙烯的化学式是 (C₂H₄)ₙ，其中 C₂H₄ 是重复单元。聚乙烯的重复单元经过化学或辐射交联等交联过程形成分子链。

在辐射交联过程中，使用多 MeV 电子加速器，其中电子被加速以获得如此高的能量，以至于它们可以启动交联过程（图 1）。发生这种情况时，氢原子与聚乙烯链分离，相邻聚合物链之间的碳元素在两条聚合物链之间建立键。随着交联率的增加，材料通常变得更加坚硬。
 

图 1：聚乙烯的交联过程。资料来源：G-APEX

材料中的交联效应导致它们失去其熔化特性。它们现在可以被加热到超过结晶熔点的温度而不熔化。高于此温度，热缩产品，如挤压管或模制部件（分接头和端盖）可以膨胀并成形，以便它们可以保持在这个位置。相反，温度将再次降至结晶熔点以下。

假设产品再次加热到超过结晶熔点，这通常在安装过程中通过气炬或热风枪进行。在这种情况下，材料将再次收缩到原来的形状。这种记忆效应会在产品的整个生命周期中保持，从而在特定的存储和环境条件下为产品提供几乎无限的保质期。

材料改性赋予热缩配件特殊性能

通过在配方中使用添加剂，可以改变管子或模制部件的特性。化学配方是实现各种工业应用所需的特定和特殊功能的关键要素。

下图概述了用于配制热缩材料以获得所需性能的不同成分，具体取决于最终产品。 
 

表 1：用于配制具有所需特性的热缩材料的成分。资料来源：G-APEX

因此，材料的配方可能非常复杂。在不相互产生不利影响的情况下，需要确保所有不同材料的组合将结合功能，包括：

机械性能

户外应用的抗紫外线性

电气特性

防油特性

跟踪和侵蚀

抗辐射性

阻燃/耐火性能

电应力控制

户外热缩材料用于世界不同地区，具有不同的紫外线辐射水平。最具挑战性的紫外线要求可能出现在沙漠环境中，其中绝缘材料始终受到高紫外线辐射。随着海拔的增加，紫外线辐射也会增加。一个典型值是，每海拔 500 m，紫外线辐射增加约 3.5 %。

图 2（左）：沙漠地区的长期紫外线材料测试。图 3（右）：在高紫外线辐射环境中使用的终端。资料来源：G-APEX

沙漠地区的测试地点用于分析不同的配方，以证明它们对紫外线辐射的长期抵抗力（图 2）。对于加速 UV 老化测试，用于实验室模拟的 UV Lamb (Xenon) 测试已成为标准。EMMAQUA® 或 Weather-Ometer® 测试也被用作验证性能的替代方法。

对热缩配件有特殊要求的环境

热缩配件的耐油特性

需要耐油特性的环境可以被视为一种全新的恶劣环境，为热缩管带来了新的挑战。在这种情况下，典型应用是在油浸纸电缆的接头或终端中使用电缆附件，无论是纸对纸电缆连接还是更常见的纸对聚合物电缆接头，因此——称为过渡接头。
 

图 4：用于3芯纸电缆接头的隔油管。资料来源：G-APEX

由于没有油封特性，油浸纸电缆会随着时间的推移而遭受油的迁移和干燥。由于具有良好绝缘特性的油起着至关重要的绝缘作用，其流失会不断导致电缆的电气绝缘性能下降，最终导致绝缘击穿和电缆附件的故障。此配件通常需要维护 40 年的使用寿命。电缆导体的最高工作温度可达 70°C。 

具有耐油特性的热缩材料也可用于必须具备这些特性的油气或石化工业应用。


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