適用于惡劣環境的熱縮電纜附件：原理、設計、制造和應用（一）
 

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

熱縮產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、醫療保健、能源生產和消費產品的進步。

40 多年前，交聯聚乙烯 (XLPE) 電纜開始在低壓 (LV) 和中壓 (MV) 配電網絡中取代油浸紙電纜。在電纜網絡發生這種變化的同時，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境。

熱縮技術簡介

熱縮管用于電氣系統，提供密封、絕緣、應力消除，甚至識別它們所應用的電線和連接。在小范圍內，這些管子可以通過滑動直接放在電纜上。當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（數年或數十年）保持相同的條件。

最初引入該技術時，大多數應用都用于典型設置，例如標準電纜和終端的連接，但公用事業和工業需求超出了日常環境，例如：

高紫外線 (UV) 暴露區域

重污染區

鹽霧環境

漏油區域

有易燃物的區域

存在放射性元素的區域

熱縮技術的基礎材料是聚乙烯，它是當今最常用的塑料之一。聚乙烯的化學式是 (C?H?)?，其中 C?H? 是重復單元。聚乙烯的重復單元經過化學或輻射交聯等交聯過程形成分子鏈。

在輻射交聯過程中，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過程（圖 1）。發生這種情況時，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。隨著交聯率的增加，材料通常變得更加堅硬。
 

圖 1：聚乙烯的交聯過程。資料來源：G-APEX

材料中的交聯效應導致它們失去其熔化特性。它們現在可以被加熱到超過結晶熔點的溫度而不熔化。高于此溫度，熱縮產品，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，溫度將再次降至結晶熔點以下。

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

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。化學配方是實現各種工業應用所需的特定和特殊功能的關鍵要素。

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雜。在不相互產生不利影響的情況下，需要確保所有不同材料的組合將結合功能，包括：

機械性能

戶外應用的抗紫外線性

電氣特性

防油特性

跟蹤和侵蝕

抗輻射性

阻燃/耐火性能

電應力控制

戶外熱縮材料用于世界不同地區，具有不同的紫外線輻射水平。最具挑戰性的紫外線要求可能出現在沙漠環境中，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）：沙漠地區的長期紫外線材料測試。圖 3（右）：在高紫外線輻射環境中使用的終端。資料來源：G-APEX

沙漠地區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) 測試已成為標準。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境

熱縮配件的耐油特性

需要耐油特性的環境可以被視為一種全新的惡劣環境，為熱縮管帶來了新的挑戰。在這種情況下，典型應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重要的絕緣作用，其流失會不斷導致電纜的電氣絕緣性能下降，最終導致絕緣擊穿和電纜附件的故障。此配件通常需要維護 40 年的使用壽命。電纜導體的最高工作溫度可達 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應用。


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