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交联过程中屏蔽层是否会氧化腐蚀?

在交联过程中,屏蔽层是否会氧化腐蚀取决于材料特性、工艺条件及防护措施。正常情况下,交联工艺不会直接导致屏蔽层氧化腐蚀,但若材料选择不当、工艺控制失误或环境防护不足,则可能引发氧化问题。以下是具体分析:

一、正常交联工艺下屏蔽层氧化腐蚀风险较低

  1. 交联环境抑制氧化

    • 交联过程(如干法化学交联、温水交联)通常在惰性气体(如氮气)保护或高温封闭环境中进行,氧气浓度极低,有效抑制了氧化反应。

    • 示例:干法交联的硫化管内充满氮气,屏蔽层材料(如半导体XLPE)在无氧环境下交联,避免了与氧气接触。

  2. 材料抗氧化设计

    • 屏蔽层材料(如交联聚乙烯XLPE、半导体屏蔽料)通常添加抗氧化剂(如受阻酚类、亚磷酸酯类),在交联温度下形成稳定化学结构,延缓氧化进程。

    • 数据支持:抗氧化剂可使XLPE在150℃下的氧化诱导期延长至200分钟以上(ASTM D3895标准)。

  3. 工艺时间控制

    • 交联时间严格控制在材料热稳定范围内(如XLPE交联时间通常为5-15分钟),避免长时间高温暴露导致材料降解。

    • 对比:若交联时间过长(如超过30分钟),可能引发材料热老化,但氧化腐蚀仍需氧气参与,封闭环境下风险较低。

二、异常情况下屏蔽层可能发生氧化腐蚀

1. 材料选择不当

  • 非交联型屏蔽料:若使用未添加抗氧化剂的非交联聚乙烯(PE)作为屏蔽层,在交联高温(290-310℃)下会迅速分解,产生低分子量氧化物(如醛、酮),导致材料变脆、变色。

  • 金属屏蔽层腐蚀:若屏蔽层为金属(如铜带、铝箔),且未进行镀层处理(如镀锡、镀镍),在高温高湿环境下可能发生电化学腐蚀。

    • 案例:未镀锡的铜屏蔽层在含硫环境中会生成硫化铜(Cu₂S),导致接触电阻升高。

2. 工艺控制失误

  • 氧气渗入:若交联管密封不良或氮气保护不足,氧气可能渗入与屏蔽层接触,引发氧化。

    • 后果:XLPE表面生成羰基基团(C=O),导致绝缘性能下降(击穿场强降低20%-30%)。

  • 温度失控:若交联温度超过材料耐受极限(如XLPE超过350℃),抗氧化剂失效,材料发生热氧化分解。

    • 现象:屏蔽层表面出现裂纹、气泡,颜色变为棕黑色。

3. 环境防护不足

  • 存储条件:交联后的电缆若长期暴露在潮湿、高温或污染环境中(如化工区),屏蔽层可能因外力损伤(如划痕、裂纹)暴露内部材料,引发局部氧化。

    • 数据:XLPE在85℃、85%RH环境下,无防护时氧化速率比有防护时快5倍。

  • 施工损伤:电缆敷设过程中若屏蔽层被划伤,且未及时修复,水分和氧气可能渗入导致腐蚀。

    • 案例:某变电站电缆因施工划伤,运行3年后屏蔽层腐蚀穿孔,引发接地故障。

三、氧化腐蚀的检测与预防

1. 检测方法

  • 外观检查:观察屏蔽层表面是否变色(如发黄、发黑)、开裂或起泡。

  • 红外光谱(FTIR):检测材料中羰基(C=O)含量,量化氧化程度。

  • 氧化诱导期(OIT)测试:通过差示扫描量热法(DSC)测量材料在高温下的抗氧化能力。

  • 接触电阻测量:使用微欧计检测屏蔽层与接地线的连接电阻,氧化会导致电阻升高。

2. 预防措施

  • 材料优化

    • 选用添加高效抗氧化剂的交联型屏蔽料(如半导体XLPE)。

    • 金属屏蔽层采用镀层处理(如镀锡铜带),耐腐蚀性提升10倍以上。

  • 工艺控制

    • 确保交联管密封性,氮气纯度≥99.99%。

    • 严格控制交联温度和时间,避免超温运行。

  • 环境防护

    • 电缆存储和敷设时避免机械损伤,使用保护套管。

    • 在潮湿或污染环境中,采用阻水带或热缩套管密封端头。

  • 定期维护

    • 每3-5年进行电缆状态检测,重点检查屏蔽层完整性。

    • 对老化电缆及时更换或修复。


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