辐照聚乙烯热熔带的性能及在电缆绝缘层修复中的应用

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240247

摘要/Abstract

摘要：

电缆绝缘层的破损直接影响到用电的安全性，经济环保的修复材料和修复方法的研究具有重要意义。本文首先详细研究了不同剂量下电子束（EB）辐照聚乙烯带对材料热和力学性能的影响规律。在此基础上，利用低剂量辐照聚乙烯（PE）材料特有的热熔融和热收缩特性，提出了一种修复局部破损交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘层的方法，并给出了具体的修复方案。研究结果表明，低剂量辐照聚乙烯热熔带能够有效修复破损的电缆绝缘层，修复层与原绝缘层紧密熔接。在40 kGy剂量下辐照后，热熔带的凝胶含量（质量分数）为33.6%，拉伸强度达到16.9 MPa，断裂伸长率为638.5%。电阻达到2.94×10¹² Ω，体积电阻为5.89×10¹⁴ Ω·m，相对介电常数为2.35，满足电缆应用要求。修复后的电缆10 kV交流耐压通过39 kV/5 min，局部放电15 kV≤5 PC测试。可见，低剂量辐照聚乙烯热熔带在电缆修复领域具有重要的应用前景。

关键词: 辐照交联, 聚乙烯, 电缆, 修复

Abstract:

The damage to the insulation layer of cables directly affects the safety of electricity use， and the research on economical and environmentally friendly rejuvenation materials and methods is of great significance. This work firstly investigates the influence of electron beam （EB） irradiation on the thermal and mechanical properties of polyethylene （PE） tape at different doses in detail. On this basis， a method for repairing the insulation layer of locally damaged cross-linked polyethylene （XLPE） cables is proposed by utilizing the unique hot-melt and thermal-shrinkage characteristics of low-dose irradiated PE materials， and a specific rejuvenation procedure is provided. The research results indicate that low-dose irradiated PE hot-melt tape can effectively repair damaged cable insulation layers， and the repair layer is tightly fused with the original insulation layer. After irradiation at a dose of 40 kGy， the tensile strength is 16.9 MPa， and the elongation at break is 638.5%. The resistance reaches 2.94×10¹² Ω， and the volume resistance is 5.89×10¹⁴ Ω·m， which meets the requirement of cable applications. The repaired cable withstands the 10 kV AC voltage test at 39 kV/5 min and partial discharge test at 15 kV≤5 PC. It can be seen that low-dose irradiated PE hot-melt tape has important application prospects in the field of cable rejuvenation.

Key words: Irradiation crosslinking, Polyethylene, Cables, Rejuvenation

中图分类号:

O631

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图/表 10

表1 不同剂量辐射PE带的基本性能

Table 1 Basic properties of PE tapes irradiated by different doses

No	Irradiation dose/kGy	w（gel）/%	Tensile strength/MPa	Young′s modulus/GPa	Elongation at break/%
1	0	--	16.5	0.604	632.7
2	20	22.9	16.0	0.512	615.9
3	40	33.6	16.9	0.579	638.5
4	60	45.6	16.7	0.569	581.0
5	80	56.1	16.5	0.671	552.3
6	100	59.2	16.8	0.635	534.4
7	120	63.2	16.9	0.637	445.0

图1 聚乙烯带的辐照剂量与凝胶质量分数之间的关系

Fig.1 Relationship between irradiation dose and gel content （mass percent） of the PE tapes

图2 不同剂量下辐射交联PE带的交联结构示意图

Fig.2 Illustration of cross-linked structure of PE tapes after irradiation by different doses

图3 PE带在不同剂量照射后的DSC升温曲线（A）和降温曲线（B）

Fig.3 DSC heating curves （A） and cooling curves （B） of PE tapes at different irradiation doses

表2 不同剂量辐射PE带的焓值和结晶度

Table 2 Enthalpy values and crystallization degrees of PE tapes irradiated by different doses

No.	Melting peak temperature/℃	Melting enthalpy/ （J·g^-1）	Crystallization peak temperature/℃	Crystallization enthalpy/ （J·g^-1）	Crystallinity/%	TD/℃
1	117.3	112.7	110.3	104.3	38.8	443
2	117.3	125.0	110.4	125.6	43.1	435
3	116.7	120.7	110.1	115.7	41.6	439
4	118.2	103.3	109.8	120.0	35.6	442
5	117.0	107.7	109.9	126.3	37.1	443
6	117.8	112.9	109.6	124.6	38.9	443
7	116.4	127.5	109.9	126.5	44.0	440

图4 PE带熔融（A）和结晶（B）过程的焓值

Fig.4 Molten process enthalpy values （A） and crystallization process （B） enthalpy values of PE belt

图5 PE带在不同剂量照射后的TGA（A）和DTG（B）曲线

Fig.5 TGA （A） and DTG （B） curves of PE tapes at different irradiation doses

图6 PE带在不同照射剂量下的拉伸应力（A）和断裂伸长率（B）

Fig.6 Tensile stresses （A） and elongations at break （B） of PE tapes under different irradiation doses

图7 电缆绝缘层破损部位修复过程示意图

Fig.7 Schematic diagram of the rejuvenation process for damaged parts of cable insulation layer

图8 电缆修复效果图A. Original and rejuvenated insulation layers； B. Rejuvenated insulation layers and wire core

Fig.8 Photos of the rejuvenation result of cable

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