1　基本工藝流程

    電力電纜的制造包括許多工序，一般可分為四個主要方面：

    導體制造，包括

    1） 拉絲　拉細單線到所需的直徑；

    2） 絞合　把多根單線絞合到一起，有時需要再包帶；

    3） 組合　在HV和EHV電纜制造中，把非圓形的股塊絞合成準圓形的結構；

絕緣線芯制造，包括

    1） 三層擠出：電纜絕緣線芯在這個過程中形成，包括內半導電屏蔽層、絕緣層和外半導電屏蔽層；

    2） 交聯：可在擠出后直接進行（過氧化物交聯），或者在擠出后采用單獨設備進行（濕法交聯）；

    3） 除氣：通過離線加熱把過氧化物副產物去除，這通常是HV或EHV電纜的基本工序，但也是經常用于中壓海底電纜；

電纜護層制造，包括

    1）絕緣線芯包帶：在此過程中，把緩沖層、保護層和阻水層繞包到擠包的絕緣線芯上；

    2）中性線絞包：把銅線、銅帶或扁銅帶包繞在電纜上；

    3）金屬護層：施加金屬的防潮和保護層；

    4）護套：采用聚合物護套起到機械保護（對金屬箔的保護特別重要）和防腐蝕作用；

    5）裝鎧：采用高強度金屬構件（鋼）來保護電纜，特別是海底電纜；

質量控制，包括

    1） 原材料的操作處理；

    2） 例行試驗；

    3） 抽樣試驗；

3.2　導體制造

     有些電纜制造采用直接用于屏蔽和絕緣加工的制成導體，或用銅桿或鋁桿，并將其拉絲到合適的直徑，然后絞合（扭結成一體）成電纜導體。

     那些拉絲絞合制造導體的電纜制造必須遵循基本但重要的工藝，以確保導體獲得合適的物理性能和電氣性能。由于拉絲工藝使金屬產生加工硬化，因此拉絲后的線材通常必須加熱以獲得適當的物理性能，這個工藝叫退火。退火可以通過感應加熱過程實現。在這個過程中，通過感應到絞線上的電流來產生熱量，并提高導體的溫度到正確的退火溫度。此外也可以把絞線放置到爐箱中實現退火。退火能同時影響絞線的物理和電氣性能，因此在退火過程中必須謹慎操作和監(jiān)控。必須進行定期的測試來確保絞線的特性符合規(guī)范的要求。

     絞合導體是通過扭絞多根單線完成的，有多種類型的扭絞（或絞合）型式。盡管絞合工藝相對容易完成，但必須仔細操作，以確保在絞合的過程中單線沒有損傷以及絞合系數（單位長度上絞繞的次數）正確。導體中的水分十分不受歡迎，因為水分會導致絕緣中生長水樹從而使電纜過早擊穿，也可導致電纜接頭過早擊穿。在制造、安裝或運行過程中可能使水進入導體，應考慮使用阻水結構的導體。

3　絕緣線芯制造

    擠出絕緣電纜的生產線是一種高度精密的制造過程，運轉時必須嚴格控制，以確保zui終的產品能夠可靠地運行多年。它包括許多前后密切銜接的了工藝。如果生產線上的任一部分有故障，就會導致生產出質量差的電纜，并可能會產生出很多米的廢電纜。

    在導體屏蔽料、絕緣料和絕緣屏蔽料擠出到電纜導體上后，必須進行交聯。交聯（也稱為硫化）是一個化學反應，它能提高這些標準的熱性能和機械性能，尤其是提高高溫下的強度和穩(wěn)定性。

絕緣線芯制造工藝起始于絕緣和半導電材料的顆粒在擠出機內熔融的時候。熔融是在加壓的情況下進行的，壓力把電纜料向十字機頭輸送，并在十字機頭內形成電纜的各個層。在螺桿末端和十字機頭的頂部，應放置用于過濾的濾網或過濾板。在擠出型電纜制造的早期，放置這些濾網或篩子是為了除去材料中的小顆粒，或者是熔融進程中產生的雜質。

    雖然如今仍在應用濾網，但由于現今材料較好的凈化特性，減小了材料對該類型濾網的需求。實際上，如果濾網太細的話，其本身就能以焦燒或預交聯的方式而產生雜質。然而，適當尺寸（100－200μm孔徑）的過濾網用來幫助穩(wěn)定擠出機內熔融的均勻度以及防止在材料處理過程中從外界混入大尺寸雜質是很有益的。

    在擠出型電纜制造的早期，采用二次擠出工藝來生產電纜絕緣線芯。先同時擠出導體屏蔽和絕緣，然后交聯并繞到線盤上。經過一段時間后，再擠出導體屏蔽和絕緣，這種工藝會在絕緣和絕緣屏蔽之間形成不規(guī)則并可能遭受污染的界面。在這個工藝中，絕緣屏蔽可能是不交聯的，因此電纜只有有限的熱學性能。

    現在，有兩種制造工藝用來在一道工序中完成所有三層的擠出。*種方法是1＋2三層擠出工藝，它是先擠出導體屏蔽，經過較短的距離（通常是2m到5m）后，再在導體屏蔽上同時擠出絕緣和絕緣屏蔽。第二種方法是三層共擠工藝，它是將導體屏蔽、絕緣和絕緣屏蔽同時擠出。在這兩種方法中，絕緣屏蔽都是交聯的，因此電纜的高溫性能有很大改善。

    1＋2三層擠出在其被推行時是一個重要的發(fā)展。因為它能產生一個較為潔凈、均勻的絕緣和絕緣屏蔽界面。但是在這個工藝中，導體屏蔽從導體屏蔽擠出機到絕緣和絕緣屏蔽擠出機時，是暴露在空氣中的。如果不采取嚴格的措施保護導體屏蔽，那么導體屏蔽可能產生缺陷，降低電纜的壽命。正是基于這個原因，三層共擠工藝被認為是更好的工藝，因為在這個工藝中導體屏蔽在絕緣擠出前不會暴露在空氣中。三層共擠工藝能產生十分潔凈、均勻的導體屏蔽和絕緣界面。

    在實驗室對兩種不同工藝生產的電纜進行了加速壽命試驗。試驗結果表明，用1＋2工藝生產的電纜比三層共擠工藝有更高老化速率。在這個特定的試驗中，電纜樣品放置在水箱中，感應到導體上的電流以提高導體溫度，在導體和絕緣屏蔽上施加較高的交流電壓。電纜在這些條件下老化規(guī)定的時間。到了規(guī)定的時間，把電纜取出并進行交流擊穿試驗。

應用1＋2或者三層共擠工藝生產出三層電纜絕緣后，沒有交聯的絕緣線芯直接進入硫化管。在這里有*不同的硫化工藝。

    在過氧化物硫化過程中，電纜進入到一個高溫高壓的管道中。這個管道很長，以便有足夠的時間來完成交聯過程。盡管氮氣是較好的媒質，因為熱蒸汽硫化會在絕緣中產生水分和大量的微孔，但管道內可以采用蒸汽或者熱氮氣加壓。另一個重要的易被忽略的步驟是應充分冷卻交聯好的絕緣線芯，確保外部絕緣和導體的溫度降低到可以離開硫化管的溫度。當電纜線芯引出硫化管時，絕緣線芯應是按照正確的制造規(guī)范和標準已進行了充分的交聯和冷卻。

    采用濕法交聯工藝，擠出機后面的管道的長度需要保證熱塑性絕緣線芯充分冷卻，以免導體上的絕緣偏芯（下垂）。實際的交聯或硫化過程是在擠出后離線進行的。

    在所有擠出工藝中，經常采用X射線或超聲波技術來檢查電纜同心度和進行缺陷定位，如內導電（導體屏蔽）缺陷。在其他層后續(xù)加工前找出重大缺陷很重要。

3.1 擠出－過氧化物硫化

    過氧化物硫化電纜的3種基本的電纜絕緣線芯擠出和硫化過程：

    CCV－懸鏈式連續(xù)硫化

    VCV－立式連續(xù)硫化

    MDCV－Mitsubishi Dainichi連續(xù)硫化，也叫長承模連續(xù)硫化

懸鏈式連續(xù)硫化（CCV）

    CCV技術中，硫化布置成了懸鏈狀，當它懸吊在兩點之間時，象一概弦線。導體在饋送方式與VCV相同，都是從放線架進入到儲線器。這樣可以保證在連續(xù)擠出工藝不停止的情況下，當舊的線盤用完能夠換一個新的導體線盤到放線架上。儲線器也為兩個導體的焊接提供了時間。通過嚴格地控制電纜張力來保持電纜處在硫化管的中心位置。使用*的自動控制系統，做到這點已經變得較為容易。還注意確保不讓已經融化但未交聯的塑料聚合物在重力的作用下從導體上滴落或垂落，這個效應一般叫做“下垂”。下垂效應隨著絕緣厚度與導體尺寸的比率嗇而趨于增強。

    一些工藝，包括使用特殊的低融流指數聚合物、旋轉電纜、絕緣表面急冷等，可以有效地減少絕緣的下垂效應。對于大截面電纜（重電纜），還存在另一個問題。就是施加一個很大的拉力（必須保證電纜在管中心）以及張力的控制變得困難。這實際上限制了導體截面要小于1400~1600mm²。CCV線上可以生產絕緣厚度zui大為25mm的電纜。懸鏈線的管子長度是可變的，但總長度均在160m左右。管內的硫化媒質是加壓蒸汽或高溫高壓的氮氣。冷卻可由水或者冷卻的氮氣來完成。CCV線主要用來生產MV和HV電纜。

立式連續(xù)硫化（VCV）

    VCV技術中，硫化管是垂直導向的。通過控制電纜的張力維持電纜在管的中心位置。導體的饋送方式與CCV相似。

    將導體牽引到機塔頂端，該塔高度可達100m，位于一個巨大的牽引輪的正上方，然后導體經由預熱器進入到三層擠出機頭。通過高溫氮氣加熱電纜來完成硫化。

    氣體加壓是保證過氧化物的分解物不產生充氣的微孔。VCV技術中交聯管道是垂直布置的，從而確保了導體和絕緣線芯的同心度。在生產大截面（＞1600mm²）導體電纜時，VCV技術非常有效，因為在保持張力方面，不會面臨和CCV技術那樣的困難。VCV線可以用來生產絕緣厚度zui大約35mm的電纜。

    與CCV技術相比，VCV技術不會遭受由于重力的影響而使聚合物產生低垂或從導體滴落的結果。然而，由于昂貴的立式建設成本，VCV線要短于CCV線。VCV線一般為80~100m，而CCV線一般為140~200m。

由于同樣的電纜需要相同的硫化時間，CCV線生產速度較快。VCV線通常只用于HV和EHV電纜。同CCV生產線一樣，VCV線的硫化媒質也使用高溫高壓的氮氣。但是生產HV電纜時，由于蒸汽硫化會導致絕緣中產生水分和大量的微孔，所以氮氣是的媒質。

長承模連續(xù)硫化（MDCV）

    在MDCV工藝中，硫化管是在擠出機后水平布置的。與CCV和VCV線不同的是，硫化管中不需要使用氮氣來加熱和硫化電纜。MDCV工藝要求模具的外徑等于電纜外徑，因此電纜可以充滿管道和模具。把聚合物加熱到熔融態(tài)以及以及進行交聯時，產生的熱膨脹造成的壓力阻止了微孔的生成。

    與CCV工藝相比，由于電纜被模具全部封套，MDCV工藝沒有下垂的問題。但是，在聚合物熔融而沒有交聯時，保證導體中心位置非常重要。中心位置的保持，可以通過對一短段電纜施加很大的張力，使電纜處于真正的水平位置而達到。這也降低了對長冷卻管的需求。也可以使用特殊的高粘度聚合物。這些特殊的方法通常用于1000mm²以上的導體。MDCV僅用于生產HV和EHV電纜。

3.2　擠出－濕法交聯工藝

    在濕法交聯工藝中，采用同CCV生產線上把經過硫化的過氧化物混合物擠出到導體上的相似方法，把絕緣線芯的混合物擠出到導體上，但不用隨后通過高溫高壓的硫化物。與之相反，擠出后立即用水冷卻電纜。把電纜卷繞到線盤上后，放入到較高溫度（約70~75℃）和溫度的房間或者水浴中來完成交聯。濕法交聯只有在不存在以及有合適的催化劑的條件下才能發(fā)生，因此它*沒有過氧化物交聯工藝的熱激發(fā)的預硫化等情況出現。過氧化物交聯工藝中，擠出停車和過于精細的濾網都會導致焦燒。特別是用硅烷作為交聯劑的聚合物。在電力電纜制造中，濕法交聯的擠出機更適合使用濾網（100~200μm孔徑）,而且適應于停車時沒有過氧化物那種材料焦燒的危險。

3.3　硫化－概述

    在過氧化物硫化工藝中，通過在鋼質的硫化管內施加循環(huán)的高溫、高壓、通常是干燥的氮氣來產生熱和壓力。氮氣的溫度量級為300℃到450℃，壓力是10kg/cm²。高溫導致了過氧化物反應形成交聯網狀結構。在60m之后，表面溫度迅速降低到接近室溫，但是導體溫度的下降十分緩慢。高壓促使交聯過程中釋放的氣體保留在熔融態(tài)聚合物中，從而避免了產生微孔。這些微孔能產生局部放電以及使電纜絕緣性能快速下降。在絕緣*固化離開CV硫化管前，都必須保持壓力。

    濕法交聯和過氧化物交聯工藝各有利弊。過氧化物交聯需要高且長的廠房來安置交聯線，還需要配備氣體加熱和壓力設備。使用濕法交聯生產電纜制造成本相對較低，因為廠房成本和能耗較低。對于生產多種不同規(guī)格短段電纜廠來說，濕法交聯工藝生產線相對較短的長度是一個特別的優(yōu)點，因為在從一種規(guī)格到另一種規(guī)格的轉變過程中，所產生的廢料zui少。

過氧化物交聯工藝使用的半導電材料不能用于濕法交聯工藝，因為存在過氧化物交聯劑。用于濕法交聯的半導電料必須小心制造，導電碳黑須仔細選擇，以確保良好的加工和交聯。對于濕法交聯的電纜，可剝離和粘結型絕緣屏蔽都是可行的。

    濕法交聯工藝與過氧化物交聯工藝相比的另一個可能缺點，是瞬時生產量低。因為在高溫度房間內，所需停留的時間將導致工藝中嗇很多工作，降低整個制造過程的速度。但是，它能夠避免焦燒以及在生產中快速改變電纜規(guī)格等諸多優(yōu)點會彌補上述不足。電纜絕緣厚度的增加會大大增加交聯時間。在給定條件下的交聯時間是絕緣厚度平方的函數。

濕法交聯完成之后，電纜絕緣層通常會存在非常少量的水分（10~120ppm）。與CCV生產線上使用高壓蒸汽交聯中產生的極大量水分（1000到5000ppm）相比，這是有趣的。

4　冷卻

    在過氧化物交統中，電纜在離開壓力氮氣或蒸汽交聯管之后還須進一步冷卻。zui常見的是在電纜上線盤之前，在壓力條件下用流動冷水進行冷卻。冷卻程度由出口處導體和絕緣層的溫度共同決定。一般情況下，線芯裝盤之前二者的溫度都要低于70℃。在某些情況下，輸電用的電纜使用氣體冷卻，而不是用水冷卻。這需要降低線速，但使水分進入絕緣層的幾率減到zui小。

電纜冷卻必須逐漸由交聯溫度降到略高于室溫。如果電纜降溫太快，絕緣聚合物內會“鎖定”機械應力，這能導致電纜安裝后產生絕緣收縮的問題。

    與電纜設計有關，無論是交聯工藝（不充足的交聯時間）還是冷卻時間（不充足的冷卻時間）都會限制線速，認識到這一點非常重要。解決交聯和冷卻限制點的普遍切實的一種方法是使用且有*交聯速率的絕緣材料和半導電屏蔽料。對于CV生產線，通過將交聯和冷卻限制點從5.5mm至9mm，可極大地提高生產力。

5　除氣

    所有過氧化物交聯的電纜都會有一些分解副產物殘留在其結構中。這些副產物會影響到電纜的性能。副產物有關的問題可能包括：

    氣壓會導致電纜預制附件移位變形，如彈性體終端（EPR或硅橡膠）和接頭等。

    電介質損耗增加，除氣工藝可使高壓電應力電纜的介質損耗減小到3個量級。

    氣壓會使金屬箔護層變形，金屬箔斷裂或者電氣接觸間斷。

    掩蓋生產缺陷，致使將來使用中出現故障－高壓下含有氣體的孔洞或者屏蔽缺陷在正常例行試驗條件下不一定會顯示局部放電。

    應該注意的是：電纜絕緣芯在使用一段時間后會將氣體釋出。但這種積極的效果在短期會消散，所以提前處理電纜副產物和除氣問題。ANSI/ICEA 649[3.7]標準中要求所有的中壓電纜生產之后在廠內放置7天來自然去除氣體，然后再進行例行試驗。

    輸電級電纜增加的絕緣厚度，意味著自然去除氣體必須增添高溫除氣工序。在室溫下即使很長時間的去除氣體也是無效的。在金屬護層生產前應采取上述措施進行除氣。

    升高處理溫度可以減少除氣時間。溫度范圍一般在50~80℃之間，zui常用的就是60~70℃。在電纜的除氣工序中，要極度小心確保不損傷電纜線芯，這一點非常重要。實踐已經表明，伴隨著的絕緣熱膨脹、軟化，會導致“扁平電纜”或破壞外半導電屏蔽層，從而損傷絕緣線芯。這些損傷會直接導致例行電氣試驗的失敗，抵消了除氣工藝的益處。因此，隨著電纜重量增加，除氣溫度通常需要適當降低。

采用副產物含量小的絕緣材料是解決副產物/除氣問題的一個非常好的方法。是zui初濃度的減少使得除氣的負擔降低。實際上，利用以下兩個等效方法可以降低這種負擔：

    A） 可以降低溫度，以減少絕緣線芯損傷的風險，并降低能耗；

    B）根據不同的電纜尺寸，除氣時間可以減少25%~35%；

6　中性導體和金屬屏蔽

    電纜的金屬外護套和絕緣外護套一般都是在電纜芯成型后再加上去。這道工序總量和擠出/交聯/冷卻的過程相分離。有多種金屬屏蔽的類型可應用于MV或HV電纜設計中。同心包覆圓線、扁帶狀金屬外護套，以及銅帶金屬屏蔽等是常見的應用。

    在使用同心屏蔽時，有兩個重要因素需要考慮到：1）同心屏蔽要緊密地包在絕緣線芯周圍，但是不能過緊。若是過緊，可能就會陷到絕緣線芯中而破壞電纜。雖然屏蔽必須要能夠適應絕緣線芯受熱后的膨脹，但若是包得過松，屏蔽線會扭結或皺起而穿透外護套。在擠出外護套時，若屏蔽太松散，外護套會流到屏蔽下面。所有這些總量都是人們不希望發(fā)生的，必須避免。2）在使用同心屏蔽時要選擇合適的絞合系數（單位長度上螺旋圈數）。若每單位長度的電纜轉數過多就會造成材料的浪費和金屬屏蔽不必要的高阻抗。而電纜的轉數過少，金屬屏蔽就會讓電纜在卷繞到線盤或安裝使用時不能適當彎曲。某些用戶使用縱包皺紋銅帶屏蔽。縱包皺紋銅帶屏蔽有一定的重疊部分，有時會在其間涂敷膠粘劑以防止水氣侵入。合適的重疊對這些屏蔽帶子是非常重要的。皺紋與皺紋之間在重疊處應對齊。所有阻水帶和復合材料都不能起皺或扭轉，否則會降低其使用效果。

    輸電級電纜幾乎都要有一層實體金屬護套，例如焊接的皺紋銅套、擠出的皺紋鋁套、售出的鉛套、或者膠合的銅箔或鋁箔護層。金屬箔復合層有時會和圓銅線或扁銅帶一起使用。當使用各種制造工藝生產這些屏蔽時，zui重要的因素有以下幾點：

    1）當電纜彎曲時屏蔽不能開列；

    2）屏蔽要形成*的密封，焊接處不能出現針孔；

    3）金屬屏蔽（金屬箔、金屬套、金屬線等）和電纜絕緣屏蔽之間必須保持良好的電氣接觸。

7　絕緣外護套

    有許多不同的混合料用于電纜絕緣外護套，這些材料可以用加壓擠出或者較松地“套”到電纜上。在大多數情況下，外護套的加工獨立于其他制造工序，差不多總是zui后一道工序。如不考慮生產技術，外護套加工過程有三個重要的方面要注意：

    1）外護套必須滿足電纜規(guī)定的zui大和zui小厚度的要求；

    2）冷卻方法不能造成機械應力。通常都是讓電纜通過長的流動水的冷卻槽來實現，水槽的水溫經過仔細選擇。如果護套冷卻過快，可能容易產生開裂和/或收縮。這對早期的單峰HDPE和MDPE材料很重要，但對由多模態(tài)工藝生產出的材料來說總量少得多。

    3） 帶有絕緣外護套的電纜必須要經過火花試驗，一般在護套冷卻后電纜繞到線盤之前進行該試驗，這是為了確定護套上沒有針孔或缺漏。在火花試驗中，確保電纜的金屬屏蔽接地很重要。