專利名稱：電纜的熱處理方法
技術領域：
本發明涉及一種方法，在該方法中塑料材料在一個導體或類似的導體表面上被至少擠壓成一層，并且由塑料材料覆蓋的該導體及類似導體與絕緣及防護層工藝過程有關地以預定方式進行冷卻。
在電纜的生產中，在從熔點溫度到室溫過渡過程中由于塑料材料、例如聚乙烯單位體積大的變化，將出現很多問題。這是由于單位體積大的變化是在電纜中產生不利收縮現象的原因，它導致了圍繞著導體的塑料層被縮小，而且在電纜中引起了擴張和端部的問題。通過給已制成的電纜和繞在一個卷筒上的導體施加一個熱處理，明顯地減少了收縮效應，于是有一個問題是，由于當電纜繞在卷筒上彎曲著時釋放了應力，所以當電纜被伸長時又會產生另外的應力狀態。繞在一個卷筒上的電纜的熱處理也需要許多時間，至少2天至3天，同時也需要許多能量。
本發明的目的是提供一種方法，該方法能消除現有技術中的不利因素。這是利用根據本發明的一種方法來達到的，其特征在于導體和與其相鄰的塑料材料在絕緣與防護工藝過程中冷卻到一個預定的程度以后，塑料材料的表面層和與其相鄰的塑料材料部分在一個充滿一種介質的加壓區間中被重新加熱到一個預定的溫度。
本發明的主要優點是，上面提及的收縮問題能在很短的時間內被消除，并且比現有技術中使用的能量消耗低的多。一個在能量消耗方面獲得節省的例子是，當使用根據本發明的方法時，一個專門電纜的熱處理需要大約32kwh/km的能量。當使用現有技術對一個繞在一卷筒上的電纜熱處理時，如果該電纜的溫度從20℃上升到100℃能量損耗大約是46kwh/km。此外，大量的能量在加熱電纜卷筒和在熱處理區間的損耗中被消耗掉。本發明另一優點是與現有技術相反地，代替繞在卷筒上的電纜，根據本發明的熱處理是在伸直的電纜上進行的。
下面將通過在附圖中所示的實施例更加詳細地描述本發明，附圖為

圖1表示一個高壓電纜的一個絕緣后的導體的典型截面圖;
圖2表示當電纜導體進入到工藝過程的冷卻步驟時，不同參數的變化的一曲線圖;
圖3表示當應用根據本發明的方法時，在圖2中參數變化的曲線圖;
圖4表示當溫度降到20℃時，從圖2和圖3中計算得到的塑料材料層的直徑與實際直徑相比較的曲線圖。
圖1表示了一個高壓電纜的一個絕緣導體的典型橫截面圖。在導體1的周圍設置了一個薄的半導電塑料層，即一個導體防護層2。該導體防護層2由一個絕緣層3所覆蓋，并且在最外層還包括了一個相當薄的半導電電暈防護層4。制成的電纜進一步包括數目不等的不同層，然而這些不同層在現有技術中是公知的，并且就這一點論它們不直接涉及到本發明。在此將不詳細地描述這些不同層。在中壓和高壓電纜中的導體上的塑料層的厚度例如是在從5到35mm的范圍內變化。一種廣泛使用的絕緣材料是交聯的或熱塑的聚乙烯。
在導體1上的層2至4是在一個所謂的三重擠壓頭中在該導體上同時被擠壓成型，通常由三個分離的塑料擠壓機為導體提供用于不同層的塑料材料。當使用交聯的絕緣材料時，為了避免在塑料擠壓機中一個不適時的交聯反作用，該塑料的最大擠壓溫度大約為140℃。為了減少反作用時間，絕緣材料在塑料擠壓機后面一般被加熱到大約190°到210℃范圍的一個溫度上。加熱一般是借助于在一個加壓管中的蒸汽或熱輻射來進行的。壓力的需要是為了防止由在交聯反作用中形成的氣體產生氣泡。當為防止直徑的縮小時，一個過快的表面冷卻也可以有助于在絕緣層中形成氣泡。
如果熱塑的聚乙烯被用作絕緣材料，那么塑料的擠壓溫度在170°和230℃之間。由于在該塑料材料中不產生反作用，所以在這種情況下象這樣的壓力是不需要的，然而為了避免由于該塑料材料的收縮而形成氣泡，由空氣或溫水作用的冷卻必須很慢地進行。由于這種原因，由一個熱塑材料絕緣的電纜也在一定的壓力下進行冷卻，即在大于大氣壓力的一個壓力上。
目前慣用的一個低密度的可被過氧化物交聯的聚乙烯作為在中壓和高壓電纜中的絕緣材料，并且制造過程一般利用一種叫干硫化作用的方法，因此根據本發明的方法將參考上述所提及的材料和硫化作用原理在下面加以描述。干硫化作用意思是絕緣材料的交聯是在完全干燥的條件下在一個壓縮的防護氣體中發生。干燥防護氣體例如是氮氣。雖然下面的描述取決于上面提及的材料，然而值得注意的是其它的原理和材料也并未排斥在本發明的保護范圍之外。
在干硫化作用中，圖1中所示的絕緣導體從三重擠壓頭引出到一個加熱管中，該管通常由氮氣加壓的，以致于一般由熱輻射來加熱塑料層到顯然高于塑料材料擠壓溫度的一個溫度上，以便加速交聯的反作用，利用一個計算機來計算例如導體的速度和加熱管的交聯截面的溫度分布這樣的運行參數。
圖2是一個曲線圖，它表示帶有塑料層的導體在從交聯截面引出到一個20℃的加壓水冷卻步驟的溫度5，絕緣材料的中心點的溫度6和表面層的溫度7及外徑8為一個時間函數。絕緣導體的直徑在20℃時是30mm，而導體1本身的直徑是10mm。通過一個計算機程序來獲得這些值，該程序把塑料分成10個圓柱對稱層并且計算各層的熱膨脹和各層之間的熱傳遞。
在上述特殊的情況下，當溫度從熔點大約110℃降到20℃時塑料的單位體積減少了大約13%。實際上可以設想與塑料相比，金屬導體是完全堅實的，整個體積的變化必定在橫截面上發生，即在徑向的方向上。
圖2說明了一個用在關于導體絕緣處理過程中的冷卻方法，在該過程中被絕緣的導體以一個預定的方式被冷卻。
在本發明中，沒有以上述的方法進行冷卻，但是必須在導體1和它相鄰的塑料材料于絕緣處理過程中已被冷卻到一個預定程度以后，塑料材料的表面層和其相鄰的塑料材料部分被重新加熱到一個預定的溫度。在一個優選的實施例中，在導體1和與它相鄰的塑料材料實質上已被冷卻到塑料材料的熔點以后，塑料材料和與它相鄰的塑料材料部分被重新加熱到略微低于該塑料材料的熔點的溫度。
圖3表示與圖2中所示的曲線相對應的曲線，該曲線是使用根據本發明的方法所獲得的曲線。圖3表示導體溫度9絕緣體中心點的溫度10，表面層的溫度11和外徑12是一個時間的函數。
如圖3所示，當導體的溫度已經降到117℃時，開始用140℃的水為導體加熱。加熱一直進行到絕緣材料中心點的溫度上升到100℃為止，此后，重新開始用20℃的水冷卻導體。當其它條件是相同的時候，在圖2和圖3中所示的曲線大約為7分鐘時間是相同的。從圖3所示的曲線中能夠看到最外層的溫度11在7分鐘后迅速上升到大約140℃，而在導體中的溫度9的減小變得很慢，并且直徑12增加。在大約9.1分鐘時，能夠看到從導體到中心點的塑料的溫度是大約100℃，而從中心點到外層的溫度＞100℃。如果對于這種塑料假設100℃的溫度是一種機械硬化溫度，也就是塑料在低于這個溫度時，就熱膨脹和機械拉力而言，它表現為類似于固化物質，如金屬。從圖3中的直徑曲線12顯示出外層被硬化到一個31.7mm的直徑。從圖2中也能顯示出當外層直徑是33.0mm時，外層的溫度7完全降到低于100℃。
計算機程序把導體的塑料絕緣材料在20℃時分成10個相同厚度的層。當每層的溫度完全降低到低于100℃時，該程序也存儲每一層的內直徑和外直徑。假如每層是相互分開時，那么當每層的溫度從100℃降到20℃時，當然所有層厚度以相同比例變化。由于情況不是這樣，例如，根據圖2或圖3不論導體是否被冷卻，外層的直徑是30mm。根據圖2，當施加冷卻時外層的直徑不得不從33.0mm縮小到30mm，而根據圖3冷卻時，溫度從100℃降到20℃時，外層的直徑從31.7縮小到30mm。
當溫度降到20℃時，如果相互分開的各層的直徑與實際的直徑相比，就可以得到在圖4中所示的百分比曲線圖。曲線13是根據圖2由冷卻得到的曲線，而曲線14是根據本發明的由在圖3中所說明的冷卻得到的曲線。曲線13表示，當分開時最外層保留有大約4.6%的超尺寸，以致于在其中實際上有一切向壓縮力，該壓縮力擴展到層5，然后變成拉伸應力。利用根據本發明的方法冷卻的導體的外層僅僅保留大約0.1%的超尺寸，并且切向力形成的張力幾乎穿過塑料層的整個厚度，明顯的是最內層在兩種情況下表現為性能類似，因為導體1放置在它的下面，該導體1被認為是不變化的。當在各層中的切向壓縮力增加了施加在導體上的表面壓力時，根據圖3的冷卻在塑料和導體之間提供了一個比根據圖2的冷卻更大的摩擦力。因此根據本發明的冷卻減小了軸向的收縮。
根據本發明的方法有一個廣泛的不同的應用范圍，其中一個應用的例子是在芬蘭的專利說明書52299和相應的美國專利4035129中描述的設備實施，在該專利中一個管子限定了一個導體穿過其中的空間。在該設備中管子也作為一個加熱電阻。通過把管子冷卻部分均勻分成由分開的氣體或水循環的分離區域，可以實現電纜的熱處理。如果冷卻介質是水，也就是水冷卻，并且在熱處理部分中水加熱被利用，那么管子加熱水，而水加熱導體。當使用氣體時，導體的加熱主要是由熱輻射來進行的。在這兩種情況下，當然需要防止在熱處理部分和其兩側上的冷卻區域之間的冷卻介質的混合。
上述的實施例決不是打算限制本發明，而本發明在權利要求所描述的范圍內可以作出改型。明顯的是本發明無論如何不是被限定到一交聯反作用上，而它也可以被應用在其它的連接方式中。例如，由于過快的冷卻，應力作用可能發生在一些類型電纜相對厚的外保護層上，利用熱處理這種有利方式可以消除這些應力，本發明不限于中壓和高壓電纜，而它可更廣泛地被應用，例如在光纜的外保護層中。
權利要求
1.一種與絕緣的或有防護層的導體或類似物的工藝過程有關的方法，其中塑料材料在導體(1)的表面上至少被擠壓成一層，并且覆蓋有塑料材料(2，3，4)的導體以一種預定的方式被冷卻，其特征在于在導體和與其相鄰的塑料材料在絕緣和防護過程中冷卻到一個預定程度以后，塑料材料的表面層與其相鄰的塑料材料部分在一個充有一種介質的加壓區間中被重新加熱到一個預定的溫度。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在導體(1)的塑料材料和與其相鄰的塑料材料實質上已經冷卻到塑料材料的熔點以后，塑料材料的表面層和與其相鄰的塑料材料部分實質上被加熱到塑料材料的熔點。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述介質是蒸汽。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述介質是氣體。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述介質是水。
全文摘要
本發明涉及一種與絕緣的或有防護層導體或類似物的工藝過程有關的方法，其中塑料材料在導體(1)的表面上至少被擠壓成一層，由塑料材料(2，3，4)覆蓋的導體以一個預定方式被冷卻。為了避免由塑料材料的收縮引起的問題，在導體(1)和與其相鄰的塑料材料在絕緣和防護層工藝過程中冷卻到一個預定程度以后，塑料材料的表面層和與其相鄰的塑料材料部分在一個充有一種介質的加熱區間中被重新加熱到一個預定的溫度。
文檔編號B29C41/02GK1072629SQ9211333
公開日1993年6月2日 申請日期1992年10月30日 優先權日1991年10月30日
發明者朱咖·卡爾迫 申請人:諾凱-麥勒弗公司