精确检测超高压半导电屏蔽电缆料的表面粗糙度

作者:文/艾麦思(上海)仪器科技有限公司 张荣 文章来源:PT《现代塑料》2013年4月刊 发布时间:2013-05-22

PM-100系统

由德国OCS公司开发的用于薄膜、窄带表面粗糙度扫描检测的PM-100系统,可以应用于实验室或在线检测220kV(或以上)超光滑高压半导电屏蔽料的“粒结”,具有高性能、高精度等优点,可为国内超高压电缆领域的发展提供支持。

由于发展中国家经济的快速发展,以及发达国家新一轮电网改造的展开,世界范围内高压、超高压电缆的需求量近几年迅速增加。我国从2006年到2008年以平均25%的增长率递增,2007年最大增幅为40.5%。推动我国高压、超高压电缆增长的因素,除我国电网建设加速、城市电网改造外,大型工程建设项目的需求、城镇化进程的加快也是主要原因。

而随着国内高压电缆发展的加快以及需求的增加,经行业专家及学者评估,届时每年将需求约7000t以上的高压绝缘料,而随之配套的超光滑高压半导电屏蔽料的需求量也将达到2000t以上。

在对超光滑高压半导电屏蔽料的性能指标进行的检测中,表面粗糙度的检测(采用分辨率激光束扫描仪)要求十分严格,其性能指标要求为:表面粗糙度:个数/m2——W50>0.2mm <10个数;以及W50>0.5mm≤0个数(W50为“粒结”高度50%处的宽度)。

而所谓的表面粗糙度的检测,就是检测来自于原料内部的或外来的杂质——“粒结”。它是一种很小的凸起,高度至少要比其周围的粗糙程度高一个数量级,并且“粒结”应该是单独出现的,而且其数量也是有限的(粒结的成分不作定断)。这些“粒结”会影响高压电缆绝缘层和半导电屏蔽层交界处的光滑程度,其对电缆使用寿命的影响是非常关键的。如果这些交界处凸起的半导电屏蔽层的“粒结”嵌入绝缘层,就会导致局部的电场强度过高,从而增加产生水树的可能性。

德国OCS公司的表面粗糙度扫描检测系统PM-100,是专门为检测薄膜、窄带表面粗糙度(含表面“粒结”、凝胶点等)而设计的,可以应用于实验室或在线检测220kV(或以上)超光滑高压半导电屏蔽料的“粒结”。该系统现广被北欧化工、陶氏化学以及法国耐克森、德国RP公司和美国通用电缆公司应用。

PM-100系统由挤出机、流延模头、冷却定型辊以及导辊、高精度测量辊及相配套的高精度高速线摄影机和LED光源、自动打印标贴装置和自动窄带分拣装置组成。其中,摄影机与一台安装在主机柜内的高性能图形处理计算机相连。在整个PM-100系统中,高压半导电屏蔽料颗粒原料通过挤出机塑化,熔融物料被从模头挤出,形成宽为50mm、厚为0.5mm的窄带,并通过冷却辊冷却定型。此窄带经导辊引导到高精度的测量辊上,在LED光源配合下,高精度高速线摄影机对窄带表面进行扫描。扫描图像被高速处理(120MP(兆像素)/s)后,一旦捕捉到窄带表面有“粒结”,将按等级和数量进行高速统计。最后被扫描的窄带被自动裁切成长约15cm的小段分别收集在两个收集桶内。一个为没有“粒结”的窄带收集桶,另一个为有“粒结”的窄带收集桶。

PM-100系统的高精度高速线摄影机一个非常重要的特性是可分级描述表面的不规则的 “粒结”。即可按“粒结”的总高度、底部宽度和中间宽度3类分别从最小值开始,往上分为10个可调节的尺寸级别进行分类统计。其中最小“粒结”高度为5μm,最小“粒结”宽度为10μm。而最为关键的部件——测量辊的精度为1μm。

PM-100系统通过连续采样方式采集超光滑高压半导电屏蔽料颗粒的在线物料,每小时可采集50个样品,每次可测定24.6cm3。采样数据能更准确地代表整个生产批次质量。PM-100系统的主要优点包括:

1.可实现在线的连续24h检测;

2.附带自动标签定位打印功能,即在出现“粒结”的窄带处予以标贴,显示其位置和它的尺寸信息;

3.采用附带的窄带自动裁切、分拣装置替代传统的流延膜(或窄带)的收卷方式,即把被检测到的“粒结”窄带自动裁切成小段,并分离到专用收集桶内,以供收集进一步分析其成分,其余的窄带将同样被裁切分离到另一个收集桶内,而非传统的通过收卷装置把薄膜(或窄带)收成整卷的形式;

4.挤出机螺杆的设计为特殊的1.5:1压缩比,而非标准的3:1,可减少因在料筒里的压缩挤压和摩擦而造成物料新的额外的颗粒凝团“粒结”等出现;

5.模头采用的特殊设计,可减少物料流动阻力,便于物料在短时间内被挤出成型,减少在模头内的停留时间,以防物料结胶等不利影响;

6.测量辊的同轴度设计精度为 ±1μm,充分保证了对挤出窄带的检测精度;

7.图像处理能力为120MP/s;

8.LED线型光源带有光学聚焦。

现国内由于加工精度、材料及高精度摄像机的制造水平有限,还无法制造出类似的高性能检测设备。为此,艾麦思(上海)仪器科技有限公司作为德国OCS的国内代理商,愿把该系统引进推广,为国内超高压电缆领域发展提供支持,也为国产110kV及以上的半导电屏蔽料和国产110kV等级的XLPE绝缘料完全取代进口料,并被电缆行业全面认可做设备运用上的有力支撑。

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