姚秀艳
上海斯麟特种设备工程有限公司
摘要：介绍美标UL854进户电线的应用环境和产品结构。分析了绝缘料与护套的性能要求，介绍导体、绝缘、护套工序制造的关键技术。
关键词:UL认证，阻燃交联聚乙烯绝缘，工艺，研制
Abstract: the article introduces American standard UL854 Service-Entrance Cables of application environment and product structure. Analysis of the performance of insulation and sheath material requirements, introduced the conductor, insulation, sheath process the key technology of manufacturing.
Keywords: UL certification, Flame retardant with cross-linked polyethylene insulation, craft, research
0 引言：
随着我国改革开放的深入，我国部分实力较强的电缆企业正在积极开发海外市场，但是进入欧美市场必须要通过技术壁垒的限制，即产品只有通过美国保险商实验室UL(Underwriters Laboratories)的认证或加拿大标准协会CSA（Canadian standards association）认证，产品才可以销往欧美市场和认可UL认证的市场。目前国内只有为数不多的企业通过UL854认证。对于UL认证的主要难点就是原材料的选择和产品制造工艺。我们在原材料选择、产品工艺技术等多方面做了仔细的策划后，进行样品试制，经送UL公司检测一次性通UL认证。本文以SE-R产品为例进行介绍。
1、产品应用及结构
1.1 产品应用
SE型号电缆是进户架空电力电缆，安装于公共设施到用户单元的架空线部分以及适用于类似情况的分支电路或支线电力配电系统。SE型电缆具有阻燃和耐90℃干燥和潮湿特性。产品适用于90℃干燥和潮湿环境中使用，额定电压是600V。
1.2 产品结构
产品结构按照UL854标准规定依次为导体、绝缘、包带和外护套。研制型号规格：SE-R 3*6AWG+6AWG，600V，具体结构如下：
导体采用非镀锡铜圆形紧压绞合导体；
绝缘采用阻燃交联聚乙烯绝缘，满足耐额定90℃干燥和90℃湿的XHHW-2型电缆要求；
地线采用非镀锡裸铜绞线，用于设备接地系统；
外护套采用耐日光阻燃聚氯乙烯护套；
2 材料的选择
2.1 导体材料
在耐潮湿条件下应用的电缆对电缆的电气性能要求都很严格，要求铜杆电阻率不大于0.01680mm2/Ω·m 优质铜杆。在线材拉丝过程中，优化拉丝退火的电压与电流，并适时调整拉丝液的浓度、温度及pH 值，确保单线表面应光亮、无氧化、无毛刺，铜单丝在退火后的断裂伸长率大于30%以上。
2.2绝缘
阻燃交联聚乙烯绝缘料既要满足VW-1阻燃性能，而且在燃烧的过程中也要不延燃、不滴落、不脆化、不脱落，同时机械性能应满足下列要求：
老化前：最小抗拉强度1500 lbf/in2 （10.3MPa），最低伸长率150%。
烤箱老化后 (121℃, 7天)后：最小抗拉强度为老化前的80%，最低伸长率为老化前的80%。
2.3 护套
根据美准UL 854 要求对产品性能有明确规定,比较有难度的试验有电流负载测试（Overload Test of Uninsulated Conductor），低温拉线测试（Low-Temperature Pulling-Through-Joists Test）和耐压测试试验（Dielectric Voltage-Withstand Test）试验。因此，对于护套材料的机械性能和电气性能要求都高于国内的标准要求。所以，我们这次研发的目标就是达到国外同类产品的技术水平。主要的技术关键点有以下几个方面：
2.1护套材料根据UL854标准规定，PVC料为70℃，43级PVC（不耐油），其物理性能满足以下要求要求。
老化前：最小抗拉强度1500 lbf/in2 （10.3MPa），最低伸长率100%。
烤箱老化后：最小抗拉强度为老化前的70%，最低伸长率为老化前的45%保留率 (哑铃片)。
720h耐日光老化后：最小抗拉强度80%保留率，最小伸长率80%保留率。
2.2 阻燃性能要满足VW-1垂直燃烧试验，耐日光720小时测试。
3 产品工艺流程
根据UL854标准要求，SE-R型电缆工艺流程：拉丝----绞线----绝缘----温水交联----成缆----护套----成品检验----包装入库。
4工艺控制关键点
4.1 导体
控制重点：绞线节距、绞线外径、直流电阻、绞合方向。
6AWG相当于13.3mm2。采用正规绞合，导体结构属于B类，7股绞合导体。导体外径4.52mm，左向绞合，20℃导体直流电阻不大于1.35Ω/km。
根据UL1581，20℃导体直流电阻 不大于1.35Ω/km。绞合过程中严格控制绞线节距和外径，导体表面光亮、清洁、无氧化、无毛刺等不良工业品现象，使得绝缘层有效紧密在导体上，避免出现击穿现象。
4.2 绝缘
控制重点：绝缘厚度、老化前后物理性能、绝缘交联度、热收缩、火花试验。
绝缘采用温水交联阻燃交联聚乙烯绝缘，阻燃母料与基料的配比是17%-25%，母料需要在60℃-65℃温度下干燥4小时，否则，会严重影响挤出性能。母料是本色的，不符合UL要求，所以一定要加色母的。
本次研发产品型号规格为SE-R 3*6AWG+6AWG,绝缘选择90℃干和湿XHHW-2绞合铜导体线芯，绝缘厚度按照UL44标准，标称厚度为1.14mm。挤出后平均外径为6.8mm。绝缘在线通过10kV火花耐压试验。
成品电缆需要通过很苛刻的低温性能、电流负载试验和燃烧试验，因此对于绝缘的绝缘厚度、偏心度、绝缘与导体的粘接紧密度等要求特别高，为了消除挤出过程中存在的剩余应力以及达到上述要求采取以下措施：
4.2.1设计专用挤压式挤出模具，以确保绝缘偏心度和绝缘紧密程度。
4.2.2通过导体预热，缩小绝缘和金属导体之间的温差，预热温度控制在80℃-120℃。
4.2.3绝缘挤出后需要温水冷却。冷却水温49-66℃。
4.2.4控制绝缘挤出温度，机身温度范围168-177℃，机头和模具温度范围177-182℃。
4.2.5 绝缘平均厚度1.14mm，任一点最小厚度1.02mmmz，最大厚度1.25mm。
4.2.5温水交联水温与普通工艺相同。
4.3 成缆工艺控制
控制重点：包带重叠量、成缆外观质量
SE-R电缆为圆形电缆，由3根XHHW-2绝缘线芯和1根6AWG裸铜导体成缆绞合组成，缆芯之间没有填充，采用纤维加强聚酯带重叠绕包，重叠量不小于6mm，包带应绕包平整，不应有断带和绕包不平整。成缆节距不大于35倍节距倍数。
4.4 外护套工艺控制
控制重点：护套厚度，偏心度，外观。
根据UL854中17.3.2.2规定，外护套平均厚度不小于0.76mm，任意一点最薄点的最小厚度不小于0.64mm。采用耐日光PVC外护套。由于缆芯之间没有填充，缆芯不是很圆整，所以在挤出0.7mm厚度护套时易出现破洞、断胶等现象。为了解决上述问题，采取以下措施：
4.4.1选择拉伸性能比较好的PVC护套料。
4.4.2 设计专用的挤出模具。
4.4.3 PVC护套料挤出前应先进行干燥处理，温度为65-70℃，2小时。
4.4.4普通挤出机、普通PVC螺杆，长径比为24：1的螺杆。建议快速挤出。
4.4.5人员原配，选择经验丰富，具有学习能力强的操作工。
4.4.6 控制PVC护套挤出温度，机身温度范围：165-177℃，机头和模具温度177-185℃。具体温度根据挤出胶料表明情况进行适当的微调，以护套表面光亮为宜。
4.4.7护套平均厚度为0.76mm，最小厚度为0.69mm，最大0.83mm。
5 产品性能测试
SE-R 规格3*6AWG+6AWG，600V电缆，经检测验证，其性能指标均达到美标要求，具体试验结果如下：
1）导体电阻，标准要求1.35Ω/km，实测值1.21Ω/km。
2）绝缘平均厚度：标准：1.14mm，实测值1.21mm。
3）绝缘物理性能：老化前：标准：最小抗拉强度：1500 lbf/in2，最小伸长率：150%。实测值：1760 lbf/in2，350%。
老化后：标准要求，最小抗拉强度：70%保留率，实测值是88%
标准要求最小伸长率：70%保留率（哑铃片），实测值是89%。
4）护套物理机械性能:
老化前标准要求：最小抗拉强度：1500 lbf/in2
最小伸长率：150%，实测值最小抗拉强度：2400 lbf/in2，16.5 PMa
最小伸长率280%。
老化后标准要求：最小抗拉强度：70%保留率，最小伸长率：45%保留率（哑铃片），实测值最小抗拉强度85%，最小伸长率65%。
5）电流负载测试
未绝缘的导体流经300 A电流60分钟，SE型电下不得火焰或破裂。通过。
6）耐电压测试
测试电压3.5 kV，绝缘，不击穿。通过。
7）电缆燃烧试验
成品电缆的垂直试样应符UL1581 1061节电缆火焰测试，通过。
产品委托苏州美华UL和美国UL检测中心进行性能测试，其性能指标均符合UL854 Service-Entrance Cables的性能要求。目前以及批量生产，远销欧美，运行至今年未见任何异常。
结束语
我国部分有实力的企业在申请美国UL认证时，由于试验要求苛刻，很难一次性通检测，多次进行部分项目的重新测试，使得产品认证时间过长，错失很多外贸机会，而且企业在此项目有大量资金投入，本文介绍了研制UL854进户电力电缆认证时在材料选择、生产工艺和性能测试，并一次性通过美国UL试验室各项检测，希望能给同行以参考，共同促进电缆出口贸易发展。
参考文献
［1］ UL 854 Service-Entrance Cables，Edition 11 - Revision Date 2014/10/19［S］［2 ］UL44 Thermoset-Insulated Wires and Cables. Edition 19 - Revision Date 2018/1/9［S］．
［3 ］UL1581 Reference Standard for Electrical Wires, Cables, and Flexible Cords Edition 5 - Revision Date 2011/10/3［S］．