摘要：阻水型電力電纜作為電線電纜行業(yè)的一個(gè)新品種，正隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的成熟而得到推廣應(yīng)用。該文就阻水電力電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和阻水材料提出一些看法。

　　關(guān)鍵詞：阻水型電力電纜；結(jié)構(gòu)；選材；工藝特性；改進(jìn)

　　第一章   引言

　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，特別是農(nóng)村及城市電網(wǎng)建設(shè)改選步伐的加快和各地房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國(guó)的電力事業(yè)得到了快速發(fā)展，從而推動(dòng)了為電力工業(yè)相配套的電工行業(yè)，尤其是電線電纜行業(yè)的發(fā)展，電線電纜的品種發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)。電線電纜已經(jīng)從單純的電力傳輸向多功能化發(fā)展，即根據(jù)不同用途分別被附加了一些新的特性。例如：阻燃電纜，耐火電纜，低鹵，低煙電纜，無(wú)鹵低煙電纜等等。對(duì)電力電纜的阻水要求也是近幾年才發(fā)展起來(lái)的，以前對(duì)阻水的要求主要限于海底電纜，超高壓電纜和通信電纜的應(yīng)用上。隨著對(duì)絕緣吸水和水樹(shù)的研究及認(rèn)識(shí)的加深，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到防水性能對(duì)中高壓電力電纜的重要性。在地下水位較高或常年多雨地區(qū)（比如我國(guó)長(zhǎng)江以南地區(qū)）。越來(lái)越多的用戶對(duì)電纜提出了防水的要求。電力電纜大多采用直埋敷設(shè)方式，所以電纜承受來(lái)自于土壤壓力和由于人為因素而受到外力損傷的可能性很大。

　　從敷設(shè)形式看，國(guó)外大多采用機(jī)械保護(hù)和防水為目的的金屬保護(hù)套，或者采用包覆薄金屬帶等防水層的電纜。但是這種電纜，一旦受到損傷，水便從損傷處侵入電纜內(nèi)部，進(jìn)而滲入到電纜內(nèi)部的間隙（導(dǎo)體絞線間，擠包外半導(dǎo)電層，屏蔽層或金屬護(hù)套之間等）。沿著電纜縱向擴(kuò)展，從而導(dǎo)致大長(zhǎng)度電纜無(wú)法使用。當(dāng)直埋電纜發(fā)生故障時(shí)，通常在事故發(fā)生點(diǎn)處要換一段新的電纜，使線路恢復(fù)運(yùn)行，因此水一旦浸入電纜內(nèi)部時(shí)，其滲水距離應(yīng)越短越好，為了阻止浸水后的滲水，一般采用間隙部分繞包吸水性膨脹材料的方法，一旦浸入水便于堵住間隙。

　　1.1 水分對(duì)電纜的危害

　　要確定阻水電纜的結(jié)構(gòu)首先要知道水分對(duì)電纜的危害。一般而言，水分浸入到電纜中后主要影響是電纜的導(dǎo)體和絕緣。就導(dǎo)體而言，電纜在正常運(yùn)行時(shí)處于一個(gè)熱穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)體溫度一般都在60以上，如果有水分浸入就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體氧化，使得導(dǎo)體單線間的能量損耗電阻增加從而增大了導(dǎo)體電阻，增加了輸電線路的能量損耗，就絕緣而言，雖然聚乙烯是極難溶于水的非極性疏水物質(zhì)，但是聚乙烯是一種由結(jié)晶相和無(wú)定形相組成的半結(jié)晶高聚物。聚乙烯相結(jié)構(gòu)緊密，但晶界存在缺陷；無(wú)定形相中的分子排列疏松。分子間存在較大的間隙。水分子是極性的，在交變電場(chǎng)下擴(kuò)散力及電場(chǎng)力的共同作用使水分子很容易滲透到聚乙烯無(wú)定形相的容隙和晶相的晶界缺陷中，交聯(lián)聚乙烯分子結(jié)構(gòu)中也存在上述問(wèn)題，同時(shí)交聯(lián)聚乙烯中有較多的交聯(lián)副產(chǎn)物充當(dāng)雜質(zhì)，因而交聯(lián)聚乙烯在交變電場(chǎng)下也有較大的吸水率。交聯(lián)聚乙烯和聚乙烯絕緣吸水后會(huì)產(chǎn)生水樹(shù)使得運(yùn)行中的電纜發(fā)生擊穿而損壞。

　　1.2 可行性分析

　　現(xiàn)在我國(guó)電力電纜的阻水結(jié)構(gòu)大多是借鑒于通信電纜，主要是通過(guò)增防水層達(dá)到防止水分透過(guò)護(hù)套滲入到絕緣層的目的。要實(shí)現(xiàn)電纜的全面阻水，不但要考慮電纜徑向的水分滲透，還要考慮到有效阻止水分侵入電纜后沿電纜的縱向擴(kuò)散。因?yàn)槿绻豢紤]電纜的縱向阻水，當(dāng)護(hù)套密封不嚴(yán)或破損時(shí)，侵入到電纜內(nèi)部的水分會(huì)沿電纜縱向擴(kuò)散，造成整根電纜報(bào)廢，使損失擴(kuò)大。IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中也推薦額定電壓6kV~30kV及30kV~150kV擠包絕緣電力電纜具備縱向阻水結(jié)構(gòu)。

　　普通電纜本身不具備阻水特性，在地下水位較高或常年多雨地區(qū)水分很容易滲入護(hù)套或從護(hù)套的破損處侵入到電纜內(nèi)部。并引發(fā)事故。早在20世紀(jì)70年代，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜中的水樹(shù)問(wèn)題就引起了國(guó)際電纜行業(yè)的極大關(guān)注，并且很多國(guó)愛(ài)都作了大量的研究工作。最初主要是考慮對(duì)交聯(lián)聚乙烯進(jìn)行改性，采用添加電壓穩(wěn)定劑及其它添加劑的方法來(lái)抑制水樹(shù)的產(chǎn)生。此舉雖有一定效果但并不顯著，末能從根本解決問(wèn)題。后來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，防止外來(lái)水分侵入是解決交聚乙烯電力中水樹(shù)問(wèn)題的最佳途徑。

　　第二章  結(jié)構(gòu)、選材及關(guān)鍵工藝

　　2.1 電纜內(nèi)部縱向滲水處（如圖1）

　　a）金屬絲屏蔽型               b）鋁護(hù)套型2

　　1-導(dǎo)體 2-內(nèi)半導(dǎo)體 3-絕緣層 4-外半導(dǎo)電層 5-屏蔽層

　　6-包帶 7-塑料護(hù)套 8-墊層 9-間隙 10-波紋鋁護(hù)套

　　11-塑料防護(hù)層陰影-縱向滲水可能發(fā)生處

　　2.2 徑向阻水型的電纜結(jié)構(gòu)

　　一般電纜所用的護(hù)套材料是聚氯乙烯，而聚氯乙烯分子是極性的，極性的水分子極易透過(guò)聚氯乙烯層侵入到電纜中，目前要實(shí)現(xiàn)電纜的縱向阻水在技術(shù)上的不存在問(wèn)題，只要在護(hù)套內(nèi)加一層水密性材料構(gòu)成的阻水曾即可。目前普遍采用的方法是在聚氯乙烯外護(hù)套內(nèi)擠包一層中高密度聚氯乙烯內(nèi)護(hù)套或縱包一層鋁塑復(fù)合帶作為縱向阻水隔離套。

　　縱向阻水電纜結(jié)構(gòu)如圖所示：

　　（1）聚乙烯（內(nèi)護(hù)套）防水隔離套

　　聚乙烯在交變電場(chǎng)下易吸水并不說(shuō)明聚乙烯材料的水密性不好。聚乙烯材料的水密性比聚氯乙烯高數(shù)百倍，擠包聚乙烯阻水層再配合一層吸潮墊層（如阻水包帶）可以滿足敷設(shè)在一般潮濕環(huán)境中的電纜的縱向阻水防潮要求。采用聚乙烯材料在阻水隔離套在工藝上實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，在不添加任何生產(chǎn)設(shè)備的情況下就可以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榫垡蚁又皇亲鳛樽杷畬佣豢紤]其機(jī)械強(qiáng)度等因素，出于成本和工藝方面的考慮在工藝設(shè)計(jì)時(shí)其厚度在1.0~1.5mm即可達(dá)到很好的效果。

　?。?）鋁塑復(fù)合帶聚乙烯粘結(jié)防水隔離套。

　　如果把電纜敷設(shè)在水中或特別潮濕的環(huán)境中，聚乙烯防水隔離套的徑向阻水能力就顯得不足了，對(duì)于徑向阻水性能要求較高的電纜，其阻水隔離套應(yīng)選用水密封性更好的材料，現(xiàn)在采用較多的是在電纜纜芯外包一層鋁聚乙烯復(fù)合帶。理論上講，鋁-聚乙烯復(fù)合帶的水密封性比單一的聚乙烯高幾百甚至上千倍，只要復(fù)合帶的接逢處完全粘結(jié)密封水分幾乎是無(wú)法透過(guò)，縱包鋁-聚乙烯復(fù)合帶聚乙烯粘結(jié)的關(guān)鍵工藝有兩方面：一是縱包工藝，縱包時(shí)要做到緊且圓整，消除縱包搭縫處的“荷葉邊”（即復(fù)合帶邊緣的縱向彎曲）；二是粘結(jié)工藝，應(yīng)保證復(fù)合帶與聚乙烯內(nèi)護(hù)套及其復(fù)合帶搭縫處粘結(jié)完善。生產(chǎn)鋁-聚乙烯復(fù)合帶縱包結(jié)構(gòu)的徑向阻水電纜需要一臺(tái)專用的縱包設(shè)備，同時(shí)為了保證工藝需要考慮縱包長(zhǎng)模，縱包止轉(zhuǎn)定位裝置（防止縱包過(guò)程中電纜的左右擺動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)）。定位導(dǎo)輪及成型渦輪等的設(shè)計(jì)和正確使用。同時(shí)考慮到電纜在運(yùn)行中熱膨脹因素，在防水層與絕緣線芯間應(yīng)加一層具有較好彈性且吸水的緩脹墊層（如有吸潮能力的無(wú)紡布或陰水包帶）生產(chǎn)鋁/聚乙烯復(fù)合帶縱包結(jié)構(gòu)的徑向阻水電纜需要一定的獎(jiǎng)金投入和設(shè)備改造。