阻水电缆的结构设计与材料选择.pdfVIP

阻水型电力电缆材料及结构设计

摘要：阻水型电力电缆作为电线电缆行业的一个新品种，正随着经济的发展、技术的成熟而

得到推广应用。该文就阻水电力电缆结构设计和阻水材料提出一些看法。

关键词：阻水型电力电缆；结构；选材；工艺特性；改进

第一章引言

随着我国国民经济的快速增长，特别是农村及城市电网建设改选步伐的加快和各地

房地产业的蓬勃发展，我国的电力事业得到了快速发展，从而推动了为电力工业相配套的电

工行业，尤其是电线电缆行业的发展，电线电缆的品种发展呈现出多样化的趋势。电线电缆

已经从单纯的电力传输向多功能化发展，即根据不同用途分别被附加了一些新的特性。例如：

阻燃电缆，耐火电缆，低卤，低烟电缆，无卤低烟电缆等等。对电力电缆的阻水要求也是近

几年才发展起来的，以前对阻水的要求主要限于海底电缆，超高压电缆和通信电缆的应用上。

随着对绝缘吸水和水树的研究及认识的加深，人们越来越意识到防水性能对中高压电力电缆

的重要性。在地下水位较高或常年多雨地区（比如我国长江以南地区）。越来越多的用户对

电缆提出了防水的要求。电力电缆大多采用直埋敷设方式，所以电缆承受来自于土壤压力和

由于人为因素而受到外力损伤的可能性很大。

从敷设形式看，国外大多采用机械保护和防水为目的的金属保护套，或者采用包覆

薄金属带等防水层的电缆。但是这种电缆，一旦受到损伤，水便从损伤处侵入电缆内部，进

而渗入到电缆内部的间隙（导体绞线间，挤包外半导电层，屏蔽层或金属护套之间等）。沿

着电缆纵向扩展，从而导致大长度电缆无法使用。当直埋电缆发生故障时，通常在事故发生

点处要换一段新的电缆，使线路恢复运行，因此水一旦浸入电缆内部时，其渗水距离应越短

越好，为了阻止浸水后的渗水，一般采用间隙部分绕包吸水性膨胀材料的方法，一旦浸入水

便于堵住间隙。

1.1水分对电缆的危害

要确定阻水电缆的结构首先要知道水分对电缆的危害。一般而言，水分浸入到电缆

中后主要影响是电缆的导体和绝缘。就导体而言，电缆在正常运行时处于一个热稳定状态，

导体温度一般都在60以上，如果有水分浸入就会导致导体氧化，使得导体单线间的能量损

耗电阻增加从而增大了导体电阻，增加了输电线路的能量损耗，就绝缘而言，虽然聚乙烯是

极难溶于水的非极性疏水物质，但是聚乙烯是一种由结晶相和无定形相组成的半结晶高聚

物。聚乙烯相结构紧密，但晶界存在缺陷；无定形相中的分子排列疏松。分子间存在较大的

间隙。水分子是极性的，在交变电场下扩散力及电场力的共同作用使水分子很容易渗透到聚

乙烯无定形相的容隙和晶相的晶界缺陷中，交联聚乙烯分子结构中也存在上述问题，同时交

联聚乙烯中有较多的交联副产物充当杂质，因而交联聚乙烯在交变电场下也有较大的吸水

率。交联聚乙烯和聚乙烯绝缘吸水后会产生水树使得运行中的电缆发生击穿而损坏。

1.2可行性分析

现在我国电力电缆的阻水结构大多是借鉴于通信电缆，主要是通过增防水层达到防

止水分透过护套渗入到绝缘层的目的。要实现电缆的全面阻水，不但要考虑电缆径向的水分

渗透，还要考虑到有效阻止水分侵入电缆后沿电缆的纵向扩散。因为如果不考虑电缆的纵向

阻水，当护套密封不严或破损时，侵入到电缆内部的水分会沿电缆纵向扩散，造成整根电缆

报废，使损失扩大。IEC国际标准中也推荐额定电压6kV~30kV及30kV~150kV挤包绝缘电力

电缆具备纵向阻水结构。

普通电缆本身不具备阻水特性，在地下水位较高或常年多雨地区水分很容易渗入护

套或从护套的破损处侵入到电缆内部。并引发事故。早在20世纪70年代，交联聚乙烯绝缘

电力电缆中的水树问题就引起了国际电缆行业的极大关注，并且很多国爱都作了大量的研究

工作。最初主要是考虑对交联聚乙烯进行改性，采用添加电压稳定剂及其它添加剂的方法来

抑制水树的产生。此举虽有一定效果但并不显著，末能从根本解决问题。后来的实践经验证

明，防止外来水分侵入是解决交聚乙烯电力中水树问题的最佳途径。

第二章结构、选材及关键工艺

2.1电缆内部纵向渗水处（如图1）

a)金属丝屏蔽型b)铝护套型2

1-导体2-内半导体3-绝缘层4-外半导电层5-屏蔽层

6-包带