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高压电缆缓冲层材料及结构特性研究

发布时间：2021-01-15T14:06:19.343Z来源：《基层建设》2020年第25期作者：何轶聪

[导读]摘要：近年来，我国现代化建设的发展迅速，在高压与超高压单芯电缆的金属护套与电缆缆芯之间均有缓冲层。

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摘要：近年来，我国现代化建设的发展迅速，在高压与超高压单芯电缆的金属护套与电缆缆芯之间均有缓冲层。缓冲层具有半导电特

性，能有效缓冲、弱化电场强度，并有效缓冲电缆绝缘与金属层，防止损伤绝缘。电缆如有纵向阻水要求，缓冲层绕包带还应具有吸水膨

胀性能，一般是采用聚酯纤维编织布与遇水可迅速膨胀的聚丙烯酸脂吸水膨胀粉复合而成。其阻水机理是，当水分从电缆端头或是从护套

缺陷中进入后，这种膨胀粉就会遇水迅速膨胀，阻止水分沿电缆纵向进一步扩散，这样就实现了电缆纵向阻水的目的。

关键词：高压电缆；缓冲层材料；结构特性研究

引言

高压交联聚乙烯绝缘电力电缆在我国已经使用了三十多年，最初全部使用进口产品，到目前为止66～220kV电力电缆已基本实现国产

化，每年有超过一万公里的高压电缆埋设于地下。进口产品和国产产品在护层结构和原材料特性方面各有其特点。经分析，影响国产高压

电缆产品质量的主要因素是原材料性能、护层结构及其加工工艺。从最近十几年高压电缆本体故障案例解剖发现，大量出现绝缘屏蔽表面

烧伤或放电痕迹，甚至引发击穿现象，影响电缆的使用寿命，危及供电安全，引起了电力行业的高度重视，这种缺陷不是短时间内能够显

现出来的。产生这种现象的原因目前不清楚，产品标准中对护层原材料的要求也不够明确，原材料的特性是否符合电缆运行的要求还有待

进一步研究，标准中对护层结构的要求都需要进一步明确，生产工艺如何保证电缆的产品质量也需要研究。

高压电缆阻水缓冲层现1状

目前国内大部分高压电缆采用氩弧焊焊接方式制作皱纹铝护套，在金属套与绝缘线芯之间绕包半导电吸水膨胀带，这种吸水膨胀阻水

带是在半导电的聚脂无纺纤维中加入聚丙烯酸脂膨胀粉制成的，膨胀粉遇水后能在一定时间内迅速膨胀到一定高度，从而起到阻隔水的作

用。由于各厂家使用的半导电阻水带材料来源不同，生产工艺不同，导致阻水带成型后的膨胀率明显不同，电缆缆芯与电缆金属护套之间

的配合也存在较大的问题，甚至某些厂家生产的电缆，短段试样的缆芯能够直接由铝套内取出。有学者对110kVXLPE绝缘电缆的径向模型

电场分布进行了仿真计算，也得到了要尽可能避免铝套内存在空气的结论。调研发现，近年来电网出现了很多具有相似特征的故障电缆，

其绝缘屏蔽、缓冲层和皱纹铝套均有烧蚀痕迹，这些电缆均存在缓冲层间隙过大的问题。引起这些问题的原因有很多，其中最主要的原因

就是标准对缓冲层要求不明确，试验方法不适用于缓冲层的实际情况。下面就JB/T10259—2014标准的适用性进行分析。

故障机理讨论2

由于A、B点相对于C点是两个对称点，因此C点两侧的等效电阻是相等的，由于缓冲层在A、B点之间受到铝护套轧纹“挤压”的程度不

一样，交直流电阻受压力的影响在前面已经说明，因此Ｒ31＜Ｒ32＜Ｒ33＜Ｒ34＜Ｒ35＜Ｒ36。A、B点是铝护套的波谷点，零电位，由于

缓冲层的外层与铝护套接触程度不一致，处于A、B点附近接触良好，远离A、B点接触就差一些，到C点时可能就会出现气隙。如果半导电

阻水带表面电阻Ｒ1不是足够的小，由于Ｒ1、Ｒ2和Ｒ3n的存在，在电场作用下就会有体积电流流过，在A、B之间缓冲层外表面上任一点

就存在电位，与铝护套之间就出现电场，当电场强度达到空气放电场强时就会出现局部放电情形。Ｒ31是受“挤压”的地方，接触电阻最

小，此点的体积电流大于其他地方，这就解释了绝缘屏蔽在波谷处“烧伤”的原因。导致电缆故障的另一个重要原因是阻水缓冲带与皱纹铝

套之间有大量的空气，半导电阻水带材料的热阻系数实际上是聚酯纤维、空气的混合热阻系数，阻水带中含有大量静止空气，静止空气的

热阻系数比聚酯纤维高一个数量级，因此，阻水带的热阻系数很大程度上取决于纤维层中所含空气的状态和数量。为了尽量减小阻水缓冲

带的热阻系数，需要空气尽可能少，所以电缆皱纹铝套和缆芯之间的空隙一定要尽量减小。

缓冲层的现3状与改进方向

尽管电缆采用纵向阻水工艺的目的，是在电缆进水后阻断水分蔓延，而实际情况却是很多声称具有阻水功能的电缆，其电缆纵向阻水

层并不能够满足阻水要求，相反却增加了电缆热阻，降低了载流量，同时还增加了进水后电缆处理的难度。根据我所多年来对高压电缆质

量检测与现