低壓交聯電纜絕緣層開裂原因分析與處理

金金元

(浙江晨光電纜股份有限公司，浙江 平湖 314204)

安裝在露天的低壓0.6/1 kV交聯聚乙烯絕緣電力電纜在使用1～2年后，其裸露在外面的電纜終端絕緣層出現了開裂或部分絕緣脫落，電纜芯線絕緣層發生變色及脆性開裂。電力安裝部門檢查分析后認為，絕緣材料的性能較差是絕緣層開裂的主要原因。

1 絕緣開裂現象

在電纜敷設現場，發生電纜絕緣層開裂的是YJV或YJV22型0.6/1 kV低壓交聯聚乙烯絕緣電力電纜，其所采用的絕緣料是交聯聚乙烯。聚乙烯經過蒸汽交聯后，其分子結構轉變為網狀立體結構，使熱塑性的聚乙烯變為熱固性的交聯聚乙烯，大幅度提高了材料的耐熱性能和機械性能，并保持了優良的電氣性能。但由于上述工種電纜的絕緣材料不屬于耐候型交聯聚乙烯，其抗日光老化性能較差。若此電纜長期曝露在日光下，會加速絕緣層的老化，最終導致絕緣發生開裂或部分絕緣脫落。

2 絕緣開裂原因分析

電纜運行2年后，絕緣芯線表面呈竹節開裂形狀，用手掰時絕緣材料碎裂成小塊，同時紅色芯線變成半透明。這是因為在光、熱、氧、應力諸多因素的共同作用下，芯線絕緣發生了脆性開裂。

2.1 光老化作用

由于電纜絕緣直接曝露在強陽光下，在受到熱輻射作用的同時也受到光的長時間照射，造成絕緣材料光老化降解。由于紅色是最不耐受陽光的顏色，電纜中的紅色芯線變色最嚴重。光對加速交聯聚乙烯的開裂起了很大的作用。強陽光會對塑料和橡膠等高分子材料產生老化破壞作用。對于大多數塑料來說，最易造成破壞的敏感波長(塑料對其吸收最大)在290～400 nm之間，即紫外光的波長范圍內。在較強的紫外光長期照射下，聚乙烯會引入較多的含氧基團，聚合物鏈大量斷裂，分子量降低，分子量的分布加寬。因此，光氧化降解是光老化的主要反應。同時，含羰基分解產物和發色團的形成又加重了其顏色的變化，這可從紅色芯線顏色變化最快中得到驗證。

通常在生產電纜時，其外護套材料需添加光穩定劑、紫外線吸收劑和抗氧劑等。而絕緣材料一般沒有這方面的考慮。如果電纜安裝在戶外時，電纜終端接頭處絕緣層未經保護處理，裸露在外的芯線受到日光長時間的照射，引起分子鏈的斷裂降解造成老化，大大縮短了其使用壽命，給電纜的長期安全運行留下了隱患。因此，光老化作用是絕緣層產生開裂的主要原因。

2.2 熱老化作用

電纜絕緣如果長期曝露在空氣中，除了受陽光照射外，還受到太陽的熱輻射。長時間后會引起絕緣材料溫度上升，加速交聯聚乙烯的斷裂老化進程。在與氧氣隔絕的條件下受熱，包括聚乙烯或交聯聚乙烯在內的聚烯烴類材料特性是穩定的。而在氧氣環境下，即使溫度較低，聚稀烴類材料也能發生氧化反應。

和光氧化反應一樣，交聯聚乙烯的氧化反應的歷程非常復雜，包括聚合物的氧化、斷裂降解等過程。其終極產物包括羰基化合物、過氧化物、烷氧基化合物等。對于絕緣材料，光、氧、熱三者的作用是相輔相成的，是一種協同作用的方式。在沒有氧的條件下，光化學反應非常緩慢；同樣，熱也起協同作用，熱使得發色團的官能基增加，同時也促進了光化學反應中的氧在材料中的擴散。因而，在光、氧、熱三者的共同作用下，高分子材料的斷裂老化會大大加速。

2.3 熱應力作用

由于交聯電纜是由熱膨脹系數相差近幾十倍的絕緣和導體組合而成的，在制造過程中不可避免地會產生內應力，而內應力的作用也加速了絕緣的開裂進程。

在電纜的制造過程中，如果生產速度較快，絕緣表面較快冷卻，高溫下的分子鏈就沒有足夠時間松弛，急劇冷卻后絕緣收縮不均勻會產生較大的內應力。此外，在電纜使用時，陽光直接照射的部位受到較大的熱輻射作用，會導致交聯聚乙烯絕緣產生內應力。內應力具有隨機性，很難準確計算其大小及方向。而聚乙烯是對應力非常敏感的材料，在應力的作用下，它容易產生應力開裂現象。交聯聚乙烯是將線型結構的聚乙烯經蒸汽交聯處理后生成網狀立體型結構；交聯后分子間鍵合力增大，不利于分子鏈的滑脫，相應的應力作用不易造成內部缺陷，其耐應力開裂性能有較大的提高。但熱應力的作用始終存在，只不過這一變化慢了一些。交聯電纜內存在的熱應力，尚無法進行定量檢測，只能在生產工藝上有意識地采用防范措施來減少。

在交聯電纜生產時，將剛從機頭模具口擠出來的電纜分段冷卻，讓高溫下的分子鏈有足夠的時間松弛并逐漸冷卻，以避免絕緣層急劇冷卻后使得絕緣收縮不均勻而產生較大的內應力。特別是在生產絕緣較厚的高壓電纜時，必須加強對生產工藝的控制。對于絕緣較薄的低電壓電纜，在工藝上也會采取一些措施，使絕緣電纜內產生的殘余應力盡可能小。

耐候型交聯聚乙烯料含有抗日光老化劑，長期暴露在日光下不會老化開裂，可用于制造絕緣架空線。YJV或YJV22型號的電纜絕緣不屬于耐候性，因此，如果要安裝在戶外露天的地方，只能采取加強保護絕緣層的辦法來預防絕緣老化開裂。

3 絕緣開裂的解決辦法

GB/T 50168-2006《電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規范》第6.2.3條和GB/T 50217-2007《電力工程電纜設計規范》第5.1.12條規定，對裸露的絕緣層外繞包保護層(如熱縮絕緣套管或冷縮絕緣套管或絕緣膠帶等)，要采取有效的補救措施，防止絕緣層過早老化開裂。

通過長期的生產應用發現，有部分電力公司的防護措施做得很到位，通過在曝露在陽光下的電纜絕緣層外包覆一層帶相色的熱縮管，對下套手指套管加強保護；福建某電力局對安裝在室內的電纜絕緣層外也包覆了一層帶相色的熱縮管。電力系統在電纜安裝方面正逐步規范。

為防止此類電纜戶外終端絕緣層的過早老化開裂，須采取保護措施，加強對終端暴露在外的絕緣層的保護，以確保電纜能長期安全運行。

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