交聯聚乙烯絕緣電纜防水的必要性與措施

尤占山 胡超強 許翠珊 鄒科敏 馮家杰

摘要：隨著我國城市化建設的進一步推進，以及城鄉結合程度日益密切。電力供應無論是在工業生產還是居民生活中都承擔著及其重要的作用，不可或缺。在電力供應系統中，電纜線可謂是電力資源輸送與供應不可或缺的重要設施。在以往的電力輸送系統中，大都是采用油浸漬紙絕緣電力電纜線（簡稱為油紙電纜），油紙電纜最大的弊端就是一旦其受潮或遭到雨淋，將會直接導致電纜線絕緣失效。因此，在使用油紙電纜過程中，從貯存到投運的各個環節，人們都會因其防水性能差，而有針對性地對其采用必要的防水防潮措施。最近幾年來，隨著交聯聚乙烯電纜生產工藝的日趨成熟，加之交聯聚乙烯絕緣電纜優良的使用性能，人們逐漸開始用交聯電纜取代原來的油紙電纜。在交聯聚乙烯絕緣電纜日益普及的當下，做好交聯聚乙烯絕緣電纜的防水處理措施十分必要。文章將圍繞“交聯聚乙烯絕緣電纜防水的必要性與措施”這一話題，分析了交聯電纜受潮或進水的原因、交聯電纜受潮帶來的危害、交聯電纜受潮浸水作用機理，基于此，進一步分析了交聯電纜橫縱向阻水結構，并提出幾點行之有效的交聯聚乙烯絕緣電纜防水措施。

關鍵詞：交聯聚乙烯絕緣電纜;防水措施;受潮原因;受潮危害

中圖分類號：TM247 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0136-04

交聯聚乙烯絕緣材料是一種新型電纜材料，是由新工藝加工制造而成。相對于傳統工藝制造的油紙電纜，因為交聯聚乙烯電纜的整體結構是內部結構式擠塑，所以當電纜受潮的時候，在施工過程中，需要在電纜的兩端進行局部烘干，保證電纜的正常使用。筆者根據調查研究發現，當前人們對交聯聚乙烯電纜在使用過程中的防水防潮保護意識十分淡泊。一方面，交聯聚乙烯絕緣電纜本身具有良好的防水性能;另一方面，因為當前交聯聚乙烯絕緣的發展應用時間較短，所以當電纜出線受潮進水的情況，是缺乏相關的經驗可以參考，從而影響電纜的正常運行功能。這樣一來，由于使用者防護觀念淡薄，在使用交聯絕緣電纜的時候，會忽略對電纜兩端的密封處理，會將電纜放在露天的環境下進行儲存，使得電纜在保管過程中容易出現受潮等問題。而且工作人員在敷設交聯電纜的時候，常常會缺乏進行一些細致的處理。比如當前電纜受潮之后，沒有對電纜進行驅水干燥等工作。以上種種現象的存在，將直接干預到交聯電纜的正常使用壽命，為整個電力供應系統埋下巨大的安全隱患。鑒于此，各個供電單位要切實做好交聯聚乙烯電纜防水防潮處理措施，首要任務是弄清楚交聯聚乙烯電纜受潮的原因及電纜受潮后可能帶來的巨大危害，并結合電纜鋪設實際情況，選擇恰當可行的防水防潮策略。

1 交聯聚乙烯電纜受潮或進水的原因

導致交聯聚乙烯電纜在使用過程中受潮或者進水的原因有很多，大體上可以分為內部原因和外部原因兩大類，具體如下。

1.1導致交聯聚乙烯電纜受潮或進水的內因分析

交聯聚乙烯電纜是一種高分子聚合物，它是由乙烯分子為單體，在一定的化學反應條件及催化劑的催化作用下，通過聚合作用形成的高分子聚合物。因為交聯聚乙烯電纜的主要成分是聚乙烯分子，其分析在水體中是非常難溶的，而且聚乙烯分析的結構是長鏈線型結構，是屬于結晶聚合物，所以當電纜中的聚乙烯分析處于正常排列的情況下，電纜中內部的結晶部分和無定型部分會處于一種共存的狀態，所以此時電纜內部的晶體分子之間的排列是非常緊密的。然而對于無定型分子而言，微粒之間的排布十分松散，分子與分子之間存在很大的間隙，這使得水分子很容易侵入到無定型分子之間的間隙之中。對于經過乙烯加聚反應得到的交聯聚乙烯電纜而言，其分子微粒之間還存在一定的雜質與交聯副產物。這樣一來，如果將交聯聚乙烯電纜置于潮濕的外部環境下，潮氣和水分就會浸入到電纜纜芯和護套中，此時一旦向交聯聚乙烯電纜中通入交流電壓，在纜芯內電場的作用下，附著在交聯電纜纜芯和護套上的水分子就會形成帶雜質的污點并導致電纜纜芯發生電化學腐蝕。另外，交聯電纜內部雜質的存在會導致其電阻阻值增大，電纜運行發熱量會增加，這進一步加劇了交聯電纜的腐蝕老化。

1.2導致交聯聚乙烯電纜受潮或進水的外因分析

影響交聯聚乙烯電纜受潮或者進水的外部因素有很多，首先，因為電纜兩端端頭的密封性不強，所以在運輸、保存、安裝等過程中容易收到破壞，進而影響電纜的正常性能。在這種情況下，外部環境中的水汽分子會通過破壞了的電纜端頭進入到電纜纜芯內部，從而形成內部破壞。其次，交聯聚乙烯在運輸、安裝等過程中由于容易受到外界環境因素的影響，比如機械摩擦等，從而導致電纜受到損壞。電纜外包護套一旦遭到機械損壞，很容易導致交聯聚乙烯電纜的主體結構受到水汽侵蝕，從而破壞交聯聚乙烯絕緣電纜正常功能遭到破壞。最后，電纜在實際使用過程中，由于是直接暴露在外界當中，容易受到高電壓的擊穿，從而導致電纜出線損壞。由于交聯聚乙烯電纜在安裝、鋪設完畢后，要對其通入高壓交流電進行供電功能測試，在高壓環境下，交聯聚乙烯電纜會發熱，溫度一般可以達到95℃左右，電纜纜芯和外包護套的溫度均處于很高的水平，這致使交聯電纜在供電管網中存在被高壓交流電擊穿的可能。第四，交聯聚乙烯絕緣電纜附屬設施密封不嚴。電纜附屬設施密封不嚴會致使外部水汽潮氣通過附屬設備與電纜之間的縫隙處浸入電纜內部，最終引起“水樹枝”、“電化學腐蝕”等問題。第五，交聯聚乙烯絕緣電纜在水中長期浸泡。特別是在一些自然地理環境惡劣、高山湖泊密集的地區鋪設電纜線時，受地理地質因素的影響，交聯聚乙烯絕緣電纜線可能會長期處于高濕度環境下，甚至是長時間浸泡在水中，這將直接導致交聯電纜遭到破壞。

2 交聯聚乙烯電纜受潮浸水作用機理及其帶來的危害

2.1在外加電場的作用下產生“水樹枝”

所謂“水樹枝”，指的是絕緣體中充滿水的微小裂縫，“水樹枝”是交聯聚乙烯電纜常見的水汽腐蝕現象。當交聯聚乙烯絕緣電纜處于高濕度外部環境下時，一旦對交聯電纜通入高壓交流電，在外加電場力的作用下，在交聯絕緣聚乙烯電纜內部結構不規整的部位（例如絕緣與半導電層結合面等處）則會形成“水樹枝”。不僅如此，在外加電場的作用下，還會進一步促使水樹枝不斷地延伸增長，最終在水樹枝的尖端末梢區域還會形成電樹枝（交聯電纜絕緣物質在電流長期作用下發生碳化），嚴重可導致交聯電纜絕緣物質被高電壓擊穿。經過大量反復的實驗證明，當外部環境的相對濕度在65%以上時，交聯電纜（XIPE）在通入高壓交流電時就有可能長出“水樹枝”，并且水樹枝的數量也會進一步隨著溫度的增大而增加。整個水樹枝的生長周期大約是2年左右。一旦交聯聚乙烯絕緣電纜中形成了水樹枝，其使用壽命將會被壓縮至原有壽命的2/5。

2.2對電纜的屏蔽銅、鎧裝鋼甲產生腐蝕

在交聯聚乙烯電纜加工制造過程中，會在交聯電纜絕緣物質外半導電屏蔽層外安裝金屬屏蔽層，該金屬屏蔽層的主要用材為軸線銅絲加單層的螺旋銅帶，或者是1～2層退火銅帶螺旋塔蓋繞包而形成的圓桶形導體形式。在交聯電纜中裝設外包金屬銅帶屏蔽層最主要的目的就是為了屏蔽外加電場，避免因向交聯聚乙烯絕緣電纜通高壓交流電時，在交聯電纜的軸向表面產生放電、放雷現象。如果交聯絕緣電纜受到水汽侵蝕，其內部金屬銅帶屏蔽層勢必會在潮濕的環境下發生電化學腐蝕而被氧化。當電纜出現氧化的問題，電纜內部的接觸電阻則會增加，會直接增加到原有的幾十倍，從而對絕緣外的螺旋電流造成影響，造成電感現象的發生。所以當出現雷電情況的時候，就會在屏蔽層上形成感應電壓，進而交聯聚乙烯電纜造成較大的損壞。而且電纜一旦發生受潮或者進水的現象，如果水分當中含有腐蝕性的液體，則會直接影響電纜的使用壽命。

2.3對電纜線纜芯與連接處產生腐蝕

交聯絕緣電纜纜芯和連接處產生的腐蝕作用主要源于以下2方面原因。①交聯聚乙烯絕緣導線在制造、運輸、安裝、敷設的過程中，絕緣電纜的端頭密封不嚴，這便很容易導致電纜在相對濕度高的外部環境下受潮進水。在這種情況下，不僅僅會形成“水樹枝”、“電樹枝”，且水樹枝為內導型，發展迅速、增長極快，在短期內就會嚴重破壞到交聯絕緣電纜芯線與連接處。一般情況下，生產廠家在進行交聯聚乙烯電纜生產的時候，會選用于法交聯的工藝進行加工，在加工過程中，一般都會選擇超凈絕緣材料進行加工，并且十分注重對加工質量的控制，避免在電纜生產加工過程中出現水分的入侵現象，保證電纜的質量。所以，對于交聯絕緣聚乙烯電纜線，要從加工制造、運輸、安裝、敷設、存貯等多個環節，嚴格做好防水、防潮措施。針對于電纜存在的外保護套損壞現象，工作人員要及時進行處理修補，特別是要及時處理好發生機械損壞的電纜。如果電纜出現受潮或者進水的現象，工作人員可以通過加熱氮氣的方式來吹燥電纜，保證電纜的正常性能。②主要是由于絕緣電纜長期浸泡在水中，導致交聯電纜纜芯與連接處發生嚴重破壞。此類情況的發生主要受絕緣電纜鋪設地區的地知地理環境的影響。這就要求在鋪設交聯絕緣電纜的過程中要做好對電纜鋪設溝道排水處理，對于重要回路，要避免采用直埋方式敷設。

3 交聯聚乙烯電纜橫縱向阻水結構及有效防水措施

3.1交聯聚乙烯絕緣電纜縱向阻水結構及縱向阻水措施

3.1.1縱向阻水結構分析

我國對于交聯聚乙烯電纜中縱向阻水性能有著相應的規定，比如電國家電力系統電纜標準GB/T12706-2008，中明確對電纜的透水試驗進行了明確的規定，規定：“當制造方聲稱采用了縱向阻水屏障電纜的設計時，應進行透水試驗。本試驗的目的是滿足地下埋設電纜的要求，而不適用于水底電纜。本試驗用于下列電纜設計：a）在金屬層附近具有縱向阻水屏障;b）沿著導體具有縱向阻水屏障?！憋@然，電力電纜要求中沒有特別說明，則防水的規定即為通過透水試驗，而透水試驗僅是針對縱向阻水的。要保證絕緣電纜的縱向阻水效果，其關鍵在于確保有效阻斷水分在交聯絕緣電纜內部的縱向通道。水分在交聯絕緣電纜內部的額縱向絕緣通道主要包括導體間隙、成纜線芯之間的間隙，各護層之間的間隙。

3.1.2縱向阻水措施分析

常用的交聯聚乙烯絕緣電纜縱向阻水措施有如下2種。

1）選用恰當的阻水劑。在交聯絕緣電纜縱向阻水材料的選擇上，可以選擇阻水紗、阻水粉和阻水帶等常用的物質，這些物質的阻水機理大致相同，都是利用物質自身的理化性質，在與交聯電纜中的水分直接發生接觸以后，這些阻水材料的體積就會極劇膨脹，并且當其膨脹到一定的高度以后，就會形成具有一定強度的凝膠性物質。此時，對于電纜端口的水分阻水劑能夠很好地發揮其隔絕作用。

2）使用阻水膠水。首先讓絕緣電纜內部的導體單金屬絲通過防水膠水，使導體膠合以后，再在導體單絲之間的縫隙中充滿防水膠水。這樣一來，便能夠避免導體單絲與水汽分子之間的直接接觸，通過防水膠水將二者有效地隔絕開，從而起到保護交聯絕緣導線的作用。在纜心制作成為電纜的工藝當中，針對于絕緣線芯等材料需要進行防水處理，從而保證纜心的防水性能，更好地保證電纜的防水性能。所以即使當電纜受到損壞而出現受潮或者進水的情況，水分也無法通過電纜來對電纜內的導體和絕緣體造成影響。

3.2交聯聚乙烯絕緣電纜徑向阻水結構及縱向阻水措施

3.2.1徑向阻水結構分析

目前，我國關于電纜的徑向阻水性能，還沒有相關的標準和規定，所以在進行電纜加工的時候，行業常常會參照電纜的一個行業標準（YD/T 3221996銅芯聚烯烴絕緣鋁塑綜合護套室內通信電纜）中的試驗指標來判斷電纜的徑向阻水性能。其主要判斷依據是，當電纜所充人的干燥空氣或者氮氣在50-100KPa的時候，當電纜的全長氣壓均衡保持三小時后，電纜內的氣壓不應該出現降低的現象。如果在試驗中，電纜能夠達到上述的指標，則證明電纜的徑向阻水性能符合標準要求。

3.2.2徑向阻水措施分析

1）采用金屬套完全封閉。就當前在交聯絕緣電纜中使用的金屬套而言，主要有熱壓鋁套、熱壓鉛套、縱包氬弧焊并軋紋的皺紋鋁套、皺紋不銹鋼套或皺紋銅套等多種類型。這種縱向阻水措施將金屬套完全外包在交聯電纜的聚乙烯護套上，從而避免水汽分子進入電纜中。

2）用鋁塑復合帶與聚乙烯護套粘結。聚乙烯本身是一種穩定性較強、理化性質穩定的高分子聚合物，此時在絕緣電纜外包聚乙烯護套內部再加上一層性能穩定的鋁塑復合帶能夠起到雙重保護作用，這便有助于完全徹底組織外部環境中的水汽分子透過絕緣電纜的外包絕緣層侵入電纜線內部。

交聯聚乙烯絕緣電纜在鋪設過程中，外部環境中的潮氣或水分幾乎是不可避免的因素，但其對交聯絕緣電纜確實又存在很大的危害之處。做好交聯電纜防水防潮措施，要立足于縱向、橫向兩個角度，盡最大可能降低水汽分子與交聯電纜的接觸頻率。

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