防海水電纜及技術難點

交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜（XLPE）

交聯(lián)聚乙烯絕緣（XLPE）海底電纜發(fā)展于上世紀80年代，多數(shù)用于220kV及以下電壓等級［1］，其制造和運行經(jīng)驗還遠不如充油海底電纜．截止到目前，電壓等級zuì高的XLPE交流海底電纜是耐克森（NEXANS）公司正在為位于挪威海的大型OrmenLange天然氣田安裝的2.2km長的420kV4根單心海底電纜．500kV交流長距離海底電纜，目前應用的僅有充油電纜．

與充油電纜相比，XLPE電纜具有以下優(yōu)點：

①XLPE電纜是固體絕緣，不需復雜的充油系統(tǒng)，不需要檢測油位、控制油壓，運行費用低；

②XLPE電纜沒有鉛護套，彎曲半徑小、質量輕，可生產(chǎn)、敷設的長度更長，且在敷設安裝和運輸時都要比充油電纜簡單；

③XLPE海底電纜的電氣性能和機械性能也都優(yōu)于充油電纜．正因如此，XLPE絕緣海底電纜的發(fā)展有著更廣闊的前景，但也有眾多技術問題尚需解決．普通的交聯(lián)聚乙烯電纜在直流電壓作用下，電纜絕緣中的空間電荷會在某處集中，從而造成此處局部場強過高而被擊穿．在絕緣材料中采用添加劑可以減緩電纜絕緣中空間電荷累積，使得交聯(lián)聚乙烯電纜可以用于直流高壓供電．2002年，dì一根擠包型單心直流海底電纜（輕型直流電纜，瑞典ABB），電壓±150kV，長度40km，容量330MW，用于連接紐約長島和美國的康涅狄格．這種直流海底電纜采用3層聚合材料擠壓成單極性電纜，內(nèi)外屏蔽層與絕緣層同時擠壓，具有高強度、環(huán)保和便于掩埋等優(yōu)點，適用于深海等惡劣環(huán)境．

XLPE絕緣直流海底電纜現(xiàn)zuì高電壓可達320kV交流電纜絕緣中的等效電容隨電纜長度增加而增大，在能量傳輸過程中，等效電容與電源間不停地進行著充電放電，其充電電流可達到*值而影響正常有功負荷的傳輸，所以交流海底電纜有個理論上的極限傳輸距離，多個跨海工程表明，該距離約為40km［3］，超過這個距離，采用交流傳輸電能就不具經(jīng)濟性了．而直流電纜長度不受充電電流限制，無需無功補償裝置，制造安裝簡便，介損和導體損耗小，有著良好的市場前景．但高壓直流海底電纜還有如空間電荷積累機理及其抑制方法、直流電壓下的絕緣老化機理、新開發(fā)絕緣材料的*穩(wěn)定性，局部放電的影響等眾多問題有待研究解決．"

一般超高壓交流海底電纜都是單心的，但由于3心交流海底電纜可以節(jié)省生產(chǎn)和敷設的費用，所以大截面、

高電壓等級的3心XLPE交流海底電纜也在逐步推廣．2008年，耐克森公司在加拿大敷設了世界上dì一根電壓達245kV的3心XLPE絕緣海底電纜．聚乙烯（PE）絕緣電纜和EPR（乙丙橡皮）絕緣電纜乙丙橡皮電纜與XLPE電纜（tgδ≤0.0005）相比，介損正切值tgδ、和介電常數(shù)ε都比較大，但與聚乙烯電纜相比更能防止樹枝及局部放電，一般只用于中等電壓的海底電纜．截至目前為止，zuì高等級的乙丙橡皮海底電纜是2001年安裝在意大利威尼斯－穆拉諾－梅斯特（Venezia-Murano-Mestre）的150kV海底電纜．HYAT22-鎧裝充油式通信電纜

充氣式電纜

充氣式海底電纜在結構上與充油電纜很相似，也使用預先浸漬好的紙帶做絕緣，再充入帶壓力的氮氣，帶壓力的氣體填充了紙帶間的空隙，提高了擊穿電壓．充氣式海底電纜可用于交直流輸電，它比充油式電纜更適合于較長的海底電纜網(wǎng)．但由于需在深水下使用高氣壓操作，故此增加了設計電纜及其配件的困難，該電纜一般限于水深為300m以內(nèi)．

海底電纜的相關技術問題

海底電纜的防水

當機械應力或外力造成電纜護套及絕緣損傷、接頭損壞時，潮氣或水分會沿著電纜縱向和徑向間隙浸入，降低絕緣的電氣強度，因此多數(shù)高壓海底電纜都具

有防止水分入侵的縱向、徑向防水措施．徑向措施主要是在絕緣屏蔽和金屬屏蔽層外面繞包半導電阻水膨脹帶，在金屬屏蔽層外面添加金屬防水層即金屬護套，中壓電纜電場強度相對較低，一般使用鋁塑復合護套，也有僅用聚合物護套的，高壓電纜則采用鉛、鋁、不銹鋼的金屬密封套．聚合物護套具有防水性，但卻有一定的吸水率，這是因為其結構主要是由結晶相和無定形相組成的半結晶高聚物．結晶相結構緊湊，無定形相中的分子排列疏松，分子間存在較大的間隙．在交變電場的作用下，極性的水分子不斷來回翻轉，可以透過間隙和晶界缺陷處滲透到絕緣材料中．采用聚合物護套時，護套里要加具有吸水作用的阻水劑．

縱向阻水主要采用①壓緊型線心；②在導線之間和纜心屏蔽區(qū)添加阻水性物質，阻斷水分在纜心中的擴散通道．縱向阻水采用阻水粉填充效果好，它的吸水量為自身的幾十倍乃至幾千倍，吸水強度大、膨脹率高，吸水后可迅速膨脹形成凝膠狀物質，阻塞滲水通道，終止水分和潮氣的進一步擴散和延伸，使受潮電纜的長度降到zuì低。

耐熱型電線電纜幾種類別

（一） 耐熱材料的電線電纜

    耐熱材料的電線電纜是絕緣和護套材料本體樹脂具有耐熱性能，主要品種有：聚氨脂（可達155℃級）、聚脂（可達135℃）、聚偏氟乙烯（150℃）和尼龍（可達115℃）的絕緣或護套材料。常用于通信、汽車、電機、建筑等行業(yè)。

　　（二）普通電纜材料通過各種方式的改性而達到耐熱性：

　　1、橡膠材料的耐熱改性

　　橡膠材料因其耐熱性差，因而提高工作溫度的余度較小，普通橡膠填加較多熱穩(wěn)定劑和經(jīng)交聯(lián)處理才能達到90℃，因而不能稱為耐熱電纜，如丁苯橡膠、氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯等。主要應用于橡膠絕緣移動用軟電線、橡膠絕緣軟電力電纜和控制電纜等。

但三元乙丙橡膠可經(jīng)改性，使耐溫等級提高到135℃，加上具有較好的絕緣性能，因而在橡膠方面具有較好的發(fā)展前景。

　　2、聚氯乙烯電纜的改性

　　普通聚氯乙烯電纜的工作溫度為70℃，聚氯乙烯電纜料的高可混性，使其改性成為可能，多量的熱穩(wěn)定劑的使用，可便PVC的耐熱從70℃上升到90℃或105℃，因而大大擴大了PVC這種老式材料的適用性，也許這就是PVC電纜長盛不衰的原因之一吧？

90℃PVC電纜料常用于交聯(lián)聚乙烯電纜護套，主要用于電力、控制和電氣裝備線纜，由于PVC的改性，使本可淘汰的PVC電纜料在護套的使用上將會延續(xù)相當長的時間。

　　聚氯乙烯丁jīng復合物的主要成分是PVC，因而與聚氯乙烯丁jīng復合物電纜與PVC絕緣電纜具有相同的改性性能。

HYAT22-鎧裝充油式通信電纜 　　3、聚乙烯電纜的改性

　　聚乙烯材料的塑性較好，但可填充性較差，因而不能填加熱穩(wěn)定劑方法提高耐熱溫度。聚乙烯電纜可通過DCP干法化學交聯(lián)和硅烷溫水交聯(lián)將工作溫度提高到90℃，前者用于中高壓電力電纜，后者用于低壓電纜。

　　但另一種交聯(lián)方式--輻照交聯(lián)改性，則可將聚烯烴（主要是聚乙烯）的工作溫度大幅度提高，經(jīng)輻照的絕緣料可按條件不同，耐溫可達到105℃、125℃、135℃、150℃，國外則有能提高到180℃。主要是通過高能電子轉化成穩(wěn)定的鍵能，使其分子結構對熱穩(wěn)定性加強，同時配以適當?shù)臒岱€(wěn)定劑，根據(jù)能級大小和熱穩(wěn)定劑的效能，分為不同耐熱等級。

　　輻照交聯(lián)工業(yè)常用加工設備為電子加速器，是將電子束高壓增加能量，達到交聯(lián)聚烯烴材料的目的，電費加工常用加速器能級為1.0 ~ 3MeV。輻照交聯(lián)還可對橡膠、PVC和氟塑料等材料進行交聯(lián)。

　　輻照交聯(lián)聚烯烴電線電纜主要用于耐熱建筑線、汽車線、航空導線、機車線電線和電機電器引接線等。

　　耐熱電纜是中等溫度的電纜，具有一定耐熱性，能適應一定溫度環(huán)境。而應用zuì多的是，在電力傳輸電纜中，在能夠保證絕緣性能的同時，增加電纜載流能力，減少電纜重量和截面，意義重大。