交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜防水的必要性與措施

尤占山 胡超強(qiáng) 許翠珊 鄒科敏 馮家杰

摘要：隨著我國城市化建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，以及城鄉(xiāng)結(jié)合程度日益密切。電力供應(yīng)無論是在工業(yè)生產(chǎn)還是居民生活中都承擔(dān)著及其重要的作用，不可或缺。在電力供應(yīng)系統(tǒng)中，電纜線可謂是電力資源輸送與供應(yīng)不可或缺的重要設(shè)施。在以往的電力輸送系統(tǒng)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(huì)直接導(dǎo)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(yùn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，人們都會(huì)因其防水性能差，而有針對(duì)性地對(duì)其采用必要的防水防潮措施。最近幾年來，隨著交聯(lián)聚乙烯電纜生產(chǎn)工藝的日趨成熟，加之交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜優(yōu)良的使用性能，人們逐漸開始用交聯(lián)電纜取代原來的油紙電纜。在交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜日益普及的當(dāng)下，做好交聯(lián)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(lián)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(lián)電纜受潮或進(jìn)水的原因、交聯(lián)電纜受潮帶來的危害、交聯(lián)電纜受潮浸水作用機(jī)理，基于此，進(jìn)一步分析了交聯(lián)電纜橫縱向阻水結(jié)構(gòu)，并提出幾點(diǎn)行之有效的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜防水措施。

關(guān)鍵詞：交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜;防水措施;受潮原因;受潮危害

中圖分類號(hào)：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）12-0136-04

交聯(lián)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(duì)于傳統(tǒng)工藝制造的油紙電纜，因?yàn)榻宦?lián)聚乙烯電纜的整體結(jié)構(gòu)是內(nèi)部結(jié)構(gòu)式擠塑，所以當(dāng)電纜受潮的時(shí)候，在施工過程中，需要在電纜的兩端進(jìn)行局部烘干，保證電纜的正常使用。筆者根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前人們對(duì)交聯(lián)聚乙烯電纜在使用過程中的防水防潮保護(hù)意識(shí)十分淡泊。一方面，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜本身具有良好的防水性能;另一方面，因?yàn)楫?dāng)前交聯(lián)聚乙烯絕緣的發(fā)展應(yīng)用時(shí)間較短，所以當(dāng)電纜出線受潮進(jìn)水的情況，是缺乏相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)可以參考，從而影響電纜的正常運(yùn)行功能。這樣一來，由于使用者防護(hù)觀念淡薄，在使用交聯(lián)絕緣電纜的時(shí)候，會(huì)忽略對(duì)電纜兩端的密封處理，會(huì)將電纜放在露天的環(huán)境下進(jìn)行儲(chǔ)存，使得電纜在保管過程中容易出現(xiàn)受潮等問題。而且工作人員在敷設(shè)交聯(lián)電纜的時(shí)候，常常會(huì)缺乏進(jìn)行一些細(xì)致的處理。比如當(dāng)前電纜受潮之后，沒有對(duì)電纜進(jìn)行驅(qū)水干燥等工作。以上種種現(xiàn)象的存在，將直接干預(yù)到交聯(lián)電纜的正常使用壽命，為整個(gè)電力供應(yīng)系統(tǒng)埋下巨大的安全隱患。鑒于此，各個(gè)供電單位要切實(shí)做好交聯(lián)聚乙烯電纜防水防潮處理措施，首要任務(wù)是弄清楚交聯(lián)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(jié)合電纜鋪設(shè)實(shí)際情況，選擇恰當(dāng)可行的防水防潮策略。

1 交聯(lián)聚乙烯電纜受潮或進(jìn)水的原因

導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯電纜在使用過程中受潮或者進(jìn)水的原因有很多，大體上可以分為內(nèi)部原因和外部原因兩大類，具體如下。

1.1導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯電纜受潮或進(jìn)水的內(nèi)因分析

交聯(lián)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(xué)反應(yīng)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?yàn)榻宦?lián)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(jié)構(gòu)是長鏈線型結(jié)構(gòu)，是屬于結(jié)晶聚合物，所以當(dāng)電纜中的聚乙烯分析處于正常排列的情況下，電纜中內(nèi)部的結(jié)晶部分和無定型部分會(huì)處于一種共存的狀態(tài)，所以此時(shí)電纜內(nèi)部的晶體分子之間的排列是非常緊密的。然而對(duì)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(duì)于經(jīng)過乙烯加聚反應(yīng)得到的交聯(lián)聚乙烯電纜而言，其分子微粒之間還存在一定的雜質(zhì)與交聯(lián)副產(chǎn)物。這樣一來，如果將交聯(lián)聚乙烯電纜置于潮濕的外部環(huán)境下，潮氣和水分就會(huì)浸入到電纜纜芯和護(hù)套中，此時(shí)一旦向交聯(lián)聚乙烯電纜中通入交流電壓，在纜芯內(nèi)電場(chǎng)的作用下，附著在交聯(lián)電纜纜芯和護(hù)套上的水分子就會(huì)形成帶雜質(zhì)的污點(diǎn)并導(dǎo)致電纜纜芯發(fā)生電化學(xué)腐蝕。另外，交聯(lián)電纜內(nèi)部雜質(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致其電阻阻值增大，電纜運(yùn)行發(fā)熱量會(huì)增加，這進(jìn)一步加劇了交聯(lián)電纜的腐蝕老化。

1.2導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯電纜受潮或進(jìn)水的外因分析

影響交聯(lián)聚乙烯電纜受潮或者進(jìn)水的外部因素有很多，首先，因?yàn)殡娎|兩端端頭的密封性不強(qiáng)，所以在運(yùn)輸、保存、安裝等過程中容易收到破壞，進(jìn)而影響電纜的正常性能。在這種情況下，外部環(huán)境中的水汽分子會(huì)通過破壞了的電纜端頭進(jìn)入到電纜纜芯內(nèi)部，從而形成內(nèi)部破壞。其次，交聯(lián)聚乙烯在運(yùn)輸、安裝等過程中由于容易受到外界環(huán)境因素的影響，比如機(jī)械摩擦等，從而導(dǎo)致電纜受到損壞。電纜外包護(hù)套一旦遭到機(jī)械損壞，很容易導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯電纜的主體結(jié)構(gòu)受到水汽侵蝕，從而破壞交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜正常功能遭到破壞。最后，電纜在實(shí)際使用過程中，由于是直接暴露在外界當(dāng)中，容易受到高電壓的擊穿，從而導(dǎo)致電纜出線損壞。由于交聯(lián)聚乙烯電纜在安裝、鋪設(shè)完畢后，要對(duì)其通入高壓交流電進(jìn)行供電功能測(cè)試，在高壓環(huán)境下，交聯(lián)聚乙烯電纜會(huì)發(fā)熱，溫度一般可以達(dá)到95℃左右，電纜纜芯和外包護(hù)套的溫度均處于很高的水平，這致使交聯(lián)電纜在供電管網(wǎng)中存在被高壓交流電擊穿的可能。第四，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜附屬設(shè)施密封不嚴(yán)。電纜附屬設(shè)施密封不嚴(yán)會(huì)致使外部水汽潮氣通過附屬設(shè)備與電纜之間的縫隙處浸入電纜內(nèi)部，最終引起“水樹枝”、“電化學(xué)腐蝕”等問題。第五，交聯(lián)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(huán)境惡劣、高山湖泊密集的地區(qū)鋪設(shè)電纜線時(shí)，受地理地質(zhì)因素的影響，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜線可能會(huì)長期處于高濕度環(huán)境下，甚至是長時(shí)間浸泡在水中，這將直接導(dǎo)致交聯(lián)電纜遭到破壞。

2 交聯(lián)聚乙烯電纜受潮浸水作用機(jī)理及其帶來的危害

2.1在外加電場(chǎng)的作用下產(chǎn)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(lián)聚乙烯電纜常見的水汽腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜處于高濕度外部環(huán)境下時(shí)，一旦對(duì)交聯(lián)電纜通入高壓交流電，在外加電場(chǎng)力的作用下，在交聯(lián)絕緣聚乙烯電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)不規(guī)整的部位（例如絕緣與半導(dǎo)電層結(jié)合面等處）則會(huì)形成“水樹枝”。不僅如此，在外加電場(chǎng)的作用下，還會(huì)進(jìn)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(qū)域還會(huì)形成電樹枝（交聯(lián)電纜絕緣物質(zhì)在電流長期作用下發(fā)生碳化），嚴(yán)重可導(dǎo)致交聯(lián)電纜絕緣物質(zhì)被高電壓擊穿。經(jīng)過大量反復(fù)的實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)外部環(huán)境的相對(duì)濕度在65%以上時(shí)，交聯(lián)電纜（XIPE）在通入高壓交流電時(shí)就有可能長出“水樹枝”，并且水樹枝的數(shù)量也會(huì)進(jìn)一步隨著溫度的增大而增加。整個(gè)水樹枝的生長周期大約是2年左右。一旦交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜中形成了水樹枝，其使用壽命將會(huì)被壓縮至原有壽命的2/5。

2.2對(duì)電纜的屏蔽銅、鎧裝鋼甲產(chǎn)生腐蝕

在交聯(lián)聚乙烯電纜加工制造過程中，會(huì)在交聯(lián)電纜絕緣物質(zhì)外半導(dǎo)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(dǎo)體形式。在交聯(lián)電纜中裝設(shè)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(chǎng)，避免因向交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜通高壓交流電時(shí)，在交聯(lián)電纜的軸向表面產(chǎn)生放電、放雷現(xiàn)象。如果交聯(lián)絕緣電纜受到水汽侵蝕，其內(nèi)部金屬銅帶屏蔽層勢(shì)必會(huì)在潮濕的環(huán)境下發(fā)生電化學(xué)腐蝕而被氧化。當(dāng)電纜出現(xiàn)氧化的問題，電纜內(nèi)部的接觸電阻則會(huì)增加，會(huì)直接增加到原有的幾十倍，從而對(duì)絕緣外的螺旋電流造成影響，造成電感現(xiàn)象的發(fā)生。所以當(dāng)出現(xiàn)雷電情況的時(shí)候，就會(huì)在屏蔽層上形成感應(yīng)電壓，進(jìn)而交聯(lián)聚乙烯電纜造成較大的損壞。而且電纜一旦發(fā)生受潮或者進(jìn)水的現(xiàn)象，如果水分當(dāng)中含有腐蝕性的液體，則會(huì)直接影響電纜的使用壽命。

2.3對(duì)電纜線纜芯與連接處產(chǎn)生腐蝕

交聯(lián)絕緣電纜纜芯和連接處產(chǎn)生的腐蝕作用主要源于以下2方面原因。①交聯(lián)聚乙烯絕緣導(dǎo)線在制造、運(yùn)輸、安裝、敷設(shè)的過程中，絕緣電纜的端頭密封不嚴(yán)，這便很容易導(dǎo)致電纜在相對(duì)濕度高的外部環(huán)境下受潮進(jìn)水。在這種情況下，不僅僅會(huì)形成“水樹枝”、“電樹枝”，且水樹枝為內(nèi)導(dǎo)型，發(fā)展迅速、增長極快，在短期內(nèi)就會(huì)嚴(yán)重破壞到交聯(lián)絕緣電纜芯線與連接處。一般情況下，生產(chǎn)廠家在進(jìn)行交聯(lián)聚乙烯電纜生產(chǎn)的時(shí)候，會(huì)選用于法交聯(lián)的工藝進(jìn)行加工，在加工過程中，一般都會(huì)選擇超凈絕緣材料進(jìn)行加工，并且十分注重對(duì)加工質(zhì)量的控制，避免在電纜生產(chǎn)加工過程中出現(xiàn)水分的入侵現(xiàn)象，保證電纜的質(zhì)量。所以，對(duì)于交聯(lián)絕緣聚乙烯電纜線，要從加工制造、運(yùn)輸、安裝、敷設(shè)、存貯等多個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格做好防水、防潮措施。針對(duì)于電纜存在的外保護(hù)套損壞現(xiàn)象，工作人員要及時(shí)進(jìn)行處理修補(bǔ)，特別是要及時(shí)處理好發(fā)生機(jī)械損壞的電纜。如果電纜出現(xiàn)受潮或者進(jìn)水的現(xiàn)象，工作人員可以通過加熱氮?dú)獾姆绞絹泶翟镫娎|，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(dǎo)致交聯(lián)電纜纜芯與連接處發(fā)生嚴(yán)重破壞。此類情況的發(fā)生主要受絕緣電纜鋪設(shè)地區(qū)的地知地理環(huán)境的影響。這就要求在鋪設(shè)交聯(lián)絕緣電纜的過程中要做好對(duì)電纜鋪設(shè)溝道排水處理，對(duì)于重要回路，要避免采用直埋方式敷設(shè)。

3 交聯(lián)聚乙烯電纜橫縱向阻水結(jié)構(gòu)及有效防水措施

3.1交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜縱向阻水結(jié)構(gòu)及縱向阻水措施

3.1.1縱向阻水結(jié)構(gòu)分析

我國對(duì)于交聯(lián)聚乙烯電纜中縱向阻水性能有著相應(yīng)的規(guī)定，比如電國家電力系統(tǒng)電纜標(biāo)準(zhǔn)GB/T12706-2008，中明確對(duì)電纜的透水試驗(yàn)進(jìn)行了明確的規(guī)定，規(guī)定：“當(dāng)制造方聲稱采用了縱向阻水屏障電纜的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行透水試驗(yàn)。本試驗(yàn)的目的是滿足地下埋設(shè)電纜的要求，而不適用于水底電纜。本試驗(yàn)用于下列電纜設(shè)計(jì)：a）在金屬層附近具有縱向阻水屏障;b）沿著導(dǎo)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(guī)定即為通過透水試驗(yàn)，而透水試驗(yàn)僅是針對(duì)縱向阻水的。要保證絕緣電纜的縱向阻水效果，其關(guān)鍵在于確保有效阻斷水分在交聯(lián)絕緣電纜內(nèi)部的縱向通道。水分在交聯(lián)絕緣電纜內(nèi)部的額縱向絕緣通道主要包括導(dǎo)體間隙、成纜線芯之間的間隙，各護(hù)層之間的間隙。

3.1.2縱向阻水措施分析

常用的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜縱向阻水措施有如下2種。

1）選用恰當(dāng)?shù)淖杷畡Ｔ诮宦?lián)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(zhì)，這些物質(zhì)的阻水機(jī)理大致相同，都是利用物質(zhì)自身的理化性質(zhì)，在與交聯(lián)電纜中的水分直接發(fā)生接觸以后，這些阻水材料的體積就會(huì)極劇膨脹，并且當(dāng)其膨脹到一定的高度以后，就會(huì)形成具有一定強(qiáng)度的凝膠性物質(zhì)。此時(shí)，對(duì)于電纜端口的水分阻水劑能夠很好地發(fā)揮其隔絕作用。

2）使用阻水膠水。首先讓絕緣電纜內(nèi)部的導(dǎo)體單金屬絲通過防水膠水，使導(dǎo)體膠合以后，再在導(dǎo)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(dǎo)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(hù)交聯(lián)絕緣導(dǎo)線的作用。在纜心制作成為電纜的工藝當(dāng)中，針對(duì)于絕緣線芯等材料需要進(jìn)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(dāng)電纜受到損壞而出現(xiàn)受潮或者進(jìn)水的情況，水分也無法通過電纜來對(duì)電纜內(nèi)的導(dǎo)體和絕緣體造成影響。

3.2交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜徑向阻水結(jié)構(gòu)及縱向阻水措施

3.2.1徑向阻水結(jié)構(gòu)分析

目前，我國關(guān)于電纜的徑向阻水性能，還沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，所以在進(jìn)行電纜加工的時(shí)候，行業(yè)常常會(huì)參照電纜的一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（YD/T 3221996銅芯聚烯烴絕緣鋁塑綜合護(hù)套室內(nèi)通信電纜）中的試驗(yàn)指標(biāo)來判斷電纜的徑向阻水性能。其主要判斷依據(jù)是，當(dāng)電纜所充人的干燥空氣或者氮?dú)庠?0-100KPa的時(shí)候，當(dāng)電纜的全長氣壓均衡保持三小時(shí)后，電纜內(nèi)的氣壓不應(yīng)該出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。如果在試驗(yàn)中，電纜能夠達(dá)到上述的指標(biāo)，則證明電纜的徑向阻水性能符合標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)前在交聯(lián)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(lián)電纜的聚乙烯護(hù)套上，從而避免水汽分子進(jìn)入電纜中。

2）用鋁塑復(fù)合帶與聚乙烯護(hù)套粘結(jié)。聚乙烯本身是一種穩(wěn)定性較強(qiáng)、理化性質(zhì)穩(wěn)定的高分子聚合物，此時(shí)在絕緣電纜外包聚乙烯護(hù)套內(nèi)部再加上一層性能穩(wěn)定的鋁塑復(fù)合帶能夠起到雙重保護(hù)作用，這便有助于完全徹底組織外部環(huán)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(nèi)部。

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

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