低压交联电缆绝缘层开裂原因分析与处理

2012-03-29金金元

电力安全技术 2012年7期

金金元

(浙江晨光电缆股份有限公司，浙江平湖 314204)

安装在露天的低压0.6/1 kV交联聚乙烯绝缘电力电缆在使用1～2年后，其裸露在外面的电缆终端绝缘层出现了开裂或部分绝缘脱落，电缆芯线绝缘层发生变色及脆性开裂。电力安装部门检查分析后认为，绝缘材料的性能较差是绝缘层开裂的主要原因。

1 绝缘开裂现象

在电缆敷设现场，发生电缆绝缘层开裂的是YJV或YJV22型0.6/1 kV低压交联聚乙烯绝缘电力电缆，其所采用的绝缘料是交联聚乙烯。聚乙烯经过蒸汽交联后，其分子结构转变为网状立体结构，使热塑性的聚乙烯变为热固性的交联聚乙烯，大幅度提高了材料的耐热性能和机械性能，并保持了优良的电气性能。但由于上述工种电缆的绝缘材料不属于耐候型交联聚乙烯，其抗日光老化性能较差。若此电缆长期曝露在日光下，会加速绝缘层的老化，最终导致绝缘发生开裂或部分绝缘脱落。

2 绝缘开裂原因分析

电缆运行2年后，绝缘芯线表面呈竹节开裂形状，用手掰时绝缘材料碎裂成小块，同时红色芯线变成半透明。这是因为在光、热、氧、应力诸多因素的共同作用下，芯线绝缘发生了脆性开裂。

2.1 光老化作用

由于电缆绝缘直接曝露在强阳光下，在受到热辐射作用的同时也受到光的长时间照射，造成绝缘材料光老化降解。由于红色是最不耐受阳光的颜色，电缆中的红色芯线变色最严重。光对加速交联聚乙烯的开裂起了很大的作用。强阳光会对塑料和橡胶等高分子材料产生老化破坏作用。对于大多数塑料来说，最易造成破坏的敏感波长(塑料对其吸收最大)在290～400 nm之间，即紫外光的波长范围内。在较强的紫外光长期照射下，聚乙烯会引入较多的含氧基团，聚合物链大量断裂，分子量降低，分子量的分布加宽。因此，光氧化降解是光老化的主要反应。同时，含羰基分解产物和发色团的形成又加重了其颜色的变化，这可从红色芯线颜色变化最快中得到验证。

通常在生产电缆时，其外护套材料需添加光稳定剂、紫外线吸收剂和抗氧剂等。而绝缘材料一般没有这方面的考虑。如果电缆安装在户外时，电缆终端接头处绝缘层未经保护处理，裸露在外的芯线受到日光长时间的照射，引起分子链的断裂降解造成老化，大大缩短了其使用寿命，给电缆的长期安全运行留下了隐患。因此，光老化作用是绝缘层产生开裂的主要原因。

2.2 热老化作用

电缆绝缘如果长期曝露在空气中，除了受阳光照射外，还受到太阳的热辐射。长时间后会引起绝缘材料温度上升，加速交联聚乙烯的断裂老化进程。在与氧气隔绝的条件下受热，包括聚乙烯或交联聚乙烯在内的聚烯烃类材料特性是稳定的。而在氧气环境下，即使温度较低，聚稀烃类材料也能发生氧化反应。

和光氧化反应一样，交联聚乙烯的氧化反应的历程非常复杂，包括聚合物的氧化、断裂降解等过程。其终极产物包括羰基化合物、过氧化物、烷氧基化合物等。对于绝缘材料，光、氧、热三者的作用是相辅相成的，是一种协同作用的方式。在没有氧的条件下，光化学反应非常缓慢；同样，热也起协同作用，热使得发色团的官能基增加，同时也促进了光化学反应中的氧在材料中的扩散。因而，在光、氧、热三者的共同作用下，高分子材料的断裂老化会大大加速。

2.3 热应力作用

由于交联电缆是由热膨胀系数相差近几十倍的绝缘和导体组合而成的，在制造过程中不可避免地会产生内应力，而内应力的作用也加速了绝缘的开裂进程。

在电缆的制造过程中，如果生产速度较快，绝缘表面较快冷却，高温下的分子链就没有足够时间松弛，急剧冷却后绝缘收缩不均匀会产生较大的内应力。此外，在电缆使用时，阳光直接照射的部位受到较大的热辐射作用，会导致交联聚乙烯绝缘产生内应力。内应力具有随机性，很难准确计算其大小及方向。而聚乙烯是对应力非常敏感的材料，在应力的作用下，它容易产生应力开裂现象。交联聚乙烯是将线型结构的聚乙烯经蒸汽交联处理后生成网状立体型结构；交联后分子间键合力增大，不利于分子链的滑脱，相应的应力作用不易造成内部缺陷，其耐应力开裂性能有较大的提高。但热应力的作用始终存在，只不过这一变化慢了一些。交联电缆内存在的热应力，尚无法进行定量检测，只能在生产工艺上有意识地采用防范措施来减少。

在交联电缆生产时，将刚从机头模具口挤出来的电缆分段冷却，让高温下的分子链有足够的时间松弛并逐渐冷却，以避免绝缘层急剧冷却后使得绝缘收缩不均匀而产生较大的内应力。特别是在生产绝缘较厚的高压电缆时，必须加强对生产工艺的控制。对于绝缘较薄的低电压电缆，在工艺上也会采取一些措施，使绝缘电缆内产生的残余应力尽可能小。

耐候型交联聚乙烯料含有抗日光老化剂，长期暴露在日光下不会老化开裂，可用于制造绝缘架空线。YJV或YJV22型号的电缆绝缘不属于耐候性，因此，如果要安装在户外露天的地方，只能采取加强保护绝缘层的办法来预防绝缘老化开裂。