交联聚乙烯绝缘电缆防水的必要性与措施

2019-02-10尤占山胡超强许翠珊邹科敏冯家杰

粘接 2019年12期

尤占山胡超强许翠珊邹科敏冯家杰

摘要：随着我国城市化建设的进一步推进，以及城乡结合程度日益密切。电力供应无论是在工业生产还是居民生活中都承担着及其重要的作用，不可或缺。在电力供应系统中，电缆线可谓是电力资源输送与供应不可或缺的重要设施。在以往的电力输送系统中，大都是采用油浸渍纸绝缘电力电缆线（简称为油纸电缆），油纸电缆最大的弊端就是一旦其受潮或遭到雨淋，将会直接导致电缆线绝缘失效。因此，在使用油纸电缆过程中，从贮存到投运的各个环节，人们都会因其防水性能差，而有针对性地对其采用必要的防水防潮措施。最近几年来，随着交联聚乙烯电缆生产工艺的日趋成熟，加之交联聚乙烯绝缘电缆优良的使用性能，人们逐渐开始用交联电缆取代原来的油纸电缆。在交联聚乙烯绝缘电缆日益普及的當下，做好交联聚乙烯绝缘电缆的防水处理措施十分必要。文章将围绕“交联聚乙烯绝缘电缆防水的必要性与措施”这一话题，分析了交联电缆受潮或进水的原因、交联电缆受潮带来的危害、交联电缆受潮浸水作用机理，基于此，进一步分析了交联电缆横纵向阻水结构，并提出几点行之有效的交联聚乙烯绝缘电缆防水措施。

关键词：交联聚乙烯绝缘电缆;防水措施;受潮原因;受潮危害

中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）12-0136-04

交联聚乙烯绝缘材料是一种新型电缆材料，是由新工艺加工制造而成。相对于传统工艺制造的油纸电缆，因为交联聚乙烯电缆的整体结构是内部结构式挤塑，所以当电缆受潮的时候，在施工过程中，需要在电缆的两端进行局部烘干，保证电缆的正常使用。笔者根据调查研究发现，当前人们对交联聚乙烯电缆在使用过程中的防水防潮保护意识十分淡泊。一方面，交联聚乙烯绝缘电缆本身具有良好的防水性能;另一方面，因为当前交联聚乙烯绝缘的发展应用时间较短，所以当电缆出线受潮进水的情况，是缺乏相关的经验可以参考，从而影响电缆的正常运行功能。这样一来，由于使用者防护观念淡薄，在使用交联绝缘电缆的时候，会忽略对电缆两端的密封处理，会将电缆放在露天的环境下进行储存，使得电缆在保管过程中容易出现受潮等问题。而且工作人员在敷设交联电缆的时候，常常会缺乏进行一些细致的处理。比如当前电缆受潮之后，没有对电缆进行驱水干燥等工作。以上种种现象的存在，将直接干预到交联电缆的正常使用寿命，为整个电力供应系统埋下巨大的安全隐患。鉴于此，各个供电单位要切实做好交联聚乙烯电缆防水防潮处理措施，首要任务是弄清楚交联聚乙烯电缆受潮的原因及电缆受潮后可能带来的巨大危害，并结合电缆铺设实际情况，选择恰当可行的防水防潮策略。

1 交联聚乙烯电缆受潮或进水的原因

导致交联聚乙烯电缆在使用过程中受潮或者进水的原因有很多，大体上可以分为内部原因和外部原因两大类，具体如下。

1.1导致交联聚乙烯电缆受潮或进水的内因分析

交联聚乙烯电缆是一种高分子聚合物，它是由乙烯分子为单体，在一定的化学反应条件及催化剂的催化作用下，通过聚合作用形成的高分子聚合物。因为交联聚乙烯电缆的主要成分是聚乙烯分子，其分析在水体中是非常难溶的，而且聚乙烯分析的结构是长链线型结构，是属于结晶聚合物，所以当电缆中的聚乙烯分析处于正常排列的情况下，电缆中内部的结晶部分和无定型部分会处于一种共存的状态，所以此时电缆内部的晶体分子之间的排列是非常紧密的。然而对于无定型分子而言，微粒之间的排布十分松散，分子与分子之间存在很大的间隙，这使得水分子很容易侵入到无定型分子之间的间隙之中。对于经过乙烯加聚反应得到的交联聚乙烯电缆而言，其分子微粒之间还存在一定的杂质与交联副产物。这样一来，如果将交联聚乙烯电缆置于潮湿的外部环境下，潮气和水分就会浸入到电缆缆芯和护套中，此时一旦向交联聚乙烯电缆中通入交流电压，在缆芯内电场的作用下，附着在交联电缆缆芯和护套上的水分子就会形成带杂质的污点并导致电缆缆芯发生电化学腐蚀。另外，交联电缆内部杂质的存在会导致其电阻阻值增大，电缆运行发热量会增加，这进一步加剧了交联电缆的腐蚀老化。

1.2导致交联聚乙烯电缆受潮或进水的外因分析

影响交联聚乙烯电缆受潮或者进水的外部因素有很多，首先，因为电缆两端端头的密封性不强，所以在运输、保存、安装等过程中容易收到破坏，进而影响电缆的正常性能。在这种情况下，外部环境中的水汽分子会通过破坏了的电缆端头进入到电缆缆芯内部，从而形成内部破坏。其次，交联聚乙烯在运输、安装等过程中由于容易受到外界环境因素的影响，比如机械摩擦等，从而导致电缆受到损坏。电缆外包护套一旦遭到机械损坏，很容易导致交联聚乙烯电缆的主体结构受到水汽侵蚀，从而破坏交联聚乙烯绝缘电缆正常功能遭到破坏。最后，电缆在实际使用过程中，由于是直接暴露在外界当中，容易受到高电压的击穿，从而导致电缆出线损坏。由于交联聚乙烯电缆在安装、铺设完毕后，要对其通入高压交流电进行供电功能测试，在高压环境下，交联聚乙烯电缆会发热，温度一般可以达到95℃左右，电缆缆芯和外包护套的温度均处于很高的水平，这致使交联电缆在供电管网中存在被高压交流电击穿的可能。第四，交联聚乙烯绝缘电缆附属设施密封不严。电缆附属设施密封不严会致使外部水汽潮气通过附属设备与电缆之间的缝隙处浸入电缆内部，最终引起“水树枝”、“电化学腐蚀”等问题。第五，交联聚乙烯绝缘电缆在水中长期浸泡。特别是在一些自然地理环境恶劣、高山湖泊密集的地区铺设电缆线时，受地理地质因素的影响，交联聚乙烯绝缘电缆线可能会长期处于高湿度环境下，甚至是长时间浸泡在水中，这将直接导致交联电缆遭到破坏。

2 交联聚乙烯电缆受潮浸水作用机理及其带来的危害

2.1在外加电场的作用下产生“水树枝”

所谓“水树枝”，指的是绝缘体中充满水的微小裂缝，“水树枝”是交联聚乙烯电缆常见的水汽腐蚀现象。当交联聚乙烯绝缘电缆处于高湿度外部环境下时，一旦对交联电缆通入高压交流电，在外加电场力的作用下，在交联绝缘聚乙烯电缆内部结构不规整的部位（例如绝缘与半导电层结合面等处）则会形成“水树枝”。不仅如此，在外加电场的作用下，还会进一步促使水树枝不断地延伸增长，最终在水树枝的尖端末梢区域还会形成电树枝（交联电缆绝缘物质在电流长期作用下发生碳化），严重可导致交联电缆绝缘物质被高电压击穿。经过大量反复的实验证明，当外部环境的相对湿度在65%以上时，交联电缆（XIPE）在通入高压交流电时就有可能长出“水树枝”，并且水树枝的数量也会进一步随着温度的增大而增加。整个水树枝的生长周期大约是2年左右。一旦交联聚乙烯绝缘电缆中形成了水树枝，其使用寿命将会被压缩至原有寿命的2/5。

2.2对电缆的屏蔽铜、铠装钢甲产生腐蚀

在交联聚乙烯电缆加工制造过程中，会在交联电缆绝缘物质外半导电屏蔽层外安装金属屏蔽层，该金属屏蔽层的主要用材为轴线铜丝加单层的螺旋铜带，或者是1～2层退火铜带螺旋塔盖绕包而形成的圆桶形导体形式。在交联电缆中装设外包金属铜带屏蔽层最主要的目的就是为了屏蔽外加电场，避免因向交联聚乙烯绝缘电缆通高压交流电时，在交联电缆的轴向表面产生放电、放雷现象。如果交联绝缘电缆受到水汽侵蚀，其内部金属铜带屏蔽层势必会在潮湿的环境下发生电化学腐蚀而被氧化。当电缆出现氧化的问题，电缆内部的接触电阻则会增加，会直接增加到原有的几十倍，从而对绝缘外的螺旋电流造成影响，造成电感现象的发生。所以当出现雷电情况的时候，就会在屏蔽层上形成感应电压，进而交联聚乙烯电缆造成较大的损坏。而且电缆一旦发生受潮或者进水的现象，如果水分当中含有腐蚀性的液体，则会直接影响电缆的使用寿命。

2.3对电缆线缆芯与连接处产生腐蚀

交联绝缘电缆缆芯和连接处产生的腐蚀作用主要源于以下2方面原因。①交联聚乙烯绝缘导线在制造、运输、安装、敷设的过程中，绝缘电缆的端头密封不严，这便很容易导致电缆在相对湿度高的外部环境下受潮进水。在这种情况下，不仅仅会形成“水树枝”、“电树枝”，且水树枝为内导型，发展迅速、增长极快，在短期内就会严重破坏到交联绝缘电缆芯线与连接处。一般情况下，生产厂家在进行交联聚乙烯电缆生产的时候，会选用于法交联的工艺进行加工，在加工过程中，一般都会选择超净绝缘材料进行加工，并且十分注重对加工质量的控制，避免在电缆生产加工过程中出现水分的入侵现象，保证电缆的质量。所以，对于交联绝缘聚乙烯电缆线，要从加工制造、运输、安装、敷设、存贮等多个环节，严格做好防水、防潮措施。针对于电缆存在的外保护套损坏现象，工作人员要及时进行处理修补，特别是要及时处理好发生机械损坏的电缆。如果电缆出现受潮或者进水的现象，工作人员可以通过加热氮气的方式来吹燥电缆，保证电缆的正常性能。②主要是由于绝缘电缆长期浸泡在水中，导致交联电缆缆芯与连接处发生严重破坏。此类情况的发生主要受绝缘电缆铺设地区的地知地理环境的影响。这就要求在铺设交联绝缘电缆的过程中要做好对电缆铺设沟道排水处理，对于重要回路，要避免采用直埋方式敷设。

3 交联聚乙烯电缆横纵向阻水结构及有效防水措施

3.1交联聚乙烯绝缘电缆纵向阻水结构及纵向阻水措施

3.1.1纵向阻水结构分析

我国对于交联聚乙烯电缆中纵向阻水性能有着相应的规定，比如电国家电力系统电缆标准GB/T12706-2008，中明确对电缆的透水试验进行了明确的规定，规定：“当制造方声称采用了纵向阻水屏障电缆的设计时，应进行透水试验。本试验的目的是满足地下埋设电缆的要求，而不适用于水底电缆。本试验用于下列电缆设计：a）在金属层附近具有纵向阻水屏障;b）沿着导体具有纵向阻水屏障。”显然，电力电缆要求中没有特别说明，则防水的规定即为通过透水试验，而透水试验仅是针对纵向阻水的。要保证绝缘电缆的纵向阻水效果，其关键在于确保有效阻断水分在交联绝缘电缆内部的纵向通道。水分在交联绝缘电缆内部的额纵向绝缘通道主要包括导体间隙、成缆线芯之间的间隙，各护层之间的间隙。

3.1.2纵向阻水措施分析

常用的交联聚乙烯绝缘电缆纵向阻水措施有如下2种。

1）选用恰当的阻水剂。在交联绝缘电缆纵向阻水材料的选择上，可以选择阻水纱、阻水粉和阻水带等常用的物质，这些物质的阻水机理大致相同，都是利用物质自身的理化性质，在与交联电缆中的水分直接发生接触以后，这些阻水材料的体积就会极剧膨胀，并且当其膨胀到一定的高度以后，就会形成具有一定强度的凝胶性物质。此时，对于电缆端口的水分阻水剂能够很好地发挥其隔绝作用。

2）使用阻水胶水。首先让绝缘电缆内部的导体单金属丝通过防水胶水，使导体胶合以后，再在导体单丝之间的缝隙中充满防水胶水。这样一来，便能够避免导体单丝与水汽分子之间的直接接触，通过防水胶水将二者有效地隔绝开，从而起到保护交联绝缘导线的作用。在缆心制作成为电缆的工艺当中，针对于绝缘线芯等材料需要进行防水处理，从而保证缆心的防水性能，更好地保证电缆的防水性能。所以即使当电缆受到损坏而出现受潮或者进水的情况，水分也无法通过电缆来对电缆内的导体和绝缘体造成影响。

3.2交联聚乙烯绝缘电缆径向阻水结构及纵向阻水措施

3.2.1径向阻水结构分析

目前，我国关于电缆的径向阻水性能，还没有相关的标准和规定，所以在进行电缆加工的时候，行业常常会参照电缆的一个行业标准（YD/T 3221996铜芯聚烯烃绝缘铝塑综合护套室内通信电缆）中的试验指标来判断电缆的径向阻水性能。其主要判断依据是，当电缆所充人的干燥空气或者氮气在50-100KPa的时候，当电缆的全长气压均衡保持三小时后，电缆内的气压不应该出现降低的现象。如果在试验中，电缆能够达到上述的指标，则证明电缆的径向阻水性能符合标准要求。

3.2.2径向阻水措施分析

1）采用金属套完全封闭。就当前在交联绝缘电缆中使用的金属套而言，主要有热压铝套、热压铅套、纵包氩弧焊并轧纹的皱纹铝套、皱纹不锈钢套或皱纹铜套等多种类型。这种纵向阻水措施将金属套完全外包在交联电缆的聚乙烯护套上，从而避免水汽分子进入电缆中。

2）用铝塑复合带与聚乙烯护套粘结。聚乙烯本身是一种稳定性较强、理化性質稳定的高分子聚合物，此时在绝缘电缆外包聚乙烯护套内部再加上一层性能稳定的铝塑复合带能够起到双重保护作用，这便有助于完全彻底组织外部环境中的水汽分子透过绝缘电缆的外包绝缘层侵入电缆线内部。

交联聚乙烯绝缘电缆在铺设过程中，外部环境中的潮气或水分几乎是不可避免的因素，但其对交联绝缘电缆确实又存在很大的危害之处。做好交联电缆防水防潮措施，要立足于纵向、横向两个角度，尽最大可能降低水汽分子与交联电缆的接触频率。

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