淺談電力電纜絕緣的分類與發(fā)展

高翾宇 王然 閆洪瑞 商朝陽 楊家銘

摘 ? 要：隨著科技的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)改革的深化，人們的生活水平得到極大提高，電能在日常生活中也扮演著越來越重要的角色。作為傳輸電磁能信息和實現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)換的線材產(chǎn)品，電線電纜在電能系統(tǒng)中起“神經(jīng)”的作用。電力電纜絕緣層的發(fā)展經(jīng)歷了天然橡膠、聚氯乙烯、合成橡膠、聚乙烯以及交聯(lián)聚乙烯等階段。為適應(yīng)現(xiàn)代不斷提高的輸電要求，許多新興電纜也不斷問世。本文簡述了橡皮絕緣、塑料絕緣、浸漬紙絕緣、充油電纜、充氣電纜五大電力電纜的發(fā)展及特性。

關(guān)鍵詞：電力電纜 ?橡皮絕緣 ?塑料絕緣

中圖分類號：TM247 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0026-02

1 ?電力電纜絕緣的概述

電力電纜是指電力系統(tǒng)的主干線路中，用以傳輸和分配大功率電能的電纜，主要由線芯、絕緣和護(hù)層3個部分組成，其中絕緣起承受電壓的作用。在運行過程中，絕緣層一定程度上決定了電力電纜的耐壓等級，也就決定了適用場合。按絕緣材料可將電力電纜分為橡皮絕緣、塑料絕緣、浸漬紙絕緣、充油電纜、充氣電纜。本文主要對橡皮絕緣和塑料絕緣的發(fā)展及特性進(jìn)行了簡要分析。

2 ?電力電纜絕緣的分類及發(fā)展

2.1 橡皮絕緣電力電纜

橡皮是硫化后的橡膠，結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀。由于液固組合絕緣變?yōu)楣腆w絕緣，馬來樹膠（雙環(huán)戊二烯）最先得到應(yīng)用。隨著化學(xué)合成工業(yè)的發(fā)展，橡皮絕緣電力電纜得到了迅速發(fā)展。現(xiàn)在使用的多為天然橡膠（聚異戊二烯）、丁苯橡膠（丁二烯、苯乙烯聚合）、丁基橡膠（異丁烯、異戊二烯聚合）、氯丁橡膠和乙丙橡膠（乙烯、丙烯共聚，又稱二元乙丙橡膠）。前4種由于多含不飽和雙鍵，故耐臭氧性、耐老化性較弱，在電暈作用下會發(fā)生開裂，擊穿場強(qiáng)較低，主要應(yīng)用于6kV以下的電壓等級。而乙丙橡膠主鍵由化學(xué)穩(wěn)定的飽和烴組成，不含雙鍵，故耐臭氧性和耐老化性得到極大提高，交流擊穿強(qiáng)度在35～45kV/mm。為了改善其硫化性能，向原橡膠中加入第三單體（如雙環(huán)戊二烯或乙叉降冰片烯），得到三元乙丙橡膠，可用于35kV級電力電纜或高壓電機(jī)引出線。若和其他橡膠共混使用更可獲得優(yōu)異性能。

2.2 塑料絕緣電力電纜

2.2.1 聚氯乙烯絕緣電力電纜

聚氯乙烯塑料是在聚氯乙烯樹脂的基礎(chǔ)上加以增塑劑、穩(wěn)定劑、防老劑等多組分的混合材料。相比于橡皮絕緣，聚氯乙烯的主鏈中不含雙鍵，耐腐蝕、耐化學(xué)性能好，并且使用溫度從橡皮的65℃提高到70℃。但由于它是極性材料，耐電強(qiáng)度低，長期工頻擊穿強(qiáng)度4kV/mm左右，脈沖擊穿強(qiáng)度為40～50kV/mm。并且在燃燒時產(chǎn)生氯化氫有毒氣體，極大程度上限制了它的使用和發(fā)展。

2.2.2 聚乙烯樹脂

聚乙烯與聚氯乙烯相比，是非極性材料，電氣性能良好，且分子式中不含氯原子，燃燒過程中產(chǎn)生的無毒氣體少。但是由于它的分子結(jié)構(gòu)是結(jié)晶相和無定形相兩相并存，在生產(chǎn)和運行過程中由于溫度和應(yīng)力的變化容易在界面上產(chǎn)生氣隙從而引發(fā)樹枝化放電，并且其耐熱性不好，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性差，耐蠕變性差。目前在我國聚乙烯主要用于做聚乙烯護(hù)套。

2.2.3 交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜

為了克服聚乙烯的缺點，應(yīng)用交聯(lián)將聚乙烯的線性結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以極大地提高其擊穿強(qiáng)度和耐熱性能。交聯(lián)方法有物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)兩種。物理交聯(lián)使用高能粒子照射，有能量交換到分子，使C-H鍵斷裂，線性結(jié)構(gòu)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。分為輻照交聯(lián)和紫外線交聯(lián)。但在交聯(lián)過程中如果絕緣層厚度過厚容易出現(xiàn)交聯(lián)不均勻的現(xiàn)象，主要應(yīng)用于薄絕緣?；瘜W(xué)交聯(lián)分為硅烷交聯(lián)（溫水交聯(lián)）和過氧化物交聯(lián)。硅烷交聯(lián)通過加入交聯(lián)劑（如硅烷偶聯(lián)劑A151）在80℃～100℃的水中實現(xiàn)聚乙烯的交聯(lián)，成本低，方法簡單方便。但是在生產(chǎn)過程中有水的小分子產(chǎn)物，容易產(chǎn)生水樹枝，主要應(yīng)用于中低壓電纜絕緣。在低壓系統(tǒng)中交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜可以完全取代聚氯乙烯絕緣電力電纜。過氧化物交聯(lián)通過交聯(lián)劑（如過氧化二異丙苯DCP），在惰性氣體的保護(hù)下奪取分子中的氫原子使生成游離基進(jìn)而進(jìn)行交聯(lián)。由于沒有水的生成與參與，極大程度上避免了水樹枝的形成與發(fā)展。這種交聯(lián)方法應(yīng)用范圍廣泛。經(jīng)過交聯(lián)后，交聯(lián)聚乙烯的工作溫度從聚乙烯的70℃提高到90℃，載流量增大，電氣性能得到提升。耐化學(xué)性能好、重量輕、可垂直及高落差敷設(shè)、安裝維護(hù)方便也是交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜的主要優(yōu)點[1]。但由于其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不溶不熔，給材料的回收造成了一定困難。

2.3 其他絕緣電力電纜

油浸紙絕緣是由木纖維紙和浸漬劑組成的復(fù)合絕緣。主要由粘性型浸漬紙絕緣電力電纜、滴干型浸漬紙絕緣電力電纜和不滴流型浸漬紙絕緣電力電纜組成。粘性型浸漬紙絕緣電力電纜主要應(yīng)用于平鋪敷設(shè)，滴干型浸漬紙絕緣電力電纜主要應(yīng)用于10kV以下小角度敷設(shè)，不滴流型浸漬紙絕緣電力電纜主要應(yīng)用于大角度敷設(shè)。

充油電纜利用補充浸漬劑的辦法消除因負(fù)荷變化而在油紙絕緣層中形成的氣隙，以提高電纜的工作場強(qiáng)。根據(jù)絕緣層和護(hù)套是否緊密相連可分為自容式充油電纜和鋼管式充油電纜。為了提高絕緣層的擊穿強(qiáng)度，防止護(hù)套破裂時潮氣浸入，便于補充浸漬，一般浸漬劑壓力均高于大氣壓。充油電纜的結(jié)構(gòu)大多采用單芯自容式。

為了適應(yīng)遠(yuǎn)距離輸電要求，產(chǎn)生了充氣電纜。充氣電纜分為普通充氣電纜和管道式充氣電纜。普通充氣電纜通過充氮氣作為絕緣，結(jié)構(gòu)與充油電纜相似，主要應(yīng)用于中壓絕緣。管道式充氣電纜作為絕緣的壓縮氣體一般采用六氟化硫，它是一種無毒的不燃?xì)怏w，化學(xué)穩(wěn)定性好，絕緣強(qiáng)度高，主要應(yīng)用于大容量輸電，特別是封閉式電站。

3 ?結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國民水平的提高，電力已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的必要元素。由于我國資源與需求的逆向分布，建設(shè)遠(yuǎn)距離大容量傳輸線路是電力行業(yè)發(fā)展的趨勢。電力電纜以敷設(shè)間距小、線路壓降小、安全可靠等優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。電纜能夠承受的電壓是運行過程中需要考慮的重要因素之一。根據(jù)不同的需求選擇不同形式絕緣的電力電纜是非常必要的。交聯(lián)聚乙烯電纜代替油浸紙絕緣電纜、發(fā)展直流電纜、多種模式混合輸電成為高壓電纜的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃興溢，張軍，江平開.熱塑性電力電纜絕緣材料：歷史與發(fā)展[J].高電壓技術(shù)，2018，44（5）：1377-1398.

[2] 王沐雪，何知純，王紫葉，等.高壓及超高壓電力電纜關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀研究[J].電子世界，2019（10）：191-192.