防海水電纜及技術(shù)難點(diǎn)

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(jì)80年代，多數(shù)用于220kV及以下電壓等級(jí)［1］，其制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還遠(yuǎn)不如充油海底電纜．截止到目前，電壓等級(jí)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(yīng)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(diǎn)：

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

②XLPE電纜沒有鉛護(hù)套，彎曲半徑小、質(zhì)量輕，可生產(chǎn)、敷設(shè)的長度更長，且在敷設(shè)安裝和運(yùn)輸時(shí)都要比充油電纜簡單；

③XLPE海底電纜的電氣性能和機(jī)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(shù)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(huì)在某處集中，從而造成此處局部場強(qiáng)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(shí)擠壓，具有高強(qiáng)度、環(huán)保和便于掩埋等優(yōu)點(diǎn)，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(dá)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(jìn)行著充電放電，其充電電流可達(dá)到*值而影響正常有功負(fù)荷的傳輸，所以交流海底電纜有個(gè)理論上的極限傳輸距離，多個(gè)跨海工程表明，該距離約為40km［3］，超過這個(gè)距離，采用交流傳輸電能就不具經(jīng)濟(jì)性了．而直流電纜長度不受充電電流限制，無需無功補(bǔ)償裝置，制造安裝簡便，介損和導(dǎo)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(jī)理及其抑制方法、直流電壓下的絕緣老化機(jī)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(shè)的費(fèi)用，所以大截面、

高電壓等級(jí)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(shè)了世界上dì一根電壓達(dá)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(jí)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．KFVP2銅帶屏蔽高溫控制電纜

充氣式電纜

充氣式海底電纜在結(jié)構(gòu)上與充油電纜很相似，也使用預(yù)先浸漬好的紙帶做絕緣，再充入帶壓力的氮?dú)?，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(shè)計(jì)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(guān)技術(shù)問題

海底電纜的防水

當(dāng)機(jī)械應(yīng)力或外力造成電纜護(hù)套及絕緣損傷、接頭損壞時(shí)，潮氣或水分會(huì)沿著電纜縱向和徑向間隙浸入，降低絕緣的電氣強(qiáng)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(dǎo)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(hù)套，中壓電纜電場強(qiáng)度相對(duì)較低，一般使用鋁塑復(fù)合護(hù)套，也有僅用聚合物護(hù)套的，高壓電纜則采用鉛、鋁、不銹鋼的金屬密封套．聚合物護(hù)套具有防水性，但卻有一定的吸水率，這是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)主要是由結(jié)晶相和無定形相組成的半結(jié)晶高聚物．結(jié)晶相結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)，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(hù)套時(shí)，護(hù)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(dǎo)線之間和纜心屏蔽區(qū)添加阻水性物質(zhì)，阻斷水分在纜心中的擴(kuò)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(qiáng)度大、膨脹率高，吸水后可迅速膨脹形成凝膠狀物質(zhì)，阻塞滲水通道，終止水分和潮氣的進(jìn)一步擴(kuò)散和延伸，使受潮電纜的長度降到zuì低。

討論PVC電線電纜的環(huán)保要求

發(fā)達(dá)國家嚴(yán)禁使用非環(huán)保電纜，我國也十分重視這個(gè)領(lǐng)域。我國相關(guān)法律法規(guī)明令要求重要建筑禁止使用聚lǜ乙烯電線電纜，必須采用無鹵低煙交聯(lián)PVC電線電纜，以避免火災(zāi)發(fā)生時(shí)大量濃煙、lǜ氣，造chéng人員傷亡。

　　環(huán)保電纜將有力帶動(dòng)電纜行業(yè)發(fā)展，提升電纜生產(chǎn)企業(yè)競爭力，并在綠色實(shí)踐和創(chuàng)新中，使電纜產(chǎn)業(yè)在可持續(xù)發(fā)展道路上越走越穩(wěn)。近年來，我國電纜企業(yè)逐步向環(huán)保電纜、低煙無鹵型電纜等方向努力，盡可能做到不含有鉛、鎘、汞等重金屬，不含有溴系阻燃劑，不產(chǎn)生有害的鹵素氣體，不產(chǎn)生腐蝕性氣體，燃燒時(shí)發(fā)熱量少，不污染土壤等等，環(huán)保電纜將會(huì)更加受到市場的青睞，在電網(wǎng)公司招標(biāo)中更容易獲得高額訂單。

　　用戶對(duì)環(huán)保型電線電纜的要求，歸納起來有以下幾點(diǎn)：　　

　　1.要求鉛和重金屬的含量低

　　*，鉛和某些重金屬會(huì)對(duì)人體健康造成不利影響，而在PVC配方中，通常需要混入鉛、鎘、鋇等重金屬化合物的添加劑。但是，從上世紀(jì)90年代以來，一些發(fā)達(dá)國家及大電氣公司相繼制定法規(guī)，在所用的PVC電線電纜中，有八種重金屬含量不得大于規(guī)定。這些新規(guī)定既給電線電纜制造商帶來新的商機(jī)，又給PVC電纜制造商帶來嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

　　2.要求其低煙與低氧化氫

　　良好的阻燃性能是PVC電線電纜一個(gè)十分明顯的優(yōu)點(diǎn)，但是，普通阻燃PVC線纜在起火燃燒時(shí)，會(huì)釋放出濃濃的黑煙和大量的HCI氣體，從而造成起火后的"二次災(zāi)害"，嚴(yán)重影響人員撤離和消防救護(hù)工作的開展。所以，在對(duì)電線電纜提出阻燃要求的同時(shí)，在某些使用場合還會(huì)進(jìn)一步提出"低煙"和"低HCI"的要求。

KFVP2銅帶屏蔽高溫控制電纜 　　3.要求低毒或無毒

　　對(duì)于某些可能與食品、血液制品接觸的家用電器、醫(yī)療衛(wèi)生電器以及兒童電動(dòng)玩具上使用的線纜，除要求無鉛無重金屬外，還要求無毒（或低毒）。這就是說，在PVC配方中使用的所有成分材料均應(yīng)是無毒的。電纜料中含有大量的增塑劑，但制造無毒料必須選用無毒的增塑劑。因此，這種PVC料的要求比無鉛無重金屬料的更高，售價(jià)也自然更貴。

　　4.其他禁物用

　　目前，歐盟正審理的法規(guī)，對(duì)下列物品進(jìn)行了限制，以確保電線電纜能復(fù)合環(huán)保要求。例如：1）石棉；2）多由聯(lián)苯及其醚類，多溴*；3）多lǜ聯(lián)苯；4）短鏈（C10~C13）lǜ化石蠟。

　　隨著環(huán)境問題越來越受到重視，許多國家已經(jīng)紛紛制定了各種環(huán)保政策，因此人們更傾向于使用綠色環(huán)保電纜。低煙無鹵阻燃電纜材料就是目前較熱門的環(huán)保電纜之一。盡管我國市場對(duì)綠色環(huán)保電纜的需求日益增長，但與發(fā)達(dá)國家相比，我國在相關(guān)政策制定和強(qiáng)制性應(yīng)用方面還有很長的一段路要走，我國應(yīng)盡快完善環(huán)保電纜標(biāo)準(zhǔn)。