交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電力電纜具有良好的電氣及抗腐蝕性能，其安裝簡單、運維方便，在10 k V農(nóng)配網(wǎng)得到廣泛應用，但其一旦出現(xiàn)故障，檢修查找難度也很大，本文結(jié)合運行工作實際，著重對交聯(lián)電纜原理及其結(jié)構(gòu)進行分析，供配網(wǎng)運管、施工單位參考。

一、 交聯(lián)聚乙烯材料(XLPE)絕緣原理分析

以聚乙烯為基本絕緣材料，采用化學和物理的交聯(lián)方法，使高分子化合物聚乙烯由線形分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚乙烯。其完全保持了聚乙烯的高電氣物理性能，如：擊穿強度高、絕緣電阻大、介質(zhì)損耗正切值低等，同時由于采用交聯(lián)工藝，使其耐老化性能、耐熱性能、機械性能、抗腐蝕性能得到很大提高。

日常使用的XLPE電纜多為化學交聯(lián)法——惰性氣體交聯(lián)。采用加入過氧化物(常用二異丙苯)交聯(lián)劑的聚乙烯材料，通過三層共擠后，連續(xù)均勻地通過充滿高溫、高壓氮氣的密封交聯(lián)管，借助過氧化物受熱分解，產(chǎn)生游離基，游離基能與聚乙烯中的氫原子結(jié)合，失去氫原子的聚乙烯分子就聯(lián)合起來，形成交聯(lián)聚乙烯，完成交聯(lián)過程。

但XLPE作為聚合物也有其固有缺陷，聚合物的大分子固體結(jié)構(gòu)使其內(nèi)部很容易累積“空間電荷”，空間電荷也被稱為陷阱電荷，即被陷阱捕獲后停留在介質(zhì)內(nèi)的那部分電荷，也可指由于不均勻極化引起的極化電荷。陷阱的形成是由于生產(chǎn)過程中的污染、機械加工時的引入或在應用過程中產(chǎn)生的，但電極注入被認為是空間電荷形成的主要原因?？臻g電荷一般分布在介質(zhì)雜質(zhì)處、物理缺陷處以及聚合物分子鏈間。在生產(chǎn)過程中的殘留電荷，高電極注入或因材料不純引起的極化等因素，都會造成空間電荷的累積，而恰恰這些因素在實際生產(chǎn)中又不可避免?？臻g電荷對XLPE電纜絕緣的危害程度很大。

此外，由于XLPE的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，使其存在較大的透水問題。當XLPE絕緣體侵入微量水分時，會引發(fā)絕緣體中形成水樹枝，同時致使類似氣體游離過程而產(chǎn)生的高電場，造成絕緣破壞，水樹枝直徑一般只有幾個微米，由許多微觀上的小水珠空隙組成。當電纜加上電壓時，在強電場的作用下，水樹枝會演化成電樹枝誘發(fā)絕緣擊穿。由此可見，透水問題是XLPE材料的硬傷，而XLPE是主絕緣，因此在電纜安裝使用中要嚴防水分的侵入。

二、 交聯(lián)聚乙烯電力電纜結(jié)構(gòu)分析

交聯(lián)電纜主要由線芯導體、絕緣層和保護層3部分構(gòu)成。線芯導體居于中心，在其外圍是“三層共擠”工藝的絕緣屏蔽層，具有優(yōu)良的絕緣屏蔽和耐、散熱性能。外圍是保護層，由內(nèi)護套、鎧裝和外護套構(gòu)成，用來密封導體和主絕緣。交聯(lián)電纜的這種簡單結(jié)構(gòu)，是基于很高的科技性和工藝性，其每層結(jié)構(gòu)都有特殊的作用和要求，如果某一層結(jié)構(gòu)出了問題都將使整個電纜報廢，為了弄清電纜各層的結(jié)構(gòu)要求，對交聯(lián)電纜各結(jié)構(gòu)部分原理分析如下。

1、線芯導體結(jié)構(gòu)分析

線芯導體起傳輸電能的作用，當交流電流通過導體時，集膚效應使得導體表面附近的電荷密度大。由于導體表面的電場強度與其表面電荷密度成正比，與導體表面的曲率半徑成反比，所以在導體邊緣或尖端處曲率半徑小，表面電荷密度大，空間電荷容易聚集，電場強度就，也容易發(fā)生局部強電場放電，這種現(xiàn)象稱為“邊緣效應”。

如果有雜質(zhì)侵入電纜內(nèi)結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)會形成尖端導致局部放電，終形成擊穿。這是電纜結(jié)構(gòu)內(nèi)不能有雜質(zhì)侵入的另一重要原因。

為了避免“邊緣效應”對電纜絕緣的危害，盡量使得導體電場均勻而降低對絕緣的要求，我們應該將導體制成曲率半徑大的幾何形——圓形，并使導體表面盡量光滑，從而避免尖端強電場，為此，交聯(lián)電纜線芯為多芯緊壓型圓絞線。由此可見，在電纜敷設(shè)安裝施工時，要嚴格避免損傷電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)平整性而破壞均勻電場的行為。

2、內(nèi)外半導電層和主絕緣層的“三層共擠”分析

半導電層是一種有較高介電常數(shù)的聚合物材料(在高電場下是導體)，彌補絞合線芯不可能完全成圓，均勻線芯表面不均勻的電場，同時，可以防止制造過程中線芯意外突刺和外界雜質(zhì)的引入所造成的局部高電場。其中含有迅速捕捉水分的物質(zhì)，可有效地阻擋水分從內(nèi)部和外部侵入絕緣層，防止水分沿線芯擴散，從而可防止水樹枝的產(chǎn)生。另外，聚合物的固有熱阻，可起到分溫的熱屏蔽作用，而提高電纜的載流量。

“三層共擠”工藝是將內(nèi)、外半導電層與絕緣層緊密擠塑，使三層緊緊的結(jié)合在一起。此種工藝避免了外界雜質(zhì)(空氣、水分、異物顆粒等)侵入所造成的局部高電場，使得電場均勻平滑，從而提高了起始游離放電電壓，大大提高了絕緣強度。

3、銅屏蔽和鎧裝

在外半導電層與內(nèi)襯層之間，有用二層退火銅帶螺旋搭蓋繞包，成一個圓柱同心導體層，此為銅屏蔽層，它與被屏蔽得半導電層有良好得接觸，并為等電位。安裝時，銅屏蔽帶兩端接地，使電纜外半導電層始終處于零電位，從而保證了電場分布為經(jīng)向均勻分布。當電纜發(fā)生故障時，銅屏蔽層上通過接地電流或短路電流使保護裝置迅速動作，從而保護了電纜的非故障部分。注意，經(jīng)測算，銅屏蔽層與外半導電層不接觸長度不得超過2 cm。

鎧裝主要作用是增加電纜縱向機械應力，減少機械力對電纜得影響，同時也起到均勻電場，通過故障電流等保護作用。

當電纜發(fā)生絕緣擊穿、遭受雷擊、操作過壓或線芯中流過較大故障電流時，金屬護套的感應電壓可能使內(nèi)護套擊穿，引起電弧，而此時的故障電流又不足以啟動繼電保護，那么，擊穿現(xiàn)象會逐漸增加，直到將金屬護套燒熔成洞，使故障進一步加大，為了這種危害，必須將金屬護套在終端處接地。

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