阻水電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇阻水型電力電纜材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要:阻水型電力電纜作為電線電纜行業(yè)的一個新品種，正隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的成熟而得到推廣應(yīng)用。該文就阻水電力電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和阻水材料提出一些看法。關(guān)鍵詞：阻水型電力電纜;結(jié)構(gòu);選材;工藝特性;改進(jìn)第一章引言隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，特別是農(nóng)村及城市電網(wǎng)建設(shè)改選步伐的加快和各地房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國的電力事業(yè)得到了快速發(fā)展，從而推動了為電力工業(yè)相配套的電工行業(yè)，尤其是電線電纜行業(yè)的發(fā)展，電線電纜的品種發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化的趨勢。電線電纜已經(jīng)從單純的電力傳輸向多功能化發(fā)展，即根據(jù)不同用途分別被附加了一些新的特性。例如：阻燃電纜，耐火電纜，低鹵，低煙電纜，無鹵低煙電纜等等。對電力電纜的阻水要求也是近幾年才發(fā)展起來的，以前對阻水的要求主要限于海底電纜，超高壓電纜和通信電纜的應(yīng)用上。隨著對絕緣吸水和水樹的研究及認(rèn)識的加深，人們越來越意識到防水性能對中高壓電力電纜的重要性。在地下水位較高或常年多雨地區(qū)（比如我國長江以南地區(qū)）。越來越多的用戶對電纜提出了防水的要求。電力電纜大多采用直埋敷設(shè)方式，所以電纜承受來自于土壤壓力和由于人為因素而受到外力損傷的可能性很大。從敷設(shè)形式看，國外大多采用機(jī)械保護(hù)和防水為目的的金屬保護(hù)套，或者采用包覆薄金屬帶等防水層的電纜。但是這種電纜，一旦受到損傷，水便從損傷處侵入電纜內(nèi)部，進(jìn)而滲入到電纜內(nèi)部的間隙（導(dǎo)體絞線間，擠包外半導(dǎo)電層，屏蔽層或金屬護(hù)套之間等）。沿著電纜縱向擴(kuò)展，從而導(dǎo)致大長度電纜無法使用。當(dāng)直埋電纜發(fā)生故障時，通常在事故發(fā)生點(diǎn)處要換一段新的電纜，使線路恢復(fù)運(yùn)行，因此水一旦浸入電纜內(nèi)部時，其滲水距離應(yīng)越短越好，為了阻止浸水后的滲水，一般采用間隙部分繞包吸水性膨脹材料的方法，一旦浸入水便于堵住間隙。1.1水分對電纜的危害要確定阻水電纜的結(jié)構(gòu)首先要知道水分對電纜的危害。一般而言，水分浸入到電纜中后主要影響是電纜的導(dǎo)體和絕緣。就導(dǎo)體而言，電纜在正常運(yùn)行時處于一個熱穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)體溫度一般都在60以上，如果有水分浸入就會導(dǎo)致導(dǎo)體氧化，使得導(dǎo)體單線間的能量損耗電阻增加從而增大了導(dǎo)體電阻，增加了輸電線路的能量損耗，就絕緣而言，雖然聚乙烯是極難溶于水的非極性疏水物質(zhì)，但是聚乙烯是一種由結(jié)晶相和無定形相組成的半結(jié)晶高聚物。聚乙烯相結(jié)構(gòu)緊密，但晶界存在缺陷；無定形相中的分子排列疏松。分子間存在較大的間隙。水分子是極性的，在交變電場下擴(kuò)散力及電場力的共同作用使水分子很容易滲透到聚乙烯無定形相的容隙和晶相的晶界缺陷中，交聯(lián)聚乙烯分子結(jié)構(gòu)中也存在上述問題，同時交聯(lián)聚乙烯中有較多的交聯(lián)副產(chǎn)物充當(dāng)雜質(zhì)，因而交聯(lián)聚乙烯在交變電場下也有較大的吸水率。交聯(lián)聚乙烯和聚乙烯絕緣吸水后會產(chǎn)生水樹使得運(yùn)行中的電纜發(fā)生擊穿而損壞。1.2可行性分析現(xiàn)在我國電力電纜的阻水結(jié)構(gòu)大多是借鑒于通信電纜，主要是通過增防水層達(dá)到防止水分透過護(hù)套滲入到絕緣層的目的。要實(shí)現(xiàn)電纜的全面阻水，不但要考慮電纜徑向的水分滲透，還要考慮到有效阻止水分侵入電纜后沿電纜的縱向擴(kuò)散。因?yàn)槿绻豢紤]電纜的縱向阻水，當(dāng)護(hù)套密封不嚴(yán)或破損時，侵入到電纜內(nèi)部的水分會沿電纜縱向擴(kuò)散，造成整根電纜報(bào)廢，使損失擴(kuò)大°IEC國際標(biāo)準(zhǔn)中也推薦額定電壓6kV~30kV及30kV~150kV擠包絕緣電力電纜具備縱向阻水結(jié)構(gòu)。普通電纜本身不具備阻水特性，在地下水位較高或常年多雨地區(qū)水分很容易滲入護(hù)套或從護(hù)套的破損處侵入到電纜內(nèi)部。并引發(fā)事故。早在20世紀(jì)70年代，交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜中的水樹問題就引起了國際電纜行業(yè)的極大關(guān)注，并且很多國愛都作了大量的研究工作。最初主要是考慮對交聯(lián)聚乙烯進(jìn)行改性，采用添加電壓穩(wěn)定劑及其它添加劑的方法來抑制水樹的產(chǎn)生。此舉雖有一定效果但并不顯著，末能從根本解決問題。后來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，防止外來水分侵入是解決交聚乙烯電力中水樹問題的最佳途徑。第二章結(jié)構(gòu)、選材及關(guān)鍵工藝2.1電纜內(nèi)部縱向滲水處（如圖1）a）金屬絲屏蔽型b）鋁護(hù)套型2導(dǎo)體2-內(nèi)半導(dǎo)體3-絕緣層4-外半導(dǎo)電層5-屏蔽層6-包帶7-塑料護(hù)套8-墊層9-間隙10-波紋鋁護(hù)套塑料防護(hù)層陰影-縱向滲水可能發(fā)生處2.2徑向阻水型的電纜結(jié)構(gòu)一般電纜所用的護(hù)套材料是聚氯乙烯，而聚氯乙烯分子是極性的，極性的水分子極易透過聚氯乙烯層侵入到電纜中，目前要實(shí)現(xiàn)電纜的縱向阻水在技術(shù)上的不存在問題，只要在護(hù)套內(nèi)加一層水密性材料構(gòu)成的阻水曾即可。目前普遍采用的方法是在聚氯乙烯外護(hù)套內(nèi)擠包一層中高密度聚氯乙烯內(nèi)護(hù)套或縱包一層鋁塑復(fù)合帶作為縱向阻水隔離套。縱向阻水電纜結(jié)構(gòu)如圖所示：

絕緣芯線防水隔離目吸潮墊房外護(hù)套（1）聚乙烯（內(nèi)護(hù)套）防水隔離套聚乙烯在交變電場下易吸水并不說明聚乙烯材料的水密性不好。聚乙烯材料的水密性比聚氯乙烯高數(shù)百倍，擠包聚乙烯阻水層再配合一層吸潮墊層（如阻水包帶）可以滿足敷設(shè)在一般潮濕環(huán)境中的電纜的縱向阻水防潮要求。采用聚乙烯材料在阻水隔離套在工藝上實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，在不添加任何生產(chǎn)設(shè)備的情況下就可以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榫垡蚁又皇亲鳛樽杷畬佣豢紤]其機(jī)械強(qiáng)度等因素，出于成本和工藝方面的考慮在工藝設(shè)計(jì)時其厚度在1.0?1.5mm即可達(dá)到很好的效果。（2）鋁塑復(fù)合帶聚乙烯粘結(jié)防水隔離套。如果把電纜敷設(shè)在水中或特別潮濕的環(huán)境中，聚乙烯防水隔離套的徑向阻水能力就顯得不足了，對于徑向阻水性能要求較高的電纜，其阻水隔離套應(yīng)選用水密封性更好的材料，現(xiàn)在采用較多的是在電纜纜芯外包一層鋁聚乙烯復(fù)合帶。理論上講，鋁-聚乙烯復(fù)合帶的水密封性比單一的聚乙烯高幾百甚至上千倍，只要復(fù)合帶的接逢處完全粘結(jié)密封水分幾乎是無法透過，縱包鋁-聚乙烯復(fù)合帶聚乙烯粘結(jié)的關(guān)鍵工藝有兩方面:一是縱包工藝，縱包時要做到緊且圓整，消除縱包搭縫處的“荷葉邊”（即復(fù)合帶邊緣的縱向彎曲）；二是粘結(jié)工藝，應(yīng)保證復(fù)合帶與聚乙烯內(nèi)護(hù)套及其復(fù)合帶搭縫處粘結(jié)完善。生產(chǎn)鋁-聚乙烯復(fù)合帶縱包結(jié)構(gòu)的徑向阻水電纜需要一臺專用的縱包設(shè)備，同時為了保證工藝需要考慮縱包長模，縱包止轉(zhuǎn)定位裝置（防止縱包過程中電纜的左右擺動及轉(zhuǎn)動）。定位導(dǎo)輪及成型渦輪等的設(shè)計(jì)和正確使用。同時考慮到電纜在運(yùn)行中熱膨脹因素，在防水層與絕緣線芯間應(yīng)加一層具有較好彈性且吸水的緩脹墊層（如有吸潮能力的無紡布或陰水包帶）生產(chǎn)鋁/聚乙烯復(fù)合帶縱包結(jié)構(gòu)的徑向阻水電纜需要一定的獎金投入和設(shè)備改造。2.3縱向阻水的電纜結(jié)構(gòu)前文己討論了電纜縱向阻水的重要性。要實(shí)現(xiàn)電纜的縱向阻水在理論上并不困難，就是要有效阻斷水分在電纜內(nèi)部的縱向信道（包括導(dǎo)體內(nèi)部間隙，成纜線芯之間的間隙，各護(hù)層之間的間隙）目前大多數(shù)電纜生產(chǎn)家考慮是如何從電纜外部阻斷縱向水流信道，對于單芯電纜較易實(shí)現(xiàn)，但對于多芯電纜和鎧裝結(jié)構(gòu)的電纜實(shí)現(xiàn)起來仍有許多難點(diǎn)。目前用于電纜中的阻水材料主要有填充膏，熱熔膠及阻水帶等，從材料的阻水材料特點(diǎn)可以將它們分為兩類:一類是靜態(tài)被動阻水，也就是利用填充材料（熱熔膠阻水環(huán)，阻水填充膏等）本身的電纜線芯及護(hù)套的良好接觸密封性達(dá)到阻止水分在電纜內(nèi)部流動的目的;另一類是主動吸水并迅速膨脹，從而達(dá)到阻斷水分在電纜內(nèi)的流動信道。阻水填充膏和熱熔膠均屬于靜態(tài)被動性阻水材料。這種結(jié)構(gòu)最初都是借鑒于光纜阻水結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，效率低，并且使用填充膏會給施工帶來很大的不便。阻水帶（紗）遇水能夠迅速膨脹且能達(dá)到一定的膨脹高度并能形成強(qiáng)度較高的凝膠，是一種理想的主動性阻水材料，采用阻水帶，阻水繩，阻水紗作為阻水材料工藝簡單施工方便并且生產(chǎn)效率高，所以這種結(jié)構(gòu)受到用戶和生產(chǎn)廠家的普遍歡迎，由于單芯電纜絕緣與護(hù)套之間接觸面較平整，只要在外護(hù)套與線芯間繞包一層阻水帶即可達(dá)到很好的縱向阻水效果。如有金屬屏蔽，則需要在金屬屏蔽層內(nèi)側(cè)繞包半導(dǎo)電阻水帶。多芯電纜還需要在成纜線芯的間隙中用阻水繩，阻水紗進(jìn)行有效填充，然后用阻水帶進(jìn)行繞扎，有鎧裝層的電纜，則還需要在鎧裝層內(nèi)外兩側(cè)各繞包一層阻水帶。采用阻水繩，阻水紗進(jìn)行填充的電纜雖然有很大優(yōu)勢，但同時也存在一些問題，一是價格問題，由于阻水繩價格高，采用其作為填充材料會使電纜成本大幅上升，二是阻水效果，對于單芯電纜和小截面的多芯電纜，上述結(jié)構(gòu)并不存在什么問題，但對于大截面的多芯電纜，由于成纜線芯間隙較大，用阻水繩進(jìn)行填充時，有時會因?yàn)樽杷K來不及吸水膨脹而使阻水失敗。為了解決上述問題，確定一種工藝簡單施工方便，性能可靠且成本相對較低的阻水結(jié)構(gòu)，許多電纜廠家和材料廠家在填充材料方面做了大量試驗(yàn)，并且研制出了很多新型的阻水填充材料。國外早期采用石油膏，由于其存在接頭施工困難，導(dǎo)電性能下降等缺陷而逐步淘汰，取而代之的是采用超強(qiáng)吸水膨脹材料其作用是在絕緣線芯遇水時能迅速吸收水分后膨脹材料。其作用是在絕緣線芯遇水時能迅速吸收水份后膨脹形成和保持凝膠狀，從而阻止水進(jìn)一步侵入及造成縱向流動，引起絕緣破壞。超強(qiáng)吸水膨脹材料是一種吸水特別強(qiáng)的物質(zhì)，它的吸水量為自身的幾十乃至幾千倍。目前超強(qiáng)吸水材料發(fā)展極快種類繁多，就其原材料來源可分為:淀粉系，纖維系，合成聚物系。制品形態(tài)有粉末狀，纖維狀和薄膜狀。在電纜工業(yè)中應(yīng)用于徑向阻水各種電纜中，也有超強(qiáng)吸水繩絞合在導(dǎo)電線芯中，以起到縱向阻水作用。超強(qiáng)阻水材料填充導(dǎo)電線芯空隙一般采用兩種方法。一種為采用繩子形態(tài)與導(dǎo)電線芯均勻分布后一起絞合，另一種采用粉末狀態(tài)在每層導(dǎo)電電單線絞合后都均勻涂覆表面。新型的阻水材料均具有以下特點(diǎn)：1、兼有被動性阻水材料和主動性阻水材料的優(yōu)點(diǎn)，2、成本相對于阻水繩要低得多，3、不會為電纜施工帶來不便，4、材料中不含增朔劑，硫化劑等，與絕緣護(hù)套及金屬屏蔽層等兼容性好采用上述阻水材料作填充材料并結(jié)合阻水包帶生產(chǎn)的阻水電纜，在實(shí)際應(yīng)用中效果良好，（結(jié)構(gòu)如下圖）R］R］水包帶理乙烯拘墊層殳陽技叫愕實(shí)現(xiàn)電纜的全面阻水特性，還需要解決導(dǎo)體阻水的問題，因?yàn)榻g合導(dǎo)體中單線之間存在間隙，當(dāng)導(dǎo)體中有水分浸入時會沿導(dǎo)體快速擴(kuò)散，業(yè)內(nèi)也早己認(rèn)識到這個問題并作了努力，例如將導(dǎo)體改為緊壓結(jié)構(gòu)并逐步提高導(dǎo)體的緊壓系數(shù)。但采用緊壓結(jié)構(gòu)對導(dǎo)體阻水的效果并不明顯。因?yàn)椴捎镁o壓結(jié)構(gòu)的導(dǎo)體中仍會存在間隙，水分會在毛細(xì)管作用下沿導(dǎo)體擴(kuò)散，同時過分提高導(dǎo)體緊壓系數(shù)會破壞導(dǎo)體中單線的金屬結(jié)晶結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致導(dǎo)體變硬，電阻增加。要徹底解決導(dǎo)體阻水問題其根本就是采用間歇或連續(xù)的阻水屏障將導(dǎo)體中的間隙切斷。目前較通用的方法是在絞線時在各層絞線之間填充疏水材料或阻水材料從而達(dá)到切斷導(dǎo)體內(nèi)間隙信道的目的。如導(dǎo)體絞合時各層單線之間涂覆橡膠或繞扎阻水紗的方法均能達(dá)到較好的阻水效果并且不影響導(dǎo)體的機(jī)械物理性能和電氣性能。2.4多芯阻水電纜結(jié)構(gòu)的改進(jìn)通過上述分析可以看出，單芯電纜實(shí)現(xiàn)阻水結(jié)構(gòu)較多芯電纜簡單。并且單芯阻水電纜的阻水效果較多芯電纜好。同時在加工工藝上單芯阻水電纜不需要增加額外設(shè)備且生產(chǎn)工藝簡單，在施工中單芯電纜比多芯電纜易于敷設(shè)，接頭在實(shí)際輸配電線路中，可用同等截面多根單芯電纜代替多芯電纜使用，并且更利于電纜運(yùn)行時散熱，用多根單芯電纜代替多芯電纜時，為了方便施工可將多根單芯電纜絞合在一起并將兩端扎緊。如圖

現(xiàn)在上海電力局已經(jīng)開始將額定電壓10KV及以上的三芯阻水電纜用三根單芯電纜代替，三根單芯電纜相對于三芯電纜在保證原有性能的條件下材料用量來增加卻簡化了生產(chǎn)工藝，同時也大大提高了阻水效果，因此在設(shè)計(jì)和選用阻水電纜時推薦以多根單芯電纜代替多芯電纜2.5吸水帶1）吸水帶的結(jié)構(gòu)吸水帶的材料容易改進(jìn)，所以廣泛應(yīng)用于阻水電纜中。吸水帶是由聚酯無紡布作基布和添加了吸水聚合物的橡膠及塑料涂料構(gòu)成吸水帶如圖標(biāo)EG：5EG：5圖2吸水帶的結(jié)構(gòu)2）吸水聚合物吸水聚合物有丙烯醇，纖維素，聚氧化乙烯等多種材料，但考慮到吸水速度，吸水凝膠的粘度，分解率，耐熱性，不潔物和使用環(huán)境等因素，有必要對其進(jìn)行選擇，這其中丙烯酸的吸水聚合物顯示出較好的特性。3）吸水帶的特性吸水帶阻水的機(jī)理是當(dāng)進(jìn)水膨脹后吸水帶應(yīng)充滿電纜內(nèi)空隙，從而確保不再縱向滲水。因此在帶子周圍的間隙處添加適量的吸水聚合物，特別是較大空隙處的吸水帶要求有較高的吸水能力;還要求其膨脹后的吸水凝膠不從空隙內(nèi)流出。故對膨脹后吸水凝膠的粘度，吸水帶及電纜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。另外，用在導(dǎo)體部分的吸水帶。需要耐受近200攝氏度的交聯(lián)溫度導(dǎo)體部分吸水帶在加熱過程中的吸水能力見圖2.6電纜的構(gòu)造研究阻水結(jié)構(gòu)時，由于電纜的結(jié)構(gòu)不同，滲水特性也不同，因此需要對適合電纜結(jié)構(gòu)的吸水帶的特性，如吸水高度，吸水速度（吸水后達(dá)到帶的吸水高度的時間），進(jìn)行帶材的選擇。此外，將吸帶包在外半導(dǎo)電層上時，帶的P-T（固有熱阻率-溫度）特性和電纜的tg上升值有關(guān)。因此采用p-t特性穩(wěn)定的吸水帶，并且在電纜上測試tg-t（時間），需確認(rèn)吸水帶在使用時不發(fā)生問題。以下就是電纜的不同結(jié)構(gòu)提出各種不同的阻水結(jié)構(gòu)1）阻水型導(dǎo)體導(dǎo)體的阻水以往主要是在導(dǎo)體內(nèi)填充水密化合物，填充絞線間的空隙，但是為了提高制造的工作效率，縮短電纜在中間連接時清洗化合物所需工時和施工作業(yè)的時間，采用了絞線過程中將吸水帶插入絞層間的結(jié)構(gòu)，如下圖，關(guān)于導(dǎo)體導(dǎo)通的問題，經(jīng)過實(shí)踐的確定，插入的吸水帶因絞線壓縮時導(dǎo)線間擠壓而部分破損，從而導(dǎo)通，并在電纜連接和終端組裝時不發(fā)生問題。

導(dǎo)體阻水糊或川水沙明水粉或的水紗或阻水帶2） 阻水型鉛包結(jié)構(gòu)對于鉛包結(jié)構(gòu)電纜，外導(dǎo)電層和鉛包的交界面是光滑的。插入外半導(dǎo)電層和鉛包間的吸水帶不需要特別高的吸水高度。因在鉛包擠出時的熱量將吸水帶融化在外導(dǎo)電層及鉛包上，因此應(yīng)采用耐熱性較好的吸水帶。3） 阻水型金屬絲屏蔽結(jié)構(gòu)對于金屬屏蔽結(jié)構(gòu)電纜，將金屬下的墊帶及金屬絲上的包帶改作為吸水帶，使其緊壓金屬絲，這包帶的張力與以往使用的布帶具有同等張力。這種結(jié)構(gòu)的阻水效果很好。此外還要考慮到，帶子的吸水高度充滿金屬絲的間隙，卻使吸水高度很充分，但實(shí)際上一旦繞包在纜芯上，由于帶子的結(jié)構(gòu)及包帶的壓力，其得不到期望的高度，故采用吸水高度較大的材料可取得了充分的阻水效果。4） 阻水型鋁護(hù)套結(jié)構(gòu)對于鋁護(hù)套結(jié)構(gòu)電纜，絕緣線芯在負(fù)載作用下，反復(fù)熱膨脹或收縮，所以在鋁波紋管內(nèi)側(cè)必須設(shè)置空隙，因此吸水帶要使用膨脹性好且吸水高度高的材料，來填充間隙。因此吸水帶使用膨脹性好且吸水高度高的材料。來填充間隙，卻使螺旋狀的波紋也是可以阻水的但需要較厚的繞包帶和膨脹性好的吸水帶，這就造成了電纜成本的提高。因此采用環(huán)形（獨(dú)立環(huán)形）的鋁波紋護(hù)套作阻水電纜如圖，為環(huán)形波紋管和螺旋紋管護(hù)套的結(jié)構(gòu)比較環(huán)形波紋管的特點(diǎn)是自我獨(dú)立空隙，可以封鎖水路，而螺旋波紋管的空隙呈螺旋形連接而形成水路，吸水帶及其它阻水材料同樣需要考慮p-t特性，吸水高度，吸水速度及耐熱性，而且因?yàn)槔@包在鋁護(hù)套下，其膨脹性也很重要。另外還要考慮滲水時吸水帶的化合物不能流出。第三章阻水材料（一）聚丙烯聚丙烯是丙烯的均聚物，簡稱PP。它具有優(yōu)良的力學(xué)和電絕緣性，良好的耐化學(xué)腐蝕性，而且耐熱性好，因此PP的應(yīng)用范圍很廣。在電線電纜方面，由于聚丙烯優(yōu)異的電絕緣性能，且不受濕度的影響，工藝上可連續(xù)擠包或以薄膜繞包制造電纜電纜，故特別適用于高頻通信電纜、大長度油礦測井電纜的絕緣、10KV及以下的電力電纜及電纜終端盒。聚丙烯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)式如下：[CH-CH]nCH3聚丙烯是典型的立體規(guī)整型的高聚物，其性能除和分子量有關(guān)，還受到立體規(guī)整性的影響。聚丙烯通常是等規(guī)聚合物，具有高度的結(jié)晶性。當(dāng)熔融狀聚丙烯冷卻時，便生成結(jié)晶，在雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力集中處首選生成晶核，然后從晶核向四周以球形成長，形成球晶。冷卻速度大，則生成的球晶小;緩慢冷卻時，球晶的大小為急冷時的數(shù)倍。球晶的數(shù)量、大小和種類，對聚丙烯的物性及工藝性能有很大的影響。球晶越大、越脆，這是因?yàn)樵诰o密性增加的同時也造成了易于分離的結(jié)果。聚丙烯等規(guī)度高，結(jié)晶度越大。此外，在通常情況下，分子量依存性越大，分子鏈的擴(kuò)散越難，結(jié)晶度則下降。但即使同樣的分子量，由于成型條件的不同，或以后加熱方式的不同，結(jié)晶度也會變化。結(jié)晶度的大小直接影響聚丙烯的密度。聚丙烯非結(jié)晶部分的密度為330.85g/cm結(jié)晶部分的密度為0.935g/cm一般聚丙烯的結(jié)晶度介于30%~70%之間，密度為30.90g/cm左右。當(dāng)聚丙烯結(jié)構(gòu)、結(jié)晶薄片的厚度、球晶結(jié)構(gòu)、無定形部分狀態(tài)產(chǎn)生變化時，即使結(jié)晶度相等，其物理性能也不同。一般說來，球晶小的，在急冷和低溫下熱處理處，結(jié)晶度即使相等，但屈服強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度等也會變大。聚丙烯的分子量及其分布情況，對熔融時的流動性能（即加工性能）有很大的影響，其規(guī)律與一般高分材料相同。聚丙烯的性能電線電纜用聚丙烯有粒料和薄膜兩種，下表為聚丙烯的基本性能。項(xiàng)目單位數(shù)值3密度g/cm0.90-0.91吸水度%0.03-0.04抗拉強(qiáng)度Mpa30-39伸長率%屈服點(diǎn)10-20斷裂點(diǎn)?200抗拉伸性模數(shù)Mpa1100-1600壓縮強(qiáng)度Mpa39-56彎曲強(qiáng)度（屈服點(diǎn)）Mpa42-56-5線膨脹系數(shù)10/c10.8-11.2成型收縮率%1.0-2.0洛氏硬度95-1052沖擊強(qiáng)度kJ/m無缺口不斷有缺口2.2-5.1體積電阻率Q.m?1014穿場強(qiáng)MV/m30相對介電常數(shù)（1MHZ）2.0-2.6介質(zhì)損耗角正切（1MHZ）s0.0005耐電弧125-185熱變形溫度-6負(fù)荷4kg/cm100-11618.6kg/cm56-67耐磨性(負(fù)荷17.1kg1000r/min)mg25物理力學(xué)性能聚丙烯為白色蠟狀材料，外觀很像高密度聚乙烯，易燃燒，離開火后能繼續(xù)燃燒，并發(fā)出石油氣味，它的透氣性與聚乙烯相同。由于聚丙烯為結(jié)晶性高聚物，其力學(xué)性能不僅與了量有關(guān)，而且與結(jié)晶性有關(guān)。如果球晶大而結(jié)晶度高，則聚丙烯的硬度，強(qiáng)度增大，但柔軟性變差。聚丙烯的抗拉強(qiáng)度比聚乙烯、等塑料來得大、特別是當(dāng)溫度超過18攝氏度時，隨溫度上升，聚丙烯抗拉強(qiáng)度的下降比較小，即使在100攝氏度以上，你可保留常溫時抗拉強(qiáng)度值的一半。聚丙烯的表面硬度比聚乙烯高，比聚苯乙烯低。聚丙烯的耐磨性比較好。聚丙烯還具有十分良好的耐彎曲變形的能力和較好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性。電絕緣性能等規(guī)聚丙烯是非極性材料，有很好的電絕緣性能。因?yàn)榫郾┪院苄?，所以，絕緣性能基本上不受濕度的影響。聚丙烯相對介電常數(shù)很小(2.0?2.6)，介質(zhì)損耗角正切很低(0.0005)，在溫度和頻率變化時，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切的值變化較小。聚丙烯具有很高的絕緣電阻(10Q.m以上)，在溫度升高時，體積電阻率逐漸下降。聚丙烯的擊穿場強(qiáng)比較高(30kV/mm)，隨溫度上升，擊穿場強(qiáng)反而上升，因此可以制造耐熱絕緣材料。3.熱性能聚丙烯的耐熱性能較好，在聚烯烴類塑料中是屬最高的。熔點(diǎn)為165-170攝氏度，即使在荷重時，也可在100攝氏度下連續(xù)使用，若無負(fù)荷，使用溫度可更高。聚丙烯的耐寒性較差，低溫脆化溫度為,5攝氏度左右。聚丙烯的耐寒性與等規(guī)度及平均分子量有關(guān)。當(dāng)?shù)纫?guī)度相同時，熔融指數(shù)越小，其脆化溫度越低;反之，熔融指數(shù)相同而等規(guī)度較高時，則脆化溫度也較高。為改善聚丙烯的耐寒性，可采取與乙烯共聚改性，常見的有丙烯-乙烯無規(guī)共聚和丙烯-乙烯嵌段共聚。也可采用其它塑料和彈性體共混改性，常見有聚乙烯、聚異丁烯、乙丙橡膠等。耐化學(xué)穩(wěn)定性聚丙烯和聚乙烯一樣，耐化學(xué)藥品好。它對于一般無機(jī)化學(xué)藥品，也表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性，例如耐硫酸、鹽酸及氫氧化鈉的能力較聚乙烯、聚氯乙烯為好。而且耐受溫度較高，對含量為80%的硫酸及濃鹽酸的耐受溫度可達(dá)100攝氏度。但是聚丙烯分子結(jié)構(gòu)有叔碳原子，容易被氧化性藥品侵蝕;對于有機(jī)化學(xué)藥品和同類的非極性溶劑性，但也有例外，如在鹵化烴中比在非極性溶劑中更容易溶解。其它性能聚丙烯雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，它在高溫下對氧很敏感，容易氧化老化，特別在有紫外線和銅存在的情況下，更能加速這一老化過程。為了改善聚丙烯的耐老化性能，在實(shí)踐中聚丙烯等防老劑，以制止由于光或熱能在聚丙烯中形成受激勵部分和游離基，并捕獲己產(chǎn)生的游離基，使之不引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng);分解己生成的過氧化氫化合物;鈍化在聚丙烯中存在的重金屬。(二)聚乙烯的結(jié)構(gòu)和性能聚乙烯的結(jié)構(gòu)聚乙烯是一種只含有碳和氫兩種元素的高分子聚合物，其通式可用(CH2-CH2-)表示。26其中n為10-10。由于乙烯聚合時需要加入催化劑，所以聚乙烯還含有殘余的少量催化劑雜質(zhì)。聚乙烯的分子并不是一般長，由于聚合反應(yīng)器內(nèi)的溫度、壓力和催化劑含量的差異，乙烯聚合反應(yīng)的過程，如鏈增長、鏈傳遞和鏈終止反應(yīng)都不盡相同，所以得到的聚乙烯最終產(chǎn)品實(shí)際上是大大小小各種不同分子量的聚乙烯的混合物。因此實(shí)際上聚乙烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)并不是這樣簡單，而是較為復(fù)雜的。其分子主鏈上有不少短的甲基支鏈和較長的烷基支鏈。并且分子中還存在著雙鍵的可

11型次甲基支鏈和12型能，根據(jù)雙鍵位置的不同，又可能分為10型端雙鍵，雙鍵等。11型次甲基支鏈和12型高壓法低密度聚乙烯，由于是游離基反應(yīng)聚合而成的，所以分子支化度較高。特別是釜式法，因反應(yīng)停留時間長，使得長鏈較多。而中、低壓法聚乙烯由于是離子型聚合，所以分子支化度也很少，基本上呈直鏈接構(gòu)，不存在長支鏈，短支鏈也極少。但線性低密度聚乙烯和超低密度聚乙烯的短支鏈要多些，短支鏈的長度和數(shù)量取決于共聚單體的碳鏈長度和數(shù)量，一般短支鏈長度為C1-C8。低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯的分子示意圖如圖L司 b} c|司 b} c|圖聚乙烯分子示意圖低密度聚乙烯(LDPE)高密度聚乙烯(HDPE)線性低密度聚乙烯(LLDPE)聚乙烯的性能聚乙烯是一種熱性塑料。外觀為乳白色，薄時半透明，厚時不透明，表面呈蠟狀。它具有優(yōu)異的介電性能，廣泛用于國防工業(yè)、無線電工業(yè)、雷達(dá)、電線電纜和電信裝置等絕緣材料。低溫性能好，能在低達(dá)-70攝氏度的低溫條件下使用，不脆裂，不硬化。化學(xué)穩(wěn)定性好，3耐水性、耐火性、耐老化性優(yōu)良。密度小于1g/cm。但遇火時容易燃燒和熔解。并放出與石蠟燃燒時同樣的氣體。熔解溫度在110?135攝氏度之間，能用擠出、注射、吹塑、模壓和粘貼等各種方法加工成型。序號性能單位LDPEMDPEHDPE3密度1G/cm0.910-0.9250.926-0.9400.941-0.970透明性半透明半透明-不透明半透明-不透明2透氣速率相對性311/31/3吸水性（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），0.015,0.01,0.01%（24H）4抗拉強(qiáng)度5Mpa8-168-2620-40伸長率6%400-60050-80015-1000彈性模量7Mpa100-300200-400400-1200彎曲模量8Mpa250-1000肖氏硬度9D41-4650-6060-70結(jié)晶熔點(diǎn)10?108-126120-130126-135熱變形溫度？（荷重186N/cm）1132-4141-4943-49線膨脹系數(shù)2.2,10-1412M/mc?1.7*10-141.5*10-14熱導(dǎo)率13W/m?0.35-0.48長期使用溫度14?65-7075-8080脆化溫度,,70,-70,-7015?體積電阻率，1016,1016,101616Q.cm擊穿強(qiáng)度（瞬時）17Kv/mm18-4018-4018-40相對介電常數(shù)2.25-2.352.25-2.352.30-2.351860-100HZ102.25-2.352.25-2.352.30-2.35介電損耗角正切，0.0005,0.0005,0.0005（60-100HZ,10）19耐弧性,20020S135-160200-235弱酸性耐很耐很耐21強(qiáng)酸受氧化酸侵蝕受氧化酸侵蝕較慢受氧化酸侵蝕較慢22堿耐很耐很耐23耐溶劑性常溫下不受侵入常溫下不受侵入常溫下不受侵入24燃燒性易燃易燃易燃易燃25第四章水樹對電線電纜的影響電纜進(jìn)水后，在電場的作用下，會發(fā)生水樹老化現(xiàn)象，最后導(dǎo)致電纜擊穿。水樹是直徑在0.1m到幾微米充滿水的空隙集合。絕緣存在中的雜質(zhì)、氣孔及絕緣與內(nèi)外半導(dǎo)電層結(jié)合面的不均勻處所形成的局部高電場部位是發(fā)生水樹的起點(diǎn)。水樹發(fā)生過程一般在八年以上，濕度、溫度、電壓越高，水中所含離子越多，則水樹發(fā)展越高。在潮氣和電場的共同作用下，水樹是誘發(fā)高壓電力電纜的主要原因。自從日本遇到水樹這種現(xiàn)象以來，許多文獻(xiàn)中都涉及到這一問題。在人們對材料的超純性以及材料表面的光滑性的重要作用識別以后，這一方面的技術(shù)己取得了巨大的進(jìn)步。盡管對于電纜和其材料的水樹測試是必要的，但目前的電力電纜己基本具備了抑制水樹的能力。4.1水樹的定義在交流電場和水分的作用下，水樹是聚合物絕緣材料發(fā)生降解的一種現(xiàn)象。然而在這種條件下也可以產(chǎn)生電樹和聚合物的完全擊穿，這依賴于準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)條件。電樹和擊穿與水樹是有區(qū)別的。出于這種考慮，對水樹的準(zhǔn)確定義是非常必要的。水樹是聚合物的降解結(jié)構(gòu)，降解結(jié)構(gòu)具有下列的性能：永久性；在極少的潮氣和極小的電場下可以成長；與原始的材料相比較，當(dāng)潮濕時有極小的電應(yīng)力，但水樹不是短路也不是擊穿；(4)實(shí)質(zhì)上降解結(jié)構(gòu)比原始聚合物有較強(qiáng)的親水性。在PE中其典型的吸水量超過1%。第(3)和第(4)的性能仍然沒有定量化。水樹枝化的降解過程就產(chǎn)生了水樹。另一重要性是這個定義并不依賴水的含量。水樹實(shí)際上是聚合物的降解結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于水的進(jìn)入，并存在于降解結(jié)構(gòu)中。一串水滴并不是水樹。水樹是親水性的內(nèi)含物或者是親水性空洞。依據(jù)這個定義，如果水樹中的不蒸發(fā)了，那么水樹并不流失，而僅僅是變干了。另外，這個定義也可以應(yīng)用于LDPE、XLPE和EPR（乙丙膠）等材料。4.2水樹的分類由于對水樹的發(fā)生、進(jìn)展的機(jī)理并沒有完全弄清楚，因此對水樹作明確的分類是比較困難的。但就水樹的形成而言，一般分為蝴蝶結(jié)構(gòu)和空穴型水樹。對電纜而言，一般看得見發(fā)生的地方，比較多的認(rèn)為大致可分為兩種類別，即在絕緣體上半導(dǎo)電層（以下簡稱外導(dǎo)）和導(dǎo)體上的半導(dǎo)電層（以下簡稱內(nèi)導(dǎo)）的表面發(fā)生的水樹和絕緣體中的發(fā)生的水樹。屬于前者的水樹有發(fā)生起源于內(nèi)導(dǎo)和外導(dǎo)表面的，是向絕緣體內(nèi)部進(jìn)展的水樹，這種水樹在電纜的內(nèi)導(dǎo)和外導(dǎo)用棉織帶作半導(dǎo)電層特別容易發(fā)生，內(nèi)導(dǎo)的棉織帶端部和起毛等不整齊部位是絕大多數(shù)水樹發(fā)生和進(jìn)展的起源。另外，用導(dǎo)電性絲織帶、半導(dǎo)電性尼龍帶、半導(dǎo)電性聚酯帶以代替半導(dǎo)電電性棉織帶后，實(shí)驗(yàn)己確認(rèn)發(fā)生水樹的程度要少些。關(guān)于這些有內(nèi)導(dǎo)和外導(dǎo)發(fā)生的水樹，有許多例子在以前的報(bào)告中己講述過。另外，從內(nèi)導(dǎo)發(fā)生的水樹中，在絕緣體中產(chǎn)生白濁環(huán)狀物，它的進(jìn)展認(rèn)為會促進(jìn)水樹。關(guān)于內(nèi)導(dǎo)和外導(dǎo)發(fā)生這些水樹的事例，在采用內(nèi)外半導(dǎo)電擠出層，內(nèi)導(dǎo)不整齊部分用加速老化實(shí)驗(yàn)也發(fā)生了水樹，但這種擠出層一般能防止水樹的發(fā)生，使抑制樹枝有了可能。除電纜中看到的水樹外，實(shí)驗(yàn)室里有用各種模型試驗(yàn)來觀察水樹。這種水樹都可分為兩種不同類型，而模型試驗(yàn)中看到的水樹多少有點(diǎn)不同。首選，由水電極生長的水樹，進(jìn)行加熱處理時并沒有完全消失，形狀和電纜中的水樹有點(diǎn)不同，且短時間能夠發(fā)生、進(jìn)展，這是它的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際電纜中，水樹的發(fā)生、進(jìn)展機(jī)理也許是和有不同的。以上是聚乙稀中的水樹。若把材料分類，在其它有機(jī)絕緣材料中也會有水樹的分類，在其它有機(jī)絕緣材料也會有水樹的發(fā)生。特別是在水電極中的硅樹脂的水樹，能短時間內(nèi)發(fā)生并具有在外加電壓消失的性能。還有，在最近的電機(jī)通用的環(huán)氧樹脂中，在水或濕氣中也能發(fā)生水樹，能在短時間發(fā)生并具有在外加電壓消失的性能。還有，在最近的電機(jī)通用的環(huán)氧樹脂中，在水或濕氣中也能發(fā)生水樹。此外，聚丙烯、聚氧乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物等確實(shí)也有水樹的發(fā)生。4.3水樹的發(fā)生和進(jìn)展4.3.1用電子顯微鏡觀察水樹用掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果的要點(diǎn)如下：水樹發(fā)生的部位是0.典m級的極小氣隙的集合，比0."m稍大點(diǎn)的氣隙也混合一起。水樹在發(fā)生端前面部分隨著氣隙數(shù)目的增大加便造成大氣隙并混合其中。和電樹不同，管道分支的辨認(rèn)比較難，要確認(rèn)氣隙和氣隙的連結(jié)是困難的。4.3.2水樹的染色性因?yàn)楦傻乃畼鋷缀鯚o法同PE的周圍環(huán)境相區(qū)別，因此對水樹的染色幾乎在一開始就進(jìn)行了。自從那時就發(fā)展了各種合適的染色方法。CIRGE提出了標(biāo)準(zhǔn)的亞甲基藍(lán)染色方法。早期的染色方法是由MatsubaraYamanouchiAscraft和EichhornHenkel等提出。亞甲基藍(lán)是一種氧化還原指示劑，是應(yīng)用其氧狀態(tài)進(jìn)行染色的。該溶液以碳酸作為緩沖劑以防亞甲基藍(lán)褪色。染色之后，亞甲基藍(lán)仍然處于氧化狀態(tài)。因此，染色并不是化學(xué)反應(yīng)而可以認(rèn)為是擴(kuò)散過程并且隨后使著色締結(jié)在水樹中。由于二聚化過程的締結(jié)可以解釋染色的穩(wěn)定性。對水樹的選擇性染色主要是由于水樹形成過程中有較強(qiáng)的親水性組分生成。OLLEY許多最近的文章認(rèn)為永久性的刻痕技術(shù)可適合用光學(xué)方法檢測水樹的存在，例如掃描電子顯微技術(shù)(SEM)和透射電子顯微技術(shù)(TEM)。MOREAU等人描述了用若丹名染色以獲得熒光顯微的分析方法。4.4水樹的發(fā)生、進(jìn)展的影響因子對水樹的發(fā)生、進(jìn)展會產(chǎn)生影響的因子有:時間;外加電壓和頻率;溫度;水質(zhì)；絕緣材料；電極材料。著眼以上些因子，歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)以表示這些因素的影響。以下就分別各個因素?cái)⑹鍪褂眠@些電極結(jié)構(gòu)做實(shí)驗(yàn)或把電纜作試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)。時間:在一定條件下對于外加電壓時間和水樹伸長或發(fā)生數(shù)的變化情況，有幾個報(bào)告是不一樣的。例如，在水電極里，外1kHZ、2kV電壓時，時間直到140h，水樹對于時間的伸長達(dá)到100h的一定值后，觀察到幾乎不再增加。有時也看到水樹伸長與時間的變化關(guān)系呈飽和特性。一般水樹隨時間變成有飽和傾向的報(bào)告較多，飽和時間和水樹的飽和傾向的報(bào)告較多，飽和時間和水樹的飽和長度各個實(shí)驗(yàn)是不同的，這是與電極結(jié)構(gòu)、外加電壓、浸水條件等各種實(shí)驗(yàn)有關(guān)。外加電壓和頻率水樹的伸長隨外加電壓增加而增加的報(bào)告較多。水樹伸長和外加電壓的關(guān)系一般是直線關(guān)系。也有水樹伸長從電壓500V到6kV幾乎沒有差別。水樹伸長和外加電壓的關(guān)系認(rèn)為是電極配置與成為水樹發(fā)生起點(diǎn)的電極曲率半徑等有關(guān)。一般做實(shí)驗(yàn)認(rèn)為到幾千赫茲頻率具有加速性。對于水樹作加速性研究實(shí)驗(yàn)中，試樣是否作過吸水處理對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大的影響。一般溫度于水樹的伸長的影響關(guān)系上不明確的，從實(shí)驗(yàn)中可得到不同結(jié)果。關(guān)于水樹的發(fā)生數(shù)，一般是溫度越高，則特別小的水樹數(shù)目變得越多。以上是溫度恒定的時候，然而實(shí)際運(yùn)行的電纜負(fù)荷電流常是變化的。因此，常處于熱循環(huán)的狀態(tài)下。這時熱循環(huán)比起常溫來則是促進(jìn)水樹老化。像這樣的關(guān)于溫度對水樹影響，依據(jù)實(shí)驗(yàn)方法得到完全相反的結(jié)果，認(rèn)為這是各種實(shí)驗(yàn)條件的微妙的綜合結(jié)果，現(xiàn)在還沒有得到統(tǒng)一的見解。水質(zhì)：一般用于實(shí)驗(yàn)的水是自來水，用各種電解質(zhì)和去離子水等作實(shí)驗(yàn)的目的在于研究水質(zhì)的影響。把電導(dǎo)率相等的三種溶液和去離子水作水電極使用時的水樹伸長比較。電解質(zhì)溶液方面比去離子水的水樹伸長來得大的多，這三種電解質(zhì)認(rèn)為沒有多大差別。用同樣的電極的結(jié)構(gòu)作實(shí)驗(yàn)，以氯化鈉、氯化鉀、自來水、去離子水作比較，水樹容易發(fā)生的順序是：電解質(zhì)溶液、自來水、去離子水。還有得到水樹的伸長、形狀和電解質(zhì)濃度有關(guān)的結(jié)果。絕緣材料:PE的密度、熔解指數(shù)(M.I.)和水樹進(jìn)展的速度有關(guān)。一般PE的分子量和結(jié)晶度對水樹的進(jìn)展特性沒有多大的影響。PE以外的有機(jī)絕緣材料中確實(shí)也發(fā)生過水樹。電極材料電極材料對水樹的影響，在實(shí)際電纜中從防止水樹的觀點(diǎn)看是很重要的。以碳黑紙、半導(dǎo)電性棉布帶、牛皮紙、珞珞(纖維質(zhì))紙、半導(dǎo)電性PE作式樣，在常溫下，外加60Hz、6kV電壓時，經(jīng)100h后，除半導(dǎo)電性PE外，其它發(fā)生了水樹，其伸長程度沒有什么差別。一般水樹不發(fā)生在擠出半導(dǎo)電層，但當(dāng)絕緣接口有凸出等缺陷存在時發(fā)生水樹。4.5水樹和應(yīng)變由于XLPE電纜是以擠出機(jī)擠出的電纜絕緣層，加工時的條件不同，會造成絕緣內(nèi)有殘余應(yīng)變，在電纜管路敷設(shè)和海底電纜的敷設(shè)時，都存在附加的彎曲、扭轉(zhuǎn)等機(jī)械應(yīng)力。試樣是預(yù)先加50%拉伸應(yīng)變的半交聯(lián)(交聯(lián)度30%-40%)的PE片，由碳黑的纖維端發(fā)生水樹，不管纖維是什么方向，水樹伸長的方向都垂直于試樣的拉伸應(yīng)變方向，而無拉伸應(yīng)變的試樣容易引起水樹拉伸。用水針電極討論P(yáng)E在加拉力狀態(tài)下的水樹伸拉特性，和殘余應(yīng)變一樣，水樹伸隨著外力增加而變大。從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不論是內(nèi)部應(yīng)變，還是外部應(yīng)力，若在應(yīng)力方向有水樹，其伸長就會變得容易。關(guān)于伴隨水樹進(jìn)展的應(yīng)變發(fā)生原因還不太清楚，有認(rèn)為應(yīng)力源處應(yīng)變增加是由于浸水耐電中因介電電泳方向高場強(qiáng)集中的水的反復(fù)膨脹收縮造成的。4.6水樹與電荷YINGLI等人用電聲脈沖法研究了交流電場下含水樹的聚乙烯中的空間電荷分布。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在水樹區(qū)和非水樹區(qū)的接口上有空間電荷，而在水樹區(qū)并無空間電荷。空間電荷的量直接正比于測定時的電壓。這證明了在水樹區(qū)和非水樹區(qū)由于不同的電導(dǎo)率引起的接口極化現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中提出的模型能夠解釋全部的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。己證明空間電荷僅僅存在于水樹的尖端，而電聲脈沖法能夠用于非破壞性預(yù)估水樹的長度和方向。另外，我們實(shí)驗(yàn)室研究了聚乙烯材料的吸水與空間電荷的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著材料吸水量的增加，在直流電場的作用下材料中的空間電荷有增加的趨勢。4.7水樹的抑制實(shí)驗(yàn)通用的抑制水樹的方法如下：（1）提高絕緣強(qiáng)度作為目的的添加劑效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是水樹發(fā)生數(shù)和結(jié)果減少；（2）加入電解性物質(zhì)，氣隙內(nèi)發(fā)生水的凝結(jié)，電場下降，增大了水氣吸內(nèi)的化學(xué)勢，防止水再進(jìn)入氣隙，能夠抑制水樹；（3）添加劑（電壓穩(wěn)定劑）的效果。當(dāng)電壓穩(wěn)定劑加入電纜時，比沒有添加劑的電纜水樹發(fā)生數(shù)要少。用添加劑的任務(wù)是：（1）緩和絕緣體中的凸出物、氣隙的局部高場強(qiáng)；⑵增加氣隙內(nèi)的化學(xué)勢，預(yù)防氣隙內(nèi)進(jìn)入水。4.8水樹引起的絕緣老化的診斷水樹發(fā)生、進(jìn)展和絕緣電阻的關(guān)系一般而言，水樹的發(fā)生次數(shù)越多、長度越長，電纜的絕緣電阻率下降的傾向，以及直流泄漏電流增加。水樹的發(fā)生、進(jìn)展和tg5的關(guān)系水樹發(fā)生的概率越大，水樹越長，tg6一般增大。當(dāng)發(fā)生水樹電纜的tg5,5%時，電纜將無法安全運(yùn)行。水樹的發(fā)生、進(jìn)展和交流擊穿電壓的關(guān)系一般而言，水樹變長，交流擊穿電壓都下降。(4)非破壞性試驗(yàn)方法診斷因水樹引起的絕緣老化以下提出從直流絕緣電阻與靜電電容的乘積和tg5兩個方面對額定電壓6.6kVXLPE電纜進(jìn)行絕緣老化的綜合判斷的方法；(5)當(dāng)絕緣電阻與靜電電容的乘積(Q.F)和tg5(%)同時滿足表1所列判斷標(biāo)準(zhǔn)時，就發(fā)生了有害于運(yùn)行的水樹。幻禪誠條件泄網(wǎng)w.叫m界g胸何如+F餉啪定電出釁啊的H沌電即明珥1而E的茫Hg礎(chǔ)tIDmnfiJ.jt<i|g6|"t*■5.0(注：因?yàn)殡娎|的絕緣電阻值受到供實(shí)驗(yàn)的電纜的斷面積、絕緣厚度和長度的影響，因而以絕緣電阻值和靜電電容值和乘積表示)。tg5,5%，并且在直流測定電壓是10kV或16kV，泄漏電流分別大于0.1UA和0.3uA時就斷定存在著水樹的某些缺陷。提議采用直流的充放電特性檢測水樹。第五章新型阻水材料一類新的用于電信電纜的密封填充油膏已得到ANSI和ICEA的認(rèn)可。這項(xiàng)技術(shù)將超級吸水聚合物與觸變膠體物質(zhì)相結(jié)合從而達(dá)到電容穩(wěn)定和超強(qiáng)防水的話纜性能.此外，這種新型油膏具有獨(dú)特的性能，能自愈因水侵入而引起的短路，(這種短路會發(fā)生于絕緣導(dǎo)線存在裂縫時）同時補(bǔ)償銅導(dǎo)線受熱時的電容變化。在此說明這類油膏的合成技術(shù)及材料作用的機(jī)理，涉及的特性包括：1、 承受較高的水柱壓力的能力；2、 在濕度及溫度變化時鋼纜的電容穩(wěn)定性；3、 老化時導(dǎo)線絕緣層的氧誘導(dǎo)時間：4、 涮試自愈特性，消除由水引起的短路；5、 絕緣穩(wěn)定性。5.1當(dāng)前的技術(shù)狀況在現(xiàn)在所采用的技術(shù)中，電纜的生產(chǎn)通?；趦煞N設(shè)計(jì):空氣纜和填充纜。空氣纜空隙處沒有油膏或任何其它的阻水材料，而填充纜的空隙在生產(chǎn)過程中填充有油膏以防止水浸人電纜。用于填充纜的油膏絕大部分是熱熔性材料，像油、石蠟和橡膠混合物。采用這些材料的目的在于通過疏水及充填空隙，阻止水進(jìn)人電纜。然而，由于熱熔性材料在冷卻過程中會產(chǎn)生收縮，這類材料實(shí)際上只是延緩了水之進(jìn)入電纜。〃干燥的〃阻水電纜設(shè)計(jì)近來已經(jīng)被采用，利用附著于帶材、線或散在電纜內(nèi)的超級吸水劑達(dá)到阻水目的。這些粉劑的作用就是在水分進(jìn)人纜芯之前吸收全部水分，膨脹形成阻水墻阻隔更多水分流動。然而，這類技術(shù)的缺點(diǎn)在于這種〃干燥的〃電纜構(gòu)造會導(dǎo)致較高的維護(hù)費(fèi)用，否則，會造成整個電纜的失效。例如，〃干燥的〃電纜設(shè)計(jì)是基于一種認(rèn)識，即超級吸水劑遇水膨脹，在吸水的情況下，阻斷了更多的水進(jìn)人電纜。這個概念與實(shí)際情況不符，即超級吸水劑干了，它吸收的水份以水蒸氣的形式蒸發(fā)了（水蒸氣將存在于電纜內(nèi)部環(huán)境中），且在一個封閉的空間內(nèi)保持著35%-95%的相對濕度，換句話說，一旦水進(jìn)入了〃干燥〃電纜結(jié)構(gòu)，水汽能滲入代電纜空隙，這在接續(xù)盒和系統(tǒng)接續(xù)箱的空隙中也是普遍存在的，最終在光纖、導(dǎo)線或接續(xù)盒中凝結(jié)的水汽開始腐蝕、短路銅纜系統(tǒng)，微結(jié)晶，分層或影響光纖系統(tǒng)。在新的分類系下，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局(ANSI)和絕緣工程師協(xié)會(ICEA)最近已列出一類新油膏〃吸水觸變油膏〃，(ATG)用于ANSI/ICBA標(biāo)準(zhǔn)S-86-634項(xiàng)下的〃直埋配線及用戶通訊線的填充、聚烯烴絕緣、銅導(dǎo)體〃°ICEA標(biāo)準(zhǔn)S-91-674-1996項(xiàng)下的〃同軸電纜和同軸/對絞復(fù)合直埋用戶線〃和ICBA標(biāo)準(zhǔn)S-99-689-1997項(xiàng)下的〃填充、聚烯烴絕緣、銅導(dǎo)體、寬帶絞對電纜及通訊線的材料〃。5.2ATG的工作原理由懸浮于介電觸變膠體基的陽性聚合物合成的ATG油膏能防止水進(jìn)入電纜，方法是在進(jìn)水點(diǎn)的油膏與進(jìn)人電纜的水的分子形成氫鍵，氫鍵固定了水分并形成阻水墻阻止更多的水分進(jìn)人電纜。ATG的觸變特性使填充能夠在常溫下進(jìn)行，并達(dá)到100,的填充效果。若在生產(chǎn)中產(chǎn)生空隙，ATG將在分子水平上與水構(gòu)成氫鍵，將水轉(zhuǎn)入非流體的、高粘度的膠體，不可流動。傳統(tǒng)的填充油膏試圖通過消除空隙阻水，但由于油膏的熱膨脹和冷卻收縮，會產(chǎn)生空隙，積流水分。ATG還有能力消除由水引起的電性短路，這種短路發(fā)生在有水滲人小針孔或絕緣導(dǎo)線的裂縫中時。特性這部分給出與ATG油膏特性有關(guān)的性能參數(shù)，這是在電纜外部測量的。主要包括：l)包括在材料規(guī)格中的物理特性；穩(wěn)定的互電容測試(在溫度及濕度變化時)；分別填充ATG和ETPR的電纜的水柱測試；測試自愈特性；物理特性ATG電纜填充油膏的電性能和PEPJ和ETPR熱熔性油膏的相似。由于ATG是冷填充油膏，較之熱熔性油膏，其充滿率更高。ATG油膏是觸變性的。因?yàn)椴淮嬖谟头蛛x，用戶不必?fù)?dān)心電纜受熱時會發(fā)生滴流。具有這種特性是因?yàn)锳TG油膏不受溫度影響。表1資料表明ATG的優(yōu)越性能:在離心機(jī)上的試驗(yàn)顯示普通的用于光纜填充的油膏的油分離特性較之ATG的要高許多；80?時用Seicor試驗(yàn)方法測得ETPR油膏的油分離程度是ATG的10倍。表-1給出的吸水資料取自已被證實(shí)在電纜測試中有效的產(chǎn)品，但還沒有針對這