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MV電力電纜絕緣材料

文章出處：責(zé)任編輯：發(fā)布時間：2021-06-21 14:30:55 點擊數(shù)：- 【大 中 小】

MV電力電纜能夠采用的絕緣材料有很多，甚至包括技術(shù)成熟的浸漬紙絕緣材料，這種材料已經(jīng)成功使用了100多年?，F(xiàn)在，擠包聚合物絕緣已經(jīng)被廣泛認(rèn)可。擠包聚合物絕緣材料包括PE（LDPE和HDPE），XLPE、WTR-XLPE以及EPR等。這些材料的熱塑性的，也有熱固性的。熱塑性材料一旦受熱會產(chǎn)生變形，而熱固性材料在運行溫度下可保持其形狀。

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1、紙絕緣
MV紙絕緣電力電纜已經(jīng)有超過100年的可靠運行經(jīng)驗。直到今天，紙絕緣電纜損壞的大多數(shù)原因仍然是由于使用在該電纜外部的鉛護套開裂或被腐蝕，使水分滲入電纜內(nèi)部而導(dǎo)致的。然而需要重點指出的是，在紙絕緣電纜運行初期，它們只承載了較小的負(fù)荷且被相對良好的維護。但是電力用戶不斷地使電纜承載越來越高負(fù)荷，原來的使用條件不再適合現(xiàn)在電纜的需要，那么原來好的經(jīng)驗也就不能代表電纜未來的運行狀況也一定良好。近年來，紙絕緣電纜已經(jīng)很少被使用。
2、聚氯乙烯
PVC首次被用于電纜的絕緣材料是在20世紀(jì)早期，直到PE和XLPE發(fā)展起來，PVC一起都普遍應(yīng)用在電纜的絕緣中，尤其是低電壓等級的電纜。然而與PE材料相比，PVC在擊穿場強、老化特性、溫度等級以及耐潮濕性能等方面的劣勢迅速地顯現(xiàn)出來。另外，在運行中PVC絕緣電纜表現(xiàn)了較高的事故率。因此，目前1kV以上電壓等級的電力電纜已經(jīng)不再使用PVC絕緣。
PVC現(xiàn)在仍然作為低壓1kV電纜的絕緣材料，同時也是一種護套材料。然而，PVC在電纜絕緣中的應(yīng)用正迅速地被XLPE代替，在護套中的應(yīng)用正迅速地被線性低密度聚乙烯（LLDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）或者高密度聚乙烯（HDPE）所代替，非PVC電纜有較低的全壽命期費用。
3、聚乙烯（PE）
低密度聚乙烯（LDPE）從20世紀(jì)30年代發(fā)展起來，現(xiàn)在用于交聯(lián)聚乙烯（XLPE）和抗水樹交聯(lián)聚乙烯（WTR-XLPE）材料的基體樹脂。PE是一種長鏈的，熱塑性碳氫化合物分子結(jié)構(gòu)，在壓力作用下由乙烯氣體聚合而成。與絕緣相比，由于聚乙烯材料具有低成本、良好的電性能及加工性能、耐潮濕、耐化學(xué)腐蝕和良好的低溫特性，目前已經(jīng)被廣泛使用。但是，聚乙烯材料不具有良好的耐電?性能，導(dǎo)致PE很容易被局部放電腐蝕以及被電暈燒蝕，而且在潮濕環(huán)境和電場共同作用下，易產(chǎn)生水樹。在早期的電纜設(shè)計中，局部放電和水樹生長導(dǎo)致電纜的絕緣劣化，并最終致使電纜的失效。
在熱塑性狀態(tài)，聚乙烯的最高工作溫度是75℃，低于紙絕緣電纜的運行溫度（80~90℃）。隨著交聯(lián)聚乙烯（XLPE）的出現(xiàn)，解決了這個問題，交聯(lián)聚乙烯可以達到或超過紙絕緣電纜的使用溫度。
4、交聯(lián)聚乙烯（XLPE）
XLPE是通過把低密度聚乙烯（LDPE）和交聯(lián)劑（如過氧化物）混合而制成的一種熱固性材料。1963年3月，通用電氣研究實驗室發(fā)明了XLPE。長鏈的PE分子在硫化過程中發(fā)生“交聯(lián)”，形成了XLPE。XLPE不僅具備了同熱熱塑性PE同樣良好的電性能，還具備了更好的機械性能，尤其是在高溫度下。XLPE絕緣電纜的最高導(dǎo)體工作溫度為90℃，過載測試高達140℃，短路溫度可達250℃。XLPE具有極好的電介質(zhì)特性，可用于600V到500kV的電壓范圍內(nèi)。
5、抗水樹交聯(lián)聚乙烯（WTR-XLPE）
水樹現(xiàn)象會減少XLPE電纜的使用壽命。在幾個月或者幾年的時間里，水樹的生長相對緩慢。當(dāng)水樹生長時，水樹尖端電場強度增加，這時會在水樹頂部激發(fā)出電樹枝。電樹一旦生成，就會迅速地生長，導(dǎo)致絕緣材料性能減弱，以致不再能夠承擔(dān)運行電壓，從而致使電纜在生長水樹/電樹的位置擊穿?？梢圆捎迷S多辦法來減少水樹生長，但是最普遍接受的一種方法是使用為了抑制水樹生長而設(shè)計的特殊工程絕緣材料，這種絕緣材料稱作抗水樹交聯(lián)聚乙烯WTR-XLPE。這種材料配合潔凈的半導(dǎo)電屏蔽的使用，加之成熟的制造工藝，消除了許多電力用戶對使用聚合物絕緣電纜的顧慮。
有兩種絕緣技術(shù)被廣泛采用，來抑制水樹生長，每一種都是對普通XLPE進行的改進。
（1）改變聚合物分子結(jié)構(gòu)，即聚合物型WTR-XLPE，有時也稱為共聚物改性XLPE；
（2）添加劑改性，即添加劑型WTR-XLPE，有時也寫為TR-XLPE；
這兩種情況的XLPE都保持了普通XLPE具有的優(yōu)良的電氣性能（高介電強度和非常低的介質(zhì)損耗）。WTR-XLPE絕緣料在上世紀(jì)八十年代已經(jīng)出現(xiàn)，至今已可靠運行了20多年。
6、乙丙橡膠（EPR）
EPR是一種由乙烯、丙烯（有時會有第三種單體）共聚而成的熱固性材料，三種單體的共聚物稱為三元乙丙橡膠（EPDM）。在柔軟的共聚物中，添加一系列經(jīng)過設(shè)計的填料，會使材料具備良好的熱性能，擠出性能及電性能。這類絕緣以EPR為代表。在較寬的溫度范圍內(nèi)，EPR始終保持柔軟，并且具有良好的耐電暈性能。然而，EPR材料的介質(zhì)損耗明顯高于XLPE和WTR-XLPE。

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