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MV電力電纜絕緣材料

文章出處：責任編輯：發布時間：2021-06-21 14:30:55 點擊數：- 【大 中 小】

MV電力電纜能夠采用的絕緣材料有很多，甚至包括技術成熟的浸漬紙絕緣材料，這種材料已經成功使用了100多年。現在，擠包聚合物絕緣已經被廣泛認可。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生變形，而熱固性材料在運行溫度下可保持其形狀。

卷筒電纜

1、紙絕緣
MV紙絕緣電力電纜已經有超過100年的可靠運行經驗。直到今天，紙絕緣電纜損壞的大多數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，使水分滲入電纜內部而導致的。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荷，原來的使用條件不再適合現在電纜的需要，那么原來好的經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世紀早期，直到PE和XLPE發展起來，PVC一起都普遍應用在電纜的絕緣中，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出來。另外，在運行中PVC絕緣電纜表現了較高的事故率。因此，目前1kV以上電壓等級的電力電纜已經不再使用PVC絕緣。
PVC現在仍然作為低壓1kV電纜的絕緣材料，同時也是一種護套材料。然而，PVC在電纜絕緣中的應用正迅速地被XLPE代替，在護套中的應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30年代發展起來，現在用于交聯聚乙烯（XLPE）和抗水樹交聯聚乙烯（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構，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、耐化學腐蝕和良好的低溫特性，目前已經被廣泛使用。但是，聚乙烯材料不具有良好的耐電?性能，導致PE很容易被局部放電腐蝕以及被電暈燒蝕，而且在潮濕環境和電場共同作用下，易產生水樹。在早期的電纜設計中，局部放電和水樹生長導致電纜的絕緣劣化，并最終致使電纜的失效。
在熱塑性狀態，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℃）。隨著交聯聚乙烯（XLPE）的出現，解決了這個問題，交聯聚乙烯可以達到或超過紙絕緣電纜的使用溫度。
4、交聯聚乙烯（XLPE）
XLPE是通過把低密度聚乙烯（LDPE）和交聯劑（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明了XLPE。長鏈的PE分子在硫化過程中發生“交聯”，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具有極好的電介質特性，可用于600V到500kV的電壓范圍內。
5、抗水樹交聯聚乙烯（WTR-XLPE）
水樹現象會減少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出電樹枝。電樹一旦生成，就會迅速地生長，導致絕緣材料性能減弱，以致不再能夠承擔運行電壓，從而致使電纜在生長水樹/電樹的位置擊穿。可以采用許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計的特殊工程絕緣材料，這種絕緣材料稱作抗水樹交聯聚乙烯WTR-XLPE。這種材料配合潔凈的半導電屏蔽的使用，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）改變聚合物分子結構，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具有的優良的電氣性能（高介電強度和非常低的介質損耗）。WTR-XLPE絕緣料在上世紀八十年代已經出現，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，添加一系列經過設計的填料，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，EPR始終保持柔軟，并且具有良好的耐電暈性能。然而，EPR材料的介質損耗明顯高于XLPE和WTR-XLPE。

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