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(jiǎn)單、運(yùn)維方便，在10 k V農(nóng)配網(wǎng)得到廣泛應(yīng)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(yùn)行工作實(shí)際，著重對(duì)交聯(lián)電纜原理及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，供配網(wǎng)運(yùn)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(xué)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(qiáng)度高、絕緣電阻大、介質(zhì)損耗正切值低等，同時(shí)由于采用交聯(lián)工藝，使其耐老化性能、耐熱性能、機(jī)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(xué)交聯(lián)法——惰性氣體交聯(lián)。采用加入過(guò)氧化物(常用二異丙苯)交聯(lián)劑的聚乙烯材料，通過(guò)三層共擠后，連續(xù)均勻地通過(guò)充滿高溫、高壓氮?dú)獾拿芊饨宦?lián)管，借助過(guò)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(lái)，形成交聯(lián)聚乙烯，完成交聯(lián)過(guò)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(chēng)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(guò)程中的污染、機(jī)械加工時(shí)的引入或在應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的，但電極注入被認(rèn)為是空間電荷形成的主要原因。空間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(guò)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(huì)造成空間電荷的累積，而恰恰這些因素在實(shí)際生產(chǎn)中又不可避免。空間電荷對(duì)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(wèn)題。當(dāng)XLPE絕緣體侵入微量水分時(shí)，會(huì)引發(fā)絕緣體中形成水樹(shù)枝，同時(shí)致使類(lèi)似氣體游離過(guò)程而產(chǎn)生的高電場(chǎng)，造成絕緣破壞，水樹(shù)枝直徑一般只有幾個(gè)微米，由許多微觀上的小水珠空隙組成。當(dāng)電纜加上電壓時(shí)，在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，水樹(shù)枝會(huì)演化成電樹(shù)枝誘發(fā)絕緣擊穿。由此可見(jiàn)，透水問(wèn)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(yán)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(dǎo)體、絕緣層和保護(hù)層3部分構(gòu)成。線芯導(dǎo)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(hù)層，由內(nèi)護(hù)套、鎧裝和外護(hù)套構(gòu)成，用來(lái)密封導(dǎo)體和主絕緣。交聯(lián)電纜的這種簡(jiǎn)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(wèn)題都將使整個(gè)電纜報(bào)廢，為了弄清電纜各層的結(jié)構(gòu)要求，對(duì)交聯(lián)電纜各結(jié)構(gòu)部分原理分析如下。

1、線芯導(dǎo)體結(jié)構(gòu)分析

線芯導(dǎo)體起傳輸電能的作用，當(dāng)交流電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，集膚效應(yīng)使得導(dǎo)體表面附近的電荷密度大。由于導(dǎo)體表面的電場(chǎng)強(qiáng)度與其表面電荷密度成正比，與導(dǎo)體表面的曲率半徑成反比，所以在導(dǎo)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(chǎng)強(qiáng)度就，也容易發(fā)生局部強(qiáng)電場(chǎng)放電，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“邊緣效應(yīng)”。

如果有雜質(zhì)侵入電纜內(nèi)結(jié)構(gòu)，雜質(zhì)會(huì)形成尖端導(dǎo)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(yīng)”對(duì)電纜絕緣的危害，盡量使得導(dǎo)體電場(chǎng)均勻而降低對(duì)絕緣的要求，我們應(yīng)該將導(dǎo)體制成曲率半徑大的幾何形——圓形，并使導(dǎo)體表面盡量光滑，從而避免尖端強(qiáng)電場(chǎng)，為此，交聯(lián)電纜線芯為多芯緊壓型圓絞線。由此可見(jiàn)，在電纜敷設(shè)安裝施工時(shí)，要嚴(yán)格避免損傷電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)平整性而破壞均勻電場(chǎng)的行為。

2、內(nèi)外半導(dǎo)電層和主絕緣層的“三層共擠”分析

半導(dǎo)電層是一種有較高介電常數(shù)的聚合物材料(在高電場(chǎng)下是導(dǎo)體)，彌補(bǔ)絞合線芯不可能完全成圓，均勻線芯表面不均勻的電場(chǎng)，同時(shí)，可以防止制造過(guò)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(chǎng)。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(kuò)散，從而可防止水樹(shù)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(dǎo)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(chǎng)，使得電場(chǎng)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(qiáng)度。

3、銅屏蔽和鎧裝

在外半導(dǎo)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(gè)圓柱同心導(dǎo)體層，此為銅屏蔽層，它與被屏蔽得半導(dǎo)電層有良好得接觸，并為等電位。安裝時(shí)，銅屏蔽帶兩端接地，使電纜外半導(dǎo)電層始終處于零電位，從而保證了電場(chǎng)分布為經(jīng)向均勻分布。當(dāng)電纜發(fā)生故障時(shí)，銅屏蔽層上通過(guò)接地電流或短路電流使保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，從而保護(hù)了電纜的非故障部分。注意，經(jīng)測(cè)算，銅屏蔽層與外半導(dǎo)電層不接觸長(zhǎng)度不得超過(guò)2 cm。

鎧裝主要作用是增加電纜縱向機(jī)械應(yīng)力，減少機(jī)械力對(duì)電纜得影響，同時(shí)也起到均勻電場(chǎng)，通過(guò)故障電流等保護(hù)作用。

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

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