阻水型电缆的发展历程

阻水型电缆的发展历程

王春江1

,　吴荣美

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(1.上海电缆研究所,上海200093;2.江苏东强股份有限公司,江苏东台224247)

摘要:对纵向水密封船用电缆、聚乙烯绝缘填充式挡潮层聚乙烯护套市内通信电缆和阻水型电力电缆等多种阻水型电缆的开发原因和应用情况,以及发展历程作详细介绍,并对电缆的金属护套、铝塑聚乙烯护套、聚乙烯和聚氯乙烯护套的径向阻水性能作了简单比较。关键词:阻水型电缆;发展;历程中图分类号:T M246;T M247;T M248

文献标识码:A

文章编号:167226901(2009)0320005204

D evelop m en t H istory of W a ter 2Blocked Cables

WANG Chun 2jiang,et al

(Shanghai Electrical Cable Research I nstitute,Shanghai 200093,China )

Abstract:The devel opment backgr ound,app licati on and devel opment hist ory of water 2bl ocked cables,such as l ongi 2tudinal water sealed shi pboard cable,polyethylene insulated and sheathed l ocal communicati ons cable with filling compound as moisture barrier and water 2bl ocked power cable,are p resented in detail .Comparis on is made bet w een metal sheath,alu m iniu m /polyethylene sheath,polyethylene sheath and polyvinyl chl oride sheath in ter m s of radial water bl ocking perf or mance .

Key words:water 2bl ocked cable;devel opment;hist ory

收稿日期:2008210220

作者简介:王春江(1940-),男,高级工程师.作者地址:上海市军工路1000号[200093].

0　引　言

笔者不久前审阅过一篇有关于阻水型电力电缆设计和制造的论文,文中提到:“聚乙烯护套径向水

密封性能较差,但也能起到良好径向阻水作用”,这似乎前后互相矛盾,使人不易理解。笔者根据原文内容修改为:“电缆有金属护套、铝塑聚乙烯护套、以及聚乙烯和聚氯乙烯护套,它们的径向阻水性能按上述先后次序逐步下降,尽管聚乙烯径向的阻水性能不如前两者,但仍优于聚氯乙烯,因此也可作为电缆护套,这要视具体的使用环境及要求和经济性综合考虑而选定”。笔者曾先后编缉多篇类似的论文[1,2],也阅读了不少电线电缆专业杂志,印象中未发现有对阻水型电缆系统做完整论述的文章,所以,觉得有必要将其开发原因和应用情况,尤其是漫长的发展过程做全面的介绍,供有关人员,特别是刚开始从事线缆工作的年轻人参考。

1　阻水型船用电缆的开发

船用电缆中有一种特种用途的产品———阻水型

纵向水密封电缆[3,4]

,其结构是导体为紧压绞合导线,绞合导线之间应填充粘结剂,使导线之间无间隙;然后挤包橡皮绝缘,但其必须与导线紧密粘结,故常在绞线表面涂有粘结剂;最后挤包橡皮护套,但同样要采取上述措施,以保证绝缘与护套之间紧密粘合成一体。因此,电缆结构致密并不存在微小间隙。这种电缆通常要进行一项特殊的高水压下渗水试验,即将电缆一端放入含有高压水的试验箱中,另一端放在试验箱外,经数小时后不允许有水渗出[3,5]。

实际上,该产品在上世纪30年代左右就已开发成功并获得了应用。众所周知,舰船长年在海洋的大风大浪中航行,不可避免会发生事故,造成船体损伤并导致海水涌入船舱。对此有一套应急措施。首先应立刻查明船体损伤的位置并启动应急抽水泵进行排水,然后组织人员进行抢修并修复,这是船体损伤不严重的理想状态。若损伤严重,经抢修也无法修复,则要采取第二套应急措施,即迅速关闭通往已损伤舱体的安全门,即让海水只涌入已损伤的船舱,而绝对保证不涌入相邻或其他的船舱,使船体仍能正常航行,直至航行到岸边的船厂进行修复。此时,如果连接上述两船舱的电缆不采用纵向水密封的话,那么船舱内高压水就会从电缆端头(终端或连接头)或损坏部位,渗入到电缆的缆芯,并沿着缆芯

纵向渗透,导致相邻的舱体进水,最终使整个船体都有水涌入,这是绝对不允许的。为了满足于这种特殊的要求,开发了纵向水密封船用电缆。但其只是船用电缆中特殊产品,故不为人们关注。

2　阻水型市内话缆开发的历程

2.1　聚乙烯绝缘聚乙烯护套市内话缆的开发

2.1.1　开发的背景

我们早期使用的是铜芯纸绝缘铅护套市内话缆。随着通信事业不断地发展,市话电缆需求量逐步增长,随之带来了以下两个问题:

(1)市话电缆的铅护套存在以下缺陷:①铅是稀有金属,全球矿藏量极少;②铅的密度大,用作电缆护套使电缆重量增加;③铅的机械物理性能差,抗拉强度低、易开裂、硬度低、耐振性差、长期使用会产生蠕变;④铅护套加工需要用投资费用较高的压铅机,且挤包速度很低;⑤铅是有毒及致癌物质,目前已禁用。

(2)市话电缆的纸绝缘是由木材加工而成的,过多使用会破坏大自然的生态环境。

针对上述问题,人们早就想方设法用新材料和

。可喜的是上世纪40年代左右,人们从石油提炼中发现可提取价廉物美的各种高分子塑料材料,其中聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等,具有优良电性能和机械物理性能,完全适用于电线电缆的制造,用作电线电缆的绝缘和护套,而且可用挤塑加工成型,设备简单且价格不高,生产速度又快,再加上材料来源广、价格低。因此人们很快就研制出铜芯聚乙烯绝缘聚乙烯护套新型市内话缆,并获得广泛应用。可以说,上世纪60年代后,很多先进国家已普遍采用该产品,并逐渐淘汰了纸绝缘铅护套市内话缆。但在建国初期,某些西方国家对我国实行经济和技术封锁,因此我国电线电缆行业与其他行业一样,与先进国家相比至少落后5～10年,甚至更长。我国大约在上世纪60年代初才开展这方面的研究和应用。

2.1.2　存在的问题

在上世纪60年代初,正当我国开始研制和应用该产品时,国外先进国家已开始报道聚乙烯绝缘、护套市内话缆存在着严重的问题,影响了该产品进一步扩大应用。例如电缆径向和纵向阻水性能差,导致线路传输性能下降。此时,我国在初期试验线路的使用中也发生了相同的问题:

(1)电缆的径向阻水性能差。根据国外有关文献报道,铜芯聚乙烯绝缘、护套市内话缆经埋地或管

(隧)道敷设,尤其是在一些水分和潮气较为严重环境下运行多年,电缆线路普遍出现线路传输质量明显下降,危及正常的信号传输。但经现场调研,却发现电缆护套表面完好,根本无任何缺陷和损伤;检查电缆终端和连接头同样符合施工要求并且无缺陷或损伤。然后经线路全面测试,发现电缆绝缘电阻严重下降,传输衰减明显增加,解剖电缆后发现缆芯内有渗水现象。这说明聚乙烯护套径向阻水性能远比金属护套差,不能胜任护套的防潮功能。通过进一步调查和研究,尤其通过电子显微镜观察,发现塑料分子网络晶格相对金属材料而言,其结构并非原来想像的那么致密,存在很多微小间隙,因此,当电缆护套内缆芯的气压和护套外的土壤或管道内气压存在一定的压差的话,水分和潮气会沿着这些间隙渗入到缆芯中去,直至护套内外两者气压平衡才停止迁移,但这时线路传输性能已大幅度地下降。

(2)电缆纵向阻水性能差。聚乙烯绝缘、护套市内话缆线路在实际运行中,与其他电缆线路一样,难免要受到人为的外力损伤,而护套破裂会导致水分和潮气不断地渗入,并沿着缆芯中的间隙纵向迁移和渗入,危及范围可达数米、数十米,直至整个电缆线路,而且这种事故是无法修复的。在上世纪60年代后期,上海电缆研究所和上海市内电话局曾共同抢修一根受潮的聚乙烯绝缘、护套话缆,从电缆一端吹入干燥热空气,另一端用真空泵抽气,在刚开始时还是能有效地将部分潮气排去,绝缘电阻略有提高,然后再继续进行更长时间的排潮试验,绝缘电阻却始终维持在一个很低值并平衡不变。这就意味着整个电缆或线路要报废,这是人们预料不及的新问题。同样,纸绝缘铅护套市内话缆也会产生相同的事故,但是因纸绝缘铅护套市内话缆是采用充气维护,一旦铅护套破裂,线路维护系统会即时报警,使维修人员可及时赶到现场进行抢修,更主要的是纸绝缘一旦吸潮后,会迅速地吸水膨胀,从而阻塞所有间隙和通道,有效阻止了水分和潮气进一步扩散和渗透,也就是说,纸绝缘市内话缆具有一定的纵向阻水能力,因此,维修人员只需更换一小段受潮的电缆即可。所以说,这是人们预料不及的新问题。

2.2　阻水型市内通信电缆的开发

开发阻水型铜芯聚乙烯绝缘、护套市内话缆(即铜芯聚乙烯填充式挡潮层聚乙烯护套市内通信电缆)就必须针对上述的问题,展开以下研究工作。

2.2.1　径向阻水护套的结构设计和材料选择

起初,人们总是习惯于利用原有的知识、材料和设备来进行攻关,因此,早期采用如下结构设计和材

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