阻水电缆

绪论

随着我国国民经济的快速增长,特别是农村及城市电网建设改造步伐的加快和各地房地产业通信技术的高速发展，使我国的电力事业得到了快速发展,从而推动了为电力工业相配套的电工行业,尤其是电线电缆行业的发展,促使数字通信电缆产品得以广泛的应用，同时，为了应对广泛的适用场合和方式，电线电缆的品种发展呈现出多样化的趋势。电线电缆已经从单纯的电力传输向多功能化发展,即根据不同用途分别被附加了一些新的特性, 例如:阻燃电缆、耐火电缆、低卤低烟电缆、无卤低烟电缆等等。对电线电缆的阻水要求在近几年特发生了天翻地覆的改变，以前对阻水的要求主要限于海底电缆、超高压电缆和通信电缆的应用上。但是随着对绝缘吸水和水树的研究及认识的加深,人们越来越意识到防水性能对中高压电线电缆的重要性。在地下水位较高或常年多雨地区(比如我国长江以南地区),越来越多的用户和各种各样的地区场合对电缆提出了防水的要求。因此格式的阻水型电缆应运而生！随着时间的发展阻水型电线电缆成为了阻水型电缆产品中的一个重要分支产品，现在除了原始的使用功能和场合之外，还主要用于普通的室外，在风雨天气、潮湿季节，具有阻止水汽、潮气进入电缆内部，促使其仍能保持良好的传输性能的功能。综合以上背景，本文介绍了我国阻水型电线电缆的发展现状；从阻水型电线电缆的材料、结构设计、制造工艺和使用条件等方面对阻水型电线电缆进行了一系列的讨论分析。

第1章阻水型电缆的诞生和发展

1.1 阻水型船用电缆的开发

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，开发了一种阻水型船用电缆。

该阻水性船用电缆是为一种早期的纵向水密封电缆，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,经数小时后不许有水渗出。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。但是这种电缆只是作为船用电缆中特殊产品，故不为人们广泛关注和知晓。

1.2 阻水型市内话缆开发

电缆纵向阻水性能差的主要原因是缆芯中存在间隙，如果将一种憎水填充材料充满注入缆芯中的间隙，这就可达到纵向阻水的目的。

通常用于聚乙烯绝缘、护套市内话缆的油膏填充物，应具有如下一些主要特性：

油膏填充物应与电缆材料相容，既不改变原有材料的电性能和机械物理性能，也不能影响电缆的使用寿命；

油膏注入缆芯时，要求其粘度底、流动性好、以便能注满所有的间隙，但在电缆运行的工作温度范围内，粘度要高，以免在使用中滴流，失去阻水作用等。

通过反复研究发现，如果要求油膏注入充满整个间隙，通常需要加压的油膏注入设备，并将油膏加温，使其粘度下降，便于注入缆芯，但又不能使线芯绝缘烫伤。这种填充方式通常称为热填充。为了避免油膏加温可能损伤绝缘线芯，同时免去油膏加热设备，后期又开发一种触变型油膏，这种油膏在常态下粘度高不会产生滴流，但是在高速搅拌的机械力作用下，其粘度很低，即可在低温条件下进行油膏填充工艺，这种工艺又称为冷填充工艺。不论是热填充还是冷填充，其均有如下缺陷：

都需有一个专用的油膏填充设备，且加工工艺繁琐，生产速度低；

在生产过程中都不可避免产生油膏滴流和粘连，使整个车间地面和设备上粘有油膏，把环境和操作人员都搞得很脏；

在线路施工中处理电缆终端和连接头时，不仅要清除油膏，给施工人员操作带来了麻烦，而且会搞脏施工现场。

大约在上世纪80年代，国外先进国家针对上述问题，又开发出吸水膨胀带(线、绳) 材，代替了油膏绳填充物。其工作原理很简单，就是在纤维带内含有众多吸水膨胀粉，当其一旦吸入水分和潮气后会迅速膨胀，堵塞所有空隙，达到电缆纵向阻水的目的。这样，人们花了数十年时间，用科学技术来提升阻水型市内通信电缆产品的技术水平。

1.3 阻水型电力电缆的开发

在上世纪90年代，国外文献报道了有关阻水型电力电缆开发和应用的情况，本世纪初国内有关文献也有报道，这比阻水型市内话缆开发和应用要晚许多年，主要由以下原因造成的：

首先，电力电缆的结构不同于通信电缆。众所周知，通信电缆传输弱电高频信号，其传输特性中有一项很重要的性能指标——传输信号的衰减。通常电缆的衰减是与电缆工作电容相关，而工作电容除了与绝缘线芯结构和尺寸有关之外，还与绝缘材料的介电常数ε密切相关，聚乙烯ε = 2. 3；发泡聚乙烯ε =1. 6～1. 8；空气介质ε = 1. 0。因此，通信电缆的绝缘通常由空气和介质共同组成的组合绝缘，即使是纸绝缘实质上也是纸与空气的组合绝缘。因此通信电缆的缆芯组合通常不如电线电缆那么致密和紧压，总是存在着大量的气隙，这为埋地电缆水分和潮气渗入提供了基础和条件。电线电缆传输工频强电信号，其重要的一项技术指标是电缆的耐电压水平，而空气的耐电压强度极低。因此电线电缆绝缘中绝不允许即使极微小的间隙或气孔的存在，其缆芯结构也是致密和紧压的，因此电缆埋地后就不易产生如通信电缆那样潮气以及水分的渗入。

其次水分和潮气影响电缆性能的时效和机理不同。如上所述，水分和潮气对电力电缆影响是极其缓慢的，反映性能恶劣的时效也是漫长的，而且影响的机理也是错综复杂的。通过大量研究才认识到形成的机理，并知道它对电缆使用寿命有很大的影响。据文献报道，有的交联聚乙烯绝缘聚乙烯护套电线电缆运行时间长达40多年仍能正常运行，可是有的电缆只运行10年左右，即发生了绝缘击穿事故。经分析这是与电缆制造工艺不良有关，例如制造过程中有极微量水分渗入、绝缘存在极微小气孔、绝缘屏蔽表面有微小的突起等等；或者是与电缆使用和施工不当有关。例如：电缆直埋于水位较高的沿海地区，敷设施工不当引入潮气等。这些极微量水分在电缆运行中的电场和温度共同作用下形成水树和电树，经长期不断作用造成绝缘恶化，最终导致树枝状击穿。于是，人们在电缆制造工艺中加以改进和提高。例如：将水式(蒸汽为交联媒质) 交联改为干式(氮为交联媒质)交联，严格控制原材料的品质和质量，尽可能减少或避免绝缘屏蔽表面突起和杂质等缺陷；研制并选用抗水树新型绝缘材料；在产品结构上采用阻水型电线电缆，用于某些较为苛刻的运行环境。由于阻水型市内通信电缆已成熟地应用了数十年，可以认为目前产品已趋于完美、实用和可靠，这为阻水型电线电缆的开发和应用提供了良好的基础，因此可以认为目前的阻水型电线电缆是完全借鉴于阻水型通信电缆而开发出来的新型产品。它的结构是在绞合导电线芯之间及表面，以及绝缘屏蔽的外面分别绞(嵌)入和绕包吸水膨胀丝(绳) 和带，然后挤包铝塑聚乙烯综合护套。这种新颖的阻水型电线电缆主要应用于较为苛刻的运行环境。例如：电缆直埋于水位较高的沿海地区，长期浸在水中或排水不畅的环境，以及雨季频繁的热带或亚热带地区，特别是用于江湖和沼泽等环境下敷设。