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線纜百科/encyclopedias
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防海水電纜及技術(shù)難點
交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜（XLPE）
交聯(lián)聚乙烯絕緣（XLPE）海底電纜發(fā)展于上世紀80年代，多數(shù)用于220kV及以下電壓等級［1］，其制造和運行
經(jīng)驗還遠不如充油海底電纜．截止到目前，電壓等級最高的XLPE交流海底電纜是耐克森（NEXANS）公司正在為位于
挪威海的大型OrmenLange天然氣田安裝的2.2km長的420kV4根單心海底電纜．500kV交流長距離海底電纜，目前應(yīng)用
的僅有充油電纜．
與充油電纜相比，XLPE電纜具有以下優(yōu)點：①XLPE電纜是固體絕緣，不需復(fù)雜的充油系統(tǒng)，不需要檢測油位、
控制油壓，運行費用低；②XLPE電纜沒有鉛護套，彎曲半徑小、質(zhì)量輕，可生產(chǎn)、敷設(shè)的長度更長，且在敷設(shè)安裝
和運輸時都要比充油電纜簡單；③XLPE海底電纜的電氣性能和機械性能也都優(yōu)于充油電纜．正因如此，XLPE絕緣海
底電纜的發(fā)展有著更廣闊的前景，但也有眾多技術(shù)問題尚需解決．普通的交聯(lián)聚乙烯電纜在直流電壓作用下，電纜
絕緣中的空間電荷會在某處集中，從而造成此處局部場強過高而被擊穿．在絕緣材料中采用添加劑可以減緩電纜絕
緣中空間電荷累積，使得交聯(lián)聚乙烯電纜可以用于直流高壓供電．2002年，第一根擠包型單心直流海底電纜（輕型
直流電纜，瑞典ABB），電壓±150kV，長度40km，容量330MW，用于連接紐約長島和美國的康涅狄格．這種直流海
底電纜采用3層聚合材料擠壓成單極性電纜，內(nèi)外屏蔽層與絕緣層同時擠壓，具有高強度、環(huán)保和便于掩埋等優(yōu)點
，適用于深海等惡劣環(huán)境． XLPE絕緣直流海底電纜現(xiàn)最高電壓可達320kV交流電纜絕緣中的等效電容隨電
纜長度增加而增大，在能量傳輸過程中，等效電容與電源間不停地進行著充電放電，其充電電流可達到極大值而影
響正常有功負荷的傳輸，所以交流海底電纜有個理論上的極限.
傳輸距離，多個跨海工程表明，該距離約為40km［3］，超過這個距離，采用交流傳輸電能就不具經(jīng)濟性了．
而直流電纜長度不受充電電流限制，無需無功補償裝置，制造安裝簡便，介損和導(dǎo)體損耗小，有著良好的市場前景
．但高壓直流海底電纜還有如空間電荷積累機理及其抑制方法、直流電壓下的絕緣老化機理、新開發(fā)絕緣材料的長
期穩(wěn)定性，局部放電的影響等眾多問題有待研究解決．
一般超高壓交流海底電纜都是單心的，但由于3心交流海底電纜可以節(jié)省生產(chǎn)和敷設(shè)的費用，所以大截面.
高電壓等級的3心XLPE交流海底電纜也在逐步推廣．2008年，耐克森公司在加拿大敷設(shè)了世界上第一根電壓達2
45kV的3心XLPE絕緣海底電纜．聚乙烯（PE）絕緣電纜和EPR（乙丙橡皮）絕緣電纜乙丙橡皮電纜與XLPE電纜（tgδ
≤0.0005）相比，介損正切值tgδ、和介電常數(shù)ε都比較大，但與聚乙烯電纜相比更能防止樹枝及局部放電，一般
只用于中等電壓的海底電纜．截至目前為止，最高等級的乙丙橡皮海底電纜是2001年安裝在意大利威尼斯－穆拉諾
－梅斯特（Venezia-Murano-Mestre）的150kV海底電纜．
充氣式電纜
充氣式海底電纜在結(jié)構(gòu)上與充油電纜很相似，也使用預(yù)先浸漬好的紙帶做絕緣，再充入帶壓力的氮氣，帶壓力
的氣體填充了紙帶間的空隙，提高了擊穿電壓．充氣式海底電纜可用于交直流輸電，它比充油式電纜更適合于較長
的海底電纜網(wǎng)．但由于需在深水下使用高氣壓操作，故此增加了設(shè)計電纜及其配件的困難，該電纜一般限于水深為
300m以內(nèi)．
海底電纜的相關(guān)技術(shù)問題
海底電纜的防水
當(dāng)機械應(yīng)力或外力造成電纜護套及絕緣損傷、接頭損壞時，潮氣或水分會沿著電纜縱向和徑向間隙浸入，降低
絕緣的電氣強度，因此多數(shù)高壓海底電纜都具有防止水分入侵的縱向、徑向防水措施．徑向措施主要是在絕緣屏蔽
和金屬屏蔽層外面繞包半導(dǎo)電阻水膨脹帶，在金屬屏蔽層外面添加金屬防水層即金屬護套，中壓電纜電場強度相對
較低，一般使用鋁塑復(fù)合護套，也有僅用聚合物護套的，高壓電纜則采用鉛、鋁、不銹鋼的金屬密封套．聚合物護
套具有防水性，但卻有一定的吸水率，這是因為其結(jié)構(gòu)主要是由結(jié)晶相和無定形相組成的半結(jié)晶高聚物．結(jié)晶相結(jié)
構(gòu)緊湊，無定形相中的分子排列疏松，分子間存在較大的間隙．在交變電場的作用下，極性的水分子不斷來回翻轉(zhuǎn)
，可以透過間隙和晶界缺陷處滲透到絕緣材料中．采用聚合物護套時，護套里要加具有吸水作用的阻水劑．
縱向阻水主要采用①壓緊型線心；②在導(dǎo)線之間和纜心屏蔽區(qū)添加阻水性物質(zhì)，阻斷水分在纜心中的擴散通道
．縱向阻水采用阻水粉填充效果好，它的吸水量為自身的幾十倍乃至幾千倍，吸水強度大、膨脹率高，吸水后可迅
速膨脹形成凝膠狀物質(zhì)，阻塞滲水通道，終止水分和潮氣的進一步擴散和延伸，使受潮電纜的長度降到最低。
交聯(lián)聚乙烯絕緣（XLPE）海底電纜發(fā)展于上世紀80年代，多數(shù)用于220kV及以下電壓等級［1］，其制造和運行
經(jīng)驗還遠不如充油海底電纜．截止到目前，電壓等級最高的XLPE交流海底電纜是耐克森（NEXANS）公司正在為位于
挪威海的大型OrmenLange天然氣田安裝的2.2km長的420kV4根單心海底電纜．500kV交流長距離海底電纜，目前應(yīng)用
的僅有充油電纜．
與充油電纜相比，XLPE電纜具有以下優(yōu)點：①XLPE電纜是固體絕緣，不需復(fù)雜的充油系統(tǒng)，不需要檢測油位、
控制油壓，運行費用低；②XLPE電纜沒有鉛護套，彎曲半徑小、質(zhì)量輕，可生產(chǎn)、敷設(shè)的長度更長，且在敷設(shè)安裝
和運輸時都要比充油電纜簡單；③XLPE海底電纜的電氣性能和機械性能也都優(yōu)于充油電纜．正因如此，XLPE絕緣海
底電纜的發(fā)展有著更廣闊的前景，但也有眾多技術(shù)問題尚需解決．普通的交聯(lián)聚乙烯電纜在直流電壓作用下，電纜
絕緣中的空間電荷會在某處集中，從而造成此處局部場強過高而被擊穿．在絕緣材料中采用添加劑可以減緩電纜絕
緣中空間電荷累積，使得交聯(lián)聚乙烯電纜可以用于直流高壓供電．2002年，第一根擠包型單心直流海底電纜（輕型
直流電纜，瑞典ABB），電壓±150kV，長度40km，容量330MW，用于連接紐約長島和美國的康涅狄格．這種直流海
底電纜采用3層聚合材料擠壓成單極性電纜，內(nèi)外屏蔽層與絕緣層同時擠壓，具有高強度、環(huán)保和便于掩埋等優(yōu)點
，適用于深海等惡劣環(huán)境． XLPE絕緣直流海底電纜現(xiàn)最高電壓可達320kV交流電纜絕緣中的等效電容隨電
纜長度增加而增大，在能量傳輸過程中，等效電容與電源間不停地進行著充電放電，其充電電流可達到極大值而影
響正常有功負荷的傳輸，所以交流海底電纜有個理論上的極限.
傳輸距離，多個跨海工程表明，該距離約為40km［3］，超過這個距離，采用交流傳輸電能就不具經(jīng)濟性了．
而直流電纜長度不受充電電流限制，無需無功補償裝置，制造安裝簡便，介損和導(dǎo)體損耗小，有著良好的市場前景
．但高壓直流海底電纜還有如空間電荷積累機理及其抑制方法、直流電壓下的絕緣老化機理、新開發(fā)絕緣材料的長
期穩(wěn)定性，局部放電的影響等眾多問題有待研究解決．
一般超高壓交流海底電纜都是單心的，但由于3心交流海底電纜可以節(jié)省生產(chǎn)和敷設(shè)的費用，所以大截面.
高電壓等級的3心XLPE交流海底電纜也在逐步推廣．2008年，耐克森公司在加拿大敷設(shè)了世界上第一根電壓達2
45kV的3心XLPE絕緣海底電纜．聚乙烯（PE）絕緣電纜和EPR（乙丙橡皮）絕緣電纜乙丙橡皮電纜與XLPE電纜（tgδ
≤0.0005）相比，介損正切值tgδ、和介電常數(shù)ε都比較大，但與聚乙烯電纜相比更能防止樹枝及局部放電，一般
只用于中等電壓的海底電纜．截至目前為止，最高等級的乙丙橡皮海底電纜是2001年安裝在意大利威尼斯－穆拉諾
－梅斯特（Venezia-Murano-Mestre）的150kV海底電纜．
充氣式電纜
充氣式海底電纜在結(jié)構(gòu)上與充油電纜很相似，也使用預(yù)先浸漬好的紙帶做絕緣，再充入帶壓力的氮氣，帶壓力
的氣體填充了紙帶間的空隙，提高了擊穿電壓．充氣式海底電纜可用于交直流輸電，它比充油式電纜更適合于較長
的海底電纜網(wǎng)．但由于需在深水下使用高氣壓操作，故此增加了設(shè)計電纜及其配件的困難，該電纜一般限于水深為
300m以內(nèi)．
海底電纜的相關(guān)技術(shù)問題
海底電纜的防水
當(dāng)機械應(yīng)力或外力造成電纜護套及絕緣損傷、接頭損壞時，潮氣或水分會沿著電纜縱向和徑向間隙浸入，降低
絕緣的電氣強度，因此多數(shù)高壓海底電纜都具有防止水分入侵的縱向、徑向防水措施．徑向措施主要是在絕緣屏蔽
和金屬屏蔽層外面繞包半導(dǎo)電阻水膨脹帶，在金屬屏蔽層外面添加金屬防水層即金屬護套，中壓電纜電場強度相對
較低，一般使用鋁塑復(fù)合護套，也有僅用聚合物護套的，高壓電纜則采用鉛、鋁、不銹鋼的金屬密封套．聚合物護
套具有防水性，但卻有一定的吸水率，這是因為其結(jié)構(gòu)主要是由結(jié)晶相和無定形相組成的半結(jié)晶高聚物．結(jié)晶相結(jié)
構(gòu)緊湊，無定形相中的分子排列疏松，分子間存在較大的間隙．在交變電場的作用下，極性的水分子不斷來回翻轉(zhuǎn)
，可以透過間隙和晶界缺陷處滲透到絕緣材料中．采用聚合物護套時，護套里要加具有吸水作用的阻水劑．
縱向阻水主要采用①壓緊型線心；②在導(dǎo)線之間和纜心屏蔽區(qū)添加阻水性物質(zhì)，阻斷水分在纜心中的擴散通道
．縱向阻水采用阻水粉填充效果好，它的吸水量為自身的幾十倍乃至幾千倍，吸水強度大、膨脹率高，吸水后可迅
速膨脹形成凝膠狀物質(zhì)，阻塞滲水通道，終止水分和潮氣的進一步擴散和延伸，使受潮電纜的長度降到最低。
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