高翾宇 王然 闫洪瑞 商朝阳 杨家铭

摘   要：随着科技的发展和经济改革的深化，人们的生活水平得到极大提高，电能在日常生活中也扮演着越来越重要的角色。作为传输电磁能信息和实现电磁能转换的线材产品，电线电缆在电能系统中起“神经”的作用。电力电缆绝缘层的发展经历了天然橡胶、聚氯乙烯、合成橡胶、聚乙烯以及交联聚乙烯等阶段。为适应现代不断提高的输电要求，许多新兴电缆也不断问世。本文简述了橡皮绝缘、塑料绝缘、浸渍纸绝缘、充油电缆、充气电缆五大电力电缆的发展及特性。

关键词：电力电缆  橡皮绝缘  塑料绝缘

中图分类号：TM247                                文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0026-02

1  电力电缆绝缘的概述

电力电缆是指电力系统的主干线路中，用以传输和分配大功率电能的电缆，主要由线芯、绝缘和护层3个部分组成，其中绝缘起承受电压的作用。在运行过程中，绝缘层一定程度上决定了电力电缆的耐压等级，也就决定了适用场合。按绝缘材料可将电力电缆分为橡皮绝缘、塑料绝缘、浸渍纸绝缘、充油电缆、充气电缆。本文主要对橡皮绝缘和塑料绝缘的发展及特性进行了简要分析。

2  电力电缆绝缘的分类及发展

2.1 橡皮绝缘电力电缆

橡皮是硫化后的橡胶，结构为网状。由于液固组合绝缘变为固体绝缘，马来树胶（双环戊二烯）最先得到应用。随着化学合成工业的发展，橡皮绝缘电力电缆得到了迅速发展。现在使用的多为天然橡胶（聚异戊二烯）、丁苯橡胶（丁二烯、苯乙烯聚合）、丁基橡胶（异丁烯、异戊二烯聚合）、氯丁橡胶和乙丙橡胶（乙烯、丙烯共聚，又称二元乙丙橡胶）。前4种由于多含不饱和双键，故耐臭氧性、耐老化性较弱，在电晕作用下会发生开裂，击穿场强较低，主要应用于6kV以下的电压等级。而乙丙橡胶主键由化学稳定的饱和烃组成，不含双键，故耐臭氧性和耐老化性得到极大提高，交流击穿强度在35～45kV/mm。为了改善其硫化性能，向原橡胶中加入第三单体（如双环戊二烯或乙叉降冰片烯），得到三元乙丙橡胶，可用于35kV级电力电缆或高压电机引出线。若和其他橡胶共混使用更可获得优异性能。

2.2 塑料绝缘电力电缆

2.2.1 聚氯乙烯绝缘电力电缆

聚氯乙烯塑料是在聚氯乙烯树脂的基础上加以增塑剂、稳定剂、防老剂等多组分的混合材料。相比于橡皮绝缘，聚氯乙烯的主链中不含双键，耐腐蚀、耐化学性能好，并且使用温度从橡皮的65℃提高到70℃。但由于它是极性材料，耐电强度低，长期工频击穿强度4kV/mm左右，脉冲击穿强度为40～50kV/mm。并且在燃烧时产生氯化氢有毒气体，极大程度上限制了它的使用和发展。

2.2.2 聚乙烯树脂

聚乙烯与聚氯乙烯相比，是非极性材料，电气性能良好，且分子式中不含氯原子，燃烧过程中产生的无毒气体少。但是由于它的分子结构是结晶相和无定形相两相并存，在生产和运行过程中由于温度和应力的变化容易在界面上产生气隙从而引发树枝化放电，并且其耐热性不好，耐环境应力开裂性差，耐蠕变性差。目前在我国聚乙烯主要用于做聚乙烯护套。

2.2.3 交联聚乙烯绝缘电力电缆

为了克服聚乙烯的缺点，应用交联将聚乙烯的线性结构变为三维空间网状结构，可以极大地提高其击穿强度和耐热性能。交联方法有物理交联和化学交联两种。物理交联使用高能粒子照射，有能量交换到分子，使C-H键断裂，线性结构变为网状结构。分为辐照交联和紫外线交联。但在交联过程中如果绝缘层厚度过厚容易出现交联不均匀的现象，主要应用于薄绝缘。化学交联分为硅烷交联（温水交联）和过氧化物交联。硅烷交联通过加入交联剂（如硅烷偶联剂A151）在80℃～100℃的水中实现聚乙烯的交联，成本低，方法简单方便。但是在生产过程中有水的小分子产物，容易产生水树枝，主要应用于中低压电缆绝缘。在低压系统中交联聚乙烯绝缘电力电缆可以完全取代聚氯乙烯绝缘电力电缆。过氧化物交联通过交联剂（如过氧化二异丙苯DCP），在惰性气体的保护下夺取分子中的氢原子使生成游离基进而进行交联。由于没有水的生成与参与，极大程度上避免了水树枝的形成与发展。这种交联方法应用范围广泛。经过交联后，交联聚乙烯的工作温度从聚乙烯的70℃提高到90℃，载流量增大，电气性能得到提升。耐化学性能好、重量轻、可垂直及高落差敷设、安装维护方便也是交联聚乙烯绝缘电力电缆的主要优点[1]。但由于其网状结构，不溶不熔，给材料的回收造成了一定困难。

2.3 其他绝缘电力电缆

油浸纸绝缘是由木纤维纸和浸渍剂组成的复合绝缘。主要由粘性型浸渍纸绝缘电力电缆、滴干型浸渍纸绝缘电力电缆和不滴流型浸渍纸绝缘电力电缆组成。粘性型浸渍纸绝缘电力电缆主要应用于平铺敷设，滴干型浸渍纸绝缘电力电缆主要应用于10kV以下小角度敷设，不滴流型浸渍纸绝缘电力电缆主要应用于大角度敷设。

充油电缆利用补充浸渍剂的办法消除因负荷变化而在油纸绝缘层中形成的气隙，以提高电缆的工作场强。根据绝缘层和护套是否紧密相连可分为自容式充油电缆和钢管式充油电缆。为了提高绝缘层的击穿强度，防止护套破裂时潮气浸入，便于补充浸渍，一般浸渍剂压力均高于大气压。充油电缆的结构大多采用单芯自容式。

为了适应远距离输电要求，产生了充气电缆。充气电缆分为普通充气电缆和管道式充气电缆。普通充气电缆通过充氮气作为绝缘，结构与充油电缆相似，主要应用于中压绝缘。管道式充气电缆作为绝缘的压缩气体一般采用六氟化硫，它是一种无毒的不燃气体，化学稳定性好，绝缘强度高，主要应用于大容量输电，特别是封闭式电站。

3  结语

随着我国经济的发展和国民水平的提高，电力已经成为日常生活中不可或缺的必要元素。由于我国资源与需求的逆向分布，建设远距离大容量传输线路是电力行业发展的趋势。电力电缆以敷设间距小、线路压降小、安全可靠等优点得到广泛应用。电缆能够承受的电压是运行过程中需要考虑的重要因素之一。根据不同的需求选择不同形式绝缘的电力電缆是非常必要的。交联聚乙烯电缆代替油浸纸绝缘电缆、发展直流电缆、多种模式混合输电成为高压电缆的发展趋势。

参考文献

[1] 黄兴溢，张军，江平开.热塑性电力电缆绝缘材料：历史与发展[J].高电压技术，2018，44（5）：1377-1398.

[2] 王沐雪，何知纯，王紫叶，等.高压及超高压电力电缆关键技术现状研究[J].电子世界，2019（10）：191-192.