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线缆百科/encyclopedias
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防海水电缆及技术难点

交联聚乙烯绝缘电缆(XLPE)

   交联聚乙烯绝缘(XLPE)海底电缆发展于上世纪80年代,多数用于220kV及以下电压等级[1],其制造和运行

经验还远不如充油海底电缆.截止到目前,电压等级最高的XLPE交流海底电缆是耐克森(NEXANS)公司正在为位于

挪威海的大型OrmenLange天然气田安装的2.2km长的420kV4根单心海底电缆.500kV交流长距离海底电缆,目前应用

的仅有充油电缆.

  与充油电缆相比,XLPE电缆具有以下优点:①XLPE电缆是固体绝缘,不需复杂的充油系统,不需要检测油位、

控制油压,运行费用低;②XLPE电缆没有铅护套,弯曲半径小、质量轻,可生产、敷设的长度更长,且在敷设安装

和运输时都要比充油电缆简单;③XLPE海底电缆的电气性能和机械性能也都优于充油电缆.正因如此,XLPE绝缘海

底电缆的发展有着更广阔的前景,但也有众多技术问题尚需解决.普通的交联聚乙烯电缆在直流电压作用下,电缆

绝缘中的空间电荷会在某处集中,从而造成此处局部场强过高而被击穿.在绝缘材料中采用添加剂可以减缓电缆绝

缘中空间电荷累积,使得交联聚乙烯电缆可以用于直流高压供电.2002年,第一根挤包型单心直流海底电缆(轻型

直流电缆,瑞典ABB),电压±150kV,长度40km,容量330MW,用于连接纽约长岛和美国的康涅狄格.这种直流海

底电缆采用3层聚合材料挤压成单极性电缆,内外屏蔽层与绝缘层同时挤压,具有高强度、环保和便于掩埋等优点

,适用于深海等恶劣环境.    XLPE绝缘直流海底电缆现最高电压可达320kV交流电缆绝缘中的等效电容随电

缆长度增加而增大,在能量传输过程中,等效电容与电源间不停地进行着充电放电,其充电电流可达到极大值而影

响正常有功负荷的传输,所以交流海底电缆有个理论上的极限.

  传输距离,多个跨海工程表明,该距离约为40km[3],超过这个距离,采用交流传输电能就不具经济性了.

而直流电缆长度不受充电电流限制,无需无功补偿装置,制造安装简便,介损和导体损耗小,有着良好的市场前景

.但高压直流海底电缆还有如空间电荷积累机理及其抑制方法、直流电压下的绝缘老化机理、新开发绝缘材料的长

期稳定性,局部放电的影响等众多问题有待研究解决.

一般超高压交流海底电缆都是单心的,但由于3心交流海底电缆可以节省生产和敷设的费用,所以大截面.

  高电压等级的3心XLPE交流海底电缆也在逐步推广.2008年,耐克森公司在加拿大敷设了世界上第一根电压达2

45kV的3心XLPE绝缘海底电缆.聚乙烯(PE)绝缘电缆和EPR(乙丙橡皮)绝缘电缆乙丙橡皮电缆与XLPE电缆(tgδ

≤0.0005)相比,介损正切值tgδ、和介电常数ε都比较大,但与聚乙烯电缆相比更能防止树枝及局部放电,一般

只用于中等电压的海底电缆.截至目前为止,最高等级的乙丙橡皮海底电缆是2001年安装在意大利威尼斯-穆拉诺

-梅斯特(Venezia-Murano-Mestre)的150kV海底电缆.

  充气式电缆

  充气式海底电缆在结构上与充油电缆很相似,也使用预先浸渍好的纸带做绝缘,再充入带压力的氮气,带压力

的气体填充了纸带间的空隙,提高了击穿电压.充气式海底电缆可用于交直流输电,它比充油式电缆更适合于较长

的海底电缆网.但由于需在深水下使用高气压操作,故此增加了设计电缆及其配件的困难,该电缆一般限于水深为

300m以内.

海底电缆的相关技术问题

  海底电缆的防水

  当机械应力或外力造成电缆护套及绝缘损伤、接头损坏时,潮气或水分会沿着电缆纵向和径向间隙浸入,降低

绝缘的电气强度,因此多数高压海底电缆都具有防止水分入侵的纵向、径向防水措施.径向措施主要是在绝缘屏蔽

和金属屏蔽层外面绕包半导电阻水膨胀带,在金属屏蔽层外面添加金属防水层即金属护套,中压电缆电场强度相对

较低,一般使用铝塑复合护套,也有仅用聚合物护套的,高压电缆则采用铅、铝、不锈钢的金属密封套.聚合物护

套具有防水性,但却有一定的吸水率,这是因为其结构主要是由结晶相和无定形相组成的半结晶高聚物.结晶相结

构紧凑,无定形相中的分子排列疏松,分子间存在较大的间隙.在交变电场的作用下,极性的水分子不断来回翻转

,可以透过间隙和晶界缺陷处渗透到绝缘材料中.采用聚合物护套时,护套里要加具有吸水作用的阻水剂.

   纵向阻水主要采用①压紧型线心;②在导线之间和缆心屏蔽区添加阻水性物质,阻断水分在缆心中的扩散通道

.纵向阻水采用阻水粉填充效果好,它的吸水量为自身的几十倍乃至几千倍,吸水强度大、膨胀率高,吸水后可迅

速膨胀形成凝胶状物质,阻塞渗水通道,终止水分和潮气的进一步扩散和延伸,使受潮电缆的长度降到最低。

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