防水電纜材料

為了防止電纜受（shòu）潮（cháo），工程上先後采用過多種阻水材料。
這些材料按其阻水特點可以分為兩類，主動阻水（shuǐ）和（hé）被動（dòng）阻水（shuǐ）。
主動阻水（shuǐ）是（shì）利用主動阻（zǔ）水材（cái）料的吸水（shuǐ）膨脹性，在護層破（pò）損或接頭損壞時，阻水材料迅速吸水分（氣）膨脹，阻斷水流入電纜的通道，使水分（氣）被限製在很（hěn）小的一段範圍內，該類阻水材料包括吸水膨脹油膏（gāo）、阻水帶（dài）、阻水粉、阻水紗、阻水繩等。
被動阻水（shuǐ）是利用（yòng）被動阻水材料的疏水性，在護層（céng）破損點處直接將（jiāng）水分（氣）阻住（zhù），不讓其進入電纜內，被動阻（zǔ）水材料包括石油填（tián）充膏、熱熔膠、熱膨脹油膏（gāo）等；

1. 被動阻水材（cái）料

向電纜（lǎn）中填充被動阻水材料石油膏，是早期（qī）的電力電纜阻水的主要措施。
這種方法能直接把水分阻止在電纜的外（wài）麵，有較好的阻水效（xiào）果，但是填充石油（yóu）膏有如下（xià）的缺點：

（1）大大增加了電纜的重量；

（2）電纜填充石油膏以後造成電（diàn）纜纜芯導電性能下降；

（3）石油膏對（duì）電（diàn）纜接頭汙染嚴重且（qiě）清洗（xǐ）困（kùn）難，造成電纜接頭施工困難；

（4）如果填充不*或（huò）存在氣隙則阻水效果大打（dǎ）折扣，且*填充工藝不容易控（kòng）製（zhì）；

（5）有些阻水膏在常溫下固化後，將電（diàn）纜中各（gè）元件緊密地結合（hé）在一起（qǐ），形成一個實心整體，以實現阻水效果。
但電纜經（jīng）受了反複曲繞後，電纜的芯線間及屏蔽（bì）層內外表麵就（jiù）會發生相對位移（yí），產生微小縫隙。

目前，阻水電纜已經基本不采（cǎi）用被動阻水材料，而是采用阻水性（xìng）能更加優良的主動阻水材料。

2.主動阻水材料

鑒於被動阻水材料的種種缺陷，工（gōng）程上逐漸開發（fā）出*吸水膨脹的主動（dòng）阻水材料（liào）。
主動阻水材料的基本特點是強吸水性和高膨脹率，它能夠強力吸水、迅（xùn）速膨脹，形成凝（níng）膠狀物質阻斷（duàn）滲水通道，從而保障電纜絕緣安（ān）全。

*吸（xī）水膨脹的主動阻水材料是吸水能（néng）力（lì）特別（bié）強的物質，它的吸水（shuǐ）量為自身的幾十倍乃至幾千倍。
日本的昭和電工、美國（guó）National Starch AntoChemistry等公司利用溶（róng）性的聚丙烯酸（suān）采用不同的交聯方法（fǎ）製成*吸水劑，吸水能力達800~1000 g/g，美國UCC公司用放（fàng）射線處理交（jiāo）聯了各種氧（yǎng）化烯烴聚合物，合成了非離子型（xíng）*吸（xī）水材料（liào），其吸水能力為（wéi）自身的2000倍[7]。
目前*吸（xī）水材料（liào）發展極快、種類繁多，就其原料來源可分為（wéi）澱（diàn）粉係、纖維素係、合成聚合物係；製（zhì）品形態有（yǒu）粉末狀、纖維狀和薄膜狀。

目前電纜中采用的主動阻水材料主要是阻水（shuǐ）帶、阻水粉（fěn）、阻水繩以及阻水紗。
相對於石油（yóu）膏，這些主動阻水材料吸水強度大、膨脹率高（gāo），能夠迅速阻斷滲水通（tōng）道。
另（lìng）外，主動阻水（shuǐ）材料重量（liàng）輕、清潔，便於敷設和接頭。
但主動阻水材料存在一定的缺點，比（bǐ）如：阻水粉（fěn）附（fù）粉困難；采用阻水帶、阻水紗時會造成電纜外徑增大，散熱困難，從而加快電纜熱老化和限製（zhì）電纜的傳輸容量等；而且主動阻水材料的（de）價格一般都比較貴。

主動阻水材（cái）料（liào）和被動阻水材（cái）料各（gè）有其優缺（quē）點，但（dàn）總的來說，主（zhǔ）動阻水材（cái）料的綜合性能更加優越。
因此，目前（qián）電纜阻水采用的阻水材料基本都是主動阻水材料。

3 阻水機理分析

電纜（lǎn）滲水途徑通（tōng）常有如（rú）下（xià）兩種：①沿（yán）著電纜徑向（或徑向）透過護套滲水（shuǐ）；②沿著電纜導（dǎo）體和纜芯間隙縱向（或軸向）滲水。
因此要想實現電纜阻水（shuǐ）也可（kě）以從兩個方（fāng）麵著手，徑向阻（zǔ）水和縱向阻水。

3.1徑向阻水

徑向阻水一般可在結構（gòu）上采用：①聚乙烯外護（hù）套；②鉛、鋁、銅或不鏽鋼金屬套；③鉛（qiān）塑、鋁塑複合縱包層。

盡管聚乙烯不（bú）溶於水，也具有阻水性能，但是不能采用（yòng）單一的聚乙烯護套進行阻水。
因為采用（yòng）絕緣聚乙烯（xī）（或聚（jù）氯乙烯）護套（tào）的通信電纜（lǎn）長期實踐運行經驗已經證實，塑料護套通信電纜在地下敷設時，盡管護套完好，水分或（huò）水氣仍然會通過塑料護套滲入到電纜（lǎn）的纜芯中，造成電纜傳輸性能的惡化（huà）[1]。
所以單獨使用聚乙烯護套阻水不能滿足電纜徑向阻（zǔ）水要求。
聚乙烯護套一般是配合（hé）裏麵的鉛、鋁、不鏽鋼金屬護套或鉛塑、鋁塑複合縱包層共同進行徑向阻水。

中壓電纜徑向阻水通常采用鋁塑複合綜合護（hù）層，通過縱包的鋁塑（sù）複合帶和擠包的聚乙烯外護套共同作用達到阻水目的。
其阻水機理為：當擠包聚乙烯護（hù）套時，由於聚乙烯融體高溫和壓力的作用（yòng），鋁塑複合（hé）帶表麵的（de）聚乙烯薄（báo）膜與聚（jù）乙烯護套的內表麵得以很好地粘結（jié）；同時鋁塑複合帶（dài）縱包之間的搭蓋也獲得（dé）良好（hǎo）的粘結。
從而*堵塞了水分（fèn）（氣）滲入電纜的途徑，達到良好的阻水效果。
但是該阻水方式的缺點是熔（róng）接可靠性較差，且無法準確檢測聚乙烯薄膜的熔接及損壞的程度。

高壓（yā）電纜則采用具有（yǒu）*的密閉性的密（mì）封（fēng）金屬套，使電纜達到（dào）*的徑向阻水。
金屬套種類很多，主要有熱擠壓的鋁或鉛套、冷拔的金屬套，以及縱包氬弧焊（hàn）並軋紋的皺紋鋁或不鏽鋼套。
目前采用較多的是縱包氬弧焊並軋紋的皺紋鋁套和熱擠壓（yā）並軋紋的皺紋鋁（lǚ）套。
在金屬套外通（tōng）常還要擠包聚（jù）乙烯或聚氯乙烯外護套。
應該說，聚乙烯的阻水性能優於聚氯乙烯，但采用（yòng）金屬（shǔ）套後也可采用聚氯乙烯，這並（bìng）不影（yǐng）響電纜徑向阻水特性[1]。

3.2 縱向阻水

在工程（chéng）實際中，縱向阻水相對徑向阻（zǔ）水實現起來複雜。
縱向阻水也采用過很多種方法，例如將導體改為（wéi）緊壓結構（gòu）並逐步提高導體的緊壓（yā）係數。
但緊壓結構的阻水（shuǐ）效果（guǒ）並不明顯，因為緊壓結構（gòu）導體中還會存在空隙，水分（fèn）在（zài）虹吸作用下依然會沿導（dǎo）體擴散，同時過分提高導體緊壓係數會破壞導體中單線的金屬結晶結構（gòu），導致導體變硬（yìng）、電阻增加。
要實現真（zhēn）正的縱（zòng）向阻水必須在絞合導電線芯（xīn）的空隙中填入阻水材料。
可以通過下麵兩個層次措施和結構來實現（xiàn）電纜縱向阻水（shuǐ）[1]。

（1）采用（yòng）阻水型導體。
在絞合緊（jǐn）壓導體時添加阻水（shuǐ）繩、阻水粉、阻水紗或繞包阻水帶（dài）。

（2）采用阻水型的（de）纜芯。
在纜芯成纜工藝（yì）中，填充阻（zǔ）水紗、繩及繞包半導電阻水帶或（huò）絕緣阻水帶。

它們的阻水（shuǐ）機理是：如果在外（wài）力作用下（xià）發生電（diàn）纜接頭損傷或護套破損（sǔn），水分或潮氣就會沿著電纜的導電線芯和纜芯縱向滲入。
這些水分和潮氣會被含有吸水膨脹粉末的阻水帶、阻水紗或阻水帶吸（xī）收，這些阻水材（cái）料吸水後迅速（sù）膨脹（zhàng）形成凝膠狀物質，阻塞滲水通道（dào），終止水分和潮氣的（de）進一步擴散和延伸，使電纜損失的損失降到最小。

由阻水導體構成阻水型纜芯基本不存在什麽技術難（nán）題。
對於多芯電（diàn）纜來說，由於各阻水導體之間的（de）空隙比較大，所以一般（bān）在各阻水導體之間（jiān）填充阻（zǔ）水繩、紗等絞合（hé）成纜，然後再在（zài）纜（lǎn）芯的表麵繞包膨脹阻水帶構成阻水型纜芯；對於單芯導體，可以在阻水導體表（biǎo）麵纏繞阻水帶構成阻水纜芯。

由於繩、帶材料易於纏繞、包裹，且能保證纜芯（xīn）表麵的平（píng）整。
因此中壓電纜（lǎn）線芯和外（wài）屏蔽（bì）表麵的阻水膨脹帶繞包層通常采（cǎi）用阻水繩和阻水帶。

目前縱向阻水的難題在於阻水型導體，如何在各導線之間填充阻水物質和（hé）填充什麽樣的阻水物質一直是研究（jiū）的熱點問題。

4 阻水電纜結構分析

實現電力電纜的全阻（zǔ）水，既要考（kǎo）慮電纜的徑向阻水（shuǐ）也要考慮電纜的（de）縱向阻水。
國內外也有很多關於XLPE阻水電纜結構的和文章。
下麵主要（yào）就中國公開的徑向，縱向阻水電纜結構進行舉例分析。

4.1 XLPE電纜的徑向阻水（shuǐ）結構

一般XLPE電纜的徑向結構由裏向外依次為：導體；導體屏蔽；XLPE絕緣；絕緣屏蔽；金屬屏蔽；外護套。
具有徑向阻水功能的XLPE電纜結構由內向外依次為：阻水型導體；導體（tǐ）屏蔽；XLPE絕緣；絕緣屏蔽；內（nèi）半導電阻水膨脹（zhàng）帶；金屬屏蔽層；外半導電阻水膨脹帶；縱包鋁塑層；聚（jù）乙烯外護套。
圖1為根據（jù）文獻和總結出的幾種典型的徑向阻（zǔ）水（shuǐ）電纜結構（gòu）。

圖1A是一種典型的單芯徑向阻水結構示意（yì）。
與一般的XLPE電纜相比，防水型（xíng）XLPE電纜的加工工藝較為複雜，需要在生產線上增加繞包阻水帶和縱包鋁塑的專門設（shè）備。
理論上講鋁塑複合帶的水密性非常好，隻要複合帶的接縫處（chù）*粘接密封，水分幾乎（hū）無法透過。
縱包鋁（lǚ）塑複合帶的關鍵工藝有兩方麵：①縱包工藝，縱包（bāo）時（shí）要做（zuò）到緊（jǐn）且圓整，消除縱包處（chù）的“荷葉邊"（即複合（hé）帶邊緣的縱包彎曲（qǔ））；②粘接工藝，應保證複合帶與聚（jù）乙烯內護套（tào）及（jí）其複合帶（dài）搭縫處粘接完善。

圖1B是高壓徑向阻水結構的示意（yì）圖，高壓XLPE電纜一般采用密封鉛、鋁、不鏽鋼金屬套實現徑向阻水，這種徑向阻水方式理論上安全[1,2]。

圖1C是三芯中低壓XLPE電纜徑向（xiàng）阻水結構圖[8]，三芯XLPE徑向阻水（shuǐ）電纜也可以如圖1D所示結構（gòu）[9]，把金屬屏蔽層改成無縫金（jīn）屬（shǔ）套，這樣電纜的（de）徑向阻水結構就得到了簡化，且阻水的持久性好。
由於電纜芯外（wài）采（cǎi）用的是常規電纜結構，對（duì）電纜散熱影響小，有利於（yú）確保電纜的使用壽命，保持電（diàn）纜輸送功率基本不降低，較（jiào）圖（tú）1C所示外阻水層結構可以提高傳輸功（gōng）率10%左右[9]；其次，內阻水結構即使電（diàn）纜（lǎn）外護層（céng）損傷也不會影響電纜的阻水效果。
對於三芯電（diàn）纜也（yě）可以采用圖1A所示的三根單芯阻水電纜（lǎn）膠合形成，這種結構節約了大量的阻水填充（chōng）材料，使電纜的成本（běn）大幅下降，同時電纜的散（sàn）熱（rè）好（hǎo）載流量也（yě）增大許多，是一種理想的的低成本（běn）三芯阻（zǔ）水電纜（lǎn）[10]。
三芯鎧裝阻水電纜可（kě）以采用（yòng）圖（tú）1E、圖1F所示結構，優缺點與上麵分析相同[11]。

4.2 XLPE電纜縱向阻水結構

所謂（wèi）縱向阻水，就是在XLPE電纜纜（lǎn）芯處填充阻水材料防止水（shuǐ）分通過纜芯在電纜中擴散。
前麵論及的電纜縱向阻水可以通過兩個層次的措施來實現，一是采用阻水型（xíng）導體（tǐ），二是采用（yòng）阻水型纜芯。
目前縱向（xiàng）阻水的難題在於阻水型導體，如何在各導線（xiàn）之間填充阻水物質和填充什麽（me）樣（yàng）的阻水物質是當前研究的熱（rè）點。
下麵就國內已有的技術進行分析。

如圖2A，在絞合導體的部分層間（jiān）繞包或縱包半導電阻水帶[11]，再（zài）通過導體正常圓形緊壓，使導體層間不存在（zài）間隙，以達到導體間的連接（jiē）和導（dǎo）體的縱向阻（zǔ）水。
這種阻水結構具有良好的阻水性能、安全可靠（kào）、壽（shòu）命長、易於實現（xiàn）、可利用現（xiàn）有設備生產、成本較低。
但這種結構使導體的外徑增（zēng）大、散熱困難，還會出現電纜的電性（xìng）能（néng）不穩定情（qíng）況。

圖2B的阻水導體結構為，在絞合導體之（zhī）間全部用阻（zǔ）水（shuǐ）粉填充。
這種結構不增加導體的外徑，不（bú）改變電纜（lǎn）的（de）其他結構（gòu），但是存在一個技術（shù）難題就是阻水粉附粉困難和難以均勻（yún）附（fù）粉。
根據（CN200710164734.3）介紹[12]，可以用熱塑性彈（dàn）性體（tǐ）包裹阻水粉（fěn），然後利用靜電噴塗技術使導體附粉，較好（hǎo）地（dì）解決（jué）了阻水粉附粉困難和難以均勻附粉等技術難題。
因為填充阻水粉不增粗電纜的外徑（jìng），不改變電纜的尺寸，且阻水粉填充的工藝問題得到解決，所以目前阻水粉填充（chōng）的阻水導體（tǐ）結構相對較好。

上麵（miàn）介紹的幾種阻水結構都是針（zhēn）對纜芯單絲直（zhí）徑（1.5-4mm）較粗的硬導體設計的，一般適用於固（gù）定（dìng）敷設電纜，對於移動場合使用（yòng）的絕緣軟（ruǎn）電纜，其導體單絲直徑（0.25-0繞包機.5mm）細（xì）小，阻水粉、阻水紗填（tián）充困難，上述阻水結構不適用。
對於細軟單絲可以在細（xì）軟單絲表麵塗覆阻水（shuǐ）粘結劑層[13]；或者在單絲上塗抹粘合劑，然後再粘附阻水粉，構造阻水導體，以達到阻水效果[14]。

圖2A  阻水帶填充                               圖2B  阻水粉填充

圖2  阻水導體結構示意圖

A  阻水粉阻水導體                   B 阻（zǔ）水帶阻水導體

圖3 中（zhōng）壓全阻水電纜結構示（shì）意圖

圖3為兩種單芯全阻水XLPE電纜結構示意圖，一種為全阻水粉填充，一種為阻水帶填充。
三芯電纜也是這種結構，隻（zhī）是纜芯由三芯改成單芯（xīn）而已。
在工程實際中也可以根據實際情況對電纜結構進（jìn）行適當的改動，但結構改動後的（de）電纜（lǎn）必須要符合國家（jiā）相（xiàng）關標準。

5 結論

（1） 水（shuǐ）分浸入聚烯烴（tīng）電纜（lǎn）會極大的縮短電纜的使用壽命，XLPE電力電纜防水抗潮（cháo）問題引（yǐn）起業內人士的極大關注。
XLPE電纜的全防水，包括徑向阻水和縱向阻水（shuǐ）兩種阻水結構。
同時，可能還需從材料性能出發研究開發具有優良耐水樹（shù）性能的絕緣材料。

（2） 徑向阻水技術主要采用在（zài）絕緣屏蔽和金屬屏蔽層外麵繞包半導電阻水膨脹帶，在金屬屏蔽層外麵添加金屬防水層，中壓電纜一般使用（yòng）鋁（lǚ）塑複合帶，高（gāo）壓電纜則采用鉛、鋁、不鏽鋼的金屬密封套。

（3） 縱向阻水（shuǐ）主要采（cǎi）用在導線（xiàn）之間（jiān）和纜芯屏蔽區添加（jiā）阻水性物質，阻斷水分在纜芯（xīn）中的擴散通道。
從目前的技術發展來（lái）看，縱向阻水用阻水粉（fěn）填充相對較好。

（4） 實現電纜（lǎn）防水（shuǐ）必然（rán）會影響電纜的散熱、導電性能，要根據工程實際（jì）需要，選擇或設計合適的阻水電纜結（jié）構。