防水電纜材料

為了防止電纜受（shòu）潮，工程上先後采用（yòng）過多種阻水材料。
這些材料按其阻水特點可（kě）以分為兩類（lèi），主動阻水和被動阻水。
主（zhǔ）動（dòng）阻水是利用主動阻水材料（liào）的吸水膨脹性，在護層破損或接頭損壞時（shí），阻水（shuǐ）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（bèi）限（xiàn）製在很小的一段（duàn）範圍內，該類阻水（shuǐ）材料（liào）包括吸水膨脹（zhàng）油膏、阻水帶、阻（zǔ）水粉、阻水紗、阻水繩等。
被動阻水是利用被動阻水材料的疏水性，在護層破損點處直接將水分（氣（qì））阻住，不讓其進入電纜內，被動阻水材料包括石油填充膏、熱熔膠、熱（rè）膨脹油（yóu）膏等；

1. 被動阻水（shuǐ）材料

向電纜中填充被動阻水材料石油（yóu）膏，是早期（qī）的（de）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麵，有較好的阻水效果，但是填充石油（yóu）膏有如下的缺點（diǎn）：

（1）大（dà）大增加了電纜的（de）重量（liàng）；

（2）電纜填充石油膏以後造成電纜（lǎn）纜（lǎn）芯導電性能（néng）下降；

（3）石油膏對電纜接頭汙染嚴重且（qiě）清洗困難，造（zào）成電纜接（jiē）頭施工困難；

（4）如果填充不*或存在氣隙則阻水效果大打折扣，且*填充工藝不容易控製；

（5）有些阻水膏在常溫下固化後，將電纜中各元件緊密地結合在一起，形（xíng）成（chéng）一個實心整體（tǐ），以實現阻水效（xiào）果。
但電纜（lǎn）經受了反複曲繞後，電纜的芯線間及屏蔽層內外表麵就會發生（shēng）相對（duì）位移，產生微小縫隙。

目（mù）前（qián），阻（zǔ）水（shuǐ）電纜已經基（jī）本（běn）不采用被動阻水材料，而是采用阻水性能更加優良（liáng）的主（zhǔ）動阻水材料。

2.主動阻水材料

鑒於被動阻水材料的種種（zhǒng）缺陷，工程上逐（zhú）漸開發出（chū）*吸水膨脹的（de）主動阻水材料。
主動阻水材料的基本特點是強吸水性和高膨脹（zhàng）率，它能夠強（qiáng）力吸水（shuǐ）、迅速膨脹，形成凝膠狀物質阻斷滲（shèn）水通道，從（cóng）而保障電纜絕（jué）緣安全。

*吸水膨脹的主動阻水材料是吸水能力特別強（qiáng）的物質，它的吸水量為（wéi）自身的幾十倍乃至幾千（qiān）倍。
日本的昭（zhāo）和（hé）電工、美國National Starch AntoChemistry等公司利用溶性的聚丙烯酸采用不同的交聯方法製（zhì）成*吸水劑，吸水能力達800~1000 g/g，美國UCC公司用放射線處（chù）理（lǐ）交聯了各種（zhǒng）氧化烯烴聚合物，合成（chéng）了（le）非離子型*吸水材料，其吸水能力為自身的2000倍[7]。
目（mù）前*吸水材料發展極快、種類繁多，就其原料來源可分為澱粉係、纖維素係、合成聚合物係；製品形態有粉末狀、纖維狀和薄膜狀。

目前電纜中采用（yòng）的主動阻水（shuǐ）材料主要是阻水帶、阻水粉、阻水繩以及阻（zǔ）水紗。
相對於石油膏，這些主動阻水材料吸水強（qiáng）度大、膨脹（zhàng）率高，能夠迅速阻斷滲水通道。
另外，主動（dòng）阻水材料重量輕、清潔，便於敷設和接（jiē）頭。
但主動阻水材料存在一定的缺（quē）點，比如：阻水粉（fěn）附粉困難；采用阻水帶、阻（zǔ）水紗時會（huì）造成電（diàn）纜外徑增（zēng）大，散熱困難，從而加快電纜熱老化和限製電纜的傳輸容量等；而且主動阻水材料（liào）的價（jià）格一般都比較貴。

主動阻水材料和被動阻水材料各有其優缺點，但總的來說，主動阻水材料的綜（zōng）合性能更加優越。
因此，目前電（diàn）纜阻水采用的阻水材料基本都是主動阻水材料。

3 阻（zǔ）水機理分析

電纜滲水途徑通常有如下兩種：①沿著電纜徑向（或（huò）徑向）透過護套滲水（shuǐ）；②沿著電纜（lǎn）導體和纜芯間隙縱向（或軸向）滲水。
因此要想實現電纜阻水也可以從兩個方麵著手，徑向阻水和縱向阻水。

3.1徑向阻水

徑（jìng）向阻水一般可在結構上采（cǎi）用（yòng）：①聚乙烯外護套（tào）；②鉛、鋁、銅或不鏽鋼金屬套；③鉛塑、鋁（lǚ）塑（sù）複合縱包層（céng）。

盡（jìn）管聚乙烯不溶於水，也（yě）具（jù）有阻水（shuǐ）性能，但是不能采用單一的聚乙烯護套進行阻（zǔ）水。
因為采用絕緣聚乙烯（或聚氯乙烯）護套的通信電纜長期（qī）實踐運行經驗已經（jīng）證實，塑料（liào）護套（tào）通信（xìn）電纜在地下敷設時，盡管護套（tào）完好，水分或（huò）水氣仍（réng）然會通（tōng）過塑料護套（tào）滲入到電纜的纜（lǎn）芯中，造成電纜傳輸性能的惡（è）化[1]。
所以單獨使用聚乙烯護套阻水不能滿足電纜徑向阻水要求。
聚乙烯護套一般是配合裏麵的鉛、鋁、不鏽鋼金屬護套或鉛塑、鋁（lǚ）塑複合縱包層共同進行徑向阻水。

中壓電纜徑向阻水通（tōng）常采（cǎi）用鋁塑複合綜合護（hù）層，通過（guò）縱包的鋁塑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（zǔ）水機理（lǐ）為：當擠包聚乙烯（xī）護套時，由於聚乙烯融（róng）體高溫和壓力的作用，鋁（lǚ）塑複合帶表麵的聚乙烯薄膜與聚乙烯護套的（de）內表麵得（dé）以很好地粘結；同（tóng）時鋁塑複合帶縱包之間的搭蓋也（yě）獲得良好的粘結。
從而*堵塞了水分（氣）滲入電纜（lǎn）的途（tú）徑，達到良好的阻水效果。
但是該阻水方式的缺點（diǎn）是熔接可靠性較差，且無法準確檢測聚乙烯薄膜的熔接及（jí）損壞的程（chéng）度。

高壓電（diàn）纜則采用具有*的密閉性的密封金屬套，使電纜達到*的徑向阻水（shuǐ）。
金屬套種類很多，主要有熱（rè）擠壓的鋁或鉛套（tào）、冷拔的金屬套，以（yǐ）及縱包氬弧焊並軋紋的皺紋鋁（lǚ）或不鏽鋼套。
目前采用（yòng）較多的是縱包氬弧焊並軋紋（wén）的皺紋鋁套和熱擠壓並軋紋的皺紋鋁套。
在金屬套（tào）外通常還要擠（jǐ）包聚乙烯或聚氯乙烯外護套。
應該說，聚乙烯的阻水性（xìng）能優於（yú）聚氯乙烯，但采用金屬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（zǔ）水

在工程實際中，縱向阻水（shuǐ）相對徑向阻（zǔ）水（shuǐ）實現起來（lái）複雜。
縱向阻水也采用過很多種方法，例如將導體改為緊壓結構並逐步提高導體的緊壓（yā）係數。
但緊（jǐn）壓結構的阻水（shuǐ）效果並不明顯，因為緊壓（yā）結構導體中還會存（cún）在空隙，水（shuǐ）分在虹吸作（zuò）用下依然（rán）會沿導體擴散，同（tóng）時過分提高導體緊壓係數（shù）會破（pò）壞導體中單線的金屬結晶結構，導致導體變硬、電阻（zǔ）增加。
要實現（xiàn）真正的縱向阻水（shuǐ）必須在絞合導電線芯的空隙中（zhōng）填入阻水材料。
可以通過下麵兩個層次措施和結構來實現電纜縱向阻水[1]。

（1）采（cǎi）用（yòng）阻水型導體。
在絞合緊（jǐn）壓導體時添加阻水繩、阻（zǔ）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，填充阻水（shuǐ）紗（shā）、繩及（jí）繞包（bāo）半導電阻水帶或絕緣阻水帶。

它們的（de）阻水機（jī）理是：如（rú）果在外力作用下發生電纜接（jiē）頭損傷或護套（tào）破損，水分或潮氣就會沿（yán）著電纜的導（dǎo）電線芯和纜芯縱向滲入。
這些水分和潮（cháo）氣會被含有吸水膨脹粉末的阻水帶、阻水紗或阻水帶吸收，這些阻水材料吸（xī）水後迅速膨脹形成凝膠狀物質，阻塞滲水通道，終（zhōng）止（zhǐ）水分和潮氣的進一步擴（kuò）散和延伸，使電纜損失的損失降到（dào）最小。

由阻水導體構成阻水型纜芯基本不存在什麽技術難題。
對於多芯電纜來說，由於各（gè）阻水導體之間的空隙比較大，所以一般在各阻（zǔ）水（shuǐ）導體之（zhī）間填充阻水繩（shéng）、紗等絞合成纜，然後再在纜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（tǐ）表麵纏繞阻水帶構（gòu）成阻水纜芯。

由（yóu）於繩、帶材料易於纏繞（rào）、包裹，且能保證纜芯表麵的平整。
因此中壓電纜線芯和外屏蔽表麵的阻水膨脹帶繞包層通常采用阻水繩和阻水帶。

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

4 阻水電纜結構分析

實現電力電（diàn）纜的全阻水，既要考慮電纜的徑向阻水也要考慮電纜的縱向阻水。
國內外（wài）也有很多關於XLPE阻（zǔ）水電纜結構的和文（wén）章（zhāng）。
下麵主要就中國公開的徑向，縱向阻水電纜結構進行舉例分析。

4.1 XLPE電纜的徑向阻（zǔ）水（shuǐ）結構

一般XLPE電纜的徑向（xiàng）結構由裏向外依次（cì）為（wéi）：導體（tǐ）；導體屏蔽；XLPE絕緣；絕（jué）緣屏蔽；金屬屏蔽（bì）；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；導體屏蔽；XLPE絕緣；絕緣屏蔽；內（nèi）半導電阻水膨脹帶；金屬屏蔽層；外半導電阻水膨（péng）脹帶；縱包鋁塑層；聚乙烯外護套。
圖1為根據文獻和總結出的幾種典型的徑向阻水電纜（lǎn）結構。

圖1A是一種典型的單芯徑（jìng）向阻水結構示意。
與一般的XLPE電纜（lǎn）相（xiàng）比（bǐ），防水型XLPE電纜的加工工藝較為複雜，需要在（zài）生產線（xiàn）上增加繞（rào）包阻水帶和縱包鋁塑的專門設備。
理論上講鋁塑複合（hé）帶的水密性非常（cháng）好，隻要複合帶的接縫（féng）處*粘接密封，水分幾乎無（wú）法透過。
縱包鋁塑複（fù）合帶的關鍵工藝有兩方（fāng）麵：①縱（zòng）包工藝，縱包時要做（zuò）到緊且圓整，消除縱包處的“荷葉邊"（即複合帶邊緣的縱包彎曲）；②粘接工藝，應保證複合帶與聚乙烯內護（hù）套及其（qí）複合帶搭縫處粘（zhān）接完善。

圖1B是高壓徑向阻水結（jié）構的示意圖，高壓XLPE電纜一般（bān）采用（yòng）密封鉛、鋁、不鏽鋼金屬套實現徑向（xiàng）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電纜徑向阻水結構圖（tú）[8]，三芯XLPE徑（jìng）向（xiàng）阻水電纜也可以如圖1D所示結構（gòu）[9]，把金屬屏蔽層改成無縫金屬套，這樣電纜（lǎn）的徑向阻水結構就得到了簡化，且阻水的持久性好。
由於電纜芯外采用的（de）是常（cháng）規電纜結構，對電纜散熱（rè）影響小，有利於確（què）保電纜的使用壽（shòu）命，保持電纜輸送功（gōng）率基本不降低，較圖1C所示外阻（zǔ）水層結構可以提（tí）高傳輸功率10%左右[9]；其次，內阻水結構即使電纜外護層損傷也不會影響電纜的阻水效果。
對於三（sān）芯電纜也可以采用圖1A所示的三根單芯阻水電纜膠合（hé）形成，這種結構節約了大量的阻水填充材料，使電纜的成本大幅下降，同時電纜的散熱好載流量也增大許多，是一種理想的（de）的低成本三芯阻水電（diàn）纜[10]。
三芯鎧裝阻水電纜可以采用圖1E、圖1F所示結構，優缺點與上麵（miàn）分析相同[11]。

4.2 XLPE電纜縱向阻水結構

所謂縱向阻水（shuǐ），就是在XLPE電纜纜芯處填充阻水材料（liào）防止水（shuǐ）分通過纜芯在電纜中擴散。
前麵（miàn）論及（jí）的（de）電纜縱向阻水可以通過兩個層次的（de）措施來（lái）實現，一是采用阻水型（xíng）導體，二是采用（yòng）阻水型纜芯。
目前縱向阻水的難題在於阻水型導體（tǐ），如何在各導線（xiàn）之（zhī）間（jiān）填（tián）充阻（zǔ）水（shuǐ）物質和填充什麽（me）樣的阻水物質是當前研究的熱點。
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繞包或（huò）縱包半導（dǎo）電阻水帶[11]，再通過導體正常圓形緊壓（yā），使導體層間不存在間隙，以達到導體間（jiān）的連接和導體（tǐ）的縱向阻水。
這種（zhǒng）阻水結（jié）構具有良好的阻水性能、安全可靠、壽命長（zhǎng）、易於（yú）實現、可利用現有設備生產、成（chéng）本較低。
但這（zhè）種（zhǒng）結構使導體的外徑增大、散熱（rè）困（kùn）難（nán），還會出現電（diàn）纜的（de）電性能不穩定情況。

圖2B的阻水導體結構為，在絞合導體之間全部（bù）用阻水粉填充（chōng）。
這種結構不增加導體的（de）外徑，不改變電纜的其他結構，但是存（cún）在一（yī）個技術難題就是阻水粉附（fù）粉困難和難以均勻附粉。
根據（jù）（CN200710164734.3）介紹[12]，可以用熱塑性彈性體包裹阻水粉，然後利用靜電噴塗技（jì）術使導體附粉，較好地解決了阻水粉附粉困難和難以均勻附粉等（děng）技術難題。
因（yīn）為填（tián）充阻（zǔ）水粉不增粗（cū）電纜的（de）外徑，不（bú）改變電纜的（de）尺寸，且阻（zǔ）水粉（fěn）填充的工藝問題得到解決，所以目（mù）前阻（zǔ）水粉填充的阻水導體結構相對較好。

上麵介紹的幾種阻水結構都是針對纜芯單絲直徑（1.5-4mm）較粗的（de）硬導體設計（jì）的，一般適用於固定敷設電纜，對於移動場合使用的絕緣軟電纜（lǎn），其導體單絲直（zhí）徑（0.25-0繞包機.5mm）細小（xiǎo），阻水粉（fěn）、阻水紗填充困難，上述阻水結構不適用（yòng）。
對於細軟單絲可（kě）以在細軟（ruǎn）單絲表麵塗覆（fù）阻水（shuǐ）粘結劑層[13]；或者（zhě）在單絲上（shàng）塗抹粘合劑，然後再粘附阻水粉，構造阻水導體（tǐ），以達到阻水效果[14]。

圖2A  阻水（shuǐ）帶填充                               圖2B  阻（zǔ）水粉填（tián）充

圖2  阻水導體結構示意圖

A  阻水粉阻水導體                   B 阻水帶阻水導體

圖3 中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（shì）意圖，一種為全阻水粉填（tián）充，一種為（wéi）阻水（shuǐ）帶填（tián）充。
三芯電纜也（yě）是這種結構，隻是纜芯由三（sān）芯改成單芯而已。
在工程（chéng）實際中也可以根據實際情況（kuàng）對電纜結構（gòu）進行適當的改動，但結構改動後的電纜（lǎn）必須要符合國家相關標準。

5 結論

（1） 水分（fèn）浸入聚烯烴電纜會極大的縮短電纜的使用壽命，XLPE電力電纜防水抗潮問題引（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兩種（zhǒng）阻水結構。
同時，可能還需從材料性能出發研究開發（fā）具有優良耐（nài）水樹性能的絕緣材料。

（2） 徑（jìng）向阻水技術主要采用在絕緣屏蔽和金屬屏蔽層（céng）外麵（miàn）繞包半導電阻水（shuǐ）膨脹帶，在金屬（shǔ）屏蔽層外麵添加金屬防水層，中壓電纜（lǎn）一般使用鋁塑複合帶，高壓電纜則采（cǎi）用鉛、鋁、不鏽（xiù）鋼的金屬密封套。

（3） 縱向阻水主要采用在導線之間和纜芯（xīn）屏蔽區（qū）添（tiān）加阻水性物（wù）質，阻斷水分在纜芯中（zhōng）的擴散通道。
從目前的技術發展（zhǎn）來看，縱向阻水用阻水粉填充相對較好（hǎo）。

（4） 實（shí）現電纜防水必然會影響（xiǎng）電纜的散熱、導電性能，要根據工（gōng）程實際（jì）需要，選擇或設計合適的（de）阻水電纜結構。