高压电缆半导电缓冲阻水层防潮措施的思考

　　高压电缆缓冲层烧蚀问题困扰了高压电缆界近二十年，由上海缆慧检测技术有限公司和国际大电网绝缘电缆中国研究委员会牵头于2017年4月组建了“高压电缆缓冲层特性联合研究战略合作平台”，经过二年多时间的专心研究、反复试验验证、事故调研和分析研究，对高压电缆缓冲层烧蚀的成因机理有了充分的了解，到目前为止认知的引起烧蚀的原因有：

　　

　　1、半导电缓冲阻水带材料考核要求的缺失：由于电力电缆内部材料之间存在相容性的特点，缺少半导电缓冲阻水层原材料针对这方面的考核要求；

　　

　　2、产品标准要求不清晰：高压电缆产品标准中半导电缓冲层的作用描述不够清晰，导致在结构设计和材料选择等方面考虑不够仔细，容易形成电缆径向电流的集中，局部缓冲层发热引发烧蚀或加速白色粉末的形成；

　　

　　3、半导电缓冲阻水层吸湿性强认识不足：原材料制造、包装、运输、原材料使用过程和安装等环节中没有充分认识半导电缓冲阻水带吸潮强的特点，缓冲带吸潮是加速白色粉末形成的主要原因。

　　

　　本文章就半导电缓冲阻水层防潮措施进行一些探讨

　　

　　为什么半导电缓冲阻水带会吸潮？

　　

　　高压电缆用半导电阻水带中含有阻水粉，其制备方法是将一定配比量的单体ＣＭ和交联剂加入到丙烯酸钠中溶解，即生成聚丙烯酸，通过加入氢氧化钠调节反应液pH至6～9，其化学反应方程式如下：

　　

　　得到的聚合溶液和配比量的引发剂的水溶液，加入到不锈钢聚合器中，搅拌混合加热升温至８０℃，聚合得到的蜂窝发泡树脂，以剪切机切碎于８０℃下烘干、过１００目筛得到白色粉末状的聚丙烯酸钠。所以阻水粉的主要化学成分是低交联型聚丙烯酸钠盐，它能吸收比自身重几百或上千倍的去离子水，吸水后即成凝胶状，即使加压也很难挤出水来，有极强的吸水性能。

　　

　　因此半导电缓冲阻水带极易吸潮的原因是其内部含有聚丙烯酸钠“吸水剂”。

　　

　　半导电缓冲阻水带吸潮后带来的危害是什么？

　　

　　半导电缓冲阻水带吸潮后在与铝护套接触的地方容易形成白色粉末，故障案例如下：

　　

　　运行几年后的故障电缆：

　　

　　半导电缓冲阻水带吸潮后未运行型式试验后样品解剖情况：

　　

　　高压电缆半导电阻水带上的阻水粉吸水后，阻水粉会形成游离的OH-离子，在铝护套的波谷内侧与缓冲层接触，铝是两性金属，即既能与酸反应，也能与碱反应。因此铝护套与缓冲层接触处的OH-会与铝反应，如果有电场作用下，OH-会更容易汇集到铝套与缓冲带接触的位置，铝与碱（OH-）发生反应：

　　

　　反应生成的偏铝酸钠极易溶于水，且吸收空气中的CO2发生如下反应：

　　

　　CO2过量时：

　　

　　CO2少量时：

　　

　　氢氧化铝能继续反应生成氧化铝：

　　

　　生成白色晶体，Al3O3此种情况下铝护套中铝元素就转移到缓冲层上形成白色粉末。

　　

　　另外在有电场作用下，也有可能发生电化学腐蚀，电化学反应通常在直流电情况下较易产生，但在交流电情况下也能发生电解。

　　

　　铝在泄漏电流的作用下发生电化学腐蚀，在碱性条件下，交流电正半周时的阳极反应是：，

　　

　　交流电负半周时的阴极反应是，

　　

　　电解池的总反应是

　　

　　氢氧化铝能继续反应生成氧化铝：

　　

　　另外，当半导电阻水带吸潮后，阻水粉会形成游离的OH-离子和Na+离子，当OH—离子吸收了空气中CO2，可能会有如下反应方程式：

　　

　　CO2少量时：

　　

　　CO2过量时：

　　

　　Na2CO3和NaHCO3是白色粉末晶体，属于无机盐类物质，因此白色粉末中的钠是以碳酸钠或碳酸氢钠的形式存在。

　　

　　因此，白色粉末中的主要成分是AL2O3、Na2CO3、NaHCO3,这三种物质晶体的电阻显绝缘特性，不利于泄漏电缆的传导，甚至可能产生热量，引起温升导致电缆的击穿。

　　

　　如何防止半导电缓冲阻水层吸潮？

　　

　　为了防止半导电缓冲阻水带吸潮，应考虑各个环节的防潮措施，才能保证投运以后的高压电缆缓冲层是“干燥的”。

　　

　　半导电缓冲阻水带生产、包装、运输环节：

　　

　　1）阻水缓冲带在生产过程中，注意阻水粉的吸潮问题，应规定防吸潮的工艺流程；

　　

　　2）阻水缓冲带的包装应考虑防吸潮的措施，最好采用真空包装措施，以便电缆生产企业在使用过程中，用肉眼就能识别防潮措施是否有效；

　　

　　3）阻水缓冲带的运输过程中，一定要采取措施防止防潮措施的损坏。

　　

　　半导电缓冲阻水带使用环节：

　　

　　现在绝大数高压电缆制造企业往往半导电缓冲阻水层绕包结束后，放置在车间里数小时甚至数天，再进行下道工序，这样做就表明原材料供应商防潮措施都是徒劳的，特别是长江以南地区的高压电缆制造企业要注意，湿度大缓冲组水层吸潮的几率更大，高压电缆故障调查也验证了这种情况。

　　

　　因此研究和改进高压电缆生产过程中减少半导电缓冲阻水层不吸收潮气或少吸收潮气的生产工艺是当务之急，我国幅员辽阔，高压电缆制造企业分布在全国各地，每个地区的湿度状况不一样，同一个地区在不同的季节其湿度状况也不一样，因此每个电缆制造企业应研究你所在地区半导电缓冲阻水带打开包装后暴露在空气中允许的时间，作为生产工艺的严格要求去执行。

　　

　　为了确保缓冲阻水层在绕包过程中不吸潮，建议开展以下二种可能的工艺或装备的改进工作：

　　

　　第一种：在缓冲阻水层绕包结束后立刻缠绕类似于保鲜膜类的薄膜层，隔绝缓冲阻水层与空气的接触，当进行下道工序时再退除隔绝薄膜；

　　

　　第二种：金属层制作（金属氩弧焊或连续挤出）设备的改造，把缓冲层绕包工序与金属层制作工序同步，绕完缓冲层后立刻进行金属层制作工序，这样保证缓冲层绕包结束后就被金属层包裹，隔绝与空气的接触。

　　

　　控制缓冲层绕包过程中潮气吸入非常重要，只有企业注重产品质量，才会考虑和注重此工艺的实施。错过了此工艺的控制，只有等到产品发生故障时才知道当初生产工艺控制不到位造成的后果，今后有可能在产品监造或“互联网+产品质量控制”工作过程中，把控制缓冲层潮气吸入作为质量控制点来实施。

　　

　　另外，建议制造企业注意电缆端头的密封问题，如果长期存放在车间的半成品也应考虑端头的密封问题，而不是出厂的时候在密封。

　　

　　高压电缆安装环节缓冲层潮气的吸入：

　　

　　现在高压电缆现场安装的环境条件越来越不重视，也是高压电缆端部潮气吸入的途径之一。电缆附件安装时，电缆分断与端部密封工作要同步，特别是南方地区，空气湿度比较大时更应注意。

　　

　　总之，阻水型半导电缓冲带是极易吸潮的材料，从原材料生产到电缆敷设安装结束的各个环节都要考虑防潮问题。