抗水树电缆料应用现状

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【摘　要】抗水树电缆料的应用可以使得电缆能够在恶劣的环境下获得更长的使用寿命，从而大大减缓了由于电缆频繁更换而导致的经济和环境问题。本文介绍了水树产生及其对电缆的危害，同时对全球应用抗水树电缆料的情况进行了综述。

【关键词】交联聚乙烯;抗水树交聚乙烯;电缆料;水树

0.引言

XLPE自五十年代问世以来,因其性能卓越、制造工艺简单、维修容易等优点，在输配电系统中得到了广泛应用。在20世纪70年代开始大规模使用XLPE时，人们普遍认为XLPE绝缘电缆能够长时间的使用，同时电性能保持在良好的水平。但在上世纪70年代后期，XLPE和其他聚合物一样，在电缆运行中，有降解现象产生，称为“水树化”。随着对XLPE水树现象研究的进一步深入，人们发现水树是引起XLPE电缆老化击穿从而降低使用寿命的重要原因。近十年的研究和运行经验表明：聚乙烯绝缘层的破坏原因，主要是树枝化，从而降低了电缆的使用寿命。

抗水树电缆料的机理是在XLPE中加入水树抑制剂或通过改性聚合物达到减少或消除水树的目的。经过抗水树处理的电缆其使用寿命比传统电缆有了大幅度的提高，平均寿命可达40年。抗水树电缆料已经在国外得到了大量的应用，在西方发达国家，抗水树电缆料已经基本替代了传统的XLPE电缆料。本文将对水树在电缆料中形成的特点进行讨论，并着重研究抗水树电缆料的应用现状。

1.水树的相关概念

1.1水树的含义和形成

关于电缆料中的水树，国外许多研究机构已经进行了大量的描述，一般认为，水树是聚合物的一种降解结构，它是电缆绝缘层在交流电场、湿气、时间和离子等各种因素综合作用下的结果，因其呈树枝状，故称其为水树。

水树生长在绝缘料的电场应力点，应力点处在绝缘料有微孔、污染物、或粗糙处的地方。在污染物的微孔处，水树在应力点（核）的对面，最终形成了像蝴蝶结形状的水树，称之为蝴蝶结水树。在界面中引发，以灌木的形状往一个方向生长的水树被称为通风型水树。上述两种水树，根据它们对许多抗水剂的不同反应来看，其引发机理和生长机理是不一样的。

1.2水树的特征

相对于电树枝和化学树枝而言，水树枝的产生有以下特点：（a）水的存在是水树枝产生的前提；（b）相对于产生电树而言, 产生水树枝所需的电场很低（c）水树增长缓慢，有水树枝的电缆绝缘仍有一定耐电強度, 电缆不会马上击穿。（d）水树枝在达到一定尺寸会转化为电树枝，最终导致电缆击穿。

2.全球抗水树电缆料技术及市场情况

目前国际上主要有两种不同的方法来解决水树问题，一种是通过在XLPE电缆料中加入特殊添加剂抑制水树的产生。另一种是用接枝或共聚方法添加剂来提高电缆的抗水树性能, 这类电缆料称为TR-XLPE。其中TR-XLPE的设计和制造主要原理有两种, －是在XLPE中加入极性物质, 吸附渗透进绝缘的水分子, 使水分子在电场作用下不发生迁移、积聚形成微滴；二是加入可与水分作用产生无害物质的添加剂。

2.1北美地区

北美地区从1983年开始使用抗水树电缆，到1987年只用了4年时间，抗水树XLPE中压电缆的使用量已经占到中压电缆一半的比例，到2000年已经全部使用抗水树电缆。

这种TR-XLPE在1983年北美地区投入使用并保证了23年的可靠稳定运行以后，已经成为北美地区地下电力输送电缆的主要绝缘材料。

2.2欧洲地区

北美地区使用的抗水树技术在二十世纪八十年代以后引入欧洲，长期老化试验表明北美的TR-XLPE技术在某些性能方面超过了欧洲原有的Copolymer XLPE共聚技术，逐渐占据了欧洲市场的主导地位。

最近，意大利已经用抗水树电缆完全替代了EPR橡胶电缆，其他几个东欧国家也已经认识到使用抗水树电缆料对于电缆长期稳定运行的重要性，开始制定相关的标准来推动抗水树电缆料在该地区的使用。

2.3中国

在中国抗水树中压电缆还未普及，但是需求已经形成，在秦山核电站、青岛海底电缆等大型项目中已经开始使用。但由于目前抗水树中压电缆使用较少，有关的使用标准仍然是参考国外相关标准。

国内对抗水树电缆料的研究从上个世纪80年代就已经开始了，但是一直停留在试验阶段，由于市场及技术等多方面的原因，一直没有进入产业化阶段。随着国内有关电力部门的重视，抗水树电缆料的应用已经提到了议事日程上，国内厂家和相关研究机构加快了研制抗水树电缆料的步伐。

浙江万马高分子材料有限公司于2006年建立了抗水树电缆料研究实验室，专门成立研究小组着手进行抗水树电缆料的开发，推动抗水树电缆料在国内的产业化，目前已经取得了阶段性的成果。根据美国ASTM D6097－01a标准，对抗水树电缆料进行周期为30天的高频高压试验，取得了良好的效果。研究小组还对绝缘层和半导体屏蔽料之间引发的通风型水树进行了针对半导体屏蔽料的抗水树性能研究，并取得了良好的效果。

3.结束语

了解抗水树电缆料在国内外的应用、发展情况对于我国推进抗水树电缆料产业化发展具有重要意义，随着人们对电缆水树危害性认识的进一步加强，抗水树电缆材料在电缆中的应用将会越来越被电力部门所接受。　[科]

【参考文献】

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