防水電纜材料

為（wéi）了防止電纜受潮，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（dòng）阻水和被動阻水。
主動阻水是利用主動阻水材料（liào）的吸水（shuǐ）膨脹（zhàng）性，在護層破損或接頭（tóu）損壞時（shí），阻水材料迅速（sù）吸水分（fèn）（氣）膨脹，阻斷水流入電纜（lǎn）的（de）通（tōng）道（dào），使水分（氣）被限製在很小的一段範圍內，該類（lèi）阻水材（cái）料包括吸水膨（péng）脹油（yóu）膏、阻水帶、阻水粉、阻水紗、阻水繩等。
被動（dòng）阻水是利用被動阻水材料的疏水性，在護層破（pò）損點處直接將水分（氣）阻住，不讓（ràng）其進入電纜（lǎn）內，被（bèi）動（dòng）阻水材料包括石油填充膏、熱（rè）熔膠、熱膨脹油（yóu）膏等；

1. 被動阻水材料

向電纜中填充被動阻水材料石油（yóu）膏，是早期的電力（lì）電纜阻水的主要措施。
這種方法能直接把水分阻（zǔ）止在電纜的外麵，有較好的阻水效果，但是填充石油膏有如下的缺點：

（1）大大增加（jiā）了電纜的重量；

（2）電纜填充石油膏（gāo）以後造成電纜纜芯導電性能下降；

（3）石油膏對電纜接頭汙染嚴重且清洗困難（nán），造成電纜接（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（tián）充工藝（yì）不容易控（kòng）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，形成一個實（shí）心整體，以實現阻水效果。
但電纜經受了反複曲繞後（hòu），電纜的（de）芯線間及屏蔽層（céng）內外表麵就會發生相對位移，產生（shēng）微（wēi）小（xiǎo）縫隙。

目前，阻水電纜已經基本不采用被動阻水材料，而（ér）是采用阻水性能更加優良的主動阻水材（cái）料。

2.主（zhǔ）動（dòng）阻水材料

鑒於被動阻水材料（liào）的種種缺陷，工程上逐漸開發（fā）出*吸水膨（péng）脹的主（zhǔ）動阻水材料。
主動阻水材料的基本特點是（shì）強吸水性和高膨脹率，它能夠強力吸水、迅速膨（péng）脹，形成凝膠（jiāo）狀物質（zhì）阻斷滲水通道，從而保障（zhàng）電纜絕緣安全。

*吸水膨脹的主動阻水材料是吸水能力特別強的物質，它的吸水量為自身的幾十倍乃至幾千倍。
日本的昭（zhāo）和電工、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成*吸水劑，吸水能力達800~1000 g/g，美國UCC公司用放射線處理交聯了各種氧化烯烴聚合物，合成了非（fēi）離子型*吸水材料，其吸水能力為自身的2000倍[7]。
目前*吸水材料發展（zhǎn）極快、種類繁多，就其原料來源可分為澱粉（fěn）係、纖維素係、合成聚合（hé）物係；製品（pǐn）形態有粉末狀、纖維狀和薄膜狀。

目前電纜中采（cǎi）用的主動阻水材料主要是阻水帶、阻水粉、阻水繩以及阻水紗。
相對於石油膏，這些（xiē）主動阻水材料吸水強度大、膨脹率高，能夠迅（xùn）速阻斷滲水通道。
另外，主動阻水材（cái）料重量輕、清潔，便於敷設和接頭。
但主（zhǔ）動阻水材料存在一定的缺點，比如：阻水粉附粉困難；采用阻水帶（dài）、阻水紗（shā）時會造成電纜外徑增大，散熱困難，從（cóng）而加（jiā）快電纜熱老化和限製電纜（lǎn）的傳輸容（róng）量等；而且（qiě）主動阻（zǔ）水材料的價格一般都比較貴。

主動阻水材（cái）料和被動阻水材料各有其優缺點，但（dàn）總的來（lái）說，主動阻水材料的綜合性能更（gèng）加優越（yuè）。
因此，目前（qián）電纜阻水采（cǎi）用（yòng）的阻水材料基本都是主動阻（zǔ）水材料。

3 阻水機理分析

電纜滲水途徑通（tōng）常有如下兩種：①沿著電纜徑向（或徑向）透過護套滲水；②沿（yán）著電（diàn）纜導體和纜芯間隙縱（zòng）向（或軸向）滲水。
因此要想實現電纜阻水也可以從兩個方麵（miàn）著手，徑向阻水和縱向阻水。

3.1徑向阻水

徑向阻水一般可在結構上（shàng）采用（yòng）：①聚乙烯外護套；②鉛、鋁（lǚ）、銅或不鏽鋼金屬套；③鉛塑、鋁塑複合縱包層。

盡管聚（jù）乙烯（xī）不溶於水，也具有阻水性能，但是（shì）不能采用單一的聚乙烯護套進行阻水。
因為采（cǎi）用絕緣聚乙烯（或聚氯乙烯）護套的通信電纜長期實踐（jiàn）運行經驗已經證實，塑料護套通（tōng）信電纜在地下敷設時，盡管護套完好，水分或水氣仍然會通過塑料護套滲（shèn）入到電纜的纜芯中，造成電纜傳輸性能的惡化[1]。
所以單獨使（shǐ）用聚（jù）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（hé）裏麵的鉛、鋁、不鏽（xiù）鋼金（jīn）屬護套或鉛塑、鋁塑複（fù）合縱包層（céng）共同進行（háng）徑向（xiàng）阻水。

中壓電纜徑向阻水通常（cháng）采用鋁塑複合綜合護層，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）水機理為：當擠包聚乙烯護套時，由於聚乙烯融體高溫和壓力的作用，鋁塑複合帶表麵的聚乙烯薄膜與（yǔ）聚乙烯護套（tào）的內表麵得以很好地粘結；同時鋁塑複合帶縱包之間的搭蓋也獲得良好的粘結。
從而*堵塞了水分（fèn）（氣）滲入電（diàn）纜（lǎn）的途徑，達到良好的阻水效果。
但（dàn）是該阻水方式的缺點是熔接可靠性較差，且無法準確檢測聚乙烯薄膜的熔接（jiē）及損壞的程度。

高（gāo）壓電纜則采用（yòng）具有*的密（mì）閉性的密封金屬套，使電纜（lǎn）達到（dào）*的徑向阻水。
金屬套種類很（hěn）多，主要（yào）有熱擠壓的鋁或鉛（qiān）套、冷拔的金屬套，以及縱包氬弧焊並軋紋的皺（zhòu）紋（wén）鋁或（huò）不鏽鋼套。
目前采（cǎi）用較多的是縱包（bāo）氬弧焊並軋紋的皺紋鋁套和熱擠壓並軋紋的皺紋鋁套。
在金屬套外通常還要擠包聚（jù）乙烯或（huò）聚氯乙烯外護套。
應（yīng）該說，聚乙烯的阻水性能（néng）優於聚氯乙烯，但采用金屬套後也可采（cǎi）用聚氯（lǜ）乙烯，這並不影響電（diàn）纜徑（jìng）向（xiàng）阻水特性[1]。

3.2 縱向阻水（shuǐ）

在工程實際中，縱向（xiàng）阻水相對徑向阻水（shuǐ）實現起來複雜。
縱向阻水（shuǐ）也采用過很多種方法，例如（rú）將導體改為緊壓結構並逐步提高導體的緊（jǐn）壓（yā）係數。
但緊壓結構的阻水效果並不明顯，因為緊壓結構導體中（zhōng）還會存在空隙，水分在虹吸作用下依然會沿導（dǎo）體擴（kuò）散，同時過分提高導（dǎo）體緊壓係數會破壞（huài）導體中單線的金屬結晶結構，導致導體變硬、電阻（zǔ）增加。
要實現真正的縱向阻水必須在絞合導電線芯的空隙中填入阻水材料（liào）。
可以（yǐ）通過（guò）下麵兩個層次措施和結構（gòu）來實現電纜縱向阻水（shuǐ）[1]。

（1）采用阻水型導體。
在絞合緊壓導體時添加阻（zǔ）水繩、阻水粉、阻水紗或繞包阻水（shuǐ）帶。

（2）采用（yòng）阻水型的纜芯。
在纜（lǎn）芯成纜工藝中，填充阻水紗、繩及繞包半導電阻水帶或絕緣阻水帶。

它們的阻水機理是：如果在外力作用下發生（shēng）電纜接頭損傷或（huò）護（hù）套破損，水分或潮氣就會沿著電纜（lǎn）的（de）導電線芯和纜芯縱向滲（shèn）入。
這些（xiē）水分和潮氣（qì）會被含（hán）有吸水膨脹粉末的（de）阻水帶、阻水紗（shā）或（huò）阻水帶吸收，這些阻水材料吸水後迅速膨脹形成凝膠狀物質，阻塞滲水通（tōng）道（dào），終（zhōng）止（zhǐ）水分和（hé）潮氣的進一步擴散和延伸，使電纜損失的（de）損失降到最小。

由阻水導體構成阻水型（xíng）纜芯基本不存在什麽技術難題。
對於多芯電纜來說，由於各阻水導體（tǐ）之間的空隙比較大，所以一般在各阻水導體之間填（tián）充阻水繩、紗等絞合成纜，然後（hòu）再在纜（lǎn）芯的表麵繞包膨脹（zhàng）阻水帶構成阻水型纜（lǎn）芯；對於單芯導體（tǐ），可以在阻水導體表麵纏繞阻水帶構成阻（zǔ）水（shuǐ）纜（lǎn）芯。

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

目前（qián）縱向阻水的難題在於阻水型導體，如（rú）何在各導線之間填（tián）充阻水物質和填充什麽樣（yàng）的阻水物質一（yī）直是研究（jiū）的熱點問（wèn）題。

4 阻水電纜結構分析

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

4.1 XLPE電纜的徑向阻水結構

一般XLPE電纜的（de）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（wài）護套。
具有徑向阻水功能的XLPE電（diàn）纜結構由內向外依次為：阻水型導（dǎo）體；導體屏蔽；XLPE絕緣；絕緣屏蔽；內半導電阻（zǔ）水（shuǐ）膨脹帶（dài）；金屬屏（píng）蔽層；外半導電（diàn）阻水膨脹帶；縱包鋁塑層；聚乙烯外護套。
圖（tú）1為根據文獻和總結出的（de）幾種典型的徑向（xiàng）阻水電纜結構。

圖1A是一種典型（xíng）的單芯徑向（xiàng）阻水（shuǐ）結構示意。
與一般的XLPE電纜相比，防水型XLPE電纜的加工工藝較為複雜，需要在生產線上增加（jiā）繞包（bāo）阻水帶和縱（zòng）包鋁塑的專（zhuān）門（mén）設備。
理（lǐ）論上講鋁（lǚ）塑複合帶的水密性（xìng）非常（cháng）好，隻（zhī）要複合帶的接縫處*粘接密封，水分幾（jǐ）乎無法透過。
縱（zòng）包鋁塑複合帶的（de）關鍵工（gōng）藝有兩方麵：①縱包工藝，縱包時要做到緊且圓整，消除縱包處的“荷葉邊（biān）"（即複合帶邊緣的縱包彎曲）；②粘接工藝，應保證複（fù）合帶（dài）與聚乙烯內護套及（jí）其複合帶搭縫（féng）處粘接完善。

圖1B是高壓徑向阻水（shuǐ）結構的示意圖，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（zhè）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（lǎn）徑向阻水結構圖[8]，三芯XLPE徑向阻水電纜也可以如（rú）圖1D所示結構[9]，把金屬屏（píng）蔽層改成無縫（féng）金屬套，這樣電纜的徑向阻水結構就得到了簡化，且阻水的持久性（xìng）好。
由於電纜芯外采用的（de）是常規電（diàn）纜結構，對電纜（lǎn）散熱影響小，有利於確保電纜的使（shǐ）用壽命，保持電纜輸送功率基本不降（jiàng）低，較圖1C所示外阻（zǔ）水（shuǐ）層結構可以提高傳輸功率（lǜ）10%左（zuǒ）右（yòu）[9]；其次，內阻水結構即使電纜外護層損傷也（yě）不會影響電纜的阻水效果。
對於三芯電纜（lǎn）也可以（yǐ）采用圖1A所示的三根單芯阻水電纜膠（jiāo）合形成，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（shí）電纜的散熱好載（zǎi）流量也增大許多，是一種理想的的低成本三芯阻（zǔ）水電纜[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（shì）在XLPE電纜纜芯（xīn）處填充阻水（shuǐ）材料（liào）防止水分通過（guò）纜芯在電纜中擴（kuò）散。
前麵論及（jí）的電纜縱向阻水可以通過兩（liǎng）個層次的措（cuò）施來實現，一是采用阻水型導（dǎo）體，二（èr）是采用阻水型纜芯。
目前縱向（xiàng）阻水的難題在於阻水型導體，如何（hé）在各導線之間填充阻水物質（zhì）和填充什麽樣的阻水物質是當前研究的熱點。
下麵就國（guó）內已有的技術進行分析。

如圖2A，在絞合導體的部分層（céng）間繞包或縱包半導電阻水帶[11]，再通過導體正常圓形（xíng）緊壓，使導體層間不存在間隙，以達到導體間的連（lián）接和導體的縱向阻水。
這種阻水（shuǐ）結構具有良好的阻水性能、安全可靠（kào）、壽命長、易於（yú）實現、可利用現有設備生產、成本較低。
但這種結（jié）構使導體的外徑增大、散熱困難，還會出現電纜的電性能不穩定（dìng）情況。

圖2B的阻水（shuǐ）導體結構為，在絞合導體之間全部用阻水（shuǐ）粉填（tián）充。
這種（zhǒng）結構不增加導體的外徑（jìng），不改（gǎi）變電纜的其他結構，但是存在一個技術（shù）難題（tí）就是（shì）阻水粉附粉困難和難以均（jun1）勻附（fù）粉。
根（gēn）據（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術使導體附粉，較好地解決了阻水粉附粉困難和難以均（jun1）勻附粉等技術難題。
因為填充阻（zǔ）水粉不增粗電纜的（de）外徑（jìng），不改變（biàn）電纜的尺（chǐ）寸，且阻水（shuǐ）粉填充的工藝問題得到解決，所以目前阻水粉填充的阻水導體（tǐ）結構相對較好（hǎo）。

上麵（miàn）介紹的幾種阻（zǔ）水結構都是針對纜芯單絲直徑（jìng）（1.5-4mm）較（jiào）粗的硬導體設計（jì）的，一般（bān）適用（yòng）於固定（dìng）敷設電纜，對於移動場合使用的絕緣軟電纜（lǎn），其（qí）導體單絲直徑（0.25-0繞包機.5mm）細小，阻水粉、阻水紗填充困難，上述阻水結構不適用。
對於（yú）細軟單絲可以在細軟單絲表麵塗覆阻水粘結劑層[13]；或者在單絲上塗（tú）抹粘合劑，然後再（zài）粘附阻水粉，構造阻水導體，以達到阻（zǔ）水效果[14]。

圖2A  阻水帶（dài）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（tǐ）                   B 阻（zǔ）水帶阻水導體

圖（tú）3 中壓全（quán）阻水電（diàn）纜結構示意圖

圖3為兩種單芯全阻水XLPE電纜結構示意圖，一（yī）種為全阻水粉填（tián）充，一種為阻水帶填（tián）充。
三芯電纜也（yě）是這種結構，隻是纜芯由三芯改成單芯而已。
在工程（chéng）實際中也可以根據實際情況（kuàng）對電纜結構進行（háng）適當的改動，但結構改動後的電纜必須要符合國家相關標準。

5 結論

（1） 水分浸入聚烯（xī）烴電纜會極大的縮短電纜的使用壽命，XLPE電力電（diàn）纜防水抗潮問題引起業內人（rén）士的極大關注。
XLPE電纜（lǎn）的全防水，包括徑向阻水和縱向阻水兩種阻水結（jié）構。
同時，可能還需從材料（liào）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（jì）術主要采用在絕緣屏（píng）蔽和金屬屏蔽層外麵繞包（bāo）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（yā）電纜一般使用鋁塑複合帶，高壓電纜則采用鉛（qiān）、鋁、不鏽鋼（gāng）的（de）金屬密封套（tào）。

（3） 縱向阻水主（zhǔ）要采用在導線之間和纜芯屏蔽（bì）區添加阻水性（xìng）物質，阻斷水分在纜芯（xīn）中（zhōng）的（de）擴散通道。
從目前的技術發展來看，縱向阻（zǔ）水用阻水粉填充相對較好。

（4） 實現電（diàn）纜防水必然會影響電纜的（de）散熱、導電性能（néng），要根據工程實際需要，選擇或設計合適的阻水電纜（lǎn）結構。