海底电力电缆径向挡水层.pdf
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1、2013 年第 3 期 No 32013 电 线 电 缆 Electric Wire Cable 2013 年 6 月 Jun, 2013 海底电力电缆径向挡水层 王国忠 1, 游靖华2 ( 1 江苏通光强能输电线科技有限公司, 江苏 海门 226100; 2 乐星红旗电缆( 湖北) 有限公司, 湖北 宜昌 443004) 摘要: 海底电力电缆常用的径向挡水层有聚合物护套、 综合护层、 金属套等。对于设计寿命不长的水下或海底 挤包固体绝缘电力电缆, 径向挡水层可使用聚合物护套, 在多种聚合物材料中, 应优先采用高密度聚乙烯; 一 般中压海底电力电缆可以使用综合护层结构作为径向挡水层; 高压或超
2、高压海底电力电缆宜以金属套结构 作为径向挡水层, 金属套应做防腐处理。文中给出了一些应用实例, 并对几种类型的径向挡水层进行了性能 比较。 关键词: 海底电力电缆;径向挡水层;高聚物护套;综合护层;金属套;性能比较 中图分类号: TM247 9文献标识码: A 文章编号: 1672- 6901( 2013) 03- 0009- 04 The Radial Water Barrier of a Submarine Power Cable WANG Guo- zhong1,YOU Jing- hua2 ( 1 Jiangsu Tongguang Qiangneng Transmission Lin
3、e Technology Co,Ltd,Haimen 226100, China; 2 LS Hongqi Cable System,Yichang 443004,China) Abstract:Normally,the radial water barrier of a submarine power cable may be made of polymer sheath,laminated metal- polyethylene sheath, or metal sheath The radial water barrier of polymer sheath can be used in
4、 the extruded in- sulation underwater or submarine power cable designed for short- term service HDPE is selected to use for the radial water barrier prior to other polymer materials The laminated metal- polyethylene sheath can be used in a general me- dium voltage submarine power cable The metal she
5、ath can be used in a high or extra- high voltage submarine power cable and has to be protected from corrosion The paper gives some application examples and compares the perform- ances of several types of radial water barrier Key words:submarine power cable;radial water barrier;polymer sheath;laminat
6、ed metal- polyethylene sheath; metal sheath;performance comparison 收稿日期: 2012- 09- 28 作者简介: 王国忠( 1962 ) , 男, 高级工程师 作者地址: 江苏海门市大生路 3966 号 226100 0引言 海底电缆采用纵向阻水和径向阻水设计。为避 免在海底电缆受到机械损伤后,海水从损伤部位向 电缆内部渗透过长, 给电缆抢修造成困难,电缆应采 用纵向阻水型设计。纵向阻水设计是将电缆内各层 结构间存在的间隙里填充阻水纱、 阻水粉或阻水带等 材料, 使电缆在进水时, 阻水材料遇水迅速膨胀, 阻止 水分沿电缆纵向
7、进一步扩散。同时, 海底电缆长期工 作在水下, 径向阻水功能也十分重要。径向挡水层应 设计得既实用, 又经济。海底电力电缆常用的径向挡 水层有聚合物护套、 综合护层、 金属套等。 1聚合物护套 聚合物护套, 尤其是高密度聚乙烯( HDPE) 护 套, 可作为中低压水下或海底电缆的径向阻水层。 文献 1 中指出 : “塑料护套并不是绝对防水的, 水 分能够渗透塑料。例如, 一条聚乙烯( PE) 护套纸绝 缘电缆, 在安装后的一至二年, 纸绝缘电阻下降到原 来的十分之一左右。这也说明为什么塑料护套是不 允许用作纸绝缘电缆的防水密封层。 ” 在文献 2 中 介绍, 如果没有金属套, 聚合物能够作为径
8、向阻水 层。聚合物材料不透水, 但水蒸汽能够渗透它们。 对于中压海缆, 由于电缆的电场强度不高, 能够接受 少量水蒸汽渗透过聚合物护套。最常见的电缆护套 聚合物材料 HDPE, 有相当低的水蒸汽渗透性 145 gm/( m2 d) , 在38和相对湿度为90%时 。 “由于绝缘的电气强度要求不高, 中压( 海底) 电缆 经常不采用金属套结构, 或采用更为简单的护套设 计形式。一种方式是在聚合物护套之下设置吸水 层。聚合物能起到防水作用, 但少量水分以蒸汽的 形式渗透过护套。吸水剂具有足够的吸水量, 能够 在电缆整个经济寿命期间( 或更长时间) 保持绝缘 足够干燥。 ” 文献 1 和 2 的观点
9、并不矛盾, 只是从 不同的方面说明聚合物护套的径向阻水作用。可以 得出这样的结论: 聚合物材料有一定的阻水性能, 但 水中的各类离子能够穿过护套向绝缘中渗透3 。 由于油纸绝缘对潮气十分敏感, 聚合物护套不能单 独地用作纸绝缘电缆的护套, 但可用作电气强度要 求不高的挤包固体绝缘中低压海底电力电缆的护 套, 尤其对设计寿命相对较短的海底或水下电缆, 聚 合物护套更为经济实用。虽然水中的离子能够渗透 过护套, 但遇到吸水膨胀阻水材料的作用, 固体绝缘 介质在经济寿命期间不会引发水树, 可以正常工作。 有一个这样的实例, 2005 年 9 月, 武汉天兴洲 大桥项目建设单位向笔者原所在公司采购一条
10、水下 10 kV 交联聚乙烯( XLPE) 电力电缆。在订货交谈 中, 笔者建议施工单位采用铅护套结构的电缆, 以保 证电缆在水下工作的稳定性, 但施工单位认为铅套 结构的电缆成本高, 要求使用成本低廉的电缆结构, 只要能保证其使用一年左右时间便可。于是笔者设 计了一条 10 kV 的铝芯 XLPE 绝缘 PE 内护套粗钢 丝铠装沥青聚丙烯纤维外被的电力电缆。HDPE 内 护套的标称厚度为 3. 0 mm, 比当时国家标准 GB/T 12706. 22002 要求的 2. 0 mm 较 厚, 钢 丝 采 用 4. 0 mm, 电缆的其它结构尺寸均按照国标设计。 电缆的型号规格为 YJLY41-
11、 8. 7/10 3 240。电缆当 月供货后立即安装使用, 2 年后, 笔者同施工单位联 系, 被告知该电缆仍在正常使用中。再后来联系, 施 工单位已作业结束, 这条水下电缆完成了它应有的 历史任务。 2综合护层 高聚物能起到径向防水作用, 但长期在一定的 水压下, 水分或离子对其仍具有渗透性,对工作场 强较高的电缆, 单纯采用高聚物护套并不十分妥当, 在海底电缆中添加金属挡水层就显得更为必要。金 属的阻水性是公认的, 只要金属层不破损, 即使金属 层再薄, 也能完全阻止水或离子的渗入。这样, 就出 现了综合护层结构。 综合护层由铅塑复合带、 铝塑复合带或铜塑复 合带等金属复合带粘结到外面的
12、塑料护套上构成。 通常, 复合带是和膨胀阻水的无纺带一起使用, 两者 均放在金属屏蔽的外面和( 或) 里面, 以全面保护电 缆免于潮气从径向或纵向侵入3 。阻水带是由无 纺布带和占重量为 60% 以上的阻水粉即膨胀粉组 成。无纺布带是耐高温的聚酯纤维带, 膨胀粉是一 种高吸水的聚丙烯盐树脂, 吸水量可达自重的 200 倍, 国外最高达 300 倍。金属塑料复合带是两层厚 度约 0. 05 mm 的 PE 或乙烯 醋酸乙烯共聚物 ( EVA) 、 丙烯酸酯共聚物( EMAA) 薄膜和中间一层 0. 1 0. 15 mm 的金属( 铅、 铝或铜) 带粘合在一起, 纵包到电缆上, 搭盖约 5 10
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