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ADSS光缆耐电痕护套料的研究

摘要 本文描述了 ADSS光缆护套料耐电痕性的原理,通过几种不同耐电痕护套科的物理、工艺及耐电痕性能的比较研究,选择出了性能优良的ADSS光缆用耐电痕护套科。
 
1 前言
 
ADSS光缆是近几年才开发出来的新的光缆产品,由于它沿用已有的电力线路,充分利用其杆塔资源,节约了大量资金,因而倍受电力部门的青睐。虽然由于芳纶的价格昂贵而引起 ADSS光缆价格偏高,但需求量仍然是有增无减。 ADSS光缆架设在高压输电线的强大电场环境中,光缆与高压相线及光缆与地之间的电容耦合会在光缆的表面产生不同的电位,电位差会在潮湿污秽的光缆的表面引起漏电流,漏电流所产生的热量使光缆表面部分潮湿地区蒸干,因漏电流在蒸干区的瞬间中断从而产生飞孤和强大的热量,逐渐积累的热量足以灼伤光缆的表面,形成象树枝状的痕迹,这就是所院的 ADSS光缆护套表面产生的电痕。 电痕的产生依赖于三个条件,缺一不可,它们是电场、潮气(水)和污秽的表面,真正引起护套损伤的主要是电弧产生的热量,而且这还是一个较为慢长的过程。针对这的件及原因,工程技术人员在解决 ADSS光缆的抗电痕性方面采取了各种各样的措施。在杆塔前后两侧各50m的长度上把一根半导电棒固定在已架设的ADSS光缆上来控制电场的分布,消灭飞弧,并且已在400kV的输电线路上进行了实验。这种方法控制了杆塔周围,耐张或是挂金县附近的电场,当然这些部位均是最易产生电痕的地方,但对于大跨距的两杆塔中间部位的ADSS光缆表面的电场控制作用则较小,随着时间的推移这些地方也会产生电痕,发生护套破损。在国外还有人使用半导电的芳纶和护套来均匀ADSS光缆表面的电场,消除电痕的产生。当然光缆的接地也是至关重要的。目前国内外研究和使用较多的还是ADSS光缆用的特殊的护套料,这种护套料应具有较强的耐电痕的能力。
 
2 耐电痕护套料抗电痕原理
 
由于用普通的聚乙烯护套料生产的ADSS光缆只能用于 12kV以下的电场下,而对于高于 12kV的电场下的ADSS光缆其护套必须采用特殊的耐电痕材料,其耐电痕的原理主要表现在以下几个方面。
(1)采用非极性的聚合物材料基料,如聚乙烯(PE),而不能使用极性较强的聚氯 乙烯(PVC),这也是普通的聚乙烯护套料可以用于12kV以下的电场中的原因。
(2)降低护会料内的碳黑的含量(一般低于2.6%),同时添加其它同类的抗紫外 线添加剂,做到既能保证护套的耐环境应力开裂及抗紫外线老化的能力,又能提高护套的绝缘性能和抗电痕化的能力,但是由于光缆长期架设在户外,导电尘埃易附着其表面,而使护套表面的绝缘性能和抗电痕性能会受到影响。
(3)在护套料内添加三水合氧化铝(ATH),电弧产生的热量会使ATH分解放出水 蒸气,水蒸气带走了热量使护套表面温度降低而导致电痕化的中止,但ATH添加的份数也是有限的,添加过多会降低护套的机械性能。
(4)采用XLPE来提高护套的耐温等级从而达到抗电痕的目的,这在架空绝缘线和 热收缩电力电缆终端上已有使用,但因其工艺较复杂而目前在光缆上还很少采用。
(5)在非极性的聚合物基料内通过添加特殊的抗电痕的添加剂,使护套料具有较弱的极性来均匀表面的电场,从而提高护套的抗电痕性,当然极性强弱的控制至关重要,若太强反而耐电痕性更等,若太弱它与普通聚已烯性能接近,耐电痕性能则无明显提高。
 
3 耐电痕护套料的物理、工艺等性能比较
 
护套料A及护套料B均是采用降低碳黑的含量,提高材料的绝缘性能未达到抗电痕的目的。这两种材料均不用专门的干燥就可以获得较光滑的护喜表面,而且由于其密度小,因此还可以获得较小的缆自重,同时也可以节约资金。护套料A采用的是高密度聚乙烯基料,虽然其硬度较中低密度聚乙烯要高,但是它加工时挤塑温度要求较高,一般要在25℃左右,护套内应力较容易集中,因此要采用梯度冷却的方法来消除应力,但提高冷却水槽的水温有可能因形成气泡带来护套表面产生凹凸不平的缺陷。护套料B采用的基料为中密度聚乙烯,加工时挤塑温度范围较宽,可适合于较低温度(200℃左右)挤塑,工艺较容易控制。 护套料C是采用中密度聚乙烯为基材,通过添加特殊的抗电痕添加剂来均匀护会表面的电场而达到抗电痕的目的。该添加剂会使护会料具有一定的极性,这种特性可以从其体积电阻率上得到反映,可知它的体积电阻率比护套料A及护会料B要低2-3个数量级左右。它的加工温度范围较窄,如加工温度太高这种添加剂的抗电痕性会失效,如加工温度太低(小于 200℃)会因塑化不好而产生应力开裂。另由于这种护套料带有极性因而吸潮量也大大提高,它的吸潮量是普通聚乙烯的数倍,因此在挤塑前一定要充分干燥,而且挤塑时剪切力不要太大,否则护套表面会不光,同时还产生气孔及针眼等护层缺陷,直接影响ADSS光缆护套的耐电痕性能,所以这种护套料在生产过程中工艺的控制要比前两种护套料具有一定的难度。
 
4 护套料耐电痕性试验的比较分析
 
对于上述三种耐电痕的护会料我们采用 IEEE《用于架空电力线路的无金属自承式光缆(ADSS)》(1995)标准规定的试验方法,在盐雾试验室采取加载(光缆年运行中实际负载的90%)加压( 4kV/100mm)的方式分别进行了耐电痕性能的试验,试验结果显示这三种耐电痕护会料表面被电蚀的深度均没有超过原护套厚度的50%,均满足标准的要求。 但是这几种护会料到底哪个耐电痕性能更好一些呢?我们根据国标GB6553-86《评定在严酷环境条件下使用的电气绝缘材料耐漏电起痕性和耐电蚀损的试验方法》采用方法2 (逐级升压漏电起痕);终点判断法B对这三种耐电痕护套科分别进行加压试验,加压的同时调节相应的污液流速及回路串联的电阻(污液电阻为398Ω),以确定试品耐漏电起痕电压等级。试品形状分为两种:一种是模压的尺寸为120mm×50mm×5mm的试片,另一种是长约200mm,直径为14mm左右挤制了该护套料的光缆。
 
5 总结
 
通过大量的试验研究和比较,我们最终确定优势护套料C用做我公司ADSS光缆的耐电痕护套,虽然它加工难度较其它两种大,价格也较它们高,但是为了提供最优质的产品给用户,我们还是坚持通过严格的工艺控制来实现这一点。因为我们坚信只有最优质的材料才能生产出品质最优的光缆。由于耐电痕护套料的价格是普通聚乙烯的2-3倍,为了避免资源的浪费,不能只是简单地以电力线路的电压值来决定是否采用耐电痕护套料,一定要根据线路的电压及光缆实际悬挂点的位置通过电场计算来决定。
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