中高压EPR与XLPE绝缘电缆的性能比较

、　１２　天津电力技术　１９９６年第三期　中高压ＥＰＲ与ＸＬＰＥ绝缘电缆的性能比较　天津市电力公司技术中心姜龙华内容提要在…　肿孔　…　彤ＴＭ２　’ｏ　…一段时肫　行后，直埋于潮湿土壤里ＸＬＰＥ电境中的水树严重影响其运行的可靠性。ＥＰＲ电缆　以其良好的耐水树特性受到关注。本文就ＥＰＲ电缆与ＸＬＰＥ电缆的综合性能进行全　面分析，认为在中压系　特定条件下可以采用ＥＰＲ电缆，而在绝大多数情况下中　氩ＥＰ关键调中高压　电缆　Ｒ　ＸＬＰＥ对　对比·研桨　耕料　巴，已，　’土　＼　引言　由于ＰＥ是由非极性分子组成的，分子　闻作用力很小，ＰＥ大分子链在化学结构和几　何结构上都很规划、对称，这种结构上的特　点决定了ＰＥ具有以下性能：　①电气性能优异（表面电阻率　和体积　电阻率　较高，工频下介质损耗ｔＢ６和相对　在现代城市供配电系统中，中高压　）　ＬＥ电缆的使用日益普遍　中压ＸＬＰＥ电　缆附件生产和安装技术的逐步成熟完善促进　了中压ＫＬＰＥ电缆的普及应用，随之而来的　ＸＬＰＥ电缆中长期运行寿命和可靠性问题日　益引起重视，其中影响韵主要因素——水树　问题备受关注　而乙丙橡胶（ＥＰＲ）绝缘电缆　以其良好的耐水树特性引起电缆运行部门的　兴趣。本文就聚台物电缆的简要情况作一介　介电系数ｅ　较小）。这一特点使ＰＥ在电缆行　业中得到广泛应用。　②耐电晕、光热老化、氧化性能低。这　缺点可以通过添加各种抗氧荆、防老化剂　绍，并将ＥＰＲ电缆与ＸＬＰＥ电缆进行全面对　比，以分析中高压电缆的选型条件。　１聚合物电缆绝缘材料简介　聚乙烯（ＰＥ）、交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）和　乙丙橡胶（ＥＰＲ）是目前最为常用的聚合物绝　缘电缆材料　（１）聚乙烯ＰＥ　和紫外线吸收荆的方式加以解决．　③容易产生环境应力开裂　所谓环境应力开裂是指ＰＥ在某种环境　下即使所受应力比其抗张强度小得多也产生　裂纹现象。这一缺点可以通过在ＰＥ中混入　定量的聚异丁烯等对ＰＥ进行增塑来获得　解决。　聚乙烯是单体乙烯的聚合物，其分子式　④耐热性机械性能低，蠕变性大．但ＰＥ　经过交联后成为交联聚乙烯ＸＬＰＥ后，其耐　为一［一ｃＨ：－－ＣＨ：一　，根据聚合方法可分　为高压聚乙烯ＨＰＰＥ和低压聚乙烯ＬＰＰＥ。　根据密度大小可分为低密度聚乙烯ＬＤＰＥ　和高密度聚乙烯ＨＤＰＥ。电缆绝缘材料主要　采用高压、低密度高分子量聚乙烯，其分子　量约为］５０００￣４００００。　热性和机械性能大大提高，抗蠕变和抗环境　应力开裂性能也大大提高．因此电缆绝缘材　料广泛应用ＸＬＰＥ。　（２）交联聚乙烯ＸＬＰＥ　采用化学或物理方法将ＰＥ的平面链状　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９９６年第三期　天津电力技术　１３　分子变为立体空间阿状结构，即ＸＬＰＥ。ＰＥ　的交联方法主要有物理交联和化学交联两大　类。物理交联方法是用高能射线照射ＰＥ．使　国内在中高压系统中运行的主要是　ＸＬＰＥ电缆。近年来国内引进多条中高压　ＸＬＰＥ电缆生产线，已经有许多电缆厂可以　ＰＥ分子链具有自由基，相互结合而成三维空　间阿状结构的ＸＬＰＥ．物理交联方法多用于　绝缘层较薄的场合．当电缆ＰＥ绝缘层较厚　时，一般采用化学交联方法。化学交联法是　在ＰＥ料中混入化学交联剂，加热后交联剂　生产中压ＸＬＰＥ电缆．并在国内电力系统大　量应用。国内引进消化中压ＸＬＰＥ电缆附件　生产也已比较完善成熟了，可以说中压　ＸＬＰＥ电缆国产化已经全面完成。高压　ＸＬＰＥ电缆（１ＯｔＶ和２２０ｋＶ）国内也已开始　分子断开夺取ＰＥ分子中的氢原子，形成具　生产并投入运行，但在电缆附件、金属防水　有游离基的ｐＥ分子，它们相互结合而成　ＸＬＰＥ。交联剂常用ＤＣＰ（过氧化二异丙苯）。　ＸＬＰＥ在基本保持ＰＥ优异性能的同时又克　服了ＰＥ的缺点　（３）乙丙橡胶ＥＰＲ　ＥＰＲ是乙烯一丙烯共聚物，是一种完全　不舍不饱合结构的合成橡胶，分子式为一　［－－ＣＨ￣－－ＣＨ２－－…ｃＨ２一ｃＨ］＿。如果在乙　｝　ＣＨ３　烯和丙烯外共聚进少量的（不超过１０　）第　三单体（双环戊二烯）可以改善其硫化性能，　称为三元乙丙橡胶ＥＰＤＭ。　２聚合拘绝缘电缆发展简况　随着现代石油化工工业的发展，聚合物　绝缘电缆制造和应用技术出现了飞速进步。　ＰＥ以其优异的性能可以作为电缆绝缘材料．　但允许工作温度较低，易开裂　ＸＬＰＥ解决了　Ｅ的上述缺点，但由于化学交联过程中固有　的特点，使ＸＬＰＥ电缆运行中存在水树老化　问题。　国际上以法国为主要代表，中高压及超　高压电缆绝缘采用ＰＥ，通过将ＰＥ改性使之　适合在较高场强下作为电缆绝缘，觋已傲到　４００ｋＶ等级，而且可以做到５００ｋＶ等级。其　它大多数国家如日本、藩国、美国、瑞典等　采用ＸＬＰＥ作为中高压及超高压电缆绝缘　日本５Ｏ０ｋＶ　ＸＬＰＥ电缆线路已在运行中．国　际上ＥＰＲ电缆的中高压领域也有大量应用，　例如瑞士ＥＰＲ电缆与ＸＬＰＥ电缆在中压等　级中的应用相差不大。　护层等方面与发达国家相比还有差距，因而　影响了产品的实际应用。国内沈阳、上海、郑　州等电缆厂已经建成２２０ｋＶ立塔生产线，具　备了２２０ｋＶ　ＸＬＰＥ电缆的生产能力，而ＥＰＲ　电缆国内虽已有了中压等级的产品．但其应　用还很有限。　３　ＸＬＰＥ和ＥＰＲ材辩对比　（１）化学成份　ＸＬＰＥ中ＰＥ的含量至少在９８　以上。　不含填充剂的ＥＰＲ在化学成份和结构上与　ＸＬＰＥ十分相近，但是作为电缆绝缘料的　ＥＰＲ为满足工艺需要必须混入大量填充剂，　因此从化学成份上看ＥＰＲ是一种多个有机　和无机成分的混台物　而且ＥＰＲ的成分和结　构还随各生产厂家的不同而不同，并在性能　上显示出各自差异。　（２）物理机械性能和电气性能　ＸＬＰＥ和ＥＰＲ典型性能对比见表１。　衰１　ＸＬＰＥ和ＥＰＲ典型性能对比　物理性能　ＸＬＰＥ　ＥＰＲ　密度ｓ／ｃｍ‘　Ｏ．９２　１．２—１．４　抗拉强度ＭＰａ　１９　９一ｌ２　伸长率　５００　２５Ｏ一３５０　弹性模量ＭＰａ　１２１　５—１４　热失重　２０　５－－８　９０Ｕ导热率Ｗ／ｍ℃　０．２７　Ｏ．２７—０．３５　电气性能　介电常敷　２．３　２．５－３．Ｏ　维普资讯 http://www.cqvip.com

天津电力技术　物理性能　）　ＰＥ　ＥＰＲ　１９９６年第三期　长承线模具交联法；三层同时挤出机头）在　严格的原料和工艺质量控制下，高压ＸＬＰＥ　电缆质量很高，寿命可以超过油纸电缆。ＥＰＲ　电缆由于ＥＰＲ料杂质含量大，对生产过程工　艺要求更多，生产成本较ＸＬＰＥ电缆高，不　同厂家产品性能质量差异也较大。　（２）电气性能　损耗系数　２３℃　９０℃　＜０．０３　０．１　Ｂ－０．３０　＜０．０３　０．１６—１．０　体积电阻（２３℃）０ｍ　短期交流击穿强度　ｋＶ／ｍｍ　１０　‘　●８　１０　’　３ｏ－●０　４　Ｘ－ＬＰＥ和ＥＰＲ电缆对比　（１）制造工艺与成奉　Ｘ－ＬＰＥ电缆制造工艺和设备都比较完　善，采用最先进生产工艺设备（ＭＤＣＶ，卧式　ＸＬＰＥ电缆电气性能优于ＥＰＲ电缆。　ＩＥＣＳ０２和ＩＥＣ８４０对中高压聚合物电缆（即　ＭＶ和ＨＶ电缆）电气试验标准要求见表２　表２中、高压电绳电气型式试验标准　ＭＶ电缆ＩＥＣ５０２　ＸＬＰＥ　Ｕ。，＜４０×１０一　Ｕ　Ｄ．＜２００×１０一‘　３Ｕ＂４ｈ　３Ｕ．，４ｈ　１．５Ｕ口．＜２０ＰＣ　１．５Ｕ　Ｄ，＜２０ＰＣ　ＨＶ电缆ＩＥＣ３４０　２Ｕ。，＜１０×１０一‘　２Ｕ¨＜５０×１０一‘　２．５Ｕ．，３０ｒａｍ　２．５Ｕ¨３０ｒａｍ　介质损耗　ＥＰＲ　）　ＰＥ　交流耐压　ＥＰＲ　ＸＬＰＥ　１．５Ｕ｜＇＜１０ＰＣ　１．５Ｕ¨＜１０Ｐ，Ｃ　局部放电　ＥＰＲ　表３　ＸＬＰＥ和ＥＰＲ铝护套电缆导体损耗与绝缘损耗对比　６９ｋＶ电缆　导体截面　铜导体电阻　载流量　导体损耗　绝缘损耗（ｋＷ，ｃｃＩ·ｋｍ）　绝缘损耗占导体损耗百分数　（ｋｅｍｉｌ）。　１０００　（ｎ／ｋｍ）　０．３５４２　（ＡｍＤａ）　（ｋＷ／ｋｍ）　８３Ｏ　７３．２　ＥＰＲ　１．８５　ＸＬＰＥ　０．０９　ＥＰＲ　３　）正ＰＥ　０　１５００　２０００　２５００　３０００　０．０２３５８　０．０１７６８　Ｏ．０１４３０　Ｏ．０１１９１　１０００　１１２０　１３７０　１４７０　７０．７　６６．５　８０．５　７７．２　２．２１　２．４６　２．６８　２．８８　０．１１　０．１２　０．１３　０．１●　３　●　３　‘　０　０　０　０　１３３ｋＶ电缓　１０００　１５００　２０００　２５００　３０００　０．０３５４２　０．０２３５８　０　０１７６８　０．０１４３０　０．Ｏｌ】９１　３２０　１０００　１１２０　１３４０　１４４０　７１．５　７０．７　６６．５　７７．０　７●．１　６．１８　７．３０　Ｂ．０７　８．７５　９．３７　０．３１　０．３０　０．４０　０．４３　０．４６　９　１０　１２　１１　１３　０　１　１　１　１　维普资讯 http://www.cqvip.com

】９９６年第三期　天津电力技术　】５　Ｏ　—Ｌ—Ｊ　—　—　——‘—　—‘————　—　‘—。—’—。一　。　卓６譬Ｉａ　上‘　Ｅ＿旺ｋｖ／　围１　ＸＬＰＥ和ＥＰＲ电缆的损耗系数对沮度的关系　瞰２　ＸＬＰＥ和ＥＰＲ　（３）电缆绝缘损耗　５选用ＸＬＰＥ电缆和ＥＰＲ电缆的条件　ＸＬＰＥ电缆和ＥＰＲ电缆绝缘损耗及其　ＸＬＰＥ电缆的制造和运行技术已经比较　与温度、场强的关系见表３和图１，图２。可　完善了，适于在中、高压及超高压系统中采　以看出，ＸＰＬＥ电缆比ＥＰＲ电缆绝缘损耗　用。　低，而且ＸＬＰＥ电缆绝缘损耗受温度和场强　ＥＰＲ电缆弯曲性能好、耐水性树特性和　影响不大，然而ＥＰＲ电缆绝缘损耗随温度上　抗过载能力强，但成本高　损耗大，因此只　升或场强提高而增大。电压等级越高，ＥＰＲ　适于在中压系统的特殊场合下使用。对于高　电缆绝缘损耗与ＸＬＰＥ电缆相差越大。对于　压和超高压电缆而言，一方面ＥＰＲ电缆电能　中压电缆来说，由于绝缘损耗与导体损耗相　损耗大，另一方面ＸＬＰＥ电缆有可靠的金属　比较小，因此采用ＥＰＲ电缆比较适宜。而对　防水护层，因此ＥＰＲ电缆无法和ＸＬＰＥ电缆　于高压电缆，使用ＥＰＲ电缆电能损耗较大。　竞争。　（４）耐水树特性　结论　在长期与水接触的情况下，ＥＰＲ电缆中　（１）ＸＬＰＥ电缆制造工艺设备成熟，质量　不易形成水树，这一点明显优于ＸＬＰＥ电　可靠，性能优异，适台中压、高压及超高压　缆。　系统使用。　（５）过载能力　（２）ＥＰＲ电缆耐水树、易弯曲，但制造　ＥＰＲ电缆的过载能力优于ＸＬＰＥ电缆，　成本高、损耗大，因此可　在中压系统某些　因为ＥＰＲ中含有填料使其导热性好。另外在　特殊场合下选择使用，但不适于高压和超高　较高温度下，ＸＬＰＥ抗形变能力不及ＥＰＲ，如　压系统。　果频繁过载，ＸＬＰＥ绝缘结构主要在接头部　（３）在中压ＸＬＰＥ电缆的选择使用、施　位有可能出现间隙缺陷。　工和运行维护工作中，都应着重考虑防止水　（６）弯曲特性　份进入电缆绝缘层，保障ＸＬＰＥ电缆长期运　ＥＰＲ电缆弯曲特性优于ＸＬＰＥ电缆。　行可靠性。　（下转第５页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９９６年第三期　３系统标定　封　丌１　天津电力技术　５　为此，我们用已研制成功的Ｄ　一２型辩位计　度　足　做为标定系统，简称标定料位计，其蜃理示　意如图２所示．　丌Ｔｊ１ｔｊ］　ｊ　；１ｊｊ　它的工作原理简述如下：　标定料位计由辐射源室、探测器、二次　仪表所组成．探测器和辐射源室可以浯测量　筒上下滑动，辐射源室和擐测器都有根窄翦　射线准直孔，当二者滑动到汽水分界面处时，　＝次仪表即灯光显示，此处位置由几俺刻度　尺读出读数，此读数便是筒内的真实术位值。　其测量误差￣２ｒａｍ。　测量筒内的实际水位值ｄ　即是以此来　测量的，由此最终测出使用这方法所产生的　误差．　涸量筒　４结论　高压汽包水位的核物理方法检涓是不同　翻２水位标定示意翻　于以往常用的各种水位计原理的，属于非接　由于常规的汽包水位计存在其固有问　触性测量，因此，具有直观、连续、全程、稳　题，显然本系统不好再以其为标准进行标定。　定、可靠等特点。但其测量精度往往为人们　同时，那些水位计的测量筒与本系统的测量　所担心，通过上述理论分析及计算，以及在　筒不可能处在同一结构位置上，也就是说不　天津军粮城发电厂运行当中实测，均证明此　可能处在同一物理状态下，也就不应该再以　种方案切实可行，可以比较好地满足实际要　其为标准进行测量。在实际标定过程中，我　求。　们确实发现以常规汽包水位计为标准如果在　但有人认为其误差偏大，关于这一目题，　莱一时刻进行了准确标定，随着汽包运行参　我们可以适当增加辐射源的源强（活震）或　数的变化或者在标定以后的不同时问里两者　适当增加采样时间来进一步减少误差，这应　仍然存在着较大偏差，最大偏差可在７０ｍｍ。　针对具体情况作具体处理。　（Ｉ－接第１５页）　参考文献　［３］娄有伦，中高压网络中ＸＬＰＥ和　［１３刘子玉，‘电气绝缘结构设计原理》　ＥＰＲ电缆的长期使用情况对比，‘电线电缆　上册，机械Ｉ亚出版社，１９８１　译丛》１９９３年第六期。　Ｅ２］Ｍｏｒｔｏｎ　Ｂｚｏｗｎ中高压电力电境用乙　［４３杜施明，高压电缆绝缘用ＸＬＰＥ和　丙橡胶绝簿性能，‘电线电缆》１９９４年第２　ＥＰＲ的性能对比，‘电线电缆译丛）１９９３年第　期。　六期。