交聯聚乙烯(XLPE)電力電纜具有良好的電氣及抗腐蝕性能，其安裝簡單、運維方便，在10 k V農配網得到廣泛應用，但其一旦出現故障，檢修查找難度也很大，本文結合運行工作實際，著重對交聯電纜原理及其結構進行分析，供配網運管、施工單位參考。

一、 交聯聚乙烯材料(XLPE)絕緣原理分析

以聚乙烯為基本絕緣材料，采用化學和物理的交聯方法，使高分子化合物聚乙烯由線形分子結構轉變為三維網狀結構的交聯聚乙烯。其完全保持了聚乙烯的高電氣物理性能，如：擊穿強度高、絕緣電阻大、介質損耗正切值低等，同時由于采用交聯工藝，使其耐老化性能、耐熱性能、機械性能、抗腐蝕性能得到很大提高。

日常使用的XLPE電纜多為化學交聯法——惰性氣體交聯。采用加入過氧化物(常用二異丙苯)交聯劑的聚乙烯材料，通過三層共擠后，連續均勻地通過充滿高溫、高壓氮氣的密封交聯管，借助過氧化物受熱分解，產生游離基，游離基能與聚乙烯中的氫原子結合，失去氫原子的聚乙烯分子就聯合起來，形成交聯聚乙烯，完成交聯過程。

但XLPE作為聚合物也有其固有缺陷，聚合物的大分子固體結構使其內部很容易累積“空間電荷”，空間電荷也被稱為陷阱電荷，即被陷阱捕獲后停留在介質內的那部分電荷，也可指由于不均勻極化引起的極化電荷。陷阱的形成是由于生產過程中的污染、機械加工時的引入或在應用過程中產生的，但電極注入被認為是空間電荷形成的主要原因?？臻g電荷一般分布在介質雜質處、物理缺陷處以及聚合物分子鏈間。在生產過程中的殘留電荷，高電極注入或因材料不純引起的極化等因素，都會造成空間電荷的累積，而恰恰這些因素在實際生產中又不可避免。空間電荷對XLPE電纜絕緣的危害程度很大。

此外，由于XLPE的網狀分子結構，使其存在較大的透水問題。當XLPE絕緣體侵入微量水分時，會引發絕緣體中形成水樹枝，同時致使類似氣體游離過程而產生的高電場，造成絕緣破壞，水樹枝直徑一般只有幾個微米，由許多微觀上的小水珠空隙組成。當電纜加上電壓時，在強電場的作用下，水樹枝會演化成電樹枝誘發絕緣擊穿。由此可見，透水問題是XLPE材料的硬傷，而XLPE是主絕緣，因此在電纜安裝使用中要嚴防水分的侵入。

二、 交聯聚乙烯電力電纜結構分析

交聯電纜主要由線芯導體、絕緣層和保護層3部分構成。線芯導體居于中心，在其外圍是“三層共擠”工藝的絕緣屏蔽層，具有優良的絕緣屏蔽和耐、散熱性能。外圍是保護層，由內護套、鎧裝和外護套構成，用來密封導體和主絕緣。交聯電纜的這種簡單結構，是基于很高的科技性和工藝性，其每層結構都有特殊的作用和要求，如果某一層結構出了問題都將使整個電纜報廢，為了弄清電纜各層的結構要求，對交聯電纜各結構部分原理分析如下。

1、線芯導體結構分析

線芯導體起傳輸電能的作用，當交流電流通過導體時，集膚效應使得導體表面附近的電荷密度大。由于導體表面的電場強度與其表面電荷密度成正比，與導體表面的曲率半徑成反比，所以在導體邊緣或尖端處曲率半徑小，表面電荷密度大，空間電荷容易聚集，電場強度就，也容易發生局部強電場放電，這種現象稱為“邊緣效應”。

如果有雜質侵入電纜內結構，雜質會形成尖端導致局部放電，終形成擊穿。這是電纜結構內不能有雜質侵入的另一重要原因。

為了避免“邊緣效應”對電纜絕緣的危害，盡量使得導體電場均勻而降低對絕緣的要求，我們應該將導體制成曲率半徑大的幾何形——圓形，并使導體表面盡量光滑，從而避免尖端強電場，為此，交聯電纜線芯為多芯緊壓型圓絞線。由此可見，在電纜敷設安裝施工時，要嚴格避免損傷電纜內部結構平整性而破壞均勻電場的行為。

2、內外半導電層和主絕緣層的“三層共擠”分析

半導電層是一種有較高介電常數的聚合物材料(在高電場下是導體)，彌補絞合線芯不可能完全成圓，均勻線芯表面不均勻的電場，同時，可以防止制造過程中線芯意外突刺和外界雜質的引入所造成的局部高電場。其中含有迅速捕捉水分的物質，可有效地阻擋水分從內部和外部侵入絕緣層，防止水分沿線芯擴散，從而可防止水樹枝的產生。另外，聚合物的固有熱阻，可起到分溫的熱屏蔽作用，而提高電纜的載流量。

“三層共擠”工藝是將內、外半導電層與絕緣層緊密擠塑，使三層緊緊的結合在一起。此種工藝避免了外界雜質(空氣、水分、異物顆粒等)侵入所造成的局部高電場，使得電場均勻平滑，從而提高了起始游離放電電壓，大大提高了絕緣強度。

3、銅屏蔽和鎧裝

在外半導電層與內襯層之間，有用二層退火銅帶螺旋搭蓋繞包，成一個圓柱同心導體層，此為銅屏蔽層，它與被屏蔽得半導電層有良好得接觸，并為等電位。安裝時，銅屏蔽帶兩端接地，使電纜外半導電層始終處于零電位，從而保證了電場分布為經向均勻分布。當電纜發生故障時，銅屏蔽層上通過接地電流或短路電流使保護裝置迅速動作，從而保護了電纜的非故障部分。注意，經測算，銅屏蔽層與外半導電層不接觸長度不得超過2 cm。

鎧裝主要作用是增加電纜縱向機械應力，減少機械力對電纜得影響，同時也起到均勻電場，通過故障電流等保護作用。

當電纜發生絕緣擊穿、遭受雷擊、操作過壓或線芯中流過較大故障電流時，金屬護套的感應電壓可能使內護套擊穿，引起電弧，而此時的故障電流又不足以啟動繼電保護，那么，擊穿現象會逐漸增加，直到將金屬護套燒熔成洞，使故障進一步加大，為了這種危害，必須將金屬護套在終端處接地。

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