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防海水電纜及技術難點


交聯聚乙烯絕緣電纜(XLPE)
  交聯聚乙烯絕緣(XLPE)海底電纜發展于上世紀80年代,多數用于220kV及以下電壓等級[1],其制造和運行經驗還遠不如充油海底電纜.截止到目前,電壓等級最高的XLPE交流海底電纜是耐克森(NEXANS)公司正在為位于挪威海的大型OrmenLange天然氣田安裝的2.2km長的420kV4根單心海底電纜.500kV交流長距離海底電纜,目前應用的僅有充油電纜.
  與充油電纜相比,XLPE電纜具有以下優點:
 ?、賆LPE電纜是固體絕緣,不需復雜的充油系統,不需要檢測油位、控制油壓,運行費用低;
 ?、赬LPE電纜沒有鉛護套,彎曲半徑小、質量輕,可生產、敷設的長度更長,且在敷設安裝和運輸時都要比充油電纜簡單;
 ?、踃LPE海底電纜的電氣性能和機械性能也都優于充油電纜.正因如此,XLPE絕緣海底電纜的發展有著更廣闊的前景,但也有眾多技術問題尚需解決.普通的交聯聚乙烯電纜在直流電壓作用下,電纜絕緣中的空間電荷會在某處集中,從而造成此處局部場強過高而被擊穿.在絕緣材料中采用添加劑可以減緩電纜絕緣中空間電荷累積,使得交聯聚乙烯電纜可以用于直流高壓供電.2002年,第一根擠包型單心直流海底電纜(輕型直流電纜,瑞典ABB),電壓±150kV,長度40km,容量330MW,用于連接紐約長島和美國的康涅狄格.這種直流海底電纜采用3層聚合材料擠壓成單極性電纜,內外屏蔽層與絕緣層同時擠壓,具有高強度、環保和便于掩埋等優點,適用于深海等惡劣環境.    
  XLPE絕緣直流海底電纜現最高電壓可達320kV交流電纜絕緣中的等效電容隨電纜長度增加而增大,在能量傳輸過程中,等效電容與電源間不停地進行著充電放電,其充電電流可達到極大值而影響正常有功負荷的傳輸,所以交流海底電纜有個理論上的極限傳輸距離,多個跨海工程表明,該距離約為40km[3],超過這個距離,采用交流傳輸電能就不具經濟性了.而直流電纜長度不受充電電流限制,無需無功補償裝置,制造安裝簡便,介損和導體損耗小,有著良好的市場前景.但高壓直流海底電纜還有如空間電荷積累機理及其抑制方法、直流電壓下的絕緣老化機理、新開發絕緣材料的長期穩定性,局部放電的影響等眾多問題有待研究解決."一般超高壓交流海底電纜都是單心的,但由于3心交流海底電纜可以節省生產和敷設的費用,所以大截面、
  高電壓等級的3心XLPE交流海底電纜也在逐步推廣.2008年,耐克森公司在加拿大敷設了世界上第一根電壓達245kV的3心XLPE絕緣海底電纜.聚乙烯(PE)絕緣電纜和EPR(乙丙橡皮)絕緣電纜乙丙橡皮電纜與XLPE電纜(tgδ≤0.0005)相比,介損正切值tgδ、和介電常數ε都比較大,但與聚乙烯電纜相比更能防止樹枝及局部放電,一般只用于中等電壓的海底電纜.截至目前為止,最高等級的乙丙橡皮海底電纜是2001年安裝在意大利威尼斯-穆拉諾-梅斯特(Venezia-Murano-Mestre)的150kV海底電纜.
  充氣式電纜
  充氣式海底電纜在結構上與充油電纜很相似,也使用預先浸漬好的紙帶做絕緣,再充入帶壓力的氮氣,帶壓力的氣體填充了紙帶間的空隙,提高了擊穿電壓.充氣式海底電纜可用于交直流輸電,它比充油式電纜更適合于較長的海底電纜網.但由于需在深水下使用高氣壓操作,故此增加了設計電纜及其配件的困難,該電纜一般限于水深為300m以內.
海底電纜的相關技術問題
  海底電纜的防水
  當機械應力或外力造成電纜護套及絕緣損傷、接頭損壞時,潮氣或水分會沿著電纜縱向和徑向間隙浸入,降低絕緣的電氣強度,因此多數高壓海底電纜都具
  有防止水分入侵的縱向、徑向防水措施.徑向措施主要是在絕緣屏蔽和金屬屏蔽層外面繞包半導電阻水膨脹帶,在金屬屏蔽層外面添加金屬防水層即金屬護套,中壓電纜電場強度相對較低,一般使用鋁塑復合護套,也有僅用聚合物護套的,高壓電纜則采用鉛、鋁、不銹鋼的金屬密封套.聚合物護套具有防水性,但卻有一定的吸水率,這是因為其結構主要是由結晶相和無定形相組成的半結晶高聚物.結晶相結構緊湊,無定形相中的分子排列疏松,分子間存在較大的間隙.在交變電場的作用下,極性的水分子不斷來回翻轉,可以透過間隙和晶界缺陷處滲透到絕緣材料中.采用聚合物護套時,護套里要加具有吸水作用的阻水劑.
  縱向阻水主要采用①壓緊型線心;②在導線之間和纜心屏蔽區添加阻水性物質,阻斷水分在纜心中的擴散通道.縱向阻水采用阻水粉填充效果好,它的吸水量為自身的幾十倍乃至幾千倍,吸水強度大、膨脹率高,吸水后可迅速膨脹形成凝膠狀物質,阻塞滲水通道,終止水分和潮氣的進一步擴散和延伸,使受潮電纜的長度降到最低。

  

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