交聯(lián)電纜屏蔽層具有優(yōu)良的耐老化性,其耐老化性能主要通過交聯(lián)工藝和材料選擇實現(xiàn),具體表現(xiàn)如下:
一、交聯(lián)工藝提升耐老化性
交聯(lián)電纜的絕緣材料通過物理或化學(xué)方法(如輻照交聯(lián)、化學(xué)交聯(lián))將線性分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使材料從熱塑性轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦?。這一過程顯著提高了材料的抗熱老化性能,因為熱固性材料在高溫下不易分解或變形。例如,輻照交聯(lián)電纜的長期允許工作溫度可達(dá)90℃至105℃,在額定工作溫度下,其熱老化壽命可超過60年甚至100年。
二、屏蔽層材料特性
半導(dǎo)電材料:屏蔽層通常采用加入炭黑的半導(dǎo)電聚合物(如乙烯基共聚物材料),其體積電阻率為103-10?Ω·m。炭黑的添加不僅賦予材料半導(dǎo)電性,還通過其光滑表面、適當(dāng)粒子尺寸和純度,減少了與絕緣層接觸時的突起,從而降低了水樹和電樹老化的風(fēng)險。
金屬屏蔽層:對于無金屬護套的擠包絕緣電纜,還會增加銅帶或銅絲繞包的金屬屏蔽層。該層在正常運行時通過電容電流,系統(tǒng)發(fā)生短路時作為短路電流的通道,同時屏蔽電場。金屬屏蔽層的截面積根據(jù)系統(tǒng)短路電流大小設(shè)計,確保其機械強度和導(dǎo)電性長期穩(wěn)定。
三、抗老化機制
抑制水樹老化:水樹是交聯(lián)聚乙烯(XLPE)絕緣的主要老化現(xiàn)象,由水分侵入絕緣內(nèi)部并在電場作用下形成樹狀結(jié)構(gòu)。屏蔽層通過均勻電場分布,減少絕緣層與導(dǎo)體或護套之間的氣隙,從而抑制水樹的引發(fā)和生長。
減少電樹老化:電樹由絕緣內(nèi)部氣泡、雜質(zhì)等缺陷導(dǎo)致局部電場集中所引發(fā)。屏蔽層的半導(dǎo)電材料與絕緣層良好接觸,消除了導(dǎo)體表面不光滑引起的電場集中,降低了電樹老化的風(fēng)險。
抗輻射性能:輻照交聯(lián)電纜在生產(chǎn)過程中施加的輻射劑量遠(yuǎn)低于聚乙烯的輻射破壞容量(1000KGY),加工容量約為200KGY,且特殊配方可在較大范圍內(nèi)保持輻射交叉狀態(tài)。因此,屏蔽層在早期使用過程中受到輻射時,性能反而可能得到提高。
四、實際應(yīng)用中的表現(xiàn)
長期運行穩(wěn)定性:交聯(lián)電纜屏蔽層在長期運行中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。例如,在額定工作溫度90℃下,其熱老化壽命可超過100年,遠(yuǎn)高于普通電纜。
環(huán)境適應(yīng)性:屏蔽層通過外護套(如聚氯乙烯、聚乙烯)提供物理保護,防止外界環(huán)境(如水分、化學(xué)腐蝕)對電纜的損害。對于有水環(huán)境的電纜,還可采用金屬護層(如熱壓鋁帶、熱壓鉛套)或阻水層、防水層組合使用,進一步提高防水性能。
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