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交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜(XLPE)
交聯(lián)聚乙烯絕緣(XLPE)海底電纜開展于上世紀(jì)80年代,少數(shù)用于220kV及以下電壓等級(jí)[1],其制造和運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)歷還遠(yuǎn)不如充油海底電纜.截止到目前,電壓等級(jí)極高的XLPE交流海底電纜是耐克森(NEXANS)公司正在爲(wèi)位于挪威海的大型OrmenLange自然氣田裝置的2.2km長(zhǎng)的420kV4根單心海底電纜.500kV交流長(zhǎng)間隔海底電纜,目前使用的僅有充油電纜.
與充油電纜相比,XLPE電纜具有以下優(yōu)點(diǎn):
①XLPE電纜是固體絕緣,不需復(fù)雜的充油零碎,不需求檢測(cè)油位、控制油壓,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低;
②XLPE電纜沒有鉛護(hù)套,彎曲半徑小、質(zhì)量輕,可消費(fèi)、敷設(shè)的長(zhǎng)度更長(zhǎng),且在敷設(shè)裝置和運(yùn)輸時(shí)都要比充油電纜復(fù)雜;
③XLPE海底電纜的電氣功能和機(jī)器功能也都優(yōu)于充油電纜.正因如此,XLPE絕緣海底電纜的開展有著更寬廣的前景,但也有眾多技術(shù)成績(jī)尚需處理.普通的交聯(lián)聚乙烯電纜在直流電壓作用下,電纜絕緣中的空間電荷會(huì)在某處集中,從而形成此處部分場(chǎng)強(qiáng)過高而被擊穿.在絕緣資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(lián)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(zhǎng)度40km,容量330MW,用于銜接紐約長(zhǎng)島和美國(guó)的康涅狄格.這種直流海底電纜采用3層聚合資料擠壓成單極性電纜,內(nèi)外屏蔽層與絕緣層同時(shí)擠壓,具有高強(qiáng)度、環(huán)保和便于埋葬等優(yōu)點(diǎn),適用于深海等惡劣環(huán)境.
XLPE絕緣直流海底電纜現(xiàn)最高電壓可達(dá)320kV交流電纜絕緣中的等效電容隨電纜長(zhǎng)度添加而增大,在能量傳輸進(jìn)程中,等效電容與電源間不停地停止著充電放電,其充電電流可到達(dá)極大值而影響正常有功負(fù)荷的傳輸,所以交流海底電纜有個(gè)實(shí)際上的極限傳輸間隔,多個(gè)跨海工程標(biāo)明,該間隔約爲(wèi)40km[3],超越這個(gè)間隔,采用交傳播輸電能就不具經(jīng)濟(jì)性了.而直流電纜長(zhǎng)度不受充電電流限制,無需無功補(bǔ)償安裝,制造裝置簡(jiǎn)便,介損和導(dǎo)體損耗小,有著良好的市場(chǎng)前景.但高壓直流海底電纜還有如空間電荷積聚機(jī)理及其抑制辦法、直流電壓下的絕緣老化機(jī)理、新開發(fā)絕緣資料的臨時(shí)波動(dòng)性,部分放電的影響等眾多成績(jī)有待研討處理."普通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(jié)省消費(fèi)和敷設(shè)的費(fèi)用,所以大截面、
高電壓等級(jí)的3心XLPE交流海底電纜也在逐漸推行.2008年,耐克森公司在加拿大敷設(shè)了世界上第一根電壓達(dá)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(shù)ε都比擬大,但與聚乙烯電纜相比更能避免樹枝及部分放電,普通只用于中等電壓的海底電纜.截至目前爲(wèi)止,最初等級(jí)的乙丙橡皮海底電纜是2001年裝置在意大利威尼斯-穆拉諾-梅斯特(Venezia-Murano-Mestre)的150kV海底電纜.
充氣式電纜
充氣式海底電纜在構(gòu)造上與充油電纜很類似,也運(yùn)用事后浸漬好的紙帶做絕緣,再充入帶壓力的氮?dú)猓瑤毫Φ臍怏w填充了紙帶間的空隙,進(jìn)步了擊穿電壓.充氣式海底電纜可用于交直流輸電,它比充油式電纜更合適于較長(zhǎng)的海底電纜網(wǎng).但由于需在深水下運(yùn)用高氣壓操作,故此添加了設(shè)計(jì)電纜及其配件的困難,該電纜普通限于水深爲(wèi)300m以內(nèi).
海底電纜的相關(guān)技術(shù)成績(jī)
海底電纜的防水
當(dāng)機(jī)器應(yīng)力或外力形成電纜護(hù)套及絕緣損傷、接頭損壞時(shí),潮氣或水分會(huì)沿著電纜縱向和徑向間隙浸入,降低絕緣的電氣強(qiáng)度,因而少數(shù)高壓海底電纜都具
有避免水分入侵的縱向、徑向防水措施.徑向措施次要是在絕緣屏蔽和金屬屏蔽層里面繞包半導(dǎo)電阻水收縮帶,在金屬屏蔽層里面添加金屬防水層即金屬護(hù)套,中壓電纜電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)較低,普通運(yùn)用鋁塑復(fù)合護(hù)套,也有僅用聚合物護(hù)套的,高壓電纜則采用鉛、鋁、不銹鋼的金屬密封套.聚合物護(hù)套具有防水性,但卻有一定的吸水率,這是由于其構(gòu)造次要是由結(jié)晶相和無定形相組成的半結(jié)晶高聚物.結(jié)晶相構(gòu)造緊湊,無定形相中的分子陳列疏松,分子間存在較大的間隙.在交變電場(chǎng)的作用下,極性的水分子不時(shí)來回翻轉(zhuǎn),可以透過間隙和晶界缺陷處浸透到絕緣資料中.采用聚合物護(hù)套時(shí),護(hù)套里要加具有吸水作用的阻水劑.
縱向阻水次要采用①壓緊型線心;②在導(dǎo)線之間和纜心屏蔽區(qū)添加阻水性物質(zhì),阻斷水分在纜心中的分散通道.縱向阻水采用阻水粉填充效果好,它的吸水量爲(wèi)本身的幾十倍乃至幾千倍,吸水強(qiáng)度大、收縮率高,吸水后可迅速收縮構(gòu)成凝膠狀物質(zhì),阻塞滲水通道,終止水分和潮氣的進(jìn)一步分散和延伸,使受潮電纜的長(zhǎng)度降到最低。