線纜百科/encyclopedias
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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：①XLPE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；②XLPE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；③XLPE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2
45kV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。
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：①XLPE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；②XLPE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；③XLPE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2
45kV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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