特高压电缆是什么材料做的？

特高压电缆材料综合概述

特高压电缆是特高压输电（输电电压达到800千伏及以上的输电方式）工程中输送电力的关键设备之一，其材料组成包含多个重要部分，下面将从多个方面阐述特高压电缆的材料相关内容。

一、特高压电缆的构成材料

特高压电缆主要由导体材料、绝缘材料、填充物和护套材料构成。

导体材料：这是电流传导的部分。在特高压电缆中，常用高纯度铜或铝等导体材料。高纯度有助于保证电流传输的稳定性，并且为了承受特高压电缆运行时的各种应力，保证电缆整体结构稳定，对导体材料的强度也有一定要求。

绝缘材料：其作用是保障不同部分之间的电气隔离，防止电流泄露。特高压电缆需要采用具有良好高压稳定性和高绝缘强度的材料。目前，国内外常使用油浸纸、交联聚乙烯、交联聚乙烯树脂等作为绝缘材料。这些材料能够适应特高压环境下的电场强度要求，有效避免绝缘击穿等故障。

填充物：针对长距离输电电缆存在的电气问题，填充物用来对电缆内部进行填充，从而保证电缆的稳定性和耐电压能力。常用的填充物包括油纸、无规聚丙烯、硅橡胶等。这些填充物有助于填补电缆内部的空隙，防止因内部结构不稳定而出现电气性能下降的情况。

护套材料：护套是电缆最外层的保护结构，需要具备较强的机械强度和良好的耐候性。特高压电缆常常使用阻燃性好、抗紫外线、耐寒性好的材料进行护套制作，如交联聚乙烯、交联聚乙烯树脂等。这样的材料可以抵御外界环境因素对电缆的损害，延长电缆使用寿命。

二、特高压电缆常用材料有哪些

导体材料方面

高纯度铜：铜是一种优良的导体材料，具有很高的电导率。高纯度的铜可以减少电能在传输过程中的损耗，因为杂质会增加电阻，而高纯度能够最大程度地保持铜的优良导电性能。在一些对导电性要求极高，对成本相对不那么敏感的特高压电缆应用场景中会使用。例如，在一些城市核心区域或者特殊的工业电力传输中，高纯度铜能够保证电力高效稳定地传输。

铝：以铝作为特高压电缆的导体材料有其独特的优势。从成本角度来看，铝线造价相较于铜线要低很多。同时，在满足特高压电缆机械性能要求的情况下，铝也能较好地满足电流传导需求。不过，铝的导电性略低于铜。为了提高其强度和综合性能，常常采用钢芯铝绞线的形式，钢芯提高了整体的强度，铝绞线则负责导电。在一些大跨度、长距离的特高压架空线路中应用较多，如在一些跨越山脉等地形的输电线路中，钢芯铝绞线既能够满足减轻自重、降低成本的要求，还能保持较好的导电性能。

绝缘材料方面

油浸纸：油浸纸是一种传统且应用广泛的绝缘材料。它的优点在于具有良好的电气绝缘性能，能够承受一定的电场强度。在特高压电缆发展历程中，油浸纸绝缘电缆曾是早期的重要形式。例如在一些早期建设的电力传输网络中，油浸纸绝缘特高压电缆发挥了重要作用。不过，油浸纸绝缘电缆存在一定的局限性，如受温度影响较大，并且对于敷设环境要求较为严格，例如有落差限制等。近年来随着新技术发展，其在特高压电缆中的主导地位有所下降，但在一些特定场景或老设备改造中仍然有使用价值。

交联聚乙烯（XLPE）：这是一种现代特高压电缆中常用的绝缘材料。XLPE为热交联的聚乙烯，它拥有优异的电绝缘性能，其绝缘电阻高，能有效阻止电流泄漏。并且，它具有良好的耐热性，在高温环境下能够保持较好的性能，适用于中高压电力电缆和工业电缆。在特高压电缆领域，XLPE可以满足高电压、大容量和长距离输电的要求。例如，在城市的地下输电电缆系统中，XLPE绝缘的特高压电缆被大量采用，因为它既能够适应地下环境的温度变化，又能保证电力传输的高效性和安全性。同时，XLPE的物理性能较为稳定，抗老化能力相对较强。缺点是制造成本相对较高，但其带来的高性能优势在很多情况下足以弥补成本上的差距。

交联聚乙烯树脂：它与交联聚乙烯（XLPE）有相似的性能，具有良好的绝缘强度和高压稳定性，用于特高压电缆的绝缘可以很好地保证电缆在高电压环境下的正常运行。例如在一些特殊的工业环境或者对电缆绝缘性能要求极高的场合，交联聚乙烯树脂能够发挥出其优势，保证电力传输过程中的绝缘可靠性。

填充物方面

油纸：油纸在特高压电缆中作为填充物，具有成本相对较低，电气性能较为稳定的特点。它可以填充电缆内部空隙，减少局部放电的可能性，保证电缆的电气稳定性。在一些传统的特高压电缆结构中，油纸一直是一种常见的填充材料。

无规聚丙烯：无规聚丙烯作为一种填充物，它具有较好的柔韧性和填充性。在温度变化过程中，能够较好地适应电缆内部的体积变化，减少因温度变化产生的内部应力，从而保证电缆内部结构的稳定性。例如在一些需要承受不同季节温度变化较大的地区，无规聚丙烯可以确保特高压电缆内部在长期运行过程中保持稳定。

硅橡胶：硅橡胶是一种性能较为特殊的填充物。它具有优异的耐高温和耐低温性能，可以在较宽的温度范围内保持物理和电气性能稳定。在一些特殊环境下的特高压电缆填充应用中具有优势，比如在高温的工业环境或者寒冷的高纬度地区敷设的特高压电缆中，硅橡胶填充物能够保证电缆内部性能不受温度极端值的影响。

护套材料方面

交联聚乙烯（XLPE）和交联聚乙烯树脂：这两种材料在护套方面除了具有绝缘方面的一些优势，如电气绝缘性好等，在护套制作上，其阻燃性好，能够有效阻止火灾在电缆上的蔓延。并且抗紫外线能力强，在户外敷设时可以避免长时间紫外线照射导致的材料老化、性能下降。耐寒性也较好，能够适应寒冷地区的气候条件，保证电缆护套在低温下不会破裂或者变硬而影响其保护功能。例如在北方寒冷地区的城市地下特高压电缆网络中，这两种材料制作的护套可以很好地保护电缆主体。

三、特高压电缆材料的性能特点

导体材料性能特点

高纯度铜材料的性能特点：

优良的导电性：铜的电阻率低，是天然的优良导体。高纯度的铜几乎没有杂质散射声音和电子，使得电流能够在其中快速、低损耗地传导。这对于特高压电缆至关重要，因为在高电压、大电流传输时，较低的电阻能够减少电能在导体中的损耗，提高输电效率。

较高的机械强度：虽然相较于一些其他金属材料（如钢铁），铜的相对强度略低，但足够满足特高压电缆在正常运行状态下的支撑和悬挂要求。并且，可以通过调整电缆的结构（如增加加强芯等方式）来进一步提高整体的机械承载能力。

良好的延展性和可塑性：铜容易进行加工，可以拉制成不同的形状和尺寸，适用于制作各种规格的特高压电缆导体。在电缆制造过程中，这种特性有利于采用各种成型工艺，如挤压、拉丝等操作。

铝材料（包括钢芯铝绞线）的性能特点：

相对较好的导电性：铝的导电性虽然略低于铜，但仍然能够满足特高压电缆的导电需求。在长距离输电中，通过合理调整电缆的横截面积和结构，可以补偿导电性方面和铜的差距。

轻质高强（尤其是钢芯铝绞线）：铝的密度比铜小很多，使得使用铝材料制成的电缆重量更轻，有利于减少线缆自身重量对杆塔和支撑结构的负担。而钢芯铝绞线中的钢芯增加了整体的强度，弥补了铝本身强度相对较弱的不足，使得这种组合材料非常适合用于大跨度、悬挂式特高压架空输电线路。

成本效益高：从资源储量和开采成本来看，铝相对比较丰富和廉价。这使得以铝为导体材料（特别是钢芯铝绞线形式）在大规模特高压输电工程中的经济优势明显，能够在满足输电要求的同时有效控制建设成本。

绝缘材料性能特点

油浸纸绝缘材料的性能特点：

高绝缘强度：油浸纸能够在电场作用下有效地阻止电流泄漏，当电场强度达到一定数值时，它能够保持稳定的绝缘性能，防止电缆绝缘层被击穿。其绝缘强度足以满足特高压电缆运行所需的高电压绝缘要求。

良好的浸渍性：油浸纸中的油可以填充纸张纤维间的空隙，进一步提高整体的绝缘性能。这种浸渍性还能够增强纸的柔韧性和防潮能力，使得电缆在不同的湿度环境下都能保持较好的绝缘效果。

存在一定局限性：油浸纸绝缘材料受温度变化影响较大，高温下油的流动性增加，可能导致局部油分布不均匀，影响绝缘性能；在低温下油的粘度增加，可能会降低绝缘纸的柔韧性。而且，油浸纸绝缘电缆的敷设具有落差限制，这在一定程度上限制了它在一些地形复杂的输电线路中的应用。

交联聚乙烯（XLPE）绝缘材料的性能特点：

优异的电绝缘性能：XLPE的绝缘电阻高，在高电压环境下能够有效防止电流的外泄，保证电力传输过程中各相导体之间以及导体与外界之间的电气隔离。在特高压电缆应用中，能够承受数倍于普通电压等级的电场强度，具有良好的耐电压特性。

良好的耐热性：相较于传统的聚氯乙烯等绝缘材料，XLPE能够在较高的温度下保持稳定的物理和电气性能。其耐热性能使得特高压电缆在运行过程中能够承受电流通过产生的热量，减少了因过热而导致绝缘性能下降的风险。此外，XLPE具有较小的介电损耗，在高频电场下也能较好地保持绝缘效果，进一步提高了输电效率。

物理性能稳定：XLPE不易发生蠕变（即在长期应力作用下材料的缓慢变形），并且具有较好的抗磨损和抗割穿能力。这对于特高压电缆在安装过程中的拉拽、弯曲以及长期运行过程中的外部环境作用下的保护都非常有利。

交联聚乙烯树脂绝缘材料的性能特点：

与XLPE类似的绝缘强度：交联聚乙烯树脂在特高压电缆的绝缘应用中，也具有很高的绝缘强度，能够在高电压下防止电流泄漏，提供可靠的电气绝缘保护。这种绝缘强度是保证特高压电缆安全运行的基础。

稳定性好：它在化学性质和物理性质上都具有较好的稳定性，对于电缆运行过程中的电场变化、环境温度变化和化学物质影响等都具有较好的适应性。能够在长期的运行过程中保持稳定的绝缘性能，延长特高压电缆的使用寿命。

填充物性能特点

油纸填充物的性能特点：

电气稳定性：油纸作为填充物能够稳定电缆内部的电场分布，减少局部放电现象。通过填充在电缆内部的空隙中，油纸可以防止电晕放电等问题，从而提高电缆的整体电气性能和可靠性。

成本经济性：油纸的原材料成本相对较低，加工过程也较为简单，这使得在特高压电缆的制造中采用油纸作为填充物可以在一定程度上控制成本，同时满足电缆的基本性能要求。

无规聚丙烯填充物的性能特点：

柔韧性和填充性佳：无规聚丙烯在电缆填充物应用中具有良好的柔韧性，能够适应电缆内部结构在不同应力状态下的变化。它可以很好地填充不规则形状的空隙，并且在电缆弯曲或者受到外部压力时，能够随电缆的变形而保持填充状态，不会出现空隙或者脱离的情况。其良好的填充性有助于提高电缆整体的稳定性和电气性能。

对温度的适应性：无规聚丙烯在一定温度范围内能够保持性能稳定。在温度变化时，它可以调节内部应力，减少因为电缆内部材料热胀冷缩不一致而产生的问题，保证电缆内部结构在不同温度环境下的完整性。

硅橡胶填充物的性能特点：

宽温性：硅橡胶具有极为优异的耐高温和耐低温性能，可以在-50℃到200℃甚至更宽的温度范围内保持弹性和柔韧性。这使得以硅橡胶为填充物的特高压电缆能够适应各种极端温度环境，无论是寒冷的极地地区还是高温的工业环境都能正常运行。

电气性能稳定性：硅橡胶在宽温度范围内，其电气性能（如绝缘性能、介电常数等）变化较小。在特高压电缆运行过程中，能够稳定地保持电缆内部的电气参数，保证电力传输的稳定性和安全性。

护套材料性能特点

交联聚乙烯（XLPE）和交联聚乙烯树脂护套材料的性能特点：

阻燃性：具有良好的阻燃效果，在遇到火灾等意外情况时，可以有效地阻止火焰沿电缆蔓延，保护电缆内芯和周围环境的安全。这一特性对于特高压电缆安装在建筑物密集区或者电缆隧道等场所尤为重要。

耐候性：抗紫外线能力强，能够在户外长期暴露的情况下，防止因紫外线照射导致的材料老化、脆化等问题。同时，耐寒性也较好，在低温环境下仍然能够保持护套的柔韧性和保护功能，不会出现破裂或者脆断等情况。

机械强度适中：能够抵御一定程度的外部机械损伤，如碰撞、挤压等。在电缆安装和日常运行过程中，保护内部的导体、绝缘层和填充物等部件不受外部环境因素的破坏。

四、特高压电缆材料的制造工艺

导体制造工艺

铜导体制造：

原材料准备：首先要选用高纯度的铜材，对于原材料需要进行严格的检测，确保铜的纯度和杂质含量符合特高压电缆的要求。例如，采用先进的光谱分析等检测方法，精准测定铜材中的各种元素含量，保证原材料基本性能。

挤压成型：一般采用挤压工艺将铜材加工成不同形状（如圆形等标准形状）的导体。通过挤压机将经过加热的铜坯在一定的压力下从模具中挤出，形成预定尺寸和形状的导体。在这个过程中，需要精确控制温度、压力和挤出速度等参数，保证导体的尺寸精度和组织结构的均匀性。

拉伸工艺：挤压后的铜导体可能还需要进一步的拉伸加工，以调整导体的直径和提高其机械性能。在拉伸过程中，沿着特定方向施加拉力，使铜导体的直径减小到所需的规格。例如在生产超精细的特高压电缆用铜导体时，可能需要进行多次拉伸，每次拉伸都要合理控制拉拔力和模具尺寸等参数，防止导体出现裂纹或者内部缺陷。

铝导体（包括钢芯铝绞线）制造：

铝线制造：对于铝导体部分，首先也是从高纯度的铝原材料开始。制备铝线时，可以采用连续铸造的方法生产铝杆，然后通过拉丝机进行多次拉丝操作，将铝杆逐步拉制成不同直径的单根铝线。在拉丝过程中，为了保证铝线表面的质量和尺寸精度，要注意拉丝模具的选择、拉丝速度的控制以及润滑条件的维护。

钢芯铝绞线制造：钢芯部分通常采用高强度的钢丝，将多根钢丝绞合形成钢芯。然后将预先制备好的铝线按照一定的螺旋绞合规律围绕钢芯进行绞合，形成钢芯铝绞线。在绞合过程中，要严格控制绞合的节距、方向以及各层铝线的排列紧密度等参数。保证钢芯铝绞线在满足一定导电性能前提下，达到足够的机械强度和稳定性，以适应特高压架空输电线路的要求。

绝缘材料制造工艺

油浸纸绝缘制造：

纸张制备：采用优质的纤维素纸原料，将天然纤维素经过一系列的加工处理，包括打浆、抄纸等工艺环节，制成满足一定厚度和强度要求的绝缘纸。在打浆过程中，要控制好纤维的长度和细度，确保抄纸后纸张的质量均匀。

油浸处理：将制造好的绝缘纸浸渍在绝缘油中。绝缘油的选择至关重要，需要具有良好的电气性能和化学稳定性。浸渍过程要保证油能够充分浸入纸张的纤维空隙中，可以采用真空浸渍等技术，去除内部的空气，提高浸渍效果，从而获得良好绝缘性能的油浸纸材料。

交联聚乙烯（XLPE）绝缘制造：

挤出法：将聚乙烯原料加入到专用的挤出机中，经过加热使之熔融。然后在螺杆的推动下，通过特定形状的模具挤出形成绝缘层。在挤出过程中，要严格控制温度、挤出速度等参数。例如，温度控制不当可能导致原料在挤出过程中出现分解或者未完全熔融的情况，影响绝缘层的质量。同时，为了保证绝缘层的均匀性，挤出机的螺杆转速和模具的间距等也需要精确调整。

交联反应：挤出后的聚乙烯需要进行交联反应，以形成XLPE。交联反应一般采用化学交联或者物理交联的方式。化学交联是通过添加交联剂，在一定的温度和时间条件下促使分子链之间形成共价键连接。物理交联则可以利用高能射线（如电子束辐射）使聚乙烯分子链交联。