【炭黑產(chǎn)業(yè)網(wǎng)】8 月 3 日消息，在全球可再生能源并網(wǎng)與跨區(qū)域輸電需求持續(xù)增長(zhǎng)的背景下，提升電壓等級(jí)已成為行業(yè)發(fā)展的共同趨勢(shì)，中國(guó)在特高壓技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展更是走在世界前列。高壓與超高壓電纜如同國(guó)民經(jīng)濟(jì)的 “血管”，跨越山川河流，貫通城市鄉(xiāng)村，在電力傳輸過(guò)程中保持著穩(wěn)定的能量輸出，同時(shí)將損耗降至最低。而半導(dǎo)電屏蔽層作為高壓及超高壓電纜不可或缺的部分，保障著電力傳輸能夠有序進(jìn)行。

電纜的半導(dǎo)電屏蔽層分為外屏蔽層和內(nèi)屏蔽層。外屏蔽層又稱(chēng)絕緣屏蔽層，主要作用是均化絕緣外表面的電場(chǎng)，避免絕緣層與金屬護(hù)套間出現(xiàn)電場(chǎng)突變，同時(shí)通過(guò)金屬護(hù)套或接地線提供接地通道，泄放電容電流和故障電流。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它能均衡電場(chǎng)，確保電纜不受外界干擾。內(nèi)屏蔽層即導(dǎo)體屏蔽層，其功能是均化導(dǎo)體表面的電場(chǎng)，消除因?qū)w絞合縫隙和毛刺導(dǎo)致的電場(chǎng)畸變，并且填充導(dǎo)體與絕緣層間的微隙，防止空氣電離引發(fā)局部放電，通俗來(lái)講就是均衡導(dǎo)體電場(chǎng)，防止對(duì)外部造成干擾。值得注意的是，電纜的壽命很大程度上由內(nèi)屏蔽層的質(zhì)量決定。由于電纜導(dǎo)體多為銅或鋁，內(nèi)屏蔽層會(huì)持續(xù)處于加溫、保溫狀態(tài)，若其性能不佳，導(dǎo)電性極易被破壞，尤其是鋁芯導(dǎo)體的情況。當(dāng)?shù)徒Y(jié)構(gòu)的爐法炭黑受到的剪切力超過(guò)耐受限度時(shí)，其導(dǎo)電通道和導(dǎo)電隧道會(huì)中斷，導(dǎo)電性的連串狀態(tài)被打破，僅剩下微弱的電場(chǎng)發(fā)射，形成偽導(dǎo)電，導(dǎo)電性就此被破壞。

中壓以上的電纜都配備了內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽層。半導(dǎo)電屏蔽層有多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，包括拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能，以及體積電阻率、溫度 - 電阻對(duì)應(yīng)值、表面光滑度等。據(jù)炭黑產(chǎn)業(yè)網(wǎng)了解，部分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其表面光滑度和體積電阻率有著明確要求。

半導(dǎo)電屏蔽料是由基體樹(shù)脂、導(dǎo)電填料及其他加工助劑通過(guò)擠壓成型制成的半導(dǎo)電層。在國(guó)內(nèi)，電纜半導(dǎo)電屏蔽料所用基料因電纜電壓等級(jí)不同而有所區(qū)別。中壓電纜半導(dǎo)電屏蔽料的基體樹(shù)脂通常為 EVA(乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物)，但需注意，若使用的是非專(zhuān)用電纜料級(jí)別的 EVA，可能存在過(guò)量或過(guò)大的 “晶點(diǎn)”(俗稱(chēng)樹(shù)脂中的 “魚(yú)眼”)，這是半導(dǎo)電屏蔽料潛在的致命質(zhì)量問(wèn)題，因?yàn)?“晶點(diǎn)” 不吸收任何助劑，尤其是炭黑，如同 “孤島”，無(wú)論如何加工都不具備導(dǎo)電性，相當(dāng)于固化的有機(jī)雜質(zhì)。而高壓及超高壓屏蔽料的基體樹(shù)脂一般是 EBA(乙烯 - 丙烯酸丁酯共聚物)，目前該材料主要依賴(lài)進(jìn)口，國(guó)內(nèi)部分廠家正處于研發(fā)或中試階段。

半導(dǎo)電屏蔽料的性能優(yōu)劣，80% 取決于所用炭黑的性能。中壓甚至部分高壓的半導(dǎo)電屏蔽料，主要選用爐法導(dǎo)電炭黑，這種炭黑由蒽油及乙烯油等通過(guò)高壓噴槍高溫燃燒形成，其特點(diǎn)是雜質(zhì)較多，尤其是硫(S)和鐵(Fe)的含量占比較大，且難以分散。雜質(zhì)多會(huì)在 XLPE(交聯(lián)聚乙烯)界面留下殘留物，影響電纜的局部放電，局部放電過(guò)大則會(huì)縮短電纜壽命，甚至導(dǎo)致?lián)舸?難分散則會(huì)使導(dǎo)電率下降，90℃時(shí)體積電阻率很可能被破壞，出現(xiàn)上升而導(dǎo)電性下降的情況，因此這類(lèi)爐法導(dǎo)電炭黑需要經(jīng)過(guò)一定的純凈度工藝處理以減少雜質(zhì)。

對(duì)于高壓及超高壓半導(dǎo)電屏蔽料而言，有 “超純凈、超光滑” 這兩個(gè)關(guān)鍵要求，乙炔炭黑與之天然匹配。天津大學(xué)李忠磊等研究人員在《高壓電纜半導(dǎo)電屏蔽材料研究進(jìn)展與展望》中發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基于爐法炭黑的傳統(tǒng)半導(dǎo)電屏蔽料含有 0.4%～0.8% 的大量礦物雜質(zhì)，而使用乙炔炭黑后，礦物雜質(zhì)濃度顯著降低 1～2 個(gè)數(shù)量級(jí);基于乙炔炭黑的超光滑半導(dǎo)電屏蔽料沒(méi)有 40mm 以上的突起，30mm 突起的數(shù)量也減少 3～4 個(gè)數(shù)量級(jí)，可見(jiàn)乙炔炭黑能顯著降低半導(dǎo)電屏蔽材料的表面突起，是高壓電纜半導(dǎo)電屏蔽層的常用導(dǎo)電填料。國(guó)內(nèi)各乙炔炭黑廠家的產(chǎn)品質(zhì)量存在差異，但也有部分品牌的質(zhì)量把控嚴(yán)格且成熟，如 “黑環(huán)牌” 乙炔導(dǎo)電炭黑。以 “黑環(huán)牌” 乙炔導(dǎo)電炭黑 H140 為例，與典型爐法導(dǎo)電炭黑的純凈度對(duì)比雷達(dá)圖顯示，其非金屬雜原子(氮 N、硫 S、磷 P)的合計(jì)含量 < 5 ppm，而典型爐法導(dǎo)電炭黑的同類(lèi)雜原子合計(jì)含量很高，曾實(shí)測(cè)過(guò)的一款非典型爐法導(dǎo)電炭黑含硫量達(dá) 174ppm。