8. 2 热塑性护套
“ jacket” 指的是电缆外层的非金属覆盖层。 它们为相关的电缆材料提供电学防护和机械保护。
可以用做电缆热塑性护套的材料种类相当多。 这些材料可分为热塑性材料和热固性材料两个大类。 选用任何一种材料时， 电缆的运行温度和敷设环境都是要着重考虑的因素。
8. 2. 1 聚氯乙烯
1935
在电线电缆行业中， 聚氯乙烯 （ PVC） 是使用最广泛的非金属护套材料。 自从年的首次应用以来， PVC 的用量由于其成本低、 加工容易以及包含阻燃和绝
缘在内的综合性能良好的特点而使用量迅猛增长。
PVC 属于乙烯基高聚物。 未经改性的高分子中含有约 55% 的氯。 它基本是线性结构 （ 侧链很少）， 结晶度约为 5% ～ 10% 。 PVC 材料会添加填料、 增塑剂和稳定剂等助剂， 以获得可塑性、 耐热性和耐低温性。 通用型护套材料一般需要良好的机械强度和耐湿性 （ 但不与聚乙烯比较）、 适当的耐油性、 良好的阻燃性， 以及优
越的耐气候和土壤环境性能。 阻燃性能和低温弯曲性能都可以通过添加助剂来改进
（ 有限的）。
通用型 PVC 材料的推荐敷设温度在 - 10℃ 以上， 但是特殊配方的聚氯乙烯材料使用温度可以低至 - 40℃ 。
PVC 护套的一个局限是， 在持续的压力下会开裂。 因此， 垂直方向使用夹具支撑的电缆不能有 PVC 护套。 这种情况下推荐使用 Hypalon （ 氯磺化聚乙烯） 材料或 Neoprene （ 氯丁橡胶） 材料的护套。
在低压领域， 单层的 PVC 被广泛应用， 它兼具绝缘和护套功能。 由于通常使用的 PVC 是一种热塑性材料， 所以它不耐高温。 在故障电流比较高的情况下， 绝缘会被永久性的熔毁或者释放出增塑剂而在一段时间后变得又硬又脆。 因此， PVC不适用于公用二级电网。 同样， 在加工大量加热物质的行业， 或者可能过热的场合， 也避免使用 PVC， 因为在高温下它会熔化或者变形。 在潮湿环境中的直流
（ DC） 电路中， 比如电池供电控制电路中， 单芯 PVC 绝缘经常会由于电内渗 （ 电应力造成水汽渗透） 而发生故障。
在火焰中， 聚氯乙烯会释放大量的氯。 混合了水蒸气后， 就变成了盐酸。 它能侵入混凝土的结构部件中， 腐蚀钢材。 这种情况也是使用 PVC 所导致的问题之一。正是由于在一般情况下， 耐水性逊于聚乙烯， 现在公用埋地中压电力电缆不再使用 PVC。
8. 2. 2 聚乙烯 （ 不导电的）
自从 1950 年开始大量的商业应用以来， 聚乙烯已经被广泛地用作埋地电缆的护套材料。 用作护套时， 聚乙烯可以与炭黑或着色剂， 以及其他稳定剂复合。 用于户外环境时， 炭黑可以提供必要的日光保护。
护套用聚乙烯根据密度分为三大类：
1） 低密度聚乙烯： 密度 0. 910 ～ 0. 925g / cm3 。
2） 中密度聚乙烯： 密度 0. 926 ～ 0. 940g / cm3 。
3） 高密度聚乙烯： 密度 0. 941 ～ 0. 965g / cm3 。
密度会影响护套材料的结晶度、 硬度、 熔点和综合力学强度。 除了密度， 分子量分布也很重要， 因为它会影响高分子的加工和性能表现。
在耐水要求作为首要设计标准的情况下， 聚乙烯护套是非常好的选择， 它的耐水性是所有非金属护套中最好的。 作为护套使用的聚乙烯材料必须添加足量的炭黑以防止紫外降解。 线性低密度高分子量聚乙烯 （ LLDPE） 是应用最广的护套材料，因为它比高密度聚乙烯有更好的耐应力开裂性能。 高密度聚乙烯的力学性能最好，但是难以从电缆上剥除。
在已经评估过的填料中， 不管是黑色的还是非黑色的， 虽然很多物质都能促进耐老化特性， 目前为止表现最好的还是炭黑。 炭黑含量从 2% 增加到 5% 时， 耐老化特性也随之增加。 一般情况下， 炭黑用量为 2. 5% ～ 3. 0% 。
尽管聚乙烯在它的温度限制内有极好的耐水性和耐老化表现， 但其阻燃性能却很差， 所以在很多情况下不适用。 聚乙烯护套具有良好的低温弯曲性能， 能够通过
- 55℃ 的低温弯曲试验。 因为聚乙烯的刚性， 在低温下难以弯曲。 就如 PVC 一样，聚乙烯也是热塑性材料， 升温会熔融。 熔点因分子量和密度略有变化， 熔融温度为 105 ～ 125℃ ， 主要受密度影响。
作为一种 “ 坚固耐用” 的热塑性材料， 高密度聚乙烯 （ HDPE） 在配电电缆和低压街道照明电缆中被大量用作第二 （ 外） 层。
虽然黑色聚乙烯护套也经常会被用作绝缘材料， 但提高炭黑含量会导致半导电性。
8. 2. 3 半导电护套
过去 40 年来， 半导电护套被用于直埋场合， 以加强同心中性线的接地性。
用于中压地下住宅配电 （ URD） 电缆的半导电护套是一种电阻性的热塑性混合物。 为了达到这个要求， 往一种高分子材料中添加适当的导电材料作为填料
（ 通常是炭黑）。 20 世纪 70 年代， 半导电护套初次使用时， 唯一可选的热塑性半导电材料是用作导体和绝缘屏蔽的。 有几种材料是由乙烯- 丙烯酸乙酯 （ EEA） 或者乙烯- 醋酸乙烯酯 （ EVA） 和炭黑构成的。 这些材料是非晶态的， 能够在为达到导电要求而添加炭黑量比较高的情况下依旧具有比较好的力学性能。 特殊情况下使用其他高分子材料。 ANSI / ICEA S- 94- 649 规定了 Type Ⅰ和 Type Ⅱ两种半导电护套。这两种材料的主要区别在于 Type Ⅱ具有更高的使用温度。 这就是众所周知的抗变形热塑性 （ DRTP） 屏蔽材料， 在 20 世纪 80 年代引入三层共挤可剥离绝缘屏蔽之前， 它被用作 URD 电缆的可剥离绝缘屏蔽。
中性线被护套包覆是很重要的。 如果包覆层是完整的， 就会有良好的表面接
触， 导电接地就得到了保证。 没有良好的表面接触， 电缆通过护套的接地就会打折扣。 如果包覆完好的中性线护套出现气泡， 地下的水分也不会沿着电缆纵向传播。第 5 章详细讨论了半导电材料。
20 世纪 70 和 80 年代对热塑性半导电 URD 电缆护套的应用相当成功， 至今仍有很多使用该护套的电缆在役。 随着时间推移， 一些缺点也显现出来： 一些早期的半导电材料导电性随着温度的升高下降了。 ICEA 出版物 T- 25- 425 发表了这种现象处理及改进措施， 更多种类的半导电材料被开发出来。 AEIC CS5 进行
“ 热- 力弯曲试验” 时， 这些护套经常会开裂， 并且这种现象在现场也偶有发现。最后， 由于在半导电护套中， 透水率比在绝缘的 LLDPE 护套中快大约 10 倍， 因此绝缘中产生水分导致的水树会更多。 20 世纪 90 年代初期， 针对这一情况， 开发了新品种的热塑性半导电材料。 其性能接近 LLDPE 绝缘护套材料。 透水率也与绝缘性护套一样低， 并且使用该材料的电缆在各种规格和结构上都通过了热机械试验。 这种新的护套材料不会粘在交联的绝缘屏蔽上， 所以也不需要隔离
（ 见表 8- 1） 。
半导电护套 | 绝缘性护套 | |
径向电阻率/ （ Ω·m） | 40 | 不适用 |
拉伸强度/ （ lbf / in2 ） | 1700 | 2200 |
断裂伸长率 （% ） | 400 | 600 |
脆化温度/ ℃ | - 50 | - 60 |
水汽透过率 | 1. 5 | 0. 8 |
过去这些年来， 发展出了更多高性能的热塑性半导电 URD 电缆护套材料。 这些新材料各方面表现良好。
半导电屏蔽使用情况良好， 没有因为半导电护套的腐蚀而导致的电缆故障以及半导电护套导致的相邻设备腐蚀故障的报告。
URD 类型电缆中使用的半导电护套可以防腐蚀， 并且在故障和雷击状况下提供有效的接地。 半导电护套通过提高接地效率而降低了中性线对地的脉冲电压。
。
半导电护套的另一价值在于， 不需要去除护套而安装更多对地接触， 国家电力安全准则 （ National Electrical Safety Code） 规定每英里四个而不是八个。 这些接地点提高了水分侵入和施工误差的概率
8. 2. 4 聚 丙 烯
8. 2. 5
聚丙烯是一种非常坚硬的热塑性材料， 硬度高于聚乙烯， 但电性能类似于聚乙烯。 一般被视为 HDPE 的替代品。 聚丙烯的密度低于 HDPE。
氯化聚乙烯
氯化聚乙烯 （ CPE） 既可以用作热塑性护套， 也可以用作热固性护套。 作为热塑性材料使用时， 它的性能与 PVC 接近， 但是具有更好的高温性能， 在高温下比
PVC 。
PVC 具有更好的抗变形能力。 CPE 的低温性能也优于 PVC， 除了是特化了低温性能的特殊 材料
8. 2. 6 热塑性弹性体
热塑性弹性体 （ TPE） 是热塑性材料， 但是又有类似橡胶的性能。 这是结晶聚乙烯的一种形态， 可分为数个类型。 绝缘材料和护套材料均可以使用热塑性弹性体。 采用复合技术， 可以开发出兼具优良电绝缘性和高耐水性的材料。
同样的， 亦可开发阻燃的、 耐低温的、 高耐磨的， 以及高力学性能的护套材料 相比前述的各种热塑性材料 热塑性弹性体是新出现的 但是应用前景良好
8. 2. 7 尼 龙
尼龙是一种综合性能很好的材料， 在电线线缆中的使用也是很能满足人们要求的。 尼龙强度高、 坚硬， 但是在低温下并不僵硬。 尼龙的耐冲击疲劳性好， 并且在限定范围内很耐磨。 一个重要特性就是它和管道材料间的摩擦系数低， 这对在将电
缆拖进管道时很有助益。 尼龙耐烃类燃料、 耐润滑油和有机溶剂的性能优异。 然而， 强酸和氧化剂会腐蚀尼龙。 尼龙护套最常见的应用是作为 THHN 和 THWN 建筑布线的护套。
8. 2. 8 低烟无卤 （ LSZH） 护套
LSZH （ 也称为LSHF） 护套是指配方调到燃烧时释放有限烟雾并且没有卤素的高分子材料。 LSZH 护套热塑性或是热固性皆可。 该材料提高了人们逃出着火的建筑物或其他地方的概率， 降低了烟尘对设备的危害。 燃烧时不释放卤素提高了人类生命安全 （ 吸入危害）， 降低了对设备的腐蚀。 到本书撰写时为止， 需要拖拽移动的材料选择 LSZH 需要特别注意， 因为它容易因此而发生护套开裂。 LSZH 材料一般都含有高剂量的填充物， 所以化学性能、 机械性能、 耐水性和电性能都逊于非
LSZH 材料。 LSZH 在欧洲和北美应用广泛， 并且用量还在增加。