【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)增長的背景下，提升電壓等級已成為行業(yè)發(fā)展的共同趨勢，中國在特高壓技術領域的發(fā)展更是走在世界前列。高壓與超高壓電纜如同國民經(jīng)濟的 “血管”，跨越山川河流，貫通城市鄉(xiāng)村，在電力傳輸過程中保持著穩(wěn)定的能量輸出，同時將損耗降至最低。而半導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行。
電纜的半導電屏蔽層分為外屏蔽層和內(nèi)屏蔽層。外屏蔽層又稱絕緣屏蔽層，主要作用是均化絕緣外表面的電場，避免絕緣層與金屬護套間出現(xiàn)電場突變，同時通過金屬護套或接地線提供接地通道，泄放電容電流和故障電流。簡單來說，它能均衡電場，確保電纜不受外界干擾。內(nèi)屏蔽層即導體屏蔽層，其功能是均化導體表面的電場，消除因導體絞合縫隙和毛刺導致的電場畸變，并且填充導體與絕緣層間的微隙，防止空氣電離引發(fā)局部放電，通俗來講就是均衡導體電場，防止對外部造成干擾。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。由于電纜導體多為銅或鋁，內(nèi)屏蔽層會持續(xù)處于加溫、保溫狀態(tài)，若其性能不佳，導電性極易被破壞，尤其是鋁芯導體的情況。當?shù)徒Y構的爐法炭黑受到的剪切力超過耐受限度時，其導電通道和導電隧道會中斷，導電性的連串狀態(tài)被打破，僅剩下微弱的電場發(fā)射，形成偽導電，導電性就此被破壞。
中壓以上的電纜都配備了內(nèi)外半導電屏蔽層。半導電屏蔽層有多項關鍵指標，包括拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能，以及體積電阻率、溫度 - 電阻對應值、表面光滑度等。據(jù)炭黑產(chǎn)業(yè)網(wǎng)了解，部分相關標準對其表面光滑度和體積電阻率有著明確要求。
半導電屏蔽料是由基體樹脂、導電填料及其他加工助劑通過擠壓成型制成的半導電層。在國內(nèi)，電纜半導電屏蔽料所用基料因電纜電壓等級不同而有所區(qū)別。中壓電纜半導電屏蔽料的基體樹脂通常為 EVA(乙烯 - 醋酸乙烯酯共聚物)，但需注意，若使用的是非專用電纜料級別的 EVA，可能存在過量或過大的 “晶點”(俗稱樹脂中的 “魚眼”)，這是半導電屏蔽料潛在的致命質(zhì)量問題，因為 “晶點” 不吸收任何助劑，尤其是炭黑，如同 “孤島”，無論如何加工都不具備導電性，相當于固化的有機雜質(zhì)。而高壓及超高壓屏蔽料的基體樹脂一般是 EBA(乙烯 - 丙烯酸丁酯共聚物)，目前該材料主要依賴進口，國內(nèi)部分廠家正處于研發(fā)或中試階段。
半導電屏蔽料的性能優(yōu)劣，80% 取決于所用炭黑的性能。中壓甚至部分高壓的半導電屏蔽料，主要選用爐法導電炭黑，這種炭黑由蒽油及乙烯油等通過高壓噴槍高溫燃燒形成，其特點是雜質(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，局部放電過大則會縮短電纜壽命，甚至導致?lián)舸?難分散則會使導電率下降，90℃時體積電阻率很可能被破壞，出現(xiàn)上升而導電性下降的情況，因此這類爐法導電炭黑需要經(jīng)過一定的純凈度工藝處理以減少雜質(zhì)。
對于高壓及超高壓半導電屏蔽料而言，有 “超純凈、超光滑” 這兩個關鍵要求，乙炔炭黑與之天然匹配。天津大學李忠磊等研究人員在《高壓電纜半導電屏蔽材料研究進展與展望》中發(fā)表的實驗結果顯示，基于爐法炭黑的傳統(tǒng)半導電屏蔽料含有 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 個數(shù)量級;基于乙炔炭黑的超光滑半導電屏蔽料沒有 40mm 以上的突起，30mm 突起的數(shù)量也減少 3～4 個數(shù)量級，可見乙炔炭黑能顯著降低半導電屏蔽材料的表面突起，是高壓電纜半導電屏蔽層的常用導電填料。國內(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)量把控嚴格且成熟，如 “黑環(huán)牌” 乙炔導電炭黑。以 “黑環(huán)牌” 乙炔導電炭黑 H140 為例，與典型爐法導電炭黑的純凈度對比雷達圖顯示，其非金屬雜原子(氮 N、硫 S、磷 P)的合計含量 < 5 ppm，而典型爐法導電炭黑的同類雜原子合計含量很高，曾實測過的一款非典型爐法導電炭黑含硫量達 174ppm。
