高压与超高压电缆XLPE绝缘及半导电屏蔽料着色：炭黑分散、电阻率稳定与交联工艺要点

东莞市蒂森新材料有限公司（Dongguan DENSON Functional Materials Co., Ltd.）SEP系列环氧树脂色浆面向电缆附件、终端密封、环氧灌封件及电工层压板等场景着色。高压/超高压（HV/EHV）交联聚乙烯（XLPE）电缆作为城市电网与海上风电送出的核心载体，其绝缘与半导电屏蔽料的着色与电性能控制是电缆制造中最关键的环节之一。与一般电线电缆的PVC着色不同，66 kV以上XLPE电缆在长期工频高压与温度循环下运行，半导电屏蔽料中的炭黑分散质量、金属离子残留与交联工艺直接决定电缆的击穿强度与30年寿命。本文结合GB/T 1408绝缘材料电气强度试验、GB/T 16927高电压试验技术与IEC 60085热评价体系，阐述XLPE电缆绝缘与半导电屏蔽料着色中的工程要点，并明确SEP色浆在电缆附件环氧体系中的选型边界。

图1：典型高压XLPE电缆结构剖面——从内到外依次为导体、挤出半导电层（导体屏蔽）、XLPE绝缘、挤出半导电层（绝缘屏蔽）、铜带/铜丝屏蔽、阻水带与PE外护套（来源：Electrical Engineering Portal, 2025）

一、XLPE电缆绝缘结构与三层共挤工艺

现代HV/EHV XLPE电缆采用"导体屏蔽—XLPE绝缘—绝缘屏蔽"三层共挤工艺：三台挤出机同时将内半导电层、XLPE绝缘料与外半导电层挤包于旋转导体上，随后进入垂直硫化管（CCV/VCV线）在高温高压下完成过氧化物交联。三层共挤的核心要求是三层界面平滑贴合、无气隙、无凸起——任何界面毛刺、杂质颗粒或炭黑团聚体都会在运行电场下引发局部放电，逐步发展为电树并最终击穿。

XLPE绝缘本体为天然色（半透明琥珀色），不着色；外护套一般为黑色，以炭黑屏蔽紫外线。半导电屏蔽料则通体黑色，由基料（LDPE/EEA）+ 导电炭黑 + 交联剂 + 助剂经密炼造粒而成。电缆制造中，半导电屏蔽料的体积电阻率须在电缆寿命内稳定在10¹–10³ Ω·m区间，其性能不取决于色浆添加，而取决于导电炭黑牌号、分散工艺与交联配方。色浆/着色剂在此环节不直接参与三层共挤料配方，但电缆附件（中间接头、终端）中的环氧浇注与灌封件则大量使用SEP类环氧树脂色浆进行色相标记与功能着色。

二、炭黑分散质量与半导电屏蔽电阻率稳定

半导电屏蔽料的导电性能由炭黑在聚合物中的逾渗网络决定（机理详见本站导电逾渗专文）。工程上，屏蔽料体积电阻率的稳定性比绝对值更重要——电缆在30年寿命内经历负载电流引起的温度循环（导体温度90℃负载、250℃短路峰值），炭黑网络若分散不均，脆弱区域在热循环中断裂，电阻率单调上升，屏蔽均压功能退化。

炭黑分散质量通过以下维度控制：其一，炭黑结构（DBP吸收值）选择——高压电缆屏蔽料普遍选用高结构导电炭黑，在较低填充量下形成稳定网络，避免过量填充导致屏蔽层表面粗糙；其二，密炼工艺控制——混炼温度、剪切速率与时间决定炭黑聚集体是否被充分打开而不发生剪切过热降解；其三，杂质筛分——挤出机头前设置80–120目过滤网，滤除未分散炭黑团聚体与外来杂质。屏蔽层表面粗糙度与绝缘—屏蔽界面气隙是电缆出厂型式试验中局部放电（PD）测量的重点关注项。IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation的研究指出，屏蔽—绝缘界面处超过50 μm的凸起即可显著提高电树起始概率。

三、金属离子与杂质控制

HV/EHV XLPE电缆对绝缘料与屏蔽料中的金属离子与氯离子含量有极严格限制。铜、铁、钠、氯等杂质离子在水分与电场作用下电迁移，是水树与电化学老化的起始因素。Journal of Applied Polymer Science 2024年的研究直接证实，半导电屏蔽料内部残留的Na⁺、Cl⁻在海缆潮湿工况下催化硅氧键水解，引发开口型水树。因此电缆料制造商普遍要求：炭黑中灰分与金属离子含量受控、交联剂（DCP等）纯度≥99%、生产环境采用超净车间（颗粒计数受控）、包装防潮密封。

对色浆/着色环节而言，电缆外护套黑色着色所用炭黑母粒与屏蔽料同样遵循离子纯度要求；电缆附件环氧浇注件使用的SEP色浆则须保证颜料与分散剂不引入可溶性离子。SEP色浆在研磨阶段采用高分子分散剂，不使用小分子盐类分散剂，原料金属离子与氯离子含量按电工级要求管控。具体离子限值由终端电缆附件厂按其技术规范确认，不在色浆端固化数值。

四、过氧化物交联与硅烷交联工艺对着色与电性能的影响

XLPE交联工艺主要有两条路线：过氧化物交联（DCP）与硅烷交联（温水交联）。HV/EHV电缆普遍采用DCP过氧化物交联——在CCV/VCV硫化管中通过200–300℃高温管段使DCP分解产生自由基，引发PE分子链间形成C—C交联键。硅烷交联主要用于低压电缆，硅烷接枝PE后在温水/蒸汽槽中水解缩合成硅氧烷交联。

交联工艺对着色与电性能的影响体现在三方面：第一，DCP分解产生的交联副产物（甲烷、苯乙酮、枯基醇等）须在脱气工序中充分排出，残留副产物会增大介质损耗并在运行中形成气隙；第二，交联温度曲线影响炭黑网络结构——温度过高导致炭黑团聚体在流动相中重新聚集，温度过低则交联度不足、屏蔽层机械强度下降；第三，硅烷交联体系中硅醇缩合需要水分参与，若色浆带入过量水分或残留氯离子，会催化过度交联或局部水解不均。SEP色浆用于环氧浇注件时不参与PE交联过程，但其引入的颜料不得吸附DCP自由基或干扰交联动力学——工程上须通过打样验证交联度（凝胶含量）与着色后绝缘电性能无显著劣化。

图2：运行后从电缆中剖出的XLPE绝缘段——半导电屏蔽界面处已萌生树枝状电树裂纹（红色圈出），为局部放电长期发展的宏观证据（来源：Electrical Technology, 2018）

五、电性能验证：GB/T 1408、GB/T 16927与IEC 60085

HV/EHV电缆及附件的电性能验证依据一系列国家标准与国际标准。GB/T 1408（对应IEC 60243）规定绝缘材料在工频电压下的电气强度（击穿强度）试验方法，将试样置于油中电极间匀速升压至击穿，记录击穿场强（kV/mm）；GB/T 16927（对应IEC 60060）规定高电压试验技术，包括工频耐压、雷电冲击与操作冲击试验，是电缆成品型式试验的核心；IEC 60085规定电气绝缘材料的耐热等级（Y/A/E/B/F/H/C级，对应最高工作温度90–180℃以上）。

对色浆选型而言，上述标准对应以下工程要点：着色后的环氧浇注件须通过GB/T 1408击穿强度试验，且与未着色空白样对比击穿强度下降幅度在允许范围内；电缆附件环氧浇注件须通过GB/T 16927规定的工频耐压与冲击耐压试验；SEP色浆短期耐300℃稳定，长期耐热等级按浇注件设计要求在B级（130℃）、F级（155℃）或H级（180℃）区间选型，具体由IEC 60085热老化试验确认。介电损耗tanδ按GB/T 1409测量，着色后tanδ增量须满足电缆附件技术条件。表1汇总电缆及附件着色相关的电性能指标与标准对照。

六、电缆制造现场与工艺窗口

HV/EHV XLPE电缆的制造环境对洁净度要求极高。三层共挤生产线（CCV/VCV）通常设置于恒温恒湿超净车间内，绝缘料在挤出前经真空干燥去除水分，交联后电缆进入脱气仓（80℃左右数天）排出交联副产物。下图为国际电缆制造厂的实际生产场景：工人在大型放线盘旁检测成缆外观，厂房内可见巨大的立式交联塔与储线环，成品电缆经取线盘收卷后发往工地。

图3：电缆制造厂内，工人在大型电缆放线盘旁检测成缆外观——HV电缆表面不得有划痕、杂质与色差（来源：Nexans, 2024）

图4：HV海缆制造厂房内部——大型黄色储线环用于成缆后缓冲储存，厂房按超净与温湿度控制设计（来源：McMillan Pazdan Smith / Nexans Facility, 2023）

图5：电缆生产线末端取线盘在转动收卷——成缆速度与张力控制影响XLPE绝缘同心度与表面质量（来源：CNN / Prysmian Schwerin, 2022）

七、SEP色浆在电缆附件环氧体系中的选型要点

需要明确的是，SEP色浆为环氧树脂色浆，用于电缆附件（中间接头环氧壳体、终端环氧树脂灌封件、接地屏蔽环氧涂层等）的着色与标记，不直接加入XLPE绝缘料或半导电屏蔽料本体。在电缆附件环氧浇注体系中，SEP色浆选型须关注：与酸酐固化剂（MeTHPA）或胺固化剂的相容性（SEP耐高温极限300℃短期稳定，满足浇注件固化温度与服役温度）；颜料粒径D50/D90受控，避免大颗粒在环氧浇注件中成为局部放电起点；金属离子与氯离子含量满足电工级要求；固化后色差ΔE与耐热老化后色差按附件厂色板打样确认。电缆附件厂通常按终端客户要求指定色相（如接地标识黄、相色红/绿/黄），色浆添加量由打样确定。如需了解SEP在环氧浇注与电缆附件场景的具体配方与工艺参数，可参阅本站产品应用专栏或公司官网技术文献。

八、常见问题（FAQ）

Q1：XLPE绝缘本体为什么不着色？
A：XLPE绝缘要求极高的纯度与均一性，任何颜料加入都可能引入杂质界面、增大介损并降低击穿强度。HV/EHV电缆XLPE绝缘保持天然琥珀色，仅通过半透明观察检查内部杂质；着色仅在外护套（黑色炭黑抗紫外）与附件环氧件上进行。

Q2：半导电屏蔽料的炭黑能不能用普通炭黑色浆替代？
A：不能。半导电屏蔽料是PE基料+导电炭黑+交联剂的专用母粒体系，其体积电阻率、表面光滑度与交联行为均经电缆料厂严格配方设计；普通液态色浆的树脂载体与溶剂体系会破坏屏蔽料交联网络，且无法控制电阻率在半导电窗口。

Q3：DCP过氧化物交联与硅烷交联在色浆适配上有何区别？
A：DCP交联温度高（200–300℃硫化管），色浆若在PE体系中须耐高温且不吸附自由基；硅烷交联需水分引发缩合，色浆不得带入过量水分或氯离子。但SEP环氧色浆不直接参与PE交联，仅用于附件环氧件，二者工艺差异主要影响电缆料本身而非SEP选型。

Q4：SEP色浆用于电缆附件环氧浇注件时，耐热等级怎么选？
A：按附件安装位置的导体温度与环境温度确定。地下配电附件多为B级（130℃）；变电站与紧凑安装附件可选F级（155℃）；高温工业或机车牵引附件选H级（180℃）。SEP短期耐300℃，长期等级由IEC 60085热老化型式试验确认。

核心结论

1. 场景定位：HV/EHV XLPE电缆的核心电性能由电缆料厂的炭黑/PE母粒配方与三层共挤工艺决定，色浆不进入绝缘与屏蔽本体；SEP环氧色浆定位在电缆附件环氧浇注与灌封件着色，承担色相标记与功能着色功能。

2. 工艺红线：炭黑分散均匀性、金属离子/氯离子含量、交联副产物脱除与界面光滑度是电缆绝缘寿命的四个关键控制点；屏蔽料体积电阻率须稳定在10¹–10³ Ω·m区间，界面凸起不超过50 μm，杂质与水分在超净车间内受控。

3. 验证标准：着色后环氧浇注件须通过GB/T 1408击穿强度、GB/T 16927工频/冲击耐压、GB/T 1409 tanδ与IEC 60085耐热等级验证；具体数值与色浆添加量按打样与型式试验确认，不在本文固化。

本文由东莞市蒂森新材料有限公司技术部撰写，外贸主体为东莞市瀚微进出口有限公司（Dongguan Henvastness Import and Export Co., Ltd.）。参考文献仅列期刊名称与研究方向，不涉及具体论文标题、作者、卷号或DOI。