交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化问题探析

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1、交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘老化问题探析交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘老化问题探析郭雷雷国福广东省韶关钢铁集团有限公司1绝缘老化概况XLPE电缆线路除外力破坏造成故障，一般在运行较长时间后出现绝缘损坏故障的原因往往是绝缘老化导致击穿。在对全国主要城市126家XLPE电缆运行维护单位10kV以上的电缆（总长度91000km）运行状态进行调查统计和故障原因分析发现，10—220kV电缆的平均运行故障率2001年为5.2次/（百公里?年）。2绝缘老化分析绝缘老化是材料性能发生不可逆转的改变，并导致绝缘性能的降低。影响老

2、化的因素一般涉及热、电、环境等方烦。根据实际运行经验来看XLPE电缆的老化原因主要冇以下几方面：热老化、局部放电、电树枝、水树、机械损伤等。2・1热老化XLPE绝缘物在长时间高温作用下由于过热氧化发生质变，物理特性（抗张性、伸长等）和电气特性（介损、绝缘击穿电压等）均降低，从而导致绝缘击穿。同时XLPE绝缘物在高温下，水树枝里可能发生显著的氧化，导致吸水性增大，导电性增高，最终热击穿；XLPE电缆运行温度一般不超过90°Co在电压的作用下，绝缘结构内部的气隙、油膜或导体的边缘发生非贯穿性的放电现称为局部放电。由于x

3、LPE电缆在制造过程中欠缺点的存在（绝缘中存在微孔或绝缘层与内、外半导电层间有空隙）当电缆在交流电压的作用下，因为空气的介电常数较固体介质小，而场强与介电常数成反比，其耐压强度却低于绝缘材料，因此当局部电场较高时，在绝缘薄弱环节处形成局部放电从而引起介质的游离击穿。局部放电的影响：（1）局部放电引起绝缘材料中化学键的分离、裂解和分子结构的破坏。（2）放电点热效应引起绝缘的热裂解或促进氧化裂解，增大了介质的电导和损耗产生恶性循环，加速老化过程。（3）放电过程生成的臭氧、氮氧化物遇到水分生成硝酸化学反应腐蚀绝缘体，导致

4、绝缘性能劣化。（4）放电过程的高能辐射，使绝缘材料变脆。（5）放电时产生的高压气体引起绝缘体开裂，并形成新的放电点。由于局部放电侵蚀绝缘，以致发生老化形态，而使绝缘性降低，导致绝缘击穿。2・3电树枝主耍是由于绝缘内部放电产生的细微开裂，形成细小的通道，其通道内空，管壁上有放电产牛的碳粒痕迹。通道分支少而清晰，呈树枝状。电树枝按产生的机理分为以下几种类型:（1）由于机械应力的破坏使xLPE绝缘产生应变造成气隙和裂纹,引发电树枝放电。机械应力一方面是因为电缆生产、敷设运行中不可避免地弯曲、拉伸等外力产生应力，另一方面是

5、由于电缆在运行中电动力对绝缘产生的应力。（2）气隙放电造成电树枝的发展。现代的生产工艺尽管可以消除交联电缆主产线中某些宏观的气隙，但仍有1〜10pm或少量的20~30um的气隙形成的微观多孔结构。多孔结构中的放电形式主要以电晕放电为主。通道中的放电所产生的气体压力增加，导致了树枝的扩展和形状的变化。（3）场致发射效应导致树枝性放电。在高电场作用下，电极发射的电了由于隧道效应注入绝缘介质，电了在注入过程中获得足够的动能，使电子不断地与介质碰撞引起介质破坏，导致树枝放电。（4）缺陷。缺陷主要是导体屏蔽上的节疤和绝缘屏蔽

6、中的毛刺以及绝缘内的杂质和空穴。这些缺陷使绝缘内的电场集中，局部场强提高。引起场致发射，导致树枝性放电。2.4水树水树老化是频繁导致XLPE电缆绝缘在运行中被击穿造成停电事故的主要原因之一。在电缆绝缘层中产生水树必须同时满足三个条件：（1）均质绝缘中存在欠缺点而产生局部电场的非均匀改变；（2）有水分侵入；（3）有电场存在。水树是直径在0.1微米到几微米充满水的空隙集合。水树和环境湿度也有关，XLPE电缆在65%以上的湿度环境中通电就可以产生水树。大量试验显示水树枝会造成局部应力增高，可能成为电树枝的发源地。高温下，

7、水树枝里可能发生显著的氧化，导致吸水性增大，导电性增高，使介质损耗增加，绝缘电阻和击穿电压下降，最终热击穿；低温下，水树枝经较长时间氧化或转化为电树枝，破坏电缆的绝缘水平。水树枝的产生，将会使电缆的寿命明显缩短。2・5预防性试验为了保证电缆安全可靠运行，有关的国际标准对电缆的各种试验做了明确的规定。主要试验项目包括：测量绝缘电阻、直流耐压和泄漏电流。直流耐压试验对发现多数电缆绝缘缺陷十分有效，但对XLPE则未必。近年来国内外的试验和运行经验证明：直流耐压试验不能有效地发现XLPE电缆中的绝缘缺陷，甚至造成电缆的绝缘

8、隐患。研究表明，直流耐压试验时对绝缘的影响主要表现在：（1）XLPE绝缘在交流电压下的电场分布不同于施加直流电压时的电场分布。在交流电压下，XLPE绝缘层内的电场分布是由介电常数决定的，即电场强度是按照介电常数的反比例分配的。在直流电压下，绝缘层中的电场强度是按照绝缘电阻率的正比例分配的，且绝缘电阻率分布是不均匀的（在XLPE塑料生产过程中，因工艺原因不可避