抗水树交联聚乙烯绝缘电力电缆研究

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1、2010年第4期电线电缆2010年8月No．42010ElectricWire＆CableAug．，2010抗水树交联聚乙烯绝缘电力电缆的研究赵海燕(特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司，山东新泰271200)摘要：分析了国内外交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆的使用情况，以及容易产生水树的原因机理。从如何避免水树的产生和发展，以提高电缆运行寿命，提出了抗水树的机理和抗水树XLPE电缆的设计理念，并对其试验流程和试验结果进行了统计分析。关键词：抗水树交联聚乙烯电力电缆；水树枝；抗水树机理；研究；试验中图分类

2、号：TM247．1文献标识码：A文章编号：1672-6901(2010)04-0004-04StudyoftheTree-RetardantXLPEPowerCablesZHAOHai．van(SpecialElectricApparatus—LunengTaishanElectricCableCo．，Ltd．，Xintai271200，China)Abstract：TheapplicationathomeandabroadofXLPEpowercablesandthecauseandmechanism

3、oftreegenerationwereanalyzed．ThemechanismoftreeretardanceanddesignphilosophyofTRXLPEcableswereproposedfromtheviewpointofavoidingtreegenerationandgrowthSOastolengthenthecableservicelife．Statisticalanalysiswasmadeonthetestprocedureandresults．Keywords：TRXLP

4、Epowercable；tree；mechanismoftreeretardance；study；test0引言交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆(以下简称交联电缆)在电场和水的作用下会产生树枝状放电通道，这种现象称为水树。水树会随着时间的发展继续生长，最终导致绝缘击穿，成为电力电缆早期损坏的重要原因。普通的交联电缆的生产及应用已有近三十年的历史，其在干燥环境下具有优良的电气和机械性能，但在实际应用中电缆敷设的环境通常比较恶劣，电缆经常需要短期或长期浸泡在水中，或者处在潮气湿度很大的环境下，而普通交联电

5、缆完全不具有抗水树能力，在长期使用下绝缘会逐渐吸收环境中的水分，再由于电缆绝缘中存在大量的微小空隙，因此在微孑L中会充满水分，而充水微孑L可在很低的电压下产生水树。在电场的长期作用下，电缆绝缘层中会引发大量的水树枝，水树老化使绝缘分子开裂；当微孔中水树达到饱和状态时，绝缘电气和机械性能将急剧下降，导电的水树枝(电树枝)会损耗大量的电能，并最终引起电缆绝缘层的击穿，从而大大减少电缆寿命。收稿日期：2009．11-10作者简介：赵海燕(1970一)，女，工程师．作者地址：山东新泰市金斗路568号[27120

6、0]2010年第4期电线电缆2010年8月No．42O10ElectricWire＆CableAug．，2010究作简要介绍。当绝缘体中存在空穴异物时，会造成电场集中，并以此为起点产生蝴蝶状树枝；当绝缘体中存在微1水树枝的定义及产生的机理孔时，将会产生电晕放电树枝，通常其比上述水树枝DL／T1070-2007标准对水树的定义是“在绝先形成并即发生电气放电。图2～图4分别为几种缘中存在水分、电应力和某些诱发因素，如杂质、突因电缆质量的缺陷引起的水树枝形态。起、空间电荷或离子时发展成的一些微通道”。水树产生

7、机理的分析目前尚有几种不同的理论，相比之下有两个主流的理论是得到广泛的认可，一是电应力理论，二是电化学氧化理论。电应力理论认为，电缆在生产和运行过程中的内部应力是促进水树枝生长的主要原因。当电缆在经受电压和水时，在高压工频电场中，极性水分子产生强烈的迁移并将电场能转化为动能和热能，获得图2发散形水树枝之一(存在于内屏蔽缺陷处)巨大能量的水分子在绝缘内部剧烈运动。当水分子能量足以打断电缆绝缘层XLPE分子链的时候，就会在绝缘内部产生细微的裂纹，导体附近的XLPE绝缘的应变就会增加，而在应变较大的区域(如杂

8、质和气孔等处)便生成水树枝。电化学氧化理论认为，水中存在的离子会促进聚合物发生氧化作用，氧化作用破坏了聚合物分子链，于是在聚合物内部形成小孑L。氧化产生的羧酸阴离子使得水树的小孔壁更加亲水，所以渗透的离子溶解于亲水性的小孔内。图3发散形水树枝之二(存在于内、外屏蔽缺陷处)另外，还有一种理论认为，水树枝生长与局部放电为彼此的诱因，在局部放电高压电场下，电缆绝缘内部的水分子从电场中获得能量，产生水锤效应。在水分子的撞击下，XLPE高分子链发生断