水樹老化培訓(xùn)資料

1、水樹老化交聯(lián)聚乙烯電纜的水樹老化標(biāo)簽：交聯(lián)聚乙烯電纜因?yàn)榻^緣性能好，允許工作溫度高有較好的機(jī)械強(qiáng)度而受到設(shè)計(jì)施工人員的歡迎，但許多人不知 道水樹老化會(huì)使電纜絕緣擊穿。在電纜制造過程中，由外面侵入的極微量的水分在電纜絕緣層中是均勻分布的，但電纜投入使用后在電場的作用下，受到不均勻電場的吸引，產(chǎn)生極化遷移，逐漸積累而產(chǎn)生局部過飽和狀態(tài)形成水樹。電纜的絕緣層中只要同時(shí)存在水和電場就會(huì)產(chǎn)生水樹。水樹是直徑在 0. 1微米到幾微米充滿水的空隙集合。水樹和環(huán)境濕度也有關(guān)，交聯(lián)聚 乙烯電纜在65%以上的濕度環(huán)境中通電就可以產(chǎn)生水樹。上海電纜研究所的研究證明有CI離子、S04離子或N03離子的水，與同等條件下

2、的自來水相比，水樹生長速度要快34倍。水樹的存在直接影響到電纜的壽命。為了降低水樹的增長速度，在地下水位較高及多雨的地區(qū)，不宜采取埋地敷設(shè)；在南方地區(qū)黃梅季節(jié)電纜溝內(nèi)容易結(jié)露，因此要有 通內(nèi)措施；電纜的入口處應(yīng)有堵水措施，避免雨水流入電纜溝內(nèi)；電纜溝應(yīng)有防滲漏措施和排水措施防止電纜溝內(nèi)積水由于交聯(lián)聚乙烯電纜有水樹老化現(xiàn)象，因此這種電纜不應(yīng)長期在潮濕環(huán)境中使用，在施工時(shí)要嚴(yán)格防止潮氣侵入 電纜芯內(nèi)部鋸斷的電纜端頭要及時(shí)密封。中壓電纜絕緣料的水樹老化研究引用網(wǎng)址： HYPERLINK /zhishi/dl/264341.htm /zhishi/dl/264341.htm關(guān)鍵詞：絕緣料 電纜 中壓電

3、纜摘要：近年來，隨著中國電力企業(yè)對長壽命、高可靠性電力電纜關(guān)注的增加，武漢高壓研究所和陶氏 化學(xué)公司(TheDowChemicalCompany ) 道，共同開展了一項(xiàng)針對于中國電纜結(jié)構(gòu)的中壓電纜老化試驗(yàn) 研究項(xiàng)目，就使用抗水樹絕緣料對電纜性能的提升進(jìn)行評估。經(jīng)過6個(gè)月的加速水樹老化試驗(yàn)，已經(jīng)可以明顯地看岀，在使用抗水樹絕緣料和普通半導(dǎo)電屏蔽料后，電纜的性能得到了顯著的提升。同時(shí)，為了建 立和確保中壓電纜期望的性能指標(biāo)，該項(xiàng)目中使用的試驗(yàn)方案還可以作為一種在中國國內(nèi)使用的鑒定試驗(yàn) 方案。關(guān)鍵詞：中壓電纜；絕緣料；水樹；老化0引言世界各地的電力企業(yè)都希望那些位于地下主干線回路上的電力電纜能夠具有

4、盡可能長的使用壽命，以 提高電網(wǎng)的可靠性，降低電網(wǎng)中斷的次數(shù)，并且減少維護(hù)電網(wǎng)整體壽命所需的費(fèi)用。在過去的20年中,北美的電力企業(yè)已經(jīng)開始使用抗水樹交聯(lián)聚乙烯(TR-XLPE )作為主干線配電線路中的中壓電纜首選的絕緣材料。這項(xiàng)技術(shù)有效地避免了普通交聯(lián)聚乙烯抗水樹性能不佳的不利影響。在法國凡爾塞舉行 2003Jicable年會(huì)的論文中已經(jīng)提到，這種由于電纜采用TR-XLPE而提升的性能，是可以通過分析電纜老化過程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的。同樣，在歐洲，一種在 XLPE基礎(chǔ)上發(fā)展岀來的具有抗水樹特性的高分子聚 合物被廣泛地應(yīng)用于電纜的絕緣材料已經(jīng)近20年了，并且在現(xiàn)場使用中表現(xiàn)出了良好的性能。在另一份

5、Jicable論文中對這種聚合物絕緣材料在歐洲的實(shí)踐使用進(jìn)行了介紹。為了對改進(jìn)后的TR-XLPE絕緣材料的性能進(jìn)行評估，在北美和歐洲都進(jìn)行了類似的電纜加速老化試 驗(yàn)，被當(dāng)?shù)氐碾娏π袠I(yè)接受并且成為一種有效鑒定試驗(yàn)方法。其中，由北美洲用戶使用的中壓電纜鑒定規(guī) 范是ANSI/ICEAS-94-649-1997，這是稍早一些的規(guī)范 AEICCS5-94的最新版本。該規(guī)范包括幾個(gè) 方面的內(nèi)容，其中最關(guān)鍵的鑒定試驗(yàn)就是加速水樹老化試驗(yàn)(AWTY )。該試驗(yàn)的具體內(nèi)容包括了對未老化和分別經(jīng)過120、180天和360天老化的15kV電纜進(jìn)行的一系列的工頻和沖擊擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)。在歐洲， CENELEC標(biāo)準(zhǔn)中也收錄

6、了一種類似的，由德國VDE0273電纜老化方法發(fā)展而來的老化試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)包括了對電纜在分別老化了6個(gè)月、1年和2年后的工頻擊穿試驗(yàn)內(nèi)容。最近一段時(shí)間，伴隨著地下電纜網(wǎng)絡(luò)的快速增長，廣大的中國電力企業(yè)對長壽命、高可靠性的中壓（MV ）電纜的關(guān)注大大增加。為了向中國的用戶評估TR-XLPE的良好性能，陶氏化學(xué)公司和武漢高壓研究所合作開展了一項(xiàng)針對中國電纜結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目共使用了3種不同的電纜：一種電纜使用國產(chǎn)絕緣料，另一種使用陶氏XLPE絕緣料，最后一種使用陶氏TR-XLPE絕緣料。試驗(yàn)研究內(nèi)容完全按照北美AWTY試驗(yàn)要求進(jìn)行。這3種電纜都由同一家中國電纜制造商在同一條生產(chǎn)線、同一段

7、工期內(nèi)生產(chǎn)。在武漢高壓研究所內(nèi)的 電纜老化試驗(yàn)已經(jīng)進(jìn)行了 8個(gè)多月，于2004年4月份結(jié)束。180天后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)可以看出，與其他電 纜相比，使用TR-XLPE的電纜具有明顯的性能優(yōu)勢。該試驗(yàn)的具體內(nèi)容也可以由中國用戶作為鑒定試驗(yàn) 或型式試驗(yàn)使用，作為衡量中壓電纜性能的標(biāo)準(zhǔn)。1試驗(yàn)研究方案該試驗(yàn)研究項(xiàng)目使用10kV地下電力電纜（典型的中國電纜結(jié)構(gòu)），按照 AEICCS8-00額定電壓5 至46kV擠岀絕緣屏蔽電力電纜技術(shù)規(guī)范（第一版）的內(nèi)容要求進(jìn)行試驗(yàn)。每一種電纜連續(xù)分割制成21個(gè)電纜樣品，按照圖1所示的程序流程進(jìn)行試驗(yàn)，這些試驗(yàn)樣品將進(jìn)行：局部放電試驗(yàn)，介質(zhì)損耗系數(shù) 測量和半導(dǎo)電層體積電阻

8、率測量；結(jié)構(gòu)尺寸測量；工頻逐級擊穿試驗(yàn)（HVTY ）;熱沖擊擊穿試驗(yàn)；14天熱循環(huán)試驗(yàn)；120、180天和360天加速水樹老化試驗(yàn)（AWTF ）;爐水樹檢測統(tǒng)計(jì)。其 中，加速水樹老化試驗(yàn)、工頻逐級擊穿試驗(yàn)和水樹檢測統(tǒng)計(jì)是最關(guān)鍵的試驗(yàn)內(nèi)容，在文中將著重介紹。A、B和D3種電纜都具有相同的結(jié)構(gòu)，每種電纜所使用的材料牌號(hào)見表1。電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：導(dǎo)體。50mm2，銅，圓形，絞合，緊壓。導(dǎo)體屏蔽。0. 6ma厚，擠出半導(dǎo)電層。絕緣。4. 5mm厚，A為陶氏普通XLPE料，B為陶氏抗水樹TR-XLPE料，D為國產(chǎn)XLPE料。絕緣屏蔽。O. 8mm 厚，擠出半導(dǎo)電層。金屬屏蔽。0. 12mnK 25m

9、m，銅帶。2試驗(yàn)設(shè)備2. 1加速水樹老化試驗(yàn)（AWTT ）為了在樣品13-21上進(jìn)行加速水樹老化試驗(yàn)，需要將電纜的導(dǎo)體和彎管充滿自來水后，在每一個(gè)電纜 終端頂部固定一個(gè)小塑料水容器并保持一定的水位，從而確保導(dǎo)體中充滿水。每天通過在閉合導(dǎo)體回路中 產(chǎn)生感應(yīng)電流的方式加熱電纜，每天加熱8h，并且在每個(gè)熱循環(huán)的末期應(yīng)當(dāng)使穿管內(nèi)的絕緣屏蔽溫度達(dá)到45 3同時(shí)，一個(gè)交流 26. 2kV （ 5. 9kV/mm ）電壓一直施加在試驗(yàn)樣品導(dǎo)體上。在試驗(yàn)的每一星期內(nèi)，電纜樣品應(yīng)當(dāng)連續(xù)進(jìn)行5個(gè)周期為24h的熱循環(huán)，然后是2天停止熱循環(huán)。這期間的每24h就稱為一個(gè)老化天。對每一種電纜，13、14和15號(hào)樣品需要進(jìn)

10、行120天的加速水樹老化，16、 17和18號(hào)樣品需要進(jìn)行180天，而19、20和21號(hào)樣品則需要360天的加速水樹老化。2. 2工頻逐級擊穿試驗(yàn)（HVTT ）工頻逐級擊穿試驗(yàn)的樣品需要至少7 . 93m的有效電纜長度，兩端裝入 350kV的水終端中。使用5kV （3. 94kV/mm ） ， 50Hz的工頻交流作為起始電壓，在樣品上施加 5min，然后以每5min為間隔，5kV （1. 57kV/mm ）為一級的逐級升高電壓，直到電纜擊穿或者達(dá)到43. 31kV/mm為止。對每一種電纜，1-3、7-9和13-21號(hào)樣品均需要進(jìn)行工頻逐級擊穿試驗(yàn)。3經(jīng)過120天和180天AVTT后的試驗(yàn)結(jié)果由

11、于這些試驗(yàn)產(chǎn)生了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以在這里只對那些非常重要，并且具有特別意義的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如工頻逐級擊穿試驗(yàn)的交流擊穿值（ACBD ）和水樹檢測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行著重論述。在經(jīng)過120天的加速水樹老化過程后，3組電纜的所有電纜樣品都可以繼續(xù)試驗(yàn)。電纜A和電纜B的16-18號(hào)樣品經(jīng)受住了 180天的加速水樹老化過程，但是電纜D的所有剩余電纜樣品（6-21號(hào)樣品）在180天老化試驗(yàn)進(jìn)行至140-150天期間全部被擊穿。換句話說，電纜D用于180天和360天老化的所有樣品在經(jīng)過150天的加速水樹老化過程后，已經(jīng)全部無法供后續(xù)試驗(yàn)使用了。中壓電纜絕緣料的水樹老化研究（二）3. 1工頻逐級擊穿試驗(yàn)工頻逐級擊穿試

12、驗(yàn)的交流擊穿值（ACBD）見。交流擊穿場強(qiáng)值由工頻逐級擊穿試 驗(yàn)的擊穿電壓計(jì)算得出。中包括了未老化樣品、 14天熱循環(huán)后樣品、120天老 化后樣品和180天老化后樣品的數(shù)據(jù)。從可知，經(jīng)過180天的加速水樹老化，電纜 A保持了初始交流擊穿強(qiáng)度的50%,而電纜B的交流擊穿強(qiáng)度則沒有惡化。由于電纜 D沒能經(jīng)受住180天的 老化過程（見中虛線），所以電纜D在180天的交流擊穿強(qiáng)度5. 9kY/mm由 AWIT期間的電壓場強(qiáng)得出，并不是由 HVTT試驗(yàn)的數(shù)據(jù)計(jì)算而來。所有經(jīng)過120天和180天老化過程的電纜都進(jìn)行了領(lǐng)結(jié)形（Bow-tie）水樹和發(fā)散 形（Vented）水樹的測量，試驗(yàn)在電纜 A、電纜B和

13、電纜D中經(jīng)過工頻逐級擊穿 試驗(yàn)的13-18號(hào)樣品上進(jìn)行（作為特殊的情況，電纜 D的16-18號(hào)水樹樣品直接 從180天AWTT過程中擊穿電纜上取樣）。對每一個(gè)樣品，都在擊穿點(diǎn)的附近 切取30個(gè)圓片，使用亞甲基藍(lán)染色并涼干后，在顯微鏡下觀察水樹的生長情 況。在經(jīng)過180天的AWTT過程后，所有的電纜樣品中都沒有發(fā)現(xiàn)大于 0. 25mm 的發(fā)散形水樹，并且只有非常少的小于 0. 25mm的發(fā)散形水樹。使用TR- XLPE材料的電纜B中幾乎沒有水樹產(chǎn)生，只有非常少的小于0. 25mm的領(lǐng)結(jié)形水樹，而大于0. 25mm的則完全沒有。使用陶氏XLPE材料的電纜A中， 小于0. 25mm領(lǐng)結(jié)形水樹的密度為

14、12個(gè)/cm3; 0. 25-O. 51mm領(lǐng)結(jié)形水樹 的平均密度為5個(gè)/ cm3; 0. 52-O. 77mm領(lǐng)結(jié)形水樹的平均密度為1個(gè)/ cm3。而使用國產(chǎn)電纜材料的電纜 D中，小于0. 25mm領(lǐng)結(jié)形水樹的密度超過1700個(gè)/cm3; 0. 25-0. 51mm領(lǐng)結(jié)形水樹的平均密度為 170個(gè)/cm3; 0. 520. 77mm領(lǐng)結(jié)形水樹的平均密度為 2個(gè)/ cm3。每種電纜的13-18號(hào)樣品經(jīng)過120天和180天老化后其O. 14-0. 25mm領(lǐng)結(jié)形 水樹的密度見；00. 26-0. 51mm. 0. 52-0.77mm和 O. 78-1. 02mm領(lǐng)結(jié)形水 樹的密度見。在完成了 1

15、20天AWTT過程的D13、D14號(hào)樣品中發(fā)現(xiàn)了大量的 發(fā)散形水樹（高度0. 125mm）和領(lǐng)結(jié)形水樹（高度O. 500mm），見。4試驗(yàn)結(jié)果的分析從180天老化后的工頻交流擊穿試驗(yàn)可以明顯地看出3種電纜的性能差別。經(jīng)過180天的AWTT老化過程后，電纜A只保持了初始交流擊穿強(qiáng)度的50%, 電纜B的交流擊穿強(qiáng)度則沒有惡化，而電纜 D的所有剩余的樣品在老化試驗(yàn)進(jìn) 行140-150天期間全部被擊穿。使用陶氏 TR-XLPE和XLPE材料的電纜的試驗(yàn) 數(shù)據(jù)與使用北美生產(chǎn)電纜的北美 AEICAW-TT試驗(yàn)內(nèi)容中的數(shù)據(jù)是非常接近 的。另一個(gè)值得注意的試驗(yàn)結(jié)果是，3種不同材料的電纜中的水樹含量。根據(jù)以往

16、的經(jīng)驗(yàn)，絕緣層水樹的含量過高，會(huì)導(dǎo)致電纜的交流擊穿強(qiáng)度下降，縮短電纜 運(yùn)行的使用壽命。水樹在一定的環(huán)境條件下會(huì)生長非常迅速，并最終導(dǎo)致電纜 的擊穿。發(fā)散形水樹經(jīng)常產(chǎn)生在絕緣屏蔽層和絕緣層之間的交界處，是衡量電纜屏蔽層和絕緣層生產(chǎn)質(zhì)量的重要指標(biāo)。在每種電纜中都沒有發(fā)現(xiàn)大于0. 25mm的發(fā)散形水樹，小于0. 25mm的水樹含量也很低，說明電纜導(dǎo)體屏蔽層的生產(chǎn)質(zhì)量是 很好的。從另一面講，領(lǐng)結(jié)形水樹是產(chǎn)生在絕緣層內(nèi)部的，可以反映絕緣層抗水樹生長 的能力。而在本項(xiàng)目中的3種電纜經(jīng)過180天的老化過程后，領(lǐng)結(jié)形水樹的含 量差異非常大，尤其在D13和D14樣品中已發(fā)現(xiàn)了發(fā)散形和非常大的領(lǐng)結(jié)形水 樹。在電纜

17、D中產(chǎn)生的大量大尺寸的水樹可以歸咎于所使用的絕緣和屏蔽層材 料的配方、潔凈度和生產(chǎn)工藝，而且也為電纜D在180天老化過程中過早的擊穿提供了合理的解釋。由于領(lǐng)結(jié)形水樹只會(huì)在絕緣的缺陷處產(chǎn)生，例如雜質(zhì)和微孔，因此從使用國產(chǎn) XLPE電纜和使用陶氏XLPE電纜的數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，即國產(chǎn)的 XLPE材料中 的雜質(zhì)含量偏高。這也證實(shí)了潔凈的電纜絕緣材料的重要性，即便是使用在中 壓電纜上，因?yàn)閺膿舸?shù)據(jù)可以看出，雜質(zhì)含量過高會(huì)降低電纜的使用壽命或 者使電纜在現(xiàn)場使用中過早擊穿。5結(jié)論從120天和180天老化過程后的數(shù)據(jù)可以明顯地看到使用 TR-XLPE電纜的優(yōu)越 性，本試驗(yàn)研究項(xiàng)目將陶氏 TR-XLPE、陶氏XLPE和國產(chǎn)XLPE材料在性能上 進(jìn)行了顯著的