浅谈交联聚乙烯电力电缆水树产生机理、检测及预防

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1、2009年第4期电线电缆2009年8月No．42009ElectricWire＆CableAug．，2009交联聚乙烯电力电缆水树产生机理、检测及预防陈涛，魏娜娜，陈守娥，王连成，王雨(特变电工山东鲁。能泰山电缆有限公司，山东新泰271200)摘要：分析交联聚乙烯电力电缆绝缘中水树产生的机理及检测方法，并对如何防止绝缘中水树产生提出了解决措施。关键词：交联聚乙烯电力电缆；水树；产生机理；预防中图分类号：TM247．1文献标识码：A文章编号：1672-6901(2009)04-0001-04Mechanis

2、m，DetectionandPreventionofWaterTreeinginXLPEPowerCablesCHENTao．etal(SpecialElectricApparatus—LunengTaishanElectricCableCo．，Ltd．，Xintai271200，China)Abstract：InthispaperthemechanismanddetectionofwatertreeingintheXLPEcableinsulationwereanalyzed．MeasurestOpre

3、ventwatertreeinggenerationinthecableinsulationwererecommended．Keywords：XLPEpowercable；watertreeing；mechanismofgeneration；prevention察结果显示，地下电缆被水浸泡造成水树的生长情O引言况比在空气中的情况要显著。目前，交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆产品(2)对275kV具有径向防水构造的铝包XLPE的生产及应用已有近三十年的历史。其在干燥环境电缆投入使用10年后抽检，撤出3条2

4、5In长电缆下具有优良的电气和机械性能，但在实际应用中电做绝缘击穿测试，结果显示与投入使用前性能相近。缆敷设的环境通常比较恶劣，电缆经常需要短期或其领结形水树的长度最大约为160m，被确认绝缘长期浸泡在水中，或者处在潮气湿度很大的环境下。性能没受影响。在此条件下长期使用，绝缘会逐渐吸收环境中的水(3)曾对仅有普通PVC外护层、含铅箔的简易分，在电场的作用下久而久之会在电缆绝缘中引发防水层、铝护套等3种型式66kV电缆做研究。按大量的水树，水树老化使绝缘高分子裂解。当绝缘外部浸水条件做对比测试，结果显示具有

5、径向防水中水树达到饱和状态时，绝缘电气和机械性能将急构造的电缆绝缘性能与初始性能相同；而没有径向剧下降，导电的水树即电树会损耗大量的电能，并最防水层的普通PVC外护层电缆，在不长时间其绝缘终引起电缆绝缘击穿，从而大大减少电缆寿命。据性能已有降低趋势。统计，国内城网10～35kV电力系统中，地下使用的因此，水树对于交联电缆的危害性是很大的，需普通XLPE绝缘电缆，普遍在运行8至12年生长出要对其产生机理、检测及预防方法进行认真研究分大量水树，致使大量交联电缆因水树而发生击穿事析故，影响电网的安全运行。1水树

6、产生机理分析日本曾对电缆老化现状做过调查，并对空气中与浸水中电缆进行老化特性的比较，得出以下结水树是电缆绝缘中水分在高压电场作用下形成论：的发散形或领结形的气隙(见图l、图2)。在交联(1)对经历了12年、12．4年、14年运行的3回电缆绝缘中的空隙有水树、电树和化学树等形状，它77kV电缆(干法交联、三层共挤结构)撤出后进行们产生的机理都不完全相同，但在它们生长的过程了工频、冲击击穿试验，结果显示其绝缘击穿电压均中却可以相互转化、相互促进。比投产初期降低25％～50％。同时，水树分布的考自1967年发现

7、XLPE绝缘水树老化后，目前已确认水树是交联电缆绝缘老化的主要原因。大量试收稿日期：2009~2·12验表明水树会造成局部应力增大。高温下水树会发作者简介：陈涛(1977一)，男，工程师．生明显的氧化，导致吸水性增大，导电性升高，最终作者地址：山东新泰市金斗路568号[271200]2009年第4期电线电缆2009年8月No．42009ElectricWire＆CableAug．，2009会使温度升高。据日本东京电力工业研究所计算，间隙内的水分每升高10cI=，压力会升高47．3kg／cm，从而造成微观间

8、隙的生长；另一个原因是电致伸缩力。一个充水的间隙在电场的作用下会受到向间隙外的、沿着电场方向的麦克斯韦应力和海默霍德应力，称为电致伸缩外向力。同时水的表面张力会对抗外向力造成电致伸缩。此时间隙受到的净压力P为：P：1．44×10一E×0．06图1发散形水树——式中，r为水的半径；E为电场强度。这个应力沿电力线方向，且从间隙向外，产生的机械应力可达几十kg／cm。如该方向上存在无定型区和杂质，便会使间隙扩大发展，导致水树生长。1