聚合物抗水树性能的评估方法及其实验的研究.pdfVIP

’2009中国线缆材料大会 论文集 onMaterial ’2009ChinaConStance onWireCable Industry 聚合物抗水树性能的评估方法 及实验研究 孙颖，曹晓珑 (西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安710049) 摘要： 本文参考IEC．TS61956标准“评定绝缘材料中水树枝化的试验方法”的征询意 见稿设计了一种杯状电极装置，研究了影响水树老化外部因素的实验规律。 对三种聚合物低密度聚乙烯(LDPE)、硅橡胶、聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA) 中的水树老化现象进行研究。通过老化前后介电响应的变化提出评判水树老 化标准的意见。 关键词： 电缆，水树枝，低密度聚乙烯，介电响应 水树枝的定义及机理 1．1．什么是水树枝? 交联聚乙烯(XLPE)电缆以其优异的电气性能和传输容量大、耐热性好、易于弯 曲、附件接头简单、安装敷设方便等优点，深受广大用户欢迎，自上世纪八十年代以来 逐渐成为电力电缆的主流。在国内，近些年来常规XLPE绝缘中压电力电缆的故障发生 率明显上升，个别地区和单位甚至较为严重，而电缆本体故障的主要原因是水树导致的 早期损坏。尤其是安装在南方潮湿环境中的电缆，水树发生十分普遍，个别严重的树枝 长度接近绝缘厚度的70％，越来越多的电缆用户和电缆制造厂已经认识到，必须采取措 施，及早避免和遏制水树导致电缆损坏上升的趋势。 一般认为，水树枝是交联聚乙烯绝缘发生降解的一种现象。电气学会的技术报告对 它的定义是：。水树枝是聚乙烯(PE)类绝缘材料在长时间与水共存的状态下因电场作 用产生的，形状为充满了水的各种树枝状的细微通道或气隙。”其微观结构为一些直径 ’2009中国线缆材料大会 论文集 ’2009ChinaConferenceonMaterialonWireCable Industw 范围大约0．1-1 lJm的连接或者不相连的充水小孔。水树枝的生长过程非常缓慢，它并 不直接导致电力设备绝缘层的击穿，但是随着水树枝的生长，水树枝尖端的电场愈加集 中，局部的高电场最终会导致水树枝尖端引发电树枝，从而导致电缆击穿破坏幽。 1．2．水树枝产生的机理 目前对水树产生机理还没有统一的定论。关于水树产生机理有两个主流理论1．电致 应力理论；2．电化学氧化理论。电致应力理论认为，材料中充水小孔的存在会引起局部 电场强度的提高。外部施加的周期电致应力使得聚合物分子链变形，扩散的电解质溶液 于是渗入到新的地方，从而引发水树老化破坏。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 孔。在水树中检测到羧酸阴离子，证明了氧化作用的存在。同时，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。【1】【41 事实上，水树破坏可以是由多种过程共同作用引起的，包括电渗透，电致应力，电 化学氧化等作用。电致应力模型更适于用来解释高电场下，实验室水针法培养的水树发 展过程。而在现场老化的电缆中，发生的电化学氧化作用也许更多。 2．抗水树性能的评估方法 2．1．电极装置的设计 参考IEC．TS61956标准“评定绝缘材料中水树枝化的试验方法”的征询意见稿设计 了一种杯状电极装置，其形状和尺寸如图2-1(a)与(b)所示，包括： (a)试验槽 (b)试验杯尺寸 图2—1水树枝试验装置示意图 5ram， 线的剖面图如图2—1(b)所示，螺孔共有六个，