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XLPE电树枝引发与寿命评估

电气94方舟

摘要：

得益于优良的电气性能及其易于敷设的特点，交联聚乙烯(XLPE)在电缆领域

已广泛投入使用。然而在运行过程中，伴随着高场强而发生的绝缘内部放电会导

致细微开裂形成电树枝，大大降低电缆的电气性能及使用寿命。因此，通过电树

枝引发实验测定材料在不同场强下电树枝生长情况成为研究、改进材料的切入

点。

本次实验使用XLPE切片制作缺陷模型，对9-27KV工频电压下进行培养测

试观察树枝生长速度与形状从而评估电气性能与使用寿命。实验末尾附带了一次

交流相逐级升压引发实验，与先前的恒压实验对比，可以扩展出更多可供研究的

课题。

关键词：

XLPE电树枝局部放电使用寿命老化

正文：

一、试样制备

(1)实验平台搭建

为了研究电树枝的生长特性，搭建

一套可实时观察并记录电树枝不同生长

阶段图片的系统，该系统由聚四氟乙

烯试样槽、体式显微镜摄像装置和终端

图片观察及存储计算机三部分组成。

为了达到最佳的观察效果，聚四氟乙烯试样槽设计为圆筒状，其底部用加厚

玻璃代替，以便显微镜的光源能很好的照射到试样。同时，在进行实验时，试样

槽内注入适量硅油，这样做一方面能增加试样的透光性，另一方面可以防止在进

行高压试验时试样表面发生沿面闪络。

由于在进行高压试验时硅油受到强电场的作用会产生漂移，这使得电树枝图

片的实时观察及采集收到严重影响，为了使试样保持良好的稳定性，一方面将试

样的针电极插入试样槽上设计好的高压端插槽内，使用螺丝将地电极与低压极相

连；另一方面，用一个直径大于显微镜光源的聚四氟乙烯环压在试样上，环上设

计有一个凹槽，该凹槽可以很好的与试样槽上的高压端插槽吻合，进而达到更好

固定试样的目的。

图片的获取是通过奥林巴斯的体式数字显微镜实时观察得到的，该显微镜最

大放大倍数可达到90倍，一般我们使用目镜放大倍数为1的，即放大倍数为45

倍。显微镜观察到的图片通过专用的数据传输线传输到终端计算机上，并使用与

显微镜配套的软件将其实时的显示出来，这样就可以通过计算机观察电树枝的生

长情况。在实验的过程中，为了得到清晰度高的电树枝图片，每次在进行实验之

前利用吸管将硅油中的细小纤维处理掉，并且实验完了之后将硅油倒出，使用玻

璃罩将试样槽罩上，防止灰尘污染。

(2)试样制作模具设计

实验室培养电树枝的试样模型采用针—板电极系统，即将钢针扎入交联聚乙

烯绝缘电缆样片中，并保持针与电缆内半导电层距离为2mm±0.2。为了制备这

样的试样，就要求有一套具备控制温度及扎针距离的模具，为此，我们设计了一

套如图所示模型。

该模具主要由温度控制装置与螺旋距离控制装置组成。温度控制装置由上层

热电偶加热板、下层热电偶加热板及温度传感器三部分构成。下层热电偶加热板

固定在温度传感器之上，上层热电偶加热板由螺旋杆控制为可移动式，以便于对

试样的固定及移取方便。在对试样进行扎针时，加热温度设置为120℃，当温度

传感器感应到的上下热电偶板的温度高于此温度时，将切断电源停止加热，如若

温度再次低于120℃时，又重新启动加热，这样就确保了试样的加热温度在一个

较温度的范围之内。螺旋距离控制装置主要由一个旋转螺杆组成，此螺杆的一头

设计一个直径比钢针直径稍大的针槽，并调整旋转距离，使螺旋杆转动一圈时，

钢针电极向前移动1mm。需要注意的是，为了确保这个距离的精确度，在每次

将针放入针槽时必须确保钢针接触到针槽的最内侧。

扎针模具缺陷模型

(3)电缆试样制备

试样的制作过程可归纳为三个部分：选针、涂针与扎针。

为了在实验室条件下培养出具有较好一直性的电树枝试样，又因电树枝的引

发电压与针尖的曲率半径约成正比关系，所以要求实验所用钢针有统一的规格。

即要求针尖的曲率半径为5±1µm，钢针直径为1mm。

加热磨具至120℃并