交联聚乙烯电缆的老化分析.doc

交联聚乙烯电缆的老化分析在一个绝缘系统中，老化因素可以使材料的特性产生不可逆转的 改变，并可能影响到绝缘性能从实际线路归纳XLPE电缆的老化原 因和老化形态，一般认为热老化、局部放电、水树枝、电树枝的发生， 是影响电缆及其附件绝缘性能降低的主要原因不同温度热老化过程中炭基指数均随着老化时间的增加而增大; 低温热老化有利于XLPE结晶形态的完善,XLPE活化能有所升高，高 温热老化对XLPE结晶形态有显著的破坏作用,XLPE活化能成指数规 律下降电缆绝缘材料在热老化热裂解的同时也发生后交联,低温热 老化电缆绝缘材料后交联作用占主导地位，而高温热老化电缆绝缘材 料热裂解为主要因素热老化是XLPE绝缘物在长时间高温作用下由 于过热氧化发生质变，物理特性（抗张性、伸长等）和电气特性（介损、 绝缘击穿电压等）均降低电缆运行期间，电缆绝缘会受到长期的热 老化影响，有时热老化引起的损伤不可恢复，在正常运行工作的状态 下，由于载流量很大，使得XLPE电缆绝缘的正常工作温度为90C, 当电缆过载状态或短路后，短时间内电缆绝缘的温度可达到150C 热老化不仅会影响XLPE电缆绝缘的电气、物理化学和其他性能，还 会影响其内部电树和水树的起始和生长特性。

在电压的作用下，绝缘结构内部的气隙、油膜或导体的边缘发生 非贯穿性的放电现称为局部放电由于XLPE电缆在制造过程中欠缺 点的存在（绝缘中存在：微孔或绝缘层与内、外半导电层间有空隙）当 电缆在交流电压的作用下，因为空气的介电常数较固体介质小，而场 强与介电常数成反比，其耐压强度却低于绝缘材料，因此当局部电场 较高时，在绝缘薄弱环节处形成局部放电从而引起介质的游离击穿 局部放电引起绝缘材料中化学键的分离、裂解和分子结构的破坏放 电过程生成的臭氧、氮氧化物遇到水分串成硝酸化学反应腐蚀绝缘体， 导致绝缘性能劣化放电过程的高能辐射，使绝缘材料变脆放电时 产生的高压气体引起绝缘体开裂，并形成新的放电点放电点热效应 引起绝缘的热裂解或促进氧化裂解，增大了介质的电导和损耗，产生 恶性循环，加速老化过程XLPE电缆在高电场作用下，针电极将通过Fowler-Nordheim效 应或Richardson-Schottky方式向介质导带或价带注入载流子由于 XLPE的平均自由程短，局域态密度高，这些注入载流子经几次散射 之后很快掉入陷阱，在此过程中陷阱复合中心俘获电子和空穴时，会 以辐射和（或）俄歇效应非辐射的方式将能量转移给导带上的其它电 子，使之成为热电子。

热电子轰击XLPE的链，大分子的断裂生成了 大量的自由基和小分子产物，而生成的自由基对于XLPE的降解又有 加速作用，从而导致更大范围的降解，使得在聚合物内部形成局部低 密度区低分子和低密度区的形成反过来又促使聚合物的无序性和陷 阱密度增加在低密度区，电子自由路程增长，自由电子可在电场作 用下加速，并在其中发生相继的碰撞电离过程使更多的聚合物分子断 裂，部分释放的能量转化为光，部分能量使更多的聚合物分子断裂， 这样就形成了树枝通道电缆运行过程中，在水分和电场的共同作用下发生物理化学变化, 形成水树枝水树枝可进一步发展成为电树枝，使电缆绝缘性能下降， 引发放电事故，严重影响电网的可靠供电水树枝产生的第一阶段是在绝缘体中不规整部位的水产生局部 凝缩，在电缆制造过程中和从外部环境侵入的少量水在绝缘物中是均 匀分布的，但水分子在电场作用下因极化而产生极化迁移，被不规整部 位所吸引，逐渐积累产生水气的局部过饱和状态第二阶段，在不规整 部位的微空隙和多孔性不纯物的自由空间产生液态的水第二阶段为 水树枝成长的过程,这过程是一种机理所引起的还是几种机理结合起 来引起的,还没有确切地弄明白，但极化迁移的作用是存在的。

由于某 种“泵浦效应”局部压力上升,使微孔扩大和引起机械损伤如果还有盐 类的话，在微孔表面的渗透压力变化会进一步引起的别的效应其他 重要因素有应力Maxwell应力（电磁应力），电气渗透的电化学机理及 微放电等这样水树枝就逐步成长，在显微镜下，能看到这种充满水的 细小裂缝（0.1 -几个pm）,并在水树枝的尖端形成高电场，促使水树枝 的延伸，以后水树枝逐步向电树枝转移，最后形成大面积的贯穿整个绝 缘体的树枝使绝缘击穿;但整个发展过程是一个缓慢的过程，发展速度 由多种因素所决定，一般要使用8年以上才会发生由于水树枝原因而 造成的电击穿故障大量试验显示水树枝会造成局部应力增高，可能成为电树枝的发 源地高温下，水树枝里可能发生显著的氧化，导致吸水性增大，导 电性增高，最终热击穿；低温下，水树枝经较长时间氧化或转化为电 树枝，破坏就开始了电树枝老化是由于绝缘材料中含有杂质，形成场强集中部位发生 局部放电，具有树枝状痕迹逐步伸展至全部路径而击穿的老化形态由于机械应力的破坏使XLPE绝缘产生应变造成气隙和裂纹，引 发电树枝放电机械应力一方面是因为电缆生产、敷设运行中不可避 免地弯曲、拉伸等外力产生应力，另一方面是由于电缆在运行中电动 力对绝缘产生的应力；气隙放电造成电树枝的发展。

现代的生产工艺 尽管可以消除交联电缆生产线中某些宏观的气隙，但仍有l~10um或 少量的20〜30um的气隙形成的微观多孔结构多孔结构巾的放电形 式主要以电晕放电为主通道中的放电所产生的气体压力增加，导致 了树枝的扩展和形状的变化；场致发射放应导致树枝性放电在高电 场作用下，电极发射的电子，由于隧道效应注入绝缘介质，电子在注 入过程中获得足够的动能，使电子不断地与介质碰撞引起介质破坏, 导致树枝放电；缺陷主要是导体屏蔽上的节疤和绝缘屏蔽中的毛刺以 及绝缘内的杂质和空穴这些缺陷使绝缘内的电场集中，局部场强提 高引起场致发射，导致树枝性放电。