35kV及以下塑料绝缘电力电缆在运行中产生的故障简析.ppt

35kV及以下塑料绝缘电力电缆及以下塑料绝缘电力电缆在运行中产生的故障简析在运行中产生的故障简析电缆故障产生的原因电缆故障产生的原因绝缘老化变质绝缘受潮电缆过热机械损伤护层的腐蚀过电压材料缺陷接头的设计和制作工艺问题电缆故障产生的原因 根据国内外报导，根据国内外报导，XLPEXLPE电缆发生事故的原因如下：电缆发生事故的原因如下：1. 1.水树枝劣化水树枝劣化 它是它是XLPEXLPE电缆事故的主要原因，约占事故的电缆事故的主要原因，约占事故的71%71%，，多发生于自然劣化多发生于自然劣化XLPE电缆发生事故的原因水树枝劣化铜屏蔽带断裂铜屏蔽接地故障电缆护层故障线芯屏蔽层厚薄不均匀2. 2.铜屏蔽带断裂铜屏蔽带断裂 在铜屏蔽带一端接地的电缆中，当铜屏蔽带断裂时，在铜屏蔽带一端接地的电缆中，当铜屏蔽带断裂时，非接地一端的铜屏蔽带成为非接地状态，该铜屏蔽带上将非接地一端的铜屏蔽带成为非接地状态，该铜屏蔽带上将感应出高电压，这个高电压若导致断裂部位发生放电，往感应出高电压，这个高电压若导致断裂部位发生放电，往往引起绝缘破坏。

断裂部位放电的示意图如图所示往引起绝缘破坏断裂部位放电的示意图如图所示 铜屏蔽带断裂的特征是：铜屏蔽带断裂的特征是： （（1 1）单芯电缆比三芯电缆的事故多单芯电缆比三芯电缆的事故多 （（2 2）从投运到破坏的时间，从数周到数年不等从投运到破坏的时间，从数周到数年不等 （（3 3）断裂部位的导体电阻增大到数千欧，不能保护非）断裂部位的导体电阻增大到数千欧，不能保护非接地侧电缆的对地闪络接地侧电缆的对地闪络 （（4 4）断裂部位放电时冒火、冒烟，严重时可能引起火）断裂部位放电时冒火、冒烟，严重时可能引起火灾3. 3.铜屏蔽接地故障铜屏蔽接地故障 XLPE XLPE电缆铜屏蔽接地故障已逐渐引起现场的重视电缆铜屏蔽接地故障已逐渐引起现场的重视 例如某地区的例如某地区的XLPEXLPE电缆多半采取直埋方式，为此将终端电缆多半采取直埋方式，为此将终端头的铜屏蔽地线和钢铠地线分别引出，接地线截面分别不头的铜屏蔽地线和钢铠地线分别引出，接地线截面分别不小于小于25mm25mm2 2和和10mm10mm2 2，从热缩手套下引出时应互相绝缘，，从热缩手套下引出时应互相绝缘，通过以上两项改进，就有条件在终端头处定期测量钢铠对通过以上两项改进，就有条件在终端头处定期测量钢铠对地和钢铠对铜屏蔽的绝缘电阻，可间接反映电缆内、外护地和钢铠对铜屏蔽的绝缘电阻，可间接反映电缆内、外护套有无损伤，从而可以判断电缆是否受潮。

套有无损伤，从而可以判断电缆是否受潮 检测发现电缆铜屏蔽接地，在某变点所终端侧绝缘电检测发现电缆铜屏蔽接地，在某变点所终端侧绝缘电阻为阻为0.01MΩ0.01MΩ电缆敷设示意图如图所示电缆敷设示意图如图所示 进一步检测发现，故障点的位置在离变电所进一步检测发现，故障点的位置在离变电所1973m1973m的的4 4号电缆接头上把号电缆接头上把4 4号接头刨开，把接头内、外护套分别号接头刨开，把接头内、外护套分别剥开检查，发现造成铜屏蔽接地的原因是内、外护套搭接剥开检查，发现造成铜屏蔽接地的原因是内、外护套搭接处密封不严，钢铠甲和铜屏蔽处均有潮气存在针对故障处密封不严，钢铠甲和铜屏蔽处均有潮气存在针对故障原因，用喷灯对该接头进行充分排潮后，把铜屏蔽在接口原因，用喷灯对该接头进行充分排潮后，把铜屏蔽在接口处断开，分别遥测接头两侧铜屏蔽对地绝缘电阻，测量结处断开，分别遥测接头两侧铜屏蔽对地绝缘电阻，测量结果是：变电所侧为果是：变电所侧为4.5MΩ4.5MΩ，终端侧为，终端侧为5MΩ5MΩ由于处理及时，由于处理及时，避免了事故发生。

避免了事故发生４４. .电缆护层故障电缆护层故障 单芯单芯XLPEXLPE电缆能否安全可靠地运行，与其护层能否电缆能否安全可靠地运行，与其护层能否安全可靠运行关系密切电缆护层采用一端接地方式时，安全可靠运行关系密切电缆护层采用一端接地方式时，要求该电缆的护层必须绝缘良好当电缆护层发生接地时，要求该电缆的护层必须绝缘良好当电缆护层发生接地时，运行中电缆护层将受到交变磁场的作用，在铝波纹护层上运行中电缆护层将受到交变磁场的作用，在铝波纹护层上将产生感应电压，使直接接地端和电缆护层的绝缘不良处将产生感应电压，使直接接地端和电缆护层的绝缘不良处产生产生“ “环流环流” ” “环流环流” ”使铝波纹层发热，并使输送容量使铝波纹层发热，并使输送容量降低降低30%30%～～40%40%；而且严重的可将金属护层烧穿，护层烧；而且严重的可将金属护层烧穿，护层烧穿后将使电缆的主绝缘裸露在外，与地下（或空气中）的穿后将使电缆的主绝缘裸露在外，与地下（或空气中）的水分或潮气相接触，使绝缘层遭受破坏，最终导致绝缘击水分或潮气相接触，使绝缘层遭受破坏，最终导致绝缘击穿。

穿５５. .线芯屏蔽层厚薄不均匀线芯屏蔽层厚薄不均匀 电力电缆线芯在紧压过程中容易产生尖锐毛刺随着电力电缆线芯在紧压过程中容易产生尖锐毛刺随着运行电压升高，导体表面电场增大，毛刺尖端电场严重畸运行电压升高，导体表面电场增大，毛刺尖端电场严重畸变，导致引发主绝缘树枝状放电因此，变，导致引发主绝缘树枝状放电因此，3kV3kV及以上的及以上的XLPEXLPE电力电缆均要求设计由半导电材料构成的线芯屏蔽电力电缆均要求设计由半导电材料构成的线芯屏蔽层和绝缘屏蔽层半导电线芯屏蔽层的主要作用是：均匀层和绝缘屏蔽层半导电线芯屏蔽层的主要作用是：均匀线芯表面电场、防止气隙、提高电缆局部放电电压、屏蔽线芯表面电场、防止气隙、提高电缆局部放电电压、屏蔽线芯毛刺、抑制树枝引发和树枝状放电，还起热屏障作用线芯毛刺、抑制树枝引发和树枝状放电，还起热屏障作用因此它直接影响电缆的安全运行和寿命例如：因此它直接影响电缆的安全运行和寿命例如： （（1 1）某）某YJV-26/35YJV-26/35型、型、3×400mm3×400mm2 2的的XLPEXLPE电缆投入运行电缆投入运行8 8天天后发生故障，电缆本体绝缘几乎全部烧融，铜芯均有过热后发生故障，电缆本体绝缘几乎全部烧融，铜芯均有过热退火痕迹，位于铜屏蔽接地处上方退火痕迹，位于铜屏蔽接地处上方16mm16mm和和51mm51mm两处的铜两处的铜线芯被烧熔化为黄豆大小粒状，铜接线端子完好。

线芯被烧熔化为黄豆大小粒状，铜接线端子完好2 2）某）某YJV-26/35YJV-26/35型、型、3×400mm3×400mm2 2的的XLPEXLPE电缆敷设竣工后电缆敷设竣工后做直流耐压试验时，在距一端点约做直流耐压试验时，在距一端点约4.7m4.7m处发生击穿处发生击穿 现场解剖检查、分析两起故障电缆、起主绝缘和绝缘现场解剖检查、分析两起故障电缆、起主绝缘和绝缘屏蔽层无明显制造质量问题，而线芯屏蔽层厚薄不均匀，屏蔽层无明显制造质量问题，而线芯屏蔽层厚薄不均匀，最薄处厚度约最薄处厚度约0.67mm0.67mm，最后处厚度约，最后处厚度约1.22mm1.22mm，碳黑分散，碳黑分散比较均匀，体积电阻率约为比较均匀，体积电阻率约为10106 6Ω Ω· ·cmcm因此，可以判断：因此，可以判断：故障的原因是线芯屏蔽层比较薄、体积电阻率偏高，不足故障的原因是线芯屏蔽层比较薄、体积电阻率偏高，不足以屏蔽线芯毛刺或铜屑所引起的畸变电场尖端放电，主绝以屏蔽线芯毛刺或铜屑所引起的畸变电场尖端放电，主绝缘迅速被破坏，最后导致电击穿缘迅速被破坏，最后导致电击穿。

塑料电缆的树枝放电老化塑料电缆的树枝放电老化 塑料绝缘电力电缆运行的可靠性，除绝缘材塑料绝缘电力电缆运行的可靠性，除绝缘材料本身特性不良外，其决定因素就是电缆绝缘结料本身特性不良外，其决定因素就是电缆绝缘结构的完善程度在电缆绝缘层中恶化的电场将导构的完善程度在电缆绝缘层中恶化的电场将导致场致发射，引发电树枝、水树枝，最终使电缆致场致发射，引发电树枝、水树枝，最终使电缆绝缘层击穿塑料电力电缆的运行寿命与其绝缘绝缘层击穿塑料电力电缆的运行寿命与其绝缘中树枝老化的现象密切相关，这是在中树枝老化的现象密切相关，这是在2020世界世界6060年年代和代和7070年代被发现的由于发现了塑料电缆击穿年代被发现的由于发现了塑料电缆击穿前的这种前的这种“ “预击穿预击穿” ”现象，引起世界各国电缆制现象，引起世界各国电缆制造界的极大兴趣造界的极大兴趣1. 树枝老化简介 有机材料的树枝化是由于材料内部细微开裂造成的，有机材料的树枝化是由于材料内部细微开裂造成的，开裂的细小通道如同冬天无树叶的树枝状开裂的细小通道如同冬天无树叶的树枝状————有枝干、分有枝干、分枝、枝芽。

枝、枝芽 “树枝树枝” ”就是这种中空开裂现象的统称实际就是这种中空开裂现象的统称实际上，它的形状已大大地超越了上，它的形状已大大地超越了“ “树枝树枝” ”的概念 塑料电缆的树枝化放电现象也是固体介质击穿前漫长塑料电缆的树枝化放电现象也是固体介质击穿前漫长的先导击穿过程，在引发树枝萌芽之前已有漫长的诱导的先导击穿过程，在引发树枝萌芽之前已有漫长的诱导（诱发）期树枝引发后，或者很快发展到固体击穿，或（诱发）期树枝引发后，或者很快发展到固体击穿，或者经漫长的发展（老化）过程，最后导致固体介质击穿者经漫长的发展（老化）过程，最后导致固体介质击穿（电老化击穿）树枝放电通常指树枝的发生、发展的全（电老化击穿）树枝放电通常指树枝的发生、发展的全过程，也有特指管道细微开裂中的气体的局部放电过程，也有特指管道细微开裂中的气体的局部放电 各种有机材料中，管道细微开裂的引发，可以是原有各种有机材料中，管道细微开裂的引发，可以是原有亚微观裂纹的存在；或气隙、水分、化学杂质的存在；或亚微观裂纹的存在；或气隙、水分、化学杂质的存在；或者无任何裂纹存在，只是极高的场强导致冷发射电子，引者无任何裂纹存在，只是极高的场强导致冷发射电子，引发裂缝，这是很复杂的物理化学过程。

从高场强处、气隙、发裂缝，这是很复杂的物理化学过程从高场强处、气隙、含水的空洞、杂质等处引发树枝核心后，向三个方向的立含水的空洞、杂质等处引发树枝核心后，向三个方向的立体空间发展一般是沿电力线方向，也有因材料的各向异体空间发展一般是沿电力线方向，也有因材料的各向异性而出现垂直电力线方向的树枝这些树枝延伸发展到场性而出现垂直电力线方向的树枝这些树枝延伸发展到场强所至的对极（整个绝缘厚度），最后发生整体击穿从强所至的对极（整个绝缘厚度），最后发生整体击穿从引发树枝萌芽，到发展至对极的时间可以是几分钟、几十引发树枝萌芽，到发展至对极的时间可以是几分钟、几十分钟、几年或十几年分钟、几年或十几年1.1 1.1 树枝放电的形成树枝放电的形成 树枝放电的引发和发展过程可分为以下四个阶段：树枝放电的引发和发展过程可分为以下四个阶段： （（1 1）引发期：）引发期：又称潜伏期或诱导期，它的长短表征树枝发生的又称潜伏期或诱导期，它的长短表征树枝发生的难易程度这是抑制树枝的主要阶段难易程度这是抑制树枝的主要阶段 （（2 2）成长期：）成长期：又称发展期，它表明树枝引发后的成长速度。

耐又称发展期，它表明树枝引发后的成长速度耐树枝发展特性好的材料，树枝发展慢，即成长期长树枝发展特性好的材料，树枝发展慢，即成长期长 （（3 3）饱和期：）饱和期：当树枝发展到一定长度后，树枝停止发展，这段当树枝发展到一定长度后，树枝停止发展，这段时间称为饱和期饱和期的存在是由于树枝管道中有局部放电及高能时间称为饱和期饱和期的存在是由于树枝管道中有局部放电及高能电子轰击高聚物分子链，致使材料分解产生大量的气体随着这种效电子轰击高聚物分子链，致使材料分解产生大量的气体随着这种效应的增强，细管中内部压力加大，按巴申定律，管道中放电电压将要应的增强，细管中内部压力加大，按巴申定律，管道中放电电压将要提高因而，在外界电压不变的情况下，树枝发展就可能停止设法提高因而，在外界电压不变的情况下，树枝发展就可能停止设法延长饱和期，是抑制树枝的另一重要方法延长饱和期，是抑制树枝的另一重要方法 （（4 4）间隙击穿前期）间隙击穿前期：：经过饱和期以后，气隙或树枝管道中因经过饱和期以后，气隙或树枝管道中因放电分解出的气体逐渐通过材料本身渗透、扩散而逸出，使管道中气放电分解出的气体逐渐通过材料本身渗透、扩散而逸出，使管道中气体压力下降，按巴申定律，这时气隙的击穿电压下降，因而树枝又迅体压力下降，按巴申定律，这时气隙的击穿电压下降，因而树枝又迅速发展。

速发展1.2 1.2 树枝放电的分类与特点树枝放电的分类与特点 在实际中存在的多种树枝放电形式可分为三大类：即在实际中存在的多种树枝放电形式可分为三大类：即电树枝、水树枝和化学树枝电树枝、水树枝和化学树枝树枝放电电树枝水树枝化学树枝 （（1 1）电树枝处于高场强的不连续材料界面（气隙、杂质、处于高场强的不连续材料界面（气隙、杂质、电缆内外半导电层界面）特别容易引发电树枝，电树枝往往在高场强电缆内外半导电层界面）特别容易引发电树枝，电树枝往往在高场强集中的微裂纹转变为裂缝或开裂处形成树枝萌芽，树枝管道连续、内集中的微裂纹转变为裂缝或开裂处形成树枝萌芽，树枝管道连续、内空，有的材料树枝管道壁上附有炭粒通常在长而细的电树枝管道中空，有的材料树枝管道壁上附有炭粒通常在长而细的电树枝管道中伴随着局部放电典型的几种电树枝参见图伴随着局部放电典型的几种电树枝参见图1 1 （（2 2）水树枝引发树枝的空隙中含有水分水中运行的电缆、引发树枝的空隙中含有水分水中运行的电缆、线芯进水的电缆、绝缘中含有水分的电缆容易引发水树枝。

水树枝是线芯进水的电缆、绝缘中含有水分的电缆容易引发水树枝水树枝是在电场和水分同时存在的条件下产生的但是，水树枝在比电树枝低在电场和水分同时存在的条件下产生的但是，水树枝在比电树枝低得多的场强情况下就能引发水树枝中没有局部放电现象得多的场强情况下就能引发水树枝中没有局部放电现象 水树枝的种类也很多，对电缆的危害也很大但是，水树枝具水树枝的种类也很多，对电缆的危害也很大但是，水树枝具有消失和重现的特点有的水树枝受热、干燥、抽真空等会消失形态，有消失和重现的特点有的水树枝受热、干燥、抽真空等会消失形态，浸入热水中又会重现，水树枝消失时表明管道发生闭合，材料细微龟浸入热水中又会重现，水树枝消失时表明管道发生闭合，材料细微龟裂后又回弹，但未使结构分解在实际电缆中，干法制造的交联聚乙裂后又回弹，但未使结构分解在实际电缆中，干法制造的交联聚乙烯电缆中很少发现水树枝，而湿法制造的交联聚乙烯电缆中却常常见烯电缆中很少发现水树枝，而湿法制造的交联聚乙烯电缆中却常常见到水树枝几种常见的水树枝如图到水树枝几种常见的水树枝如图2 2所示 XLPEXLPE绝缘电力电缆本体在制造过程中不可避免地存绝缘电力电缆本体在制造过程中不可避免地存在微观制造质量缺陷，如微孔、杂质，以及电力电缆在运在微观制造质量缺陷，如微孔、杂质，以及电力电缆在运输、敷设、安装和运行过程中诸如主绝缘和外护套机械应输、敷设、安装和运行过程中诸如主绝缘和外护套机械应力损伤、终端和中间接头安装质量、现场施工环境条件和力损伤、终端和中间接头安装质量、现场施工环境条件和员工技术素质控制等不利因素影响，随着水分缓慢地侵入员工技术素质控制等不利因素影响，随着水分缓慢地侵入（吸附、扩散和迁移），电缆（吸附、扩散和迁移），电缆XLPEXLPE介质在电场、水分和介质在电场、水分和杂质等绝缘缺陷的协同作用下，逐步产生树枝状早期劣化。

杂质等绝缘缺陷的协同作用下，逐步产生树枝状早期劣化当树枝状劣化贯穿介质或转变成为电树枝，最终将导致电当树枝状劣化贯穿介质或转变成为电树枝，最终将导致电力电缆线路的电缆本体或电缆附件发生试验击穿或运行击力电缆线路的电缆本体或电缆附件发生试验击穿或运行击穿故障 据取样分析，据取样分析，5050例电缆试样中，质量良好的电缆试样例电缆试样中，质量良好的电缆试样8 8例，约占试样总数的例，约占试样总数的16%16%；质量合格的电缆试样；质量合格的电缆试样1616例，例，约占试样总数的约占试样总数的32%32%；质量不合格的电缆试样；质量不合格的电缆试样2626例，约占例，约占试样总数的试样总数的52%52%在质量不合格的电缆试样中，偏心度不在质量不合格的电缆试样中，偏心度不合格的电缆试样合格的电缆试样1515例，约占质量不合格的电缆试样总数的例，约占质量不合格的电缆试样总数的57.69%57.69%；杂质含量不合格的电缆试样总数的；杂质含量不合格的电缆试样总数的19.23%19.23%，偏心，偏心度和杂质含量均不合格的电缆试样度和杂质含量均不合格的电缆试样6 6例，约占质量不合格例，约占质量不合格的电缆试样总数的的电缆试样总数的23.08%23.08%。

典型的杂质和不均匀试样照片如图典型的杂质和不均匀试样照片如图3 3所示 典型的水树枝试样照片如图典型的水树枝试样照片如图4 4所示 XLPEXLPE介质中的杂质对介质水树枝状老化影响介质中的杂质对介质水树枝状老化影响 一般来说，杂质的电阻率相对纯净的一般来说，杂质的电阻率相对纯净的XLPEXLPE介质比较介质比较低，在外施电场的作用下，电力线从高电位出发，汇集到低，在外施电场的作用下，电力线从高电位出发，汇集到杂质表面，杂质表面电场因电力线密集而加强，使得原本杂质表面，杂质表面电场因电力线密集而加强，使得原本是圆柱状均匀电场在杂质周围发生严重畸变，如图是圆柱状均匀电场在杂质周围发生严重畸变，如图5 5（（a a））所示 当外界水分因化学位差异扩散到介质内部时，水分就当外界水分因化学位差异扩散到介质内部时，水分就会在电场的作用下向电场集中处作定向迁移，汇集在杂质会在电场的作用下向电场集中处作定向迁移，汇集在杂质周围形成微观局部水隙，呈现出水晕环，如图周围形成微观局部水隙，呈现出水晕环，如图5 5（（b b）所示。

所示由于水分的介电系数（由于水分的介电系数（8181）远大于）远大于XLPEXLPE介质的介电系数介质的介电系数（（2.42.4————2.62.6），按照交变电场按电容分配原则，水分首），按照交变电场按电容分配原则，水分首先在高电场下获取能量发生汽化，汽化形成的气压大于先在高电场下获取能量发生汽化，汽化形成的气压大于XLPEXLPE介质分子链键合力时，分子链发生断裂形成微观裂介质分子链键合力时，分子链发生断裂形成微观裂纹以释放压力此时，纹以释放压力此时，XLPEXLPE介质宏观表现位水树枝引发，介质宏观表现位水树枝引发，如图如图5 5（（c c）所示 该过程不断地循环进行，最终导致水树枝不断发展延该过程不断地循环进行，最终导致水树枝不断发展延伸，直至贯穿绝缘层或转变成为电树枝而发生伸，直至贯穿绝缘层或转变成为电树枝而发生XLPEXLPE介质介质击穿 根据以上水树枝引发过程分析，杂质作为单一因素，根据以上水树枝引发过程分析，杂质作为单一因素，不论施加电场时间长短或电场强度高低，是不能够引发水不论施加电场时间长短或电场强度高低，是不能够引发水树枝的。

在干燥的条件下，即便施加很高的交变电场，只树枝的在干燥的条件下，即便施加很高的交变电场，只能够在杂质处激发场致发射效应而场致效应产生的高能能够在杂质处激发场致发射效应而场致效应产生的高能带电粒子不断轰击带电粒子不断轰击XLPEXLPE介质分子链段进行能量交换，宏介质分子链段进行能量交换，宏观表现为介质局部放电当轰击能量大于分子链段键能，观表现为介质局部放电当轰击能量大于分子链段键能，分子链段发生断裂引发电树枝，电树枝尖端放电加剧电树分子链段发生断裂引发电树枝，电树枝尖端放电加剧电树枝快速发展并贯穿介质，最终造成枝快速发展并贯穿介质，最终造成XLPEXLPE介质电击穿介质电击穿 综上所述，综上所述，XLPEXLPE介质中存在一定尺寸或数量的杂质，介质中存在一定尺寸或数量的杂质，将显著地缩短将显著地缩短XLPEXLPE绝缘电力电缆安全运行寿命当外界绝缘电力电缆安全运行寿命当外界水分扩散和迁移到杂质表面，将在短期内引发水树枝状早水分扩散和迁移到杂质表面，将在短期内引发水树枝状早期劣化，明显降低介质绝缘性能；在较高的电场作用下，期劣化，明显降低介质绝缘性能；在较高的电场作用下，即使是干燥的杂质，由于激发场致发射效应，同样导致即使是干燥的杂质，由于激发场致发射效应，同样导致XLPEXLPE杂质绝缘特性急剧下降，最终发生介质电击穿。

杂质绝缘特性急剧下降，最终发生介质电击穿所所以，控制杂质含量是降低电力电缆运行故障重要的第一关以，控制杂质含量是降低电力电缆运行故障重要的第一关 不均匀性对介质水树枝老化的影响不均匀性对介质水树枝老化的影响 众所周知，电力电缆结构中，理想介质电场是圆柱状众所周知，电力电缆结构中，理想介质电场是圆柱状均匀电场但是，由于电力电缆制造工艺控制偏差，往往均匀电场但是，由于电力电缆制造工艺控制偏差，往往使得电缆导体不能够精确地处于圆心位置随着制造技术使得电缆导体不能够精确地处于圆心位置随着制造技术不断提高，电缆介质不均匀性（偏心度）完全可以控制在不断提高，电缆介质不均匀性（偏心度）完全可以控制在5%5%以内，此时，导体偏离圆心位置相对较小，对电场均以内，此时，导体偏离圆心位置相对较小，对电场均匀性影响基本可以忽略反之，如果电缆介质不均匀性匀性影响基本可以忽略反之，如果电缆介质不均匀性（偏心度）大于（偏心度）大于8%8%，电缆介质中的电场分布畸变就不可，电缆介质中的电场分布畸变就不可忽视，此时，一旦介质中存在杂质或其他缺陷（如机械损忽视，此时，一旦介质中存在杂质或其他缺陷（如机械损伤等），电力电缆绝缘性能将急剧下降：当存在水分和杂伤等），电力电缆绝缘性能将急剧下降：当存在水分和杂质时，将引发大量的水树枝，造成介质树枝早期劣化；当质时，将引发大量的水树枝，造成介质树枝早期劣化；当介质局部缺陷在畸变电场作用下引发局部放电，介质中将介质局部缺陷在畸变电场作用下引发局部放电，介质中将不可避免地形成电树枝老化而发生电击穿。

不可避免地形成电树枝老化而发生电击穿 虽然国家标准和虽然国家标准和IECIEC标准对标准对35kV35kV及以下电压等级的及以下电压等级的XLPEXLPE绝缘电力电缆不均匀性（偏心度）要求不是很高，绝缘电力电缆不均匀性（偏心度）要求不是很高，然而，理论和试验再次给我们警示：然而，理论和试验再次给我们警示：电力电缆不均匀性在电力电缆不均匀性在短期内不会引起电力电缆介质绝缘性能破坏，但是，一旦短期内不会引起电力电缆介质绝缘性能破坏，但是，一旦XLPEXLPE介质中存在杂质等缺陷或外界水分扩散迁移进入介介质中存在杂质等缺陷或外界水分扩散迁移进入介质，电力电缆安全运行寿命将受到极大地威胁质，电力电缆安全运行寿命将受到极大地威胁 水分对介质水树枝状老化的影响水分对介质水树枝状老化的影响 电场和水分是引发和促使水树枝状早期老化的最为关电场和水分是引发和促使水树枝状早期老化的最为关键的两个重要因素，缺一不可只要同时具备这两个因素，键的两个重要因素，缺一不可只要同时具备这两个因素，XLPEXLPE介质在一定的时间内就会出现树枝状早期老化现象。

介质在一定的时间内就会出现树枝状早期老化现象如果介质中同时还有杂质等缺陷存在，介质树枝状早期老如果介质中同时还有杂质等缺陷存在，介质树枝状早期老化速度显著加快化速度显著加快 因此，有效地切断水分进入因此，有效地切断水分进入XLPEXLPE介质通道，有效防介质通道，有效防止水分通过扩散和迁移进入止水分通过扩散和迁移进入XLPEXLPE介质，是有效预防电力介质，是有效预防电力电缆介质发生树枝状早期老化、延长电力电缆安全运行寿电缆介质发生树枝状早期老化、延长电力电缆安全运行寿命、确保电力电缆供电可靠性的关键之关键命、确保电力电缆供电可靠性的关键之关键 我们必须控制电缆敷设、施工质量以及电缆附件安装我们必须控制电缆敷设、施工质量以及电缆附件安装质量，尽可能杜绝水分进入电缆本体介质和附件绝缘中质量，尽可能杜绝水分进入电缆本体介质和附件绝缘中 （（3 3）化学树枝化学树枝又称电化学树枝有的研究者把纯化学因素又称电化学树枝有的研究者把纯化学因素造成的材料细微开裂称之为化学树枝，有的将化学杂质引起的树枝也造成的材料细微开裂称之为化学树枝，有的将化学杂质引起的树枝也归并为这一类或称之为电化学树枝。

几种常见的化学树枝如图归并为这一类或称之为电化学树枝几种常见的化学树枝如图6 6所示1.3 1.3 树枝生成的条件树枝生成的条件 运行中产生树枝的电缆经过实际解剖和实验室中培养运行中产生树枝的电缆经过实际解剖和实验室中培养的树枝图像都证明了树枝产生的条件是：的树枝图像都证明了树枝产生的条件是： （（1 1）局部极不均匀的高场强局部极不均匀的高场强在金属突出物，半导电在金属突出物，半导电层的尖刺、缺陷和节疤，以及有尖刺边角的杂质（杂质的层的尖刺、缺陷和节疤，以及有尖刺边角的杂质（杂质的介电常数较大或电阻率极小）附近，很容易形成局部的电介电常数较大或电阻率极小）附近，很容易形成局部的电场集中 （（2 2）有微小的空隙或亚微观裂纹有微小的空隙或亚微观裂纹 （（3 3）有内部机械应力、热应力、不完善界面应力有内部机械应力、热应力、不完善界面应力 （（4 4）水分的存在是水树枝生成的引发剂水分的存在是水树枝生成的引发剂 以上条件，只要具备其一，电缆中就会不同程度地产以上条件，只要具备其一，电缆中就会不同程度地产生树枝。

下面绘制了树枝生成条件的图解，如图生树枝下面绘制了树枝生成条件的图解，如图4 4所示水树枝电树枝电介质中高场强电子注入与输出内部放电介质局部击穿局部击穿长期电晕含水无水热击穿气隙局部放电水蒸汽水分膨胀局部热老化（含水）界面应力开裂高场强质点碰撞冲击、电泳化学元素侵蚀热、机械应力交变电场反复Maxwell应力介质发热杂 质含水无水水树枝电树枝压力增加龟裂疲 劳龟裂水树枝杂质电树枝含水水树枝无水电树枝化学树枝应变微观裂纹含水无水水树枝电树枝2. 树枝的特性树枝的特性2.1 2.1 电树枝的特性电树枝的特性 电树枝的特性可归纳以下几点：（1）电树枝的产生必须有局部的高场强2）电树枝的引发与材料的本征耐电强度有关3）交变电场的机械应力引发电树枝4）气隙的存在是电树枝生成的前提5）杂志的存在可诱发杂质电树枝6）电树枝中伴有局部放电7）电树枝引发后，发展较快8）电树枝放电使介质损耗增加，绝缘电阻和击穿电压下降9）电树枝的发展与电压形式和温度有关2.2 2.2 水树枝的特性水树枝的特性 水树枝的特性可归纳为如下几条：（1）必须同时存在电场和水分，才能引发和形成水树枝2）具有直径为数微米的树枝状充水微观空隙组成。

3）水树枝能在低于电树枝的场强下产生4）水树枝受杂质影响很大吸湿性杂质和绝缘中缺陷、空隙等是水 树枝引发的起点5）水树枝的成长因频率增加而加快，直流下很难产生或者无水树枝 产生6）水树枝中无局部放电现象7）水树枝的产生或成长受温度影响较小8）水树枝的扩展需要比电树枝更长的时间9）产生水树枝的电缆，其介质损耗增加、绝缘和击穿电压下降2.3 2.3 电化学树枝的特性电化学树枝的特性 电化学树枝的特性有以下几点：（1）电化学树枝的演变很慢，一般要几年之久2）树枝沿电场方向发展，形状各异，当树枝发生在绝缘和屏蔽 接触有缺陷的部位时，形如藻类、草地或羽毛状；当发生在 绝缘内部有缺陷的部位时，形如蝴蝶结或羽毛状3）各类杂质和缺陷的存在是电化学树枝的发源地4）电化学树枝的成长与潮气对电缆的腐蚀相一致5）有电化学树枝的电缆并未发现局部放电的增加6）电化学树枝具有颜色，一般多为棕褐色7）可以在比电树枝低得多的场强下发生8）必要的条件是孔隙中要有硫等化学成分的溶液存在9）电化学树枝一般需要形成并发电树枝通道而击穿绝缘。

2.4 2.4 电树枝、水树枝和化学树枝的区别电树枝、水树枝和化学树枝的区别项项 目目电电 树树 枝枝水水 树树 枝枝化化 学学 树树 枝枝树枝起始电压树枝起始电压较高工作电压下大于零即可局部放电局部放电必要或存在无不必要或不存在外来液体外来液体不必必要需要或存在引发时间引发时间较长较短较短扩展时间扩展时间较短较长较长形态形态连续管道，内壁富有碳粒，充满不同气体水聚集在微小空隙群中 树枝有颜色区别， 带有化学沉积物基本产生条件基本产生条件高场强集中水和电场化学水溶液的渗透破坏形式破坏形式电树枝直接击穿转化为电树枝击穿转化为电树枝而击穿。