XLPE电缆绝缘中的电树枝结构及其生长特性

为研究不同频率下半结晶XLPE电缆绝缘材料中的电树枝引发、生长及结构特征,系统的归纳了XLPE电缆绝缘中可能出现的电树枝特征及其与材料聚集态和残存应力的关系;采用变频高电压发生器、实时显微数字摄像技术及专用试样加工工艺,进行了大量的电树枝培养实验。实验研究发现,由于半结晶高聚物的不均匀结晶和电缆生产过程中在绝缘层中产生的残存应力的影响,使得50Hz施压频率下XLPE电缆绝缘试样中会生成枝状、枝状与丛林混合状及纯丛林状3类电树枝,而>500Hz高频下则只能生成稠密枝状电树枝,它们分别对应于不同的生长机理。低频下电树枝生长特性和电树枝结构与材料的聚集态密切相关,而高频下则关系不大。分形分析这些电树枝的结构后发现,电树枝的生长特性与其分形维数及其分形维数的变化有对应关系,故可用分形维数分类和定量描述这些电树枝.最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理。     

外施电压频率对XLPE电缆绝缘中电树枝生长特性的影响

本文研究了半结晶交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘试样在50～2000Hz正弦电压下电树枝的结构特征与生长特性,发现由于XLPE的半结晶聚集态物理结构,在小于250Hz施压频率下会生成枝状、枝状与丛林混合状及纯丛林状三类电树枝,在500Hz以上高频下则只能生成稠密枝状电树枝,分别对应于不同的生长机理.低频下电树枝生长特性和电树枝结构与材料的聚集态密切相关,而高频下的电树枝生长特性与材料的聚集态关系不大.高频电树枝与环氧树脂、有机玻璃等高聚物材料中的生长规律相同.半结晶高聚物在低频下的电树枝生长特性主要取决于晶界与无定形界面的微孔、杂质集中情况以及针尖电极与晶块或无定形区所处的相对位置,而在高频下电极向介质中注入与抽出电荷的过程较低频下猛烈,会形成较均匀的介质弱区,因此高频电树枝引发与生长规律较为单一.     

XLPE 电缆绝缘中的电树枝种类及其影响因素

通过大量样品实验研究,本文发现,在同等实验条件下,由于材料聚集状态的差异,在同一XLPE电缆绝缘中引发和生长的电树枝可分为枝状、丛林状、藤枝状、松枝状和混合状等五类;不同结构的电树枝对高压XLPE电缆运行可靠性的影响不同;对产生这几种电树枝结构的内在材料聚集状态特征进行了研究。     

温度梯度下海底电缆交联聚乙烯绝缘电树枝特性研究

由于交联聚乙烯（XLPE）主绝缘较低的导热系数与海水较低的温度，极易在海底电缆绝缘内形成较大的温度梯度，温度梯度的形成将导致XLPE聚集态及介电特性的径向差异，从而影响电树枝劣化过程。为掌握温度梯度下XLPE的电树枝特性，搭建了10～90℃内的温度梯度电树枝实验平台，测量了不同温度梯度下XLPE的电树枝起始及生长特性。结果表明：不同温度梯度下的针尖电场变化及XLPE聚集态改变会影响电树枝的起始电压，且随着温度梯度的增大，电树枝的主形态呈现出藤枝状、丛林-藤枝混合状及丛林状之间的渐变特性。     

聚合物聚集态和残存应力对交联聚乙烯中电树枝的影响

实验发现了一种出现在交联聚乙烯电缆绝缘试样中的严重偏离宏观外加电场方向的电树枝单长枝结构,对试样材料的聚集态研究分析表明,这是一种受半结晶聚合物材料聚集态和材料中残存应力影响的在局部高温和高气压作用下的大球晶晶界电树枝.表明厚绝缘高压XLPE电缆绝缘在生产过程中的不均匀结晶和残存应力会对电缆绝缘的电树枝老化性能造成很大影响.     

交联聚乙烯电缆绝缘中的电树枝与绝缘结构亚微观缺陷

半结晶高聚物中的电树枝特性远比纯脆性或柔性聚合物复杂,源于材料中的结晶区和无定形区两相共存.在厚绝缘交联聚乙烯(XLPE)中还存在不均匀结晶和微孔高度集中,以及残存应力,导致电树枝特性更加复杂.本文提出利用生长速度比和扩展系数两个新参数来研究XLPE中的电树枝生长规律.根据XLPE电缆绝缘中电树枝结构特征和生长特性,研究了电树枝的影响因素和绝缘中的四种亚微观绝缘结构弱点,分析了微孔集中、大球晶边界及结晶排渣、应力、电场局部集中所导致的电树枝在绝缘内侧的迅速扩展现象,提出了超高压XLPE电缆发展所必须解决的亚微观绝缘结构缺陷在电缆绝缘内侧集中问题及其对策.     

高温下110kV交联聚乙烯电缆电树枝生长及局部放电特性

利用实时显微数字摄像与局部放电连续测量系统,采用典型针-板电极结构,研究了高温下不同外施工频电压作用时110kV级交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中典型电树枝的形态特征、引发、生长规律及其局部放电特性。实验结果表明,温度对XLPE电缆绝缘中典型电树枝的形态、引发与生长时间具有非常重要的影响。在高温下,不同外施工频电压作用时电树枝的形态呈现出多样性的特点,50°C下典型电树枝形态为枝状、枝-松枝状和丛状,70°C下为枝状,90°C下为滞长型和枝状。高温下电树枝引发时间随外施电压升高而减小,而且在同一外施电压下,电树枝引发时间随温度升高而减小,这是由于在高温下XLPE电缆绝缘中片晶熔化,无定形相增加,介质中自由体积扩大,从而更有利于电树枝引发。研究发现在低电压(9kV)下,电树枝生长过程中由于通道电导率增加而抑制了通道内局部放电的发展,局部放电作用减小,电树枝生长速度减慢,分形维数较高;而11kV以上电压作用时,电树枝在局部放电的连续作用下呈枝状向对面电极快速生长,同时高温下XLPE弹性模量下降,击穿场强降低,局部放电作用加剧,电树枝生长明显加速,电树枝分形维数较低。     

不同温度下局部气压对XLPE电缆电树枝生长及局放特性的影响

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘热老化产生的气体可能会在电树枝发生处产生局部高气压,为了研究不同运行状况下局部气压对XLPE电缆电树枝引发和生长特性的影响,以XLPE电缆制作绝缘层切块为试验样品搭建了试验系统,研究了不同温度下局部气压作用在电树枝通道时的局部放电特性和电树枝的生长规律。结果表明:XLPE处于玻璃态时,局部气压对电树枝的引发无明显作用,在生长过程中通道内流注的发展因高气压受阻,树枝发展被抑制;XLPE处于高弹态时,气隙放电的产生导致电树枝引发时间大大缩短。在生长发展期,高温造成XLPE结构上的缺陷促进了高气压下局放的发展。试验发现:高温高气压下电树枝很容易贯穿电缆绝缘,严重威胁XLPE电缆的安全稳定运行。     

机械应力与电压频率对XLPE电缆电树的影响

实验研究了机械应力和电压频率对 XL PE电缆绝缘中电树枝起始特性、生长特性及电树枝结构的影响。研究发现 ,与不含应力试样相比 ,含有机械应力的 XL PE试样中电树枝的引发时间短 ,生长速度快 ,且低频下生长的电树枝常有类似于松树枝的结构 ,高频下均为单纯稠密枝状结构。无应力试样中低频电树枝则为枝状或枝状与局部丛林状共存的混合结构。     

绝缘文摘与专利

发展在XLPE电缆绝缘内外侧的电树枝/郑晓泉,谢安生,李盛涛/物理学报,2007(9)以XLPE高压电力电缆内外侧绝缘中的电树枝特性为研究对象,通过分析电树枝引发与生长的统计实验规律和采用扫描电子显微镜分析发现,由于不同结晶状态的影响,电缆绝缘内外侧的电树枝特性存在很大的差异,引发于绝缘内侧电树枝引发时间短、生长速度快、电树枝形状具有多样性;起始于绝缘外侧的电树枝不仅引发时间长、生长速度极慢,而且电树枝形状(结构)比较单一。并对这两个位置电树枝的引发和生长机理进行了探讨。浅析电气绝缘在线监测技术/周燕莉/甘肃电力技术,200…     

交联聚乙烯绝缘老化的试验与建模研究

本文介绍了交联聚乙烯（XLPE）电树枝老化的试验方法，给出了XLPE绝缘在在交流电压作用下的电树老化曲线。利用多元统计分析建立了枝状放电、丛状放电的数学模型，为XLPE电缆的在线检测提供了理论依据。     

热老化对交联聚乙烯电缆绝缘中水树的影响研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯电缆绝缘的电磁学和物理化学性能,还对绝缘内水树的产生与生长有着一定的影响。通过研究热老化过程对XLPE电缆绝缘中的水树现象的影响,以及在几个有可能的影响因素当中,哪个因素对水树现象的影响最大。实验结果表明,在与XLPE电缆绝缘的热老化有关的各种因素对水树现象的影响中,热氧化对XLPE电缆绝缘表层水树的产生和生长的影响最大。尽管热氧化所引起的缺陷有可能就是XLPE电缆绝缘中水树生长过程中的起始点,但是它在一定程度上抑制着水树的成长,甚至有着"水树延迟效果"的美称。     

交联聚乙烯电缆热老化与电树枝化相关性研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘的物理化学性能,还对绝缘内电树的产生与生长有着一定的影响。研究了热老化后XLPE电缆绝缘中的电树行为．探讨XLPE电缆绝缘中电树枝过程与材料热老化的关系。采用带循环通风的热老化箱对XLPE电缆绝缘进行3个温度等级的热老化实验：采用针板结构电极进行电树枝实验,并利用数码显微镜观察电树枝的产生和发展情况;利用差示扫描量热法（DSC）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）测试了不同温度热老化下XLPE电缆绝缘的物理化学性能;最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理．认为热老化并没有加速电树枝的生长．反而有一定的抑制作用．     

频率对高密度聚乙烯电树老化特性的影响

为了解频率对高密度聚乙烯电树老化特性的影响,在50Hz~90kHz较宽频率范围的交流电压作用下,研究了冰水淬火高密度聚乙烯(HDPE)薄膜的电树老化特性。结果表明,频率对电树起始形态具有重要的影响,随着电压频率的升高,树枝型电树的起始几率逐渐降低,丛状型电树的起始几率逐渐升高,电树逐渐由树枝型起始为主向丛状型起始为主转变,树干型和直击型为高频下所特有的电树起始形态。随着电树的生长,电树形态存在转换的可能,低频下,起始占主导的树枝型电树向丛状和树干型转变;高频下,起始占主导的丛状型电树则极易转变为树干和击穿型,导致绝缘的破坏。电树的发展可分为起始、滞长、生长和击穿期4个阶段。频率的提高加快了电树的发展速度且减少了电树的发展阶段,使发生击穿的几率大为增加。     

Study of electrical treeing phenomena in XLPE cable samples using acoustic techniques

Electrical trees were generated experimentally in the actual 33 kV underground XLPE cable insulation material under the AC voltages. A tree like structure and a bush type of tree structure can form from the point of defect site under the AC voltages. Acoustic emission technique was adopted to identify the point of inception, propagation and termination of electrical trees. A variation in the dominant frequency content of the acoustic signal was observed as and when the tree propagates in the insulation structure. The characteristic variation in the magnitude of the acoustic emission signal with time, indicates that tree propagation as an intermittent growth process. The energy content of the acoustic signal characterizes that the energy released due to partial discharges, at every step growth of the tree structure is not the same. The partial power measurement in the present study provides an indication to the growth process of electrical trees and to the near point of failure of polymer insulation material due to electrical treeing.     

交联聚乙烯电缆绝缘中的导电和非导电型电树枝

研究发现,交联聚乙烯中存在导电型、非导电型和混合型三种电树枝,分别对应于不同的生长机理,主要取决于介质的聚集态和施压频率等.实验表明,均匀结晶态中的电树枝为导电型,非均匀结晶态大球晶界面的电树枝为非导电型;频率会促进非导电型电树枝的发展,但对导电型电树枝的引发与生长不产生显著影响.非导电型电树枝引发过程较弱时,会缓慢发展成为混合型.研究分析证实,空间电荷限制下的树枝尖端微击穿是深入到晶体中的导电型电树枝缓慢发展的主要过程,局部高温高压气体沿晶界弱区迅速膨胀、树枝通道中的局部放电和电荷复合等是非导电型电树枝发展的主要过程.