XLPE 电缆水树老化过程中半导电层缺陷的形成机理

交联聚乙烯(XLPE)电缆的半导电层缺陷诱发机理尚无定论。为此,在加速水树老化实验的基础上,观测了水树老化后电缆的内、外半导电层中的缺陷,并对这些缺陷的形成原因进行了讨论。采用水针法对长度为70 m的XLPE电缆进行加速老化,电缆的绝缘性能逐渐下降,并在绝缘层中观察到水树缺陷。通过扫描电镜(SEM)观测到,老化样本的半导电层中有大量孔洞缺陷。进一步采用X射线能量色散谱(EDS)对内、外半导电层中的化学元素进行定量分析证明,老化后半导电层中氧(O)元素含量显著减少。因此,在长期老化过程中,半导电层中可能发生了电解质水溶液的电解反应,并生成了氧气(O2)和臭氧(O3),这种气体的生成是半导电层中孔洞缺陷发生及发展的原因。     

内部气压下电缆电树枝不同生长阶段的局部放电统计参量研究

交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘电热老化产生的气体会在绝缘层或绝缘材料微孔内产生局部高气压,为了研究内部气压作用下XLPE电缆绝缘的老化特征,分别以XLPE短电缆和电缆绝缘层切片为试验样品,搭建了试验系统,研究了局部气压作用在绝缘层或绝缘材料微孔内时的局部放电及其绝缘老化特征,并采用局部放电矩特征分析局部气压作用下XLPE电缆局部放电特征参量与绝缘老化程度之间的关系,探讨将其应用于交联聚乙烯电缆绝缘老化评估的可能性。结果表明:局部高气压使电树枝通道内局部放电加剧,绝缘老化加速;微孔内的气压相较于绝缘层气压对电树枝内局部放电的促进作用更加明显;最大放电量相位分布H_(qmax)(φ)谱图的偏斜度Sk、峭度K_u和放电次数相位分布H_n(φ)谱图的放电相位分布可作为评估XLPE中电树枝发展阶段的标准。     

高温下交联聚乙烯中微孔的形成

<正> 目前,由于交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆易于敷设、价格实惠,被广泛地使用于超高压地下电力传输线路中。在进行接头时,XLPE电缆有时会瞬间处在超过150℃的高温中。研究XLPE在此高温条件下的稳定性时,发现在一些XLPE中形成大量微孔。本文阐述了这种非正常的微孔在厚层绝缘中的形成机理。     

高压交联电缆材料及工艺发展综述

回顾了高压交联聚乙烯(XLPE)电缆的生产和应用历史,分析了材料中杂质含量、形状、介电参数、绝缘层与半导电屏蔽层界面光滑程度和电缆制造工艺对电缆性能的影响,从材料和工艺两个方面对高压电缆技术的进展进行了综述,并展望了高压交联电缆绝缘性能提升和技术进步的发展方向。     

绝缘屏蔽易剥离的高压交联聚乙烯电缆

<正> 在日本,6千伏交联聚乙烯电缆的绝缘屏蔽通常由半导电布带构成。对从运行中拆换下来的6千伏XLPE电缆进行了调查,发现在绝缘表面生长了许多水树。显然,这些水树影响到电缆的寿命。因此,采用挤出绝缘屏蔽来防止电压为6千伏以上的XLPE电缆发生水树老化;另外,为了使电缆接头制作容易、可靠性又高,住友电气公司研制了绝缘屏蔽易剥离的XLPE电缆。     

交联聚乙烯电缆的结构设计

<正> 交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆因其有一系列优点,已得到愈来愈广泛的应用。许多国家公认交联聚乙烯绝缘电缆不仅在中低压领域可以取代油纸绝缘电缆,就是在110仟伏以上的电压级,亦很有发展前途。日本于1979年敷设了275千伏XLPE电缆。本文着重介绍XLPE电缆的结构设计。 1.导电线芯结构的选择交联聚乙烯电缆导电线芯的结构与油纸电缆相似。三芯电缆10千伏以下可以制成扇形线芯。35千伏以上一般为单芯电缆。导电线芯除小截面外,大都采用紧压线芯,这     

采用剪切挤出机头可提高XLPE电缆的生产效率

交联聚乙烯电缆的过氧化物化学交联,采用新型剪切挤出机头与传统的通用机头相比,因能提高挤出热焓又不使绝缘在挤出机内发生显昔的交联作用,故可缩短电缆生产中的交联时间,增加产量。采用剪切机头后,系应用TESI系统计算求出XLPE层与内半导电层间、XLPE层中央这两处的温度分布曲线,然后得出一组交联度数据,再来决定生产线的最大牵引速度。     

XLPE绝缘电力电缆半导电屏蔽电阻率的试验

对半导电屏蔽材料及用其制造6~30 kV的交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆的半导电屏蔽层电阻率进行了试验和分析讨论。最后,对半导电材料的检验和控制提出了建议。     

不同交联工艺交联聚乙烯电缆绝缘微观结构的差异研究

对采用悬链工艺(HCCV)和立塔工艺(VCV)生产的110 kV交联聚乙烯电缆绝缘的微观结构进行表征。结果表明:相比VCV工艺XLPE电缆绝缘,HCCV工艺XLPE电缆绝缘的交联度更高、结晶度更低、球晶的平均尺寸更大、球晶尺寸的分布更加集中。在交联过程中,HCCV工艺XLPE电缆经历了更长的交联时间和更高的交联温度,因此具有更高的交联度。交联键对XLPE绝缘的结晶过程有抑制作用,因此HCCV工艺XLPE电缆绝缘的结晶度更低。在交联完毕后的冷却过程中,HCCV工艺XLPE电缆经历了更缓慢的降温过程,因此形成的球晶较完善、尺寸更大、球晶尺寸也更为集中。     

高压XLPE电缆击穿的制造因素分析及有效控制

高压电缆尤其是超高压交联聚乙烯(XLPE)电缆在输电运行中一旦被击穿,将对电网造成巨大损害,给国家造成重大损失。同时,企业在生产制造过程中,一旦发生电缆局放值(PC值)超标,甚至耐压测试击穿,给企业造成的经济损失也非常巨大。该文从电击穿理论入手,对高压XLPE电缆的生产制造过程进行了分析研究,找出导致高压击穿及局放值超标的关键要点,如导体毛刺;导体半导电屏蔽带的电导率;模具及流道的磕碰、划伤;材料的洁净和储存;绝缘层中微孔的数量、大小、内应力等。通过对这些容易被忽视,而且又极其重要的生产制造环节进行剖析,并给出控制方法,以达到降低局放值和击穿频率,提高高压XLPE电缆整体品质的目的。     

直接连接高压电网的发电机——Powerformer

由于绝缘问题的制约，发电机输出侧电压一般在20kV以下。为了实现发电侧与输电网的对接。需借助升压变压器。发电机-升压变-输电网-降压变-负荷这种经典模式似乎不容怀疑。然而20世纪90年代以来。这种概念受到强烈挑战，随着近年来交联聚乙烯（XLPE）电缆的发展，使发电机定子出线端可以与高压电网连接有了可能，这种电缆由绞合的圆形导体组成，并挤包内半导电屏蔽层。接着是固体绝缘层姗和外半导电层。半导电层由混有碳黑和金属微粒的XLPE或乙烯丙烯橡胶组成。由于外半导电层接地，电场完全局限在绝缘层内。Powerformer的定子绕组采用XLPE电缆直接绕成。目前。500kV的XLPE电缆已投入实际运行，Alstom Power的近期目标也是制端电压，达到200kV的Powerformer。     

XLPE电缆外半导电层电特性的试验研究

以XLPE电缆为绕组的新型变压器和电机所用交联聚乙烯电缆没有金属回流层,其外部只有一层半导电层,为了解其电特性,测量了长351和103cm的两段XLPE电缆从0(直流)至2MHz交流下的电阻率、阻抗、电容,结果表明:外半导电层电阻率约0.095Ωm,单位长电容40pF/m,在试验频率(<20MHz)范围内变化不大。     

电树枝对10kV电缆阻抗谱影响机理及其定位方法研究

电树枝是电力电缆中常见的绝缘劣化类型,电树枝的生长会引发绝缘材料性能的改变,从而威胁电缆的安全运行。而传统的检测方法往往无法实现对电缆内微小电树枝劣化区域的有效检测。本研究选用10kV单芯交联聚乙烯（XLPE）电缆,在其绝缘中引入电树枝缺陷并测量了不同树枝生长阶段的绝缘电导率、内外半导电层间等效电容数值,采用宽频阻抗谱...     

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.     

交联副产物对高压XLPE电缆绝缘介电和力学性能的影响

针对110k V XLPE电缆绝缘交联时过氧化二异丙苯(DCP)分解产生的副产物对电缆的性能会产生影响的问题,对XLPE电缆进行脱气处理,对脱气前后的电缆绝缘进行红外光谱分析,并对脱气前后电缆绝缘的介电性能和力学性能进行比较分析。结果表明:交联产生的两种挥发性交联副产物α-甲基苯乙烯和苯乙酮的含量在脱气过程中显著降低,XLPE绝缘中的极性基团数量减少,低频电导率降低,从而使XLPE绝缘的相对介电常数和低频介质损耗因数下降,拉伸强度和断裂伸长率提高。     

运行老化XLPE电缆导体屏蔽层侧绝缘缺陷分析

运行老化交联聚乙烯(cross-linked polyethylene, XLPE)电缆导体屏蔽层侧的绝缘缺陷尚未引起充分关注。该文对新电缆及退运的老化电缆进行了超低频介损和微观理化性能对比测试,发现退运电缆处于严重老化状态,且导体屏蔽层侧的绝缘内部存在连续的片状老化缺陷。对退运电缆进行扫描电镜测试发现,导体屏蔽层与内侧绝缘层存在大量微孔。能谱分析证明,电缆老化后的导体屏蔽层及内侧绝缘中均有少量铝(Al)元素的存在。进一步采用红外光谱测试发现导体屏蔽层中的乙烯共聚物(ethylene-vinyl acetate copolymer,EVA)产生了老化降解,且内侧绝缘存在较为明显的羰基与羟基的红外吸收峰。因此,电缆运行过程中导体屏蔽层中的EVA可能存在一定程度的老化降解,降解产物进入绝缘内部参与XLPE的氧化降解反应,进而导致了导体屏蔽层侧的绝缘内部出现连续片状老化缺陷。     

预鉴定试验对直流电缆中空间电荷特性的影响

为研究预鉴定试验对直流交联聚乙烯(XLPE)电缆的影响,对国内自主研发的200 k V直流XLPE电缆进行了预鉴定试验,并采用傅里叶红外光谱测试(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、空间电荷测试等方法,分析了预鉴定试验前后电缆XLPE绝缘中层绝缘的状态变化。结果表明:预鉴定试验前后,电缆绝缘材料本征基团对应的特征吸收峰基本不变,熔融温度、结晶温度变化不大,电缆材料未发生明显老化。预鉴定试验前后,电缆绝缘中层切片试样均有明显的异极性空间电荷积累,30℃下预鉴定试验后试样短路过程中的平均体电荷密度明显大于预鉴定试验前的试样。预鉴定试验使电缆绝缘层内的交联副产物沿电缆径向由线芯侧向外侧扩散,使电缆绝缘中部的交联副产物含量增多。电缆绝缘中层切片经实验室脱气处理后,异极性空间电荷的积累量大幅下降,表明现有200 k V直流XLPE电缆经脱气处理后,仍留存大量的交联副产物,需要进一步改进生产过程中的脱气工艺。     

基于电致发光相位谱对电缆绝缘交流空间电荷特性的研究

为研究交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘性能,针对电热老化后的电缆绝缘试样开展电致发光测试,获得不同电压等级下的电致发光光谱和相位谱,分析电致发光光谱相位超前于交流电压相位的原因。结果表明:电缆绝缘在电热老化过程中发生氧化产生羰基;由于电缆绝缘制造过程中的残余交联副产物老化后分解形成杂质,使得电缆绝缘材料在交流电压作用下承受强烈的空间电荷作用,从而导致电缆绝缘交联聚乙烯的电致发光相位超前量远大于低密度聚乙烯。     

直流电缆屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响

随着交联聚乙烯（XLPE）绝缘直流电缆电压等级的提高,对半导电屏蔽料的质量及可靠性的要求也越来越高。选用了2种国外高电压等级用直流半导电屏蔽料、一种国产较为优秀的半导电屏蔽料和国内XLPE直流电缆绝缘料作为试验材料,测试了3种屏蔽料的热、电性能,屏蔽与绝缘的复合性能,研究了3种屏蔽料对XLPE绝缘空间电荷的影响。通过对试验结果的综合分析,提出了炭黑填充量、炭黑粒径和基体树脂以及界面结合情况是影响半导电屏蔽料体积电阻率和空间电荷注入的关键因素。     

高压XLPE电缆绝缘厚度优化设计

近30年来电缆绝缘材料、半导电屏蔽材料的发展和电缆生产工艺的进步为高压交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘优化设计提供了基础。为了降低中国高压XLPE电缆生产和应用水平同国外先进水平的差距,对代表国内技术水平的电缆样品开展了逐级击穿试验和寿命指数试验,确定了110 k V和220 k V电缆样品的最小击穿强度和寿命指数,进而对高压XLPE电缆绝缘厚度进行优化设计,提出了110 k V和220 k V高压XLPE电缆优化后绝缘厚度分别为13.5 mm和21.0 mm。对绝缘厚度优化后的电缆进行了电场计算和型式试验,计算和试验结果表明优化后的电缆可靠性满足要求。