交联副产物对交联聚乙烯电缆绝缘热老化性能影响的探讨

本文叙述了交联副产物对交联聚乙烯电缆绝缘热老化性能的影响,给出了交联副产物的浓度,指出了对挤包后的交联聚乙烯绝缘线芯进行热处理的必要性。     

交联聚乙烯电缆绝缘老化判断技术

<正> 交联聚乙烯电力电缆(以下简称CV电缆)的使用已有15年以上的历史。其电压等级有低压、高压、超高压,应用范围极广。由此可以推测,今后CV电缆绝缘老化的判断技术越来越成为重要的课题。本文就最近特别引人注目的水树枝老化作概要的介绍。水树枝的引发及发展机理水树枝就是CV电缆在浸水条件下,由于电场的作用,使绝缘体中形成树枝状现象。     

高压交联聚乙烯电缆绝缘劣化试验分析

为掌握运行多年的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘劣化状况及出现劣化的原因,采用热重法、红外光谱、机械强度试验分析了退运的14条110 kV和220 kV XLPE电缆绝缘。研究了电缆绝缘材料的热稳定性、物质成分及机械性能与电缆绝缘劣化的对应关系,并分析了14条退运电缆历史运行数据。结果表明,14条退运电缆中,有4条电缆绝缘出现了劣化,而这些电缆都经受过穿越故障电流或外部高温;起始分解温度、羰基指数、断裂能对表征XLPE电缆绝缘的劣化状况有很好的一致性,当绝缘出现劣化时,其起始分解温度降低、羰基指数升高、断裂能减小;交联电缆经受大的故障电流冲击或外部高温,都会加快绝缘的劣化。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

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。     

热老化对交联聚乙烯电缆绝缘理化结构的影响

按照XLPE电缆热老化过程中绝缘材料理化结构的变化规律,对不同老化程度的电缆绝缘材料的热裂解活化能、结晶形态、分子结构进行分析。结果表明:不同温度热老化过程中羰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。     

交联条件对硅烷交联聚乙烯电缆绝缘性能的影响

通过测量硅烷交联聚乙烯绝缘的机械物理性能(或力学性能)等参数,探索了水煮交联工艺对产品质量的影响。试验表明,在温水交联过程中,晶体结构也在进行调整;无论水解缩合交联和晶体结构调整都与水温和水处理时间有关。只有完成结构调整,消除内应力后,才有可能降低应力开裂,并且交联只影响交联结构敏感的高温力学行为,而室温下力学性能几乎不变。     

不同温度热老化对高压配网交联聚乙烯电缆绝缘表面陷阱参数的影响

陷阱参数可影响交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘中载流子的注入和迁移过程,进而对XLPE电缆绝缘的介电性能产生影响。针对商用110kV的高压配电电缆绝缘,通过等温表面电位衰减(isothermal surface potential decay,ISPD)测试系统研究不同温度热老化过程对XLPE电缆绝缘表面陷阱参数的影响。实验结果表明,未老化的XLPE电缆绝缘表面以电子深陷阱和空穴深陷阱为主,当老化温度低于XLPE的熔融温度(T_m)时,浅陷阱密度增加,深陷阱密度变化幅度不大,XLPE电缆绝缘表面仍以深陷阱为主。而当老化温度高于Tm时,电子、空穴浅陷阱密度大幅增加,深陷阱密度大幅下降,陷阱能级下降,老化临界时间之后,XLPE试样表面以电子浅陷阱和空穴浅陷阱为主。热老化试样中浅陷阱密度的增加可能来源于羰基(C=O)等老化副产物的增加,深陷阱密度的下降可能是来源于老化过程对球晶的破坏。不同老化温度条件下表面陷阱密度和能级变化规律的差异可能是由晶体结构劣化方式的差异造成。     

高压交联聚乙烯电缆绝缘老化检测技术调研

概述了国内外高压交联聚乙烯(XLPE)电缆线路在运行中绝缘损坏的统计情况和主要事例，就XLPE电缆及其附件的绝缘老化现象进行了剖析，对电缆绝缘老化检测方法作了扼要叙述，并就现场用局部放电测试的部分方法及其特点作了简要评述。对于一般高压XLPE电缆，迄今未发现因水树生成延展而导致绝缘损坏的现象。包括预制式在内的接头和终端。往往是绝缘老化的薄弱环节，因而应重视对其进行现场的局部放电检测。     

振动载荷条件下的交联聚乙烯绝缘老化特性试验研究

为分析振动载荷对交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆的绝缘状态和运行可靠性的影响,评估热老化过程中施加振动载荷后XLPE绝缘材料微观结构及性能的变化,将2组XLPE试样分别放在恒温箱和恒温-振动箱内进行老化试验,其中在恒温-振动箱内的XLPE试样同时承受温度和振动载荷的作用。将2种老化方式下的XLPE试样在不同老化时间点的微观结构、机械性能、介电性能、热过程、耐电性能等进行比对测试。研究结果表明:在相同的老化时间下,施加振动载荷作用的XLPE试样的微观结构、机械性能、介电性能、耐电性能明显区别于的未施加振动载荷作用的XLPE试样;且存在一个老化时间限值(900~1 200 h),超过这个限制后施加振动载荷作用的XLPE试样的性能明显劣于未施加振动载荷的试样,充分证明了振动载荷对XLPE绝缘老化的加速特性。     

不同热老化温度下高压电缆绝缘特性及失效机理

高压电缆的运行温度是影响其绝缘性能的关键因素。该文通过对交联聚乙烯（XLPE）开展不同温度下的加速热老化实验，对比了XLPE微观理化性能和宏观电学性能的变化规律。同时，在微观层面模拟了XLPE分子在不同温度下自由体积与均方位移的变化规律，在宏观层面结合XLPE的介电性能分析了高压电缆内部温度场的变化规律，进而揭示了高温下高压电缆的绝缘失效机理。研究结果表明，随着老化温度的升高，XLPE分子的劣化程度加快，羰基、碳碳双键等官能团含量增大；介质损耗因数与介电常数逐渐增加，甚至出现了突增的现象；结晶区结构的被破坏加快了击穿场强的下降；分子运动加剧，自由体积率从12.53%增大至14.07%。老化后介电性能的下降会导致电缆内部温度升高，从而对电缆的热老化起到了正反馈作用。     

交联聚乙烯中压电缆绝缘性能的检测和分析

由于去极化电流的高频成分特性与被测电缆的长度相关,当标准新电缆长度与老化电缆长度相差较大时,会影响对电缆老化状况的判定。通过极化-去极化电流法对中压电缆的绝缘状况进行检测,并对检测数据进行分析。尝试使用对电缆长度相对不敏感的去极化电流低频成分来克服电缆长度带来的影响,然后对电缆绝缘状态进行分析。通过分析去极化电流低涉成分的幅值范围、平均放电速及其受到不同极化时间的影响来判定电缆的绝缘老化状况。最后将该分析用于已修复电缆,可以发现已修复电缆特性接近于相同长度的新电缆,说明该分析确实可以实现鉴定电缆老化状况的功能。     

交联聚乙烯电缆绕组变压器绝缘性能分析

对电缆绕组变压器的绝缘性能进行了分析。研究表明电缆绕组变压器的绝缘性能，特别是耐受VFFO的能力要优于传统的电力变压器。     

交联聚乙烯电缆绕组变压器绝缘性能分析

对电缆绕组变压器的绝缘性能进行了分析。研究表明电缆绕组变压器的绝缘性能 ,特别是耐受VFTO的能力要优于传统的电力变压器     

热老化对电压稳定剂改善交联聚乙烯绝缘性能的影响

为了进一步提高交联聚乙烯(XLPE)的电气性能,该文选用间氨基苯甲酸作为电压稳定剂,用溶液法制备了质量分数为1％的XLPE共混物试样,并对试样进行加速热老化实验.利用空间电荷、电导率和表面电位衰减测量,研究了添加电压稳定剂和热老化前后材料的电气性能.通过试样在添加电压稳定剂与老化前后的电场和陷阱能级分布,分析了电压稳定...     

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。     

高压交联聚乙烯绝缘电缆绝缘收缩的研究

绝缘收缩会导致电缆老化击穿,对于高压电缆,该问题尤其明显,通过对脱气室内不同规格电缆的收缩数据的对比研究,提出工艺改进方法。     

不同交联温度下交联聚乙烯绝缘中的水树生长特性研究

随着XLPE电缆在中压、高压以及超高压输电领域的不断应用,传统XLPE电缆绝缘的交联工艺迎来诸多挑战,尤其是交联温度对XLPE绝缘性能的影响问题不容忽视。该文研究不同交联温度下交联聚乙烯绝缘中的水树生长特性,并从聚集态结构角度出发对交联聚乙烯中的水树生长机制进行分析。制取不同交联温度的XLPE样本,进行加速水树老化实验、交联度测定实验和差示扫描量热分析实验,结果发现交联聚乙烯中的水树生长特性与交联度、结晶度等聚集态结构密切相关。而通过XRD衍射实验、SEM观测实验的分析发现:随着交联温度的升高,XLPE绝缘聚集态结构呈现先密集、后疏松的排列现象。基于这一发现,提出材料的聚集态结构模型以分析不同交联温度下交联聚乙烯绝缘中的水树生长机制。研究结果表明:交联聚乙烯绝缘的球晶结构趋于密集,则水树形成的尺寸较小;交联聚乙烯绝缘的球晶结构趋于疏松,则水树形成的尺寸较大。