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.     

交联聚乙烯电缆绝缘中的双结构电树枝特性及其形态发展规律

根据从电树枝动态生长过程中所拍摄的大量实验照片和生长特性数据，探讨了在XLPE电缆绝缘中的电树枝发展特征与材料聚集态结构的关系。研究表明，由于半结晶高聚物不均匀聚集态、不均匀结晶和残存应力的影响，会在XLPE电缆绝缘中生成枝状、丛林状、藤枝状、松枝状和混合结构电树枝。并且在电树枝发展过程会呈现非常清晰的三个基本阶段，即引发阶段、滞长阶段和迅速发展阶段。引发阶段猛烈时生成迅速生长的纯枝状电树枝，引发阶段较弱或材料均匀时易导致丛林树状电树枝产生，发展于极不均匀区的电树枝多为鲜明的双结构；另外，引入一种新的参数，电树枝扩展系数来描述电树枝生长特性，并综合电树枝生长过程分形维数的变化规律和速度关系对产生这种实验现象的机理进行了分析。     

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.     

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。     

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XLPE电缆中电树枝的生长特性

为了研究温度对电树枝的引发和生长发展特性的影响,本文针对15kV交联聚乙烯(XLPE)电缆设计了一套采用金属针缺陷模拟集中电场应力的实验系统。通过在4个不同温度下对交联聚乙烯(XLPE)电缆进行电树枝生长实验,结果表明,温度对电树枝引发及生长影响显著。在潜伏期,一方面,电荷的注入及自由基的连锁反应因热的作用而加剧;另一方面,在高温下由于分子热运动和自由体积膨胀,聚集态发生了从玻璃态到高弹态的转变从而导致电树枝的引发时间的大大缩短。在生长发展期,XLPE电缆电树枝的分形维数随温度上升并不单调,而是与其聚集态紧密相关。在玻璃化转变温度(θg)以下,电树枝形态由枝状向丛状转变;在玻璃化转变温度(θg)以上,电树枝逐渐稀疏,分形维数减小;电树枝随温度升高有明显加速生长趋势。通过实验研究表明,在集中电场应力下,当XLPE电缆运行温度超过110°C时,即使是短时的电热作用,也会缩短其寿命。     

实际XPLE电缆模型下升压速度对电树枝生长特性的影响

电树枝化是影响交联聚乙烯(XLPE)电力电缆运行安全与寿命的技术瓶颈。笔者采用金属针缺陷模拟电缆中集中的电场应力,研究了在工频交流电压下(50 Hz),不同实验起始升压速度(0.1 kV/s,1 kV/s)对XLPE电缆中电树枝生长特性的影响。结果表明,在高的升压速度下电树枝起始快,同时电树枝形态会由纯枝状变为稠密枝状,分形维变大。     

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.     

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。     

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。     

XLPE电缆电树枝二次生长特性分析(英文)

In order to study the growth characteristics of electrical trees in XLPE cable under secondary applied voltage, a short cable metal needle defect test device is adopted to study the growth characteristics of the new trees after the electrical trees in XLPE cable under the action of the voltage of 12 kV are influenced by secondary applied voltage (15 kV). The research results show that influenced by secondary applied voltage and voltage increase rate, there will be a peculiar "bush-branch" electrical tree in XLPE cable insulation layer and the new trees under secondary applied voltage have the characteristics of short initiation time, fast growth rate and narrow discharge channel, etc, which shows that secondary applied voltage has a great effect on the secondary initiation and growth of electrical trees in XLPE cable and it is an important factor of accelerating cable aging and breakdown.     

Understanding treeing phenomena and space charge effect in gamma-irradiated XLPE cable insulation

In the present work, electrical trees were experimentally generated in virgin and gamma-irradiated XLPE cable insulation, under AC voltages. Fibrillar type of electrical tree structure forms from the defect site in gamma-irradiated specimens. Failure times due to electrical trees were analysed by adopting Weibull distribution studies. The results of the study indicate that gamma-irradiated specimens, where the rate of tree propagation is high, causing early failure of insulation. Pulsed electro acoustic emission (PEAE) technique was adopted to understand the space charge formation in XLPE cable insulation. The results of the study indicate that homo and hetero charges form near to the electrodes especially in gamma-irradiated XLPE cable insulation. Variations in space charge density at different voltage magnitudes with time were analysed. It is observed that the electric field in the insulating material becomes highly non-uniform on occurrence of hetero charges. It is also realized that on removal of applied voltage, the charge decay is less with gamma-irradiated specimens. Based on the present study, it could be concluded that Space charge density in insulating material and life of insulating material due to electrical tree formation shows inverse relationship.     

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．     

高温下交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝测试系统设计

设计了高温下交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中电树枝化的实验系统,在外施工频电压有效值为13 kV下,对不同温度下高压XLPE电缆绝缘中电树枝生长及其局部放电特性进行研究,结果表明,温度对电树枝的生长具有重要影响,整个系统可以用于高温下电树枝生长过程的实时观测与局部放电连续测量,为研究高温下XLPE电缆绝缘中电树枝引发与生长机理及其局部放电特性分析提供了实验研究平台。     

A study of treeing phenomena in the development of insulation for500 kV XLPE cables

This review summarizes research on treeing phenomena, i.e. the formation of electrical trees and water trees, that has been undertaken in Japan for the development of 500 kV XLPE cable. Section 1 presents the results of factors affecting XLPE cable insulation breakdown under commercial ac and lightning impulse voltages. Section 2 verifies the phenomena of electrical tree formation in XLPE cable insulation using block samples and model cables, and gives the results of studies to determine the level electrical field stress initiation for such trees. Section 3 summarizes the results of studies on long-term aging characteristics, which is a particular problem under commercial ac voltages, while Section 4 explains how this research influenced the design of 500 kV XLPE cable insulation. All authors were members of `The investigation committee of fundamental process of treeing degradation' under IEEJ     

Severe degradation of the conductor screen of service and laboratory aged medium voltage XLPE insulated cables

The main purpose of this paper is to show the strong correlation between corrosion of the metallic aluminum conductor and the formation of interconnected cracks / voids in the conductor screen, creating initiation sites for vented water trees in service aged medium voltage XLPE cables. The results show that porous structures in the conductor screen previously reported for laboratory aged insulation systems, also develop in the conductor screen in service aged medium voltage XLPE cables. These structures can bridge the screen and serve as path for contaminants and corrosion products from the aluminum conductor and initiate water trees. A prerequisite for the formation of such structures is the presence of liquid water at the interface between the conductor and conductor screen causing corrosion. The initiation site of such structures has been identified, and is likely caused by environmental stress cracking (ESC). Initiation sites were determined in all cables, but porous structures in the conductor screen were only observed in the cable suffered from service failure, where liquid water had entered the cable conductor between the strands. Severe degradation of the XLPE insulation was observed at the initiation sites for water trees growing from these structures.     

交流电压下基于空间电荷效应的XLPE电缆绝缘老化研究现状

交联聚乙烯(XLPE)电缆以其优良的机械和电气性能广泛应用于现代电力系统。研究表明,在直流电压作用下绝缘中容易形成空间电荷,导致电场畸变,加速绝缘老化。国内外很少关于交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘影响的研究。本文综述了交流电压下空间电荷对XLPE电缆绝缘老化的影响及其作用机理,并介绍了交流电压下测量空间电荷分布的改进的电声脉冲法。结果表明,交流电压下,空间电荷分布特性影响XLPE电缆绝缘老化。     

交联聚乙烯电缆中电树枝的研究现状

总结了电树枝研究的最新进展,特别是交联聚乙烯电缆绝缘中电树枝的研究现状。对电树枝的分类以及在电树枝引发和生长过程中的一些影响因素进行了讨论。最后从实际应用出发,简要介绍了交联聚乙烯电缆中电树枝的诊断方法。