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交联聚乙烯电力电缆局部放电机理

发布时间:2021-07-01 03:52:07人气:

局部放电(Partial Discharge,简称PD)是指高压设备中的绝缘介质在高电场强度作用下发生在电极之间的未贯穿的放电。这种放电只存在于绝缘的局部位置而不会立即形成贯穿性通道,因此称之为局部放电。电缆局部放电检测中局部放电量一般用pC为单位。电缆局部放电可能发生在电缆附件和本体中,油纸电缆和交联聚乙烯电缆的局部放电特性也有所差别。

油纸电缆的绝缘层为粘性浸渍结构,在电压场强增加或者绝缘油泄露、绝缘干燥的时候易发生局部放电现象,局部放电反过来又导致绝缘层不断碳化,最终使绝缘层绝缘性能下降。下图为导致油纸电缆绝缘层局部放电的两种原因:绝缘油泄露导致绝缘材料干燥使得绝缘性能下降;电缆铅包破裂进水导致绝缘层变薄,局部场强升高,导致绝缘性能下降。

导致油纸电缆绝缘层局放的两种原因
导致油纸电缆绝缘层局放的两种原因
和油纸电缆不同,交联聚乙烯电缆的绝缘材料为固态塑料结构。在制造过程中如混入金属杂质、出现气孔空洞,或由于内、外半导体层不规则突起引起高压场强的不均匀,或绝缘中存在电树枝等,在这些部位都有可能出现局放。这些缺陷都会影响电缆的使用寿命,其中交联聚乙烯电缆中电树枝的出现对其寿命有很重要的影响。大多数聚合物绝缘在强电场的长期作用下,由于受到电、热、机械、化学等多因素综合作用导致绝缘性能下降,其击穿场强随着电压作用时间的增长而降低,最后导致聚合物绝缘击穿,其中一个重要的原因就是在聚合物中产生了电树枝。根据有关部门统计,电缆事故占电气设备事故总数的比例约为28%,而电缆的树枝老化所引起的事故占电缆事故的42%。日本等发达国家分析了交联聚乙烯电力电缆的老化原因和老化形态,认为电缆老化的起点为气隙、杂质、凸起毛刺等缺陷,这些缺陷再加上电场、热、机械力、环境等老化因素,就会以局部放电、水树枝之类的老化形态表现出来,最终都归结于电树枝而导致绝缘击穿。

电树枝的引发和生长过程很复杂,要受到很多因素的影响,如局部放电、电场分布、空间电荷分布、通道的电导、气体的压力、材料的结构形态等等,而另外交联聚乙烯的填料、复合介质、厚层材料、结晶状态以及材料内的微孔、低密度区、运行环境等也对电树枝的引发和生长有着或多或少的影响。国内外运行经验和研究成果表明,交联聚乙烯电力电缆性能早期劣化或使用寿命很大程度上取决于交联聚乙烯绝缘介质的树枝状老化,而局部放电测量是定量分析树枝状劣化程度的有效方法之一。在树枝引发初期,其局部放电量约0.1pC;当树枝发展到介质击穿临界状态时,其局部放电量达到1000pC左右。
交聚乙烯电缆局放
交聚乙烯电缆局放
除此之外,在电缆附件中电缆终端和中间接头是最容易发生局放故障的位置,不合格的生产工艺或者施工安装人员技术不熟练都有可能导致电缆附件存在隐患,诱发局放故障和击穿故障。
电缆接头可能的局部放电位置点
电缆接头可能的局部放电位置点
由此可见,对交联聚乙烯电缆做局部放电检测试验可以得到电缆绝缘中电树枝等重要缺陷的状态数据,而且可以反应出电缆附件安装过程造成的缺陷。因此对交联聚乙烯电力电缆进行局部放电检测试验是及时发现其故障隐患、预测运行寿命、保障电力电缆安全可靠运行的重要手段。

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