交联聚乙烯电缆绝缘的击穿机制

电缆系统缺陷与故障导致绝缘的劣化并最终形成击穿。导致缺陷的原因主要有如下五个方面：

（1）外部因素：如机械损伤、化学反应、害虫侵袭等导致电缆保护层进而其他层的破坏；
（2）产品故障：如绝缘的孔隙、杂质污染、金属伸入，以及金属屏蔽不良等；
（3）错误的应用：如超过承受能力的短路电流、电压、负荷变化、环境温度以及环境电阻等；
（4）错误的安装：如电缆附件的安装工艺不合格，拉伸电缆时用力过大等等；
（5）绝缘材料的老化。
   
除了严重故障会导致电缆在电压应力下立即击穿外，上面前四个缺陷原因将加速绝缘材料的老化过程。与中、高压XLPE电缆相关的老化过程主要有：

（1）热化学劣化。这种劣化过程随着如温度的升高而加速。劣化的绝缘逐渐被高能电子和离子穿透；
（2）局部放电。当绝缘缺陷的电场超过产生局部放电的起始电压时，该局部区域就会产生局部放电。由于局部放电的腐蚀，会造成温度的增加、化学反应以及空间电荷的注入等。局部放电的腐蚀将导致电树的产生。
（3）电树：当绝缘材料由于局部放电的腐蚀而导致碳化通道出现并且增长时，就产生了电树过程。这种老化机制会在所有的固体绝缘材料内或者在两种不同绝缘材料的分界面产生。电树可以被认为是击穿发生前的最后劣化阶段。
（4）水树：XLPE电缆有水树老化现象，电缆的绝缘层中同时存在水和电场就会由于其组合行为而产生聚合体的扩散结构，从而形成水树。水树消减了聚乙烯绝缘材料的电应力击穿水平。水树变得大而危险需要花费较长时间，如几年。在其最后阶段，水树导致局部放电和电树的形成，进一步加速劣化和击穿。

由上可知实际运行中除人为破坏和一些偶发因素外，电缆绝缘事故一般都是由微小的局部放电发展而来，所以局部放电检测是检测电缆绝缘缺陷的重要手段。IEC，IEEE以及CIGRE等国际电力权威机构一致推荐局部放电试验是作为XLPE绝缘电力电缆绝缘状况评价的最佳方法，并制定了电力电缆局部放电检测的测试导则与指引。所谓的局部放电是指交联电缆的绝缘体内部在制造、施工或运行过程中可能会有一些气泡或渗入其他杂质，而这些存有气泡或杂质的区域，其击穿场强低于平均击穿场强，因此在这些区域就会首先发生放电现象。这样就能够通过实现交联聚乙烯电缆局部放电的在线检测，从而实现对其的状态检修。