浅析影响交联聚乙烯电缆主绝缘的因素

1、浅析影响交联聚乙烯电缆主绝缘的因素 摘要：本文分析了交联聚乙烯电缆的绝缘结构特性，简析其绝缘检测手段和具体实验方法，有一定参考价值。 关键词：交联聚乙烯电缆；主绝缘；影响因素 中图分类号：tm247 文献标识码：a 文章编号： 一、 xlpe 电力电缆绝缘结构特性 电力电缆经常用作发电厂、变电所以及工矿企业的动力引入（或引出）线，当线路在过江、过近海、过铁路处，也常采用电力电缆。电力电缆与架空线路相比，优点是受气候的影响小，安全可靠，隐蔽耐用，但成本较高。 通常电力电缆是由导电线芯、绝缘、护套、屏蔽层、铠装等几部分组成。电力电缆的导电线芯常用铜或铝；电缆的绝缘和护套常用有机绝缘材料，如粘性油纸

2、、橡胶、塑料、交联聚乙烯等，对于更高电压等级的电缆，可以采用充油或充气绝缘；电缆的屏蔽层常用半导电材料，在电缆中起到均匀电场的作用；电缆的铠装是为了保护电缆的绝缘免受外力的损伤，常用钢带、钢丝、铅套、铝套等作电力电缆的铠装。电力电缆按导电线芯的数量和形状可分为：单芯结构、三相圆芯电缆、三相扇形电缆、四芯扇形电缆等。在电力系统中常将电力电缆按绝缘材料分为：油纸绝缘电缆、橡塑绝缘电缆、充油电缆、充气电缆等。其中油纸绝缘电缆已经逐步退出运行，橡塑绝缘电缆使用量逐年增加，特别是交联聚乙烯电缆近年来已经成为中高压输电系统中的主要品种。 交联聚乙烯电力电缆由于其电气性能和耐热性能都很好，传输容量较大，结构

3、轻便，易于弯曲，附件接头简单，安装敷设方便，不受高度落差的限制，特别是没有漏油和引起火灾的危险，因此受到用户广泛欢迎。交联聚乙烯电缆和油浸纸统包电缆在结构上的区别除了相间主绝缘是交联聚乙烯塑料以及线芯形状是圆形之外，还有两层半导体屏蔽层。在芯线的外表面挤第一层半导体屏蔽层，它可以克服导体电晕及电离放电，使芯线与绝缘层之间有良好的过渡；在相间绝缘外表面挤第二层半导体胶，同时挤包了一层 0.1mm 厚的薄铜带，它们组成了良好的相间屏蔽层，它保护着电缆，使之几乎不能发生相间故障。目前国内已经开始生产 220kv 电压等级交联聚乙烯电缆，国外已有 500kv 电压等级的交联聚乙烯电缆投入试用线路。引起

4、电缆绝缘故障的原因是多方面的，如果电缆的制造质量好（包括缆芯绝缘、护层绝缘所用的材料及制造工艺）、运行条件合适（包括负荷、过电压、温度及周围环境等），而且不受外力等因素的破坏，则电缆绝缘的寿命相当长。国内外的运行经验表明，制造、敷设良好的电缆，运行中的事故大多是由于外力破坏（如开掘、挤压而损伤）或地下污水的腐蚀等所引起的。由于电缆材料本身和电缆制造、敷设工程中不可避免地存在缺陷，受运行中的电、热、化学、环境等因子的影响，电缆的绝缘都会发生不同程度的老化。不同的老化因子，引起的老化过程及形态也不同。表 1.1 给出了交联聚乙烯电缆绝缘老化的原因和表现形态，其中水树枝老化是交联聚乙烯电缆所特有的。

5、所谓水树枝和电树枝是指在局部高电场的作用下，绝缘层中水分、杂质等缺陷呈现树枝生长，最终导致绝缘击穿；所谓化学树枝是指绝缘层中的硫化物与铜导体产生化学反应，生成硫化铜和氧化铜等物质，这些生成物在绝缘层中呈树枝状生长。 交联聚乙烯(xlpe)电缆有很多优点，因此它在配电网中已逐步取代油纸电缆，且在高压和超高压电缆线路中得到日益广泛的应用。例如瑞士苏黎世市 14 个170/24kv 变电站的高压侧全部用电缆网连接，总长 242km，其中 1975 年以后铺设的66km 全部为 xlpe 和乙丙橡胶电缆。日本已生产 500kv 的 xlpe 电缆，其 275kv 的xlpe 电缆已用于长距离输电线路。

6、为确保可靠供电，通常在电缆铺设后要进行耐压试验。 二、xlpe 电力电缆预防性试验的规程 国内外对 xlpe 电缆的现场交接试验进行了大量的研究工作，iec 曾先后制定了多个标准。1999 年广东省制定了广东省 10220kv 橡塑绝缘电力电缆交接验收试验标准暂行规定，华北、华东也先后制定了本地区橡塑绝缘电力电缆交接验收试验标准暂行规定。陕西省对 35kv 及以下 xlpe 电缆现场交接试验基本参照gb540150-91.电器装置安装工程电器设备交接试验标准，主要进行绝缘电阻和直流耐压试验。目前 xlpe 电缆已经在许多供电部门及工厂配电系统中使用。但己敷设应用的 xlpe 电缆，有的事故率相

7、当高，有的即使进行过绝缘预防性试验（包括直流耐压试验）仍难以保证安全运行。这是由于还没有形成一套适用于这种电缆的成熟的绝缘试验方法及老化绝缘诊断技术。传统的电力电缆预防性试验项目主要有绝缘电阻试验、直流耐压试验及泄漏电流试验。电力电缆运行规程对电缆的预防性试验作出了以下规定： 1.压力的重要电缆每年至少应试验一次；无压力的其它电缆至少每三年试验一次；保持压力的电缆，试验不作规定，但失压修复后，应进行试验；与机组连接的电缆，应在改机组大修时进行试验。电缆的预防性试验，最好在土壤中水分饱和时进行。 2.新敷设的有中间接头的电缆线路，在加入运行 3 个月后，应试验一次，以后按一般周期试验。 3.根据

8、试验结果被列入不合格、但经过综合判断允许在监视条件下投入运行的电缆，其试验周期应较标准规定缩短。如果在不少于 6 个月的时期内，经过三次以上的试验，其缺陷特性没有变化，则可以按规定周期试验。 4.长的电缆线路，如中间无接头，也可用兆欧表作绝缘电阻试验，测得绝缘电阻数值的不平衡系数如第 13 条规定。兆欧表的电压应用 1000 伏及以上的，读取 60 秒的绝缘电阻值。 5.在耐压试验中，如发现泄漏电流不稳定或泄漏电流值随试验电压急剧上升或随试验时间增长有上升现象时，应查明原因。如纯属电缆线路的原因，则可提高试验电压及延长试验时间。 6.三芯电缆试验时，在一相上加电压，其它两相应与铅包一同接地。铅

9、包一端接地、另一端装有铅包过电压保护器或用球间隙作保护的单芯电缆，在试验时，该端铅包应临时接地。 三、xlpe 电力电缆直流耐压试验压试验的优缺点 传统的电缆现场高压试验采用直流耐压，主要是由于电力电缆具有很大的电容，现场采用大容量的试验电源不现实，所以改为直流耐压试验，以显著减小试验电源的容量。直流耐压试验一般都采用半波整流电路，由于电缆电容量较大，故不用加装滤波电容。对于 35 千伏以上的电缆，试验电源采用倍压整流方式。试验中测量泄漏电流的微安表可接在低电位端，也可接在高电位端。 通常直流试验所带来的剩余破坏也比交流试验小得多（如交流试验因局部放电、极化等所引起的损耗比直流时大）。直流试验

10、没有交流试验真实、严格，串联介质在交流试验中场强分布与其介电常数成反比，而施加直流时却与其电导率成反比，因此在直流耐压试验时，一是适当提高试验电压，二是延长外施电压的时间。正常的电缆绝缘在直流电压作用下的耐电强度约为 400 600kvcm，比交流作用下约大一倍左右，所以直流试验电压大致为交流试验电压的两倍，试验时间一般选为 510min。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的 5min 内都能暴露出来，gb50150-91 规定了最长的持续试验时间为 15min。电缆的直流击穿强度与电压极性有一定关系。试验时一般电缆芯接负极，当电缆芯接正极时，击穿电压比接负极时约高 10 %。 在进行直流耐压和泄

11、漏电流试验时应均匀升压，升压过程中在 0.25、0.5、0.75、1.0 倍试验电压下各停留 1min，读取泄漏电流值，以便必要时绘制泄漏电流和试验电压的关系曲线。升压到试验电压时，同时读取 1min 及 5min 的泄漏电流值，耐压 5min的泄漏电流值应不大于耐压 1min 时的泄漏电流值，或者极化比应不小于 1。规程对直流泄漏电流值没有作明确规定，试验标准参照制造厂的相关标准。交联聚乙烯电缆绝缘直流耐压试验是一个有争议的试验项目，由于交联聚乙烯绝缘性能十分特殊，进行直流耐压试验可能是不适合的。曾经多次发生按标准进行直流耐压试验合格，而正常运行不久就发生击穿故障问题。过去由于受试验设备条件的限制，现场对高压电缆进行交流耐压试验有一定困难，一般采用直流耐压试验代替。但是，根据理论分析和最新资料介绍，对于交联聚乙烯电缆的耐压试验不宜采用直流，主要原因是： 1.近年来的研究表明，交联聚乙烯电缆结构具有一种“记忆”效应，这种“记忆性”是在直流电压作用下产生的。一旦电缆有了由于直流试验而引起的“记忆性”，它就需要很长时间才能将这种直流偏压释放，在此之前如果电缆投入运行，直流偏压便会叠加在交流电压上，使得电缆上的电压值远超过电缆的额定电压，从而导致电缆绝缘击穿。 2.众所周知，在直流电压作用下电缆绝缘中的电场分布和交流电压下的电场分布是不同的。直流电压下的电场分布取决于材料的电