不同温度下局部气压对XLPE电缆电树枝生长及局放特性的影响

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘热老化产生的气体可能会在电树枝发生处产生局部高气压,为了研究不同运行状况下局部气压对XLPE电缆电树枝引发和生长特性的影响,以XLPE电缆制作绝缘层切块为试验样品搭建了试验系统,研究了不同温度下局部气压作用在电树枝通道时的局部放电特性和电树枝的生长规律。结果表明:XLPE处于玻璃态时,局部气压对电树枝的引发无明显作用,在生长过程中通道内流注的发展因高气压受阻,树枝发展被抑制;XLPE处于高弹态时,气隙放电的产生导致电树枝引发时间大大缩短。在生长发展期,高温造成XLPE结构上的缺陷促进了高气压下局放的发展。试验发现:高温高气压下电树枝很容易贯穿电缆绝缘,严重威胁XLPE电缆的安全稳定运行。     

高温高气压下XLPE电缆电树枝生长规律及局放特性

交联聚乙烯(XLPE)绝缘材料电热老化产生的气体会在电缆绝缘层产生局部高气压,为了研究不同温度下气压对电缆电树枝发展特性的影响,以XLPE短电缆为样品搭建试验系统,研究了不同温度下气压作用在绝缘层内壁时电缆电树枝的生长规律及其局部放电特性。分析实验结果可知:低温下XLPE处于玻璃态,局放初期材料保持了良好的机械性能,气压的升高对局放引发和生长初期无影响。局放后期,剧增的局部放电使插针区域软化,在气压作用下产生形变,电树枝沿应力集中区迅猛发展;高温下XLPE处于高弹态,自由体积分数增加,气压越高绝缘材料受到的轴向拉力越大,材料电气性能下降越明显,电树枝越易引发。高温高气压下XLPE电缆的绝缘性能下降明显,电缆稳定运行受到严重威胁。     

局部气压对交联聚乙烯电缆电树枝生长特性的影响

为了研究局部气压对交联聚乙烯(XLPE)电缆电树枝引发和生长的影响,分别以XLPE电缆制作插针缺陷和XLPE绝缘层切块为试验样品搭建了试验系统,研究了局部气压作用在电缆绝缘层内壁和电树枝通道内时的局部放电特征和电树枝的生长规律。结果表明:气压作用在绝缘层内壁对电树枝的引发和初期的生长没有明显影响,在生长后期对电树枝的生长速度有促进作用,树枝分形维数减小,扩展系数增大;气压作用在电树枝通道内会导致放电模式转变为流注放电,放电脉冲几乎分布在整个相位上。分析表明绝缘层内壁高气压导致大面积高温软化区产生形变是促进电树枝生长的主要因素;树枝通道内高气压使气体密度增加导致碰撞电离加剧是流注放电发生时间提前的原因。     

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。     

高温下交联聚乙烯电缆绝缘中树枝测试系统设计

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...     

内部气压下电缆电树枝不同生长阶段的局部放电统计参量研究

交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘电热老化产生的气体会在绝缘层或绝缘材料微孔内产生局部高气压,为了研究内部气压作用下XLPE电缆绝缘的老化特征,分别以XLPE短电缆和电缆绝缘层切片为试验样品,搭建了试验系统,研究了局部气压作用在绝缘层或绝缘材料微孔内时的局部放电及其绝缘老化特征,并采用局部放电矩特征分析局部气压作用下XLPE电缆局部放电特征参量与绝缘老化程度之间的关系,探讨将其应用于交联聚乙烯电缆绝缘老化评估的可能性。结果表明:局部高气压使电树枝通道内局部放电加剧,绝缘老化加速;微孔内的气压相较于绝缘层气压对电树枝内局部放电的促进作用更加明显;最大放电量相位分布H_(qmax)(φ)谱图的偏斜度Sk、峭度K_u和放电次数相位分布H_n(φ)谱图的放电相位分布可作为评估XLPE中电树枝发展阶段的标准。     

交联聚乙烯电力电缆的电树枝化试验及其局部放电特征

电树枝化是影响交联聚乙烯（cross—linked polyethylene,XLPE）绝缘电力电缆长期安全运行的瓶颈,需要深入研究XLPE电缆绝缘的老化机制,尤其是电树枝化的规律,为XLPE电缆的设计制造和现场的运行管理,特别是在线诊断提供理论支撑。设计了交联聚乙烯电缆样品和相应的试验电极装置,并搭建基于实际XLPE电缆的电树枝化试验平台进行试验。结果表明该试验系统能满足XLPE电缆电树枝化试验研究的要求。以15kV的XLPE电缆作为试验样品,开展常温下工频12～21kV和50～90℃下的电树枝化试验,分析了电压和温度对电树枝形态的影响,得到电树枝局部放电的统计图谱,并将电树枝的生长发展分成4个阶段,分析了电树枝在不同生长阶段局部放电的最大放电量相位和平均放电量相位的分布,提取了其偏斜度等统计特征量,结果表明电压和温度对实际XLPE电缆中电树枝形态的影响与针一板电极得到的结果趋势相同,但是电树枝生长过程存在着一定的差异,同时最大放电量相位分布和平均放电量相位分布的3阶矩随着电树枝的生长发展而减小,可作为诊断电树枝生长发展阶段的参考量。     

低频电压下XLPE电树枝生长及局部放电特性

低频电缆作为柔性低频交流输电系统中的关键设备,其绝缘介质在低频电压下的特性对电缆的设计和运行具有重要意义。为了研究低频电压下交联聚乙烯（XLPE）电树枝的生长及局部放电特性,设计并搭建了不同频率下电树枝生长实时观测和局部放电同步测量系统,探究了XLPE试样分别在20、30、40、50 Hz频率下电树枝的引发、生长及局部放电特性。结果表明：电压频率对XLPE电树枝生长及局部放电特性的影响有明显规律性。在20～50 Hz范围内,随着频率的降低,XLPE的起树电压略有升高,但电树枝生长速度加快,损伤面积增加,局部放电量和放电次数增大,放电相位分布基本不变。     

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。     

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．     

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。     

不同温度下XLPE-SIR异质绝缘的交/直流电树枝及局部放电特性

交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电缆本体与附件构成的异质绝缘的电树枝化严重威胁电缆及附件的安全运行。为探明不同温度下XLPE-硅橡胶(silicone rubber,SIR)异质绝缘的交/直流电树枝及局部放电特性,分别在30、50和70℃下,对XLPE-SIR进行交/直流下的电树枝实验及局部放电检测。结果表明,局部放电特征量与电树枝发展阶段密切相关,其中放电量变化率相关性最强;异质绝缘界面对电树枝发展起阻碍作用;交/直流下试样击穿路径不同,推测这与实际界面的非理想接触状态及交/直流下界面附近电荷分布与局部放电差异有关;此外,温度升高不仅促进电树枝的引发与生长,同时对交流电树枝形态有显著影响。结果可为高压交/直流XLPE电缆附件处的绝缘老化状态监测与评估提供一定理论依据。     

温度和电场对XLPE与纳米MgO/XLPE电树枝生长过程中局部放电特性的影响

以交联聚乙烯(crosslinkedpolyethylene,XLPE)和纳米Mg O颗粒添加质量分数为0.5%的交联聚乙烯(MgO/XLPE)为研究对象,研究温度和电场对这2种材料在工频电场下电树枝生长和局部放电特性的影响。此外,该文给出一种基于色度图的局部放电信号提取方法,可以有效反映整个电树枝生长过程中放电相位与幅值的时间分布特性。研究结果表明:当温度升高时,XLPE材料中的电树枝形态由较小的枝状发展为丛状,进而发展为较大的稀疏丛状;同时,因高温下材料聚集态改变,这可能会造成电场畸变,使得高温下局部放电强度增强。当电压增大时,XLPE材料中的电树枝形态由丛状发展为较大的枝–松状,且局部放电强度增加,这与针尖电场以及树枝端部电场的增大有关。此外,纳米Mg O掺杂削弱了高温下的局部放电强度,但由于Mg O/XLPE纳米复合材料在高温下的电气绝缘强度低于XLPE,这促进了高温下Mg O/XLPE材料中电树枝的生长。因此,尽管纳米MgO掺杂削弱了高温下的局部放电,但其对交流电树枝的生长没有明显的抑制作用。     

国内文摘与专利

正直流电压下XLPE电缆绝缘中电树枝的生长特性研究/刘英;曹晓珑/西安交通大学学报,2014(4)为了研究XLPE电缆绝缘材料中直流电树枝的生长规律、形态特征及通道特性,利用树枝化试验及显微观察系统,结果显示,电树枝由细单枝逐渐发展为稀疏丛状结构,树枝通道为非导电型;电树枝生长缓慢,生长速率不超过1.0μm/min;树枝长度主要取决于加压周期数及直流电压幅值,电压持续时间在高压下影响增大;针极意外接地情况下,电树枝将瞬间引发或快速生长。     

电树枝起树后电压幅值对生长形貌和局部放电特性的影响

电树枝在XLPE电缆故障中是一种常见现象，在电缆运行过程中可能会存在电压的波动，然而鲜有报道电树枝起树后电压幅值对其生长形貌和局部放电特性的影响。本文研究了电树枝起树后不同电压幅值下电树枝生长形貌和局部放电特性的差异。结果表明：施加电压越高，电树枝的形貌趋向发展为丛状电树枝，施加电压越低，电树枝的形貌趋向发展为枝状电树枝或单枝状电树枝；在较高电压下的最大局部放电强度试验可用于预测击穿故障，而在较低电压下很难通过局部放电强度预测电树枝的生长；电树枝的放电间隔Δt最大值随着加压时间的增加而变长，放电的间歇性也更加明显，电树枝放电间隔与电树枝的生长联系紧密，当电树枝生长停滞时才有概率出现局部放电的间歇性，电树枝处于生长时局部放电几乎不会停滞。     

XLPE电缆绝缘中的电树枝结构及其生长特性

为研究不同频率下半结晶XLPE电缆绝缘材料中的电树枝引发、生长及结构特征,系统的归纳了XLPE电缆绝缘中可能出现的电树枝特征及其与材料聚集态和残存应力的关系;采用变频高电压发生器、实时显微数字摄像技术及专用试样加工工艺,进行了大量的电树枝培养实验。实验研究发现,由于半结晶高聚物的不均匀结晶和电缆生产过程中在绝缘层中产生的残存应力的影响,使得50Hz施压频率下XLPE电缆绝缘试样中会生成枝状、枝状与丛林混合状及纯丛林状3类电树枝,而>500Hz高频下则只能生成稠密枝状电树枝,它们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,而高频下则关系不大。分形分析这些电树枝的结构后发现,电树枝的生长特性与其分形维数及其分形维数的变化有对应关系,故可用分形维数分类和定量描述这些电树枝.最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理。     

不同温度下高压直流电缆纳米复合绝缘中的周期性直流接地电树枝特性

该文自主研发了一种以交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)为基体,添加0.5 wt%纳米Mg O颗粒的新型高压直流电缆绝缘材料。为研究不同温度下该材料中直流接地电树枝特性及其影响因素,对该材料和某商用级XLPE高压直流电缆绝缘材料进行了20~80℃下不同极性不同电压幅值的周期性直流接地电树枝实验。结果表明:电子比空穴更易注入,且在材料中拥有更大的平均自由程,因此负极性下电树枝比正极性下更易引发,且生长更为分散;纳米Mg O的添加增加了材料中的陷阱密度,减弱了电荷注入,故纳米Mg O/XLPE绝缘材料表现出更好的抗电树枝化性能;温度升高增强了电荷注入与脱陷,提高了电子平均自由程与电荷分布均匀度,使电树枝更容易引发和生长,且形态更加茂密。由此可见,电压极性与温度的改变,以及纳米Mg O的添加均会对材料中的周期性直流接地电树枝的引发与生长产生影响。     

二次施压对XLPE电缆电树枝生长特性的影响

为了研究二次施压下XLPE电缆中电树枝的生长特性,采用短电缆金属针缺陷试验装置,研究XLPE电缆在12 kV作用下生长的电树枝受二次施压(15 kV)作用后新树枝的生长特性。研究结果发现,受二次施压电压和升压速度的影响,XLPE电缆绝缘层中会出现一种奇特的"丛-枝"状电树枝,且二次施压下,生长出的新树枝具有引发时间短、生长速度快、放电通道窄等特点。结果表明,二次施压对XLPE电缆中电树枝的二次引发和生长有较大影响,是加速电缆老化和击穿的重要因素。     

交联聚乙烯电力电缆电树枝生长的混沌特性分析

采用实际的XLPE电缆作为试验样品,以针尖模拟电场应力的集中,开展了工频12～21kV电压和常温到70℃下的电树枝化试验;引入了混沌理论分析电树枝生长的过程,并以电树枝局部放电单位时间内的最大放电量和总放电量作为分析对象,结合电树枝的生长的物理机理,分析了电树枝生长的混沌特征。结果显示XLPE电缆电树枝的生长过程具有确定性混沌特性,电树枝混沌特征的最大Lyapunov指数和关联分形维数值表现出随树枝分形维数的增大而减小的趋势。     

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。