乙烯-丙烯酸共聚物改性聚乙烯的水树生长研究

以不同含量的乙烯 丙烯酸共聚物 (EAA)对聚乙烯(PE)进行了共混改性 ,研究了改性后实验样品中水树的生长情况。分析了PE样品中形成水树的原因及抑制水树的机理 ,认为水树形成的条件是在结构缺陷处有水滴形成 ,而抑制的方法就是设法消除水滴的形成。实验中找到了抑制PE中水树形成的最佳EAA含量。PE +1.0 %EAA的样品可用作电缆绝缘实用性的进一步研究。

乙烯-丙烯酸共聚物用作交联聚乙烯绝缘水树抑制剂的研究

以极性的乙烯 -丙烯酸共聚物 (EAA)对交联聚乙烯 (XL PE)进行了共混改性 ,使 XL PE由憎水性变为有一定程度的亲水性。分析了实验 XL PE样品中形成水树的原因及抑制水树的机理 ,认为水树形成的条件是在结构缺陷处有水滴形成 ,而抑制的方法就是设法消除水滴的形成。实验中找到了抑制 XL PE中水树形成的最佳

XLPE 电缆水树老化过程中半导电层缺陷的形成机理

交联聚乙烯(XLPE)电缆的半导电层缺陷诱发机理尚无定论。为此,在加速水树老化实验的基础上,观测了水树老化后电缆的内、外半导电层中的缺陷,并对这些缺陷的形成原因进行了讨论。采用水针法对长度为70 m的XLPE电缆进行加速老化,电缆的绝缘性能逐渐下降,并在绝缘层中观察到水树缺陷。通过扫描电镜(SEM)观测到,老化样本的半导电层中有大量孔洞缺陷。进一步采用X射线能量色散谱(EDS)对内、外半导电层中的化学元素进行定量分析证明,老化后半导电层中氧(O)元素含量显著减少。因此,在长期老化过程中,半导电层中可能发生了电解质水溶液的电解反应,并生成了氧气(O2)和臭氧(O3),这种气体的生成是半导电层中孔洞缺陷发生及发展的原因。

10 kV电缆受潮缺陷模拟及其放电特征研究

针对10 kV XLPE电缆开展绝缘受潮缺陷模拟试验,根据电缆绝缘水树的等效电路,制作了两种电缆模型试样。在串联谐振耐压条件下对两种试样进行局部放电测量,通过脉冲电流法检测其局部放电信号并研究放电特征。试验结果表明:埋入盐水浸泡棉线试样的电缆绝缘水树缺陷模型,在试验条件下的局部放电图谱特征呈现双极性分布,属于沿面放电类型。

修复液抑制XLPE电缆局部放电的有效性研究

针对XLPE电缆中存在水树缺陷引起局部放电导致电缆绝缘迅速劣化的问题,提出了一种通过注入修复液修复电缆水树缺陷抑制电缆局部放电的方法,从XLPE电缆试样局部放电特征及缺陷表面微观形貌结构两方面研究修复液对XLPE电缆局部放电的影响。采用水针电极法加速XLPE电缆绝缘水树老化,并对生成水树缺陷的电缆试样进行注入式修复,测试分析修复前后电缆试样的局部放电特征,并对修复后电缆试样缺陷处的表面形貌特征进行分析。此外,建立XLPE电缆水树缺陷的有限元模型,结合水树缺陷处电场仿真进一步阐述修复液对XLPE电缆局部放电的影响机理。结果表明:修复后XLPE电缆局部放电的放电幅值和放电次数均大幅减小,表明修复液可以抑制电缆局部放电的发展,减缓XLPE电缆绝缘的劣化。

内半导电层老化对电缆水树缺陷诱发性的研究

为进一步探究电缆内半导电层的老化机理,在加速水树老化实验的基础上,利用红外光谱检测技术(FTIR)观测新样本和老化样本中内半导电层的分子结构的变化,并阐明其变化原因。同时通过扫描电子显微镜(SEM)观察电缆内半导电层中缺陷的变化情况,对内半导电层诱发绝缘层水树缺陷形成的原因进行讨论。结果表明:在老化过程中,内半导电层材料组分中EVA材料发生分子链的断链老化和酯基水解老化,为电解老化提供了电解质。在水分存在的情况下,内半导电层中局部的电势差可能导致缺陷附近形成电解池,进而导致材料局部缺陷的进一步发展。因此,内半导电层中电解池的形成和局部缺陷的发展,可能引发绝缘层水树缺陷的生成和发展,从而影响电缆的绝缘性能。

基于水树微观结构特征的水树老化电缆PDC支路参数特征

为了研究水树老化电缆极化-去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)支路参数变化特征及原因,分析了水树微观结构特征,并揭示了水树微观结构对电缆PDC支路参数的影响。对短电缆和长电缆样本进行加速水树老化,利用PDC检测样本极化–去极化电流,并计算老化样本Debye模型三支路参数。利用光学显微镜观测短电缆样本中的水树形态,利用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)观测水树区域微观形貌。PDC三支路参数辨识结果表明,水树老化样本第3支路时间常数显著高于未老化样本。另外,第3支路电容增加量高于电阻减小量。微观观测结果表明水树区域存在大量孤立微孔,分析认为,水树生长将造成材料分子链断裂及形成大量微孔–XLPE界面,导致材料偶极极化时间及界面极化时间增长,样本第3支路时间常数显著增大。另外,水树区域存在大量孤立微孔,其限制了离子在水树区域的运动,从而导致样本第3支路电容增大量高于电阻减小量。

绝缘老化对电缆中间接头界面缺陷处电场分布的影响

为了研究电缆中间接头绝缘老化对交联聚乙烯/硅橡胶复合界面典型缺陷处电场分布的影响,采用COMSOLMultiphysics仿真软件建立了10 kV电缆中间接头仿真模型,计算了绝缘老化前后复合界面存在导电杂质、划痕和水分3种缺陷时的电场分布,并结合仿真结果对电缆本体绝缘中水树枝的生长变化进行分析。结果表明:3种缺陷均会导致复合界面缺陷处发生明显的电场畸变,绝缘老化会造成界面处电场强度增大,同时加大缺陷对电场分布的影响。水树枝引发后末端电场畸变严重,随着水树枝的生长发展,树枝之间相互靠近的区域电场强度减小,但局部电场集中现象依然存在。

电缆绝缘缺陷与电流谐波成分特性关系分析

通过分析电力电缆出现绝缘缺陷的主要原因,提出基于谐波电流的绝缘缺陷检测方法。模拟10 k V电力电缆4种典型电缆绝缘缺陷,对不同绝缘缺陷下采集测量得到的电缆电流谐波成分进行分析,探究电缆绝缘缺陷类型与电流谐波主成分以及电流谐波占比随电缆绝缘缺陷程度的变化关系。结果表明:通过对电力电缆产生的主要谐波次数与含量进行分析,能够判断出相应的绝缘缺陷类型;随着电力电缆绝缘缺陷程度的加深,电流谐波占比大幅提升,但不同缺陷位置和分布情况会对谐波占比有所影响,该结果对电缆绝缘缺陷状态的评估可作为参考依据。

缺陷形状对XLPE材料水树生长特性的影响

利用砂纸在XLPE薄片样本表面压制缺陷,模拟工业实际运行电缆中存在的不同形状的缺陷,然后对XLPE薄片进行加速水树老化实验,对比分析不同缺陷下的实验结果。利用光学显微镜和扫描电镜观察薄片样本水树长度及微观形态,统计不同缺陷下生长的水树长度。搭建水树老化的微观模型,并进行电场仿真分析。结果表明:缺陷深度相同时,不同形状缺陷下生成的水树长度和微观形貌差异较小,水树尺寸分散性较小。未生长水树时,电场畸变严重区集中在缺陷尖端,不同形状缺陷前端处的电场相差较大,缺陷形状对水树引发的影响很大;水树生长中后期,由于水树区域的电导率远大于XLPE材料的电导率,导致电场畸变严重区转移到水树尖端,大幅弱化了缺陷前端处的场强,因此缺陷形状对水树生长中后期的影响很小。