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物理因子对电缆绝缘性能的影响

发布时间:2022-06-22访问人数: 99
物理因子对电缆绝缘性能的影响
1.油浸纸绝缘击穿机理
油浸纸绝缘电缆的外面有铅包或铝包金属护套,浸渍剂的体积膨胀系数为铅或铝金属固体材料的十几倍。随着电缆运行温度上升时,电缆各组成部分发生热膨胀。由于浸渍剂的膨胀系数较大,金属护套必然受到浸渍剂的膨胀压力而胀大,而当电缆温度下降时,浸渍剂会收缩,由于金属护套的塑性变形不可逆变,因此在金属护套内部的绝缘层中就会形成气隙。气隙一般分布在绝缘层的内层、靠近线芯表面,因为在电缆冷却时,热量首先从电缆绝缘最外层散出,这时绝缘内层温度相对较高,黏度较低的浸渍剂向外层流动来补偿外层浸渍剂的体积收缩,因此在绝缘外层形成气隙的可能性较小。当绝缘内层也开始冷却时,此时浸渍剂的黏度已经较高,流动性减小,浸渍剂由于体积收缩而得到补偿的机会也越小,越往线芯方向,则这种现象越严重。所以说越靠近线芯形成气隙的可能性越大,而最终形成的气隙量也最大。
2.交联聚乙烯绝缘击穿机理
经过大量的试验研究和数十年交联聚乙烯绝缘电缆的运行,都已经证明树枝老化是导致交联聚乙烯绝缘发生击穿的主要原因。树枝可以分为三种类型。
(1)水树枝。这是交联聚乙烯绝缘最常见也是最多的一种树枝现象,它是在交联聚乙烯绝缘电缆进水受潮的情况下,由于电场和温度的作用而使绝缘内形成树枝状老化现象。水树枝现象在较低的电场作用下即可发生,其特点为树枝内凝聚有水分,树枝密集而且大多不连续。电场使水分不断迁移,树枝不断生长,最终导致电缆击穿。
(2)电树枝。存在于导体表面的毛刺和突起、绝缘层中的杂质等形成绝缘层中电场分布畸变,场强高度集中引发局部放电,导致绝缘成树枝状老化现象。其特点为树枝内无水分,树枝连续和清晰。电树枝导致电缆击穿要比水树枝快得多。
(3)电化树枝。交联聚乙烯电缆在长期运行过程中,周围的化学溶液渗入电缆内部,与金属发生化学反应并形成有腐蚀性的硫化物,最终在电场作用下伸入绝缘内而形成电化树枝。这种树枝与水树枝一样可以在较低的场强下产生。其特点为树枝呈棕褐色,分支少且较粗。

3.温度对绝缘性能的影响
一般随着温度升高,电缆绝缘材料性能,如绝缘电阻、击穿场强等,均呈明显下降趋势。为防止电缆绝缘加速老化或发生热击穿,电缆的运行温度必须控制在绝缘材料所允许的最高工作温度以下。
4.水分对绝缘性能的影响
电缆绝缘中含有水分,无论是油纸绝缘还是挤包绝缘,都会对绝缘性能产生不良影响。水分会使油纸绝缘的电气性能明显降低。含水率大,会使油纸绝缘击穿电压下降,会使电缆纸损耗角正切值增大,体积电阻率下降。电缆纸含水,其机械性能也有明显变化,抗拉断强度下降。水分的存在,还可使铜导体对电缆油的催化活性提高,从而加速绝缘油老化过程的氧化反应。
挤包绝缘中如果渗入了水分,在电场作用下会引发树枝状物质——水树枝。水树枝逐渐向绝缘内部伸展,导致挤包绝缘加速老化直至击穿。当导体表面含有水分时,由于温度较高的缘故,由此引发的水树枝对挤包绝缘产生的加速老化过程要更快些。
5.气隙、杂质的影响
如果电缆绝缘中含有气隙,由于气隙的相对介电常数远小于电缆绝缘的相对介电常数,在工频电场的作用之下,气隙承受的电压降要远大于附近绝缘中的电压降,即承受较大的电场强度,而气隙的击穿强度比电缆绝缘的击穿强度小很多,就会造成气隙的击穿,也就是局部放电,随着气隙的多次击穿,气隙会不断扩大,放电量逐渐增加,直至发生电击穿或热击穿而损坏电缆。
杂质的击穿强度比绝缘的击穿强度小得多,如果电缆中含有微量的杂质,在电场的作用下,杂质首先发生击穿,随着杂质的炭化和气化,会在绝缘中生成气隙,引发局部放电,最终导致电缆损坏。如果电缆中含有大量的杂质,在电场的作用下会直接导致电击穿而损坏电缆。
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