抗水树中压电力电缆及材料的研究.pdf

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2006年第2期
电线电缆
2006年4月
N0,22006
Electric Wire Cable
Apr.,206
抗水树中压电力电缆及材料的研究
杨扬,黄志林,邓长胜,孙建生,郭汉洋
(上海电缆研究所,上海20003
摘要:阑述了研究抗水树中压电力电缆及材料的现实意义;介绍了电缆和材料抗水树性能评价试验方法及
些结果。
关词:水树;交联聚乙烯;电力电缆;性能诉价;试验方法
中图分类号:TM247.1;TM215.12
文献标识码:A
文编?:1672-6901(2006)02-0014-03
Study on Water-tree-retardant MV Power Cables and Cable Compounds
YANG Yang, el al
(Shanghai Electric Cable Research Institute, Shanghai 200093, China)
bstract The significance of the study on watertreeretardant MV power cables and cable compounds is discussed. The
method of the test to assess the water-tree-retardancy of cable and compound is presented as are some test result
Key words water-tree; XLPE; power cable; assessment of performance; test method
法以欧洲最主要的电缆用聚烯烃供应商北欧化工
1引言
( Borealis)为代表采用共聚物。
早在上世纪60年代人们就发现塑料电缆绝缘
除了拥有大大超过常规XLPE的抗水树性能之
在电场和水的作用下其内部会产生树枝状放电通外,抗水树交联聚乙烯绝缘料还需要超净,并具有良
道,称为水树。水树会随着时间的发展继续生长,最好的加工性能(流变特性、耐焦烧性等),其电气性
终导致绝録击穿,成为电缆早期损坏的重要原因
能、机械性能、热性能等主要材料特性均不低于或相
根据美国电力公司统计,从70年代中期开始,当于已有的常规XIPE。
以聚乙烯(PE)为绝缘的电力电缆的击穿事故呈直
在材料改进方面,美国和欧洲主要的电缆材料
线上升。此后开始大量采用电气、机械性能更好的供应商从80年代起投入大量资金研究开发抗水树
交联聚乙烯(XLPE)取代PE作为电力电缆绝缘。
的交联聚乙烯绝缘料,即TR-XLPE,并获得了广泛的
随着对水树研究广泛深人的持续进行,许多提使用。陶氏化学公司和北欧化工的R-XLPE早已
高电缆长期寿命特性的方法被采用,包括采用抗水实现商品化,成为世界上抗水树电缆料的主要供应
树作用的绝缘材料、挤包半导电屏蔽、设计防水的电商,其公同技术规范已被广泛接受。本文主要述
缆结构,以及改进绝缘制造的工艺条件。此外,在过了研究抗水树中压电力电缆及其材料的现实意义
去20年间,人们也提出了许多改进材料抗水树性能并介绍了电缆和材料的抗水树性能评价的试验方
的方法,这些方法可以归结为两类:
法,也介绍了国内目前研究抗水树中压电力电缆绝
第一种方法是将与基本材料分子链有亲和作用缘料进展情况。
的添加剂与聚合物材料混合以获得抗水树特性,例
如改善聚合物与水的相互作用。这种方法以关国联
2我国中压XUPE绝缭电缆应用情况及采
合碳化物公司(UCC),现已改为陶氏(Dow)化学公司
用抗水树电缆料的重大意义
为代表。
我国自80年代引进了交联聚乙烯绝缘电力电
第二种方法是改变聚合物材料本身的性质,即缆的制造技术和设备并大规模生产XLPE绝缘电
改变聚合物分子结构、聚合物结构形态,或者采用不缆,经过20年发展,目前6~35kV中压等级的电力
同聚合物材料共混,或者采用聚合物合金。这种方电缆几乎都采用常规XLPE绝缘。据统计,我国中
收稿日期:2005-11-30
压XLPE电力电缆的年生产能力已超过10万km,需
作者简介:杨扬(1982-),女,黑龙江缓化人,助理工要使用常规XIPE绝缘料约9万t,其中由国内材料
程师,
厂商供应的约占85%~90%。但至今国内尚没有
作者地址:上海市军工路1000号[20003]
开发R-XIPE电缆料,其原因是我国生产XLPE电
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电线电缆
006年4月
No.22006
Electric Wire Cable
Apr.,200
缆起步虽晚,但起点较高,因而没有遇到欧美国家曾用,这必将大大提高我国的中压电缆寿命水平,是利
发生的大量电缆早期损坏的情况。因此一段时期国利民的好事。
内,国内还缺乏对TR-XLPE需求的能动力。
但是近些年来,国内常规XLPE绝缘中压电力
交联电缆的树枝化检測及评定试验
电缆的故障发生率明显上升,个别地区和单位甚至
由于化学交联电缆的绝缘体内含有的微孔和杂
较为严重,而电缆本体故障的主要原因是水树导致质,以及来自内部和外部的水分,在电缆正常运行以
的早期损坏。根据上海电缆研究所近年来在工程服及故障状态下运行时,在绝缘缺陷的局部诱发径向
务中对故障电缆检测的结果显示,运行超过5年的发展的树枝状通道,一般称为水树枝(或水树)。随
XLPE中压电缆绝缘绝大多数都发生了水树。尤其着电缆运行时间的延续,水树枝的长度也不断地延
是安装在南方潮湿环境中的电缆,水树发生十分普长。在更高的过电压冲击下,极短时间内在水树枝
遍,个别严重的树枝长度接近绝缘厚度的70%,越的尖端激发出电树枝,这个过程被认为是水树劣化
来越多的电缆用户和电缆制造厂已经认识到,必须电缆发生击穿破坏的机理。根据报告,激发出电树
采取措施,及早避免和遏制水树导致电缆损坏上升枝的局部电场强度是22V/mm",而电缆的击穿
的趋势。
场强则大大低于这个数值。根据理论计算并经实验
世界各地的电力企业都希望那些位于地下主干验证,电缆的击穿场强可用如下公式计算
线回路上的电力电缆能够具有尽可能长的使用寿
命,以提高电网的可靠性,降低电网故障的次数,并
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且减少维护电网整体所需的费用。在过去的20年
中,北美的电力企业已经开始使用抗水树交联聚乙
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烯作为主干线配电线路中的中压电缆首选的绝缘材
料,这项技术有效避免了普通交联聚乙烯抗水树性
能不佳的不利影响,并在实际使用中表现出了良好
式中,EBD为绝缘击穿强度(kVmm);En为电树起
的性能。
始场强(220kV/mm);ro为微孔曲率半径(0.05
根据美国和欧洲近20年的使用经验,采用TR-
mm);a'为水树长度(m);L为绝缘厚度(mm)。
XLPE作为绝缘确实大大降低了中压电力电缆的故
通过切片检验,可以确定故障电缆的水树长度,
障发生率,对保证可靠供电起到了积极作用。研究
从而计算电缆的剩余绝缘强度,为推断电缆的剩余
表明,运行17年后的35kV中压TR-XIPE绝缘电力
寿命提供定量的依