電樹枝俗稱電樹，電纜在運行過程中，絕緣易造成老化破壞，主要是由於絕緣內部放電產生細微開裂，形成細小的通道，其通道內空，管壁上有放電產生的碳粒痕跡，呈冬天樹枝狀，分支數少而清晰。電樹枝是從顯微鏡中可以觀察到的在交聯聚乙烯電纜絕緣層中的氣隙、雜質或水分以及禁止層和絕緣層之間表面不均勻等樹枝狀缺陷。在電場作用下產生局部放電，會導致絕緣老化而擊穿。樹枝的形成因其起因不同，又分為電樹枝、化學樹枝和水樹枝。
基本介紹
- 中文名：電樹枝
- 外文名：The electric branch
- 學科：電力工程
- 領域：工程技術
- 範圍：能源
- 別名：電樹
簡介,交聯聚乙烯中水樹枝向電樹枝的轉化,交聯聚乙烯電力電纜電樹枝化的影響因素,不同條件下交聯聚乙烯電纜電樹枝生長特性,
簡介
(1)電樹枝。在絕緣層中由於過高的集中場強(如導線表面的毛刺或凸起，絕緣層中夾雜有金屬粉末等)引起的局部放電，導致絕緣呈樹枝狀老化而擊穿。如果採用內、外禁止層和絕緣層三層同時擠出的方法並使用超純原材料且規定絕緣層厚度，在正常運行電壓下，可以避免電樹枝的產生。
(2)化學樹枝。沒有金屬密封護套的交聯電纜，如果敷設在含有酸或鹼的土壤中，日久后土壤中的化學溶液滲透至電纜絕緣內部，形成灌本狀樹枝導致絕緣老化而擊穿。金屬密封護套可以隔斷化學溶液滲透途徑，從而防止化學樹枝的形成。
(3)水樹枝。以蒸汽或矽烷交聯的電纜，其絕緣中存有凝結水，或因外界周圍的水分自護層或導體的股線間侵入絕緣內，在電場和溫度的作用下導致樹枝狀老化而擊穿。
交聯聚乙烯中水樹枝向電樹枝的轉化
水樹枝老化是運行在潮濕環境下的聚烯烴電力電纜發生絕緣擊穿的主要誘因，水樹枝在一定情況下可能引發電樹枝，進而導致絕緣擊穿。該文主要研究水分和水樹枝劣化對交聯聚乙烯(cross-linked Polyethylene，XLPE)中電樹枝引發生長的影響。選用過氧化物交聯聚乙烯作為實驗材料，用水針電極、高頻加速老化的方法培養水樹枝，採用計算機實時顯微數字攝像系統觀測電樹枝的引發和發展。分別研究了濕潤水樹枝和乾燥水樹枝在不同電極類型(水針電極、鋼針電極)、不同電壓下(15、20 kV)向電樹枝的轉化規律。實驗研究發現：就電樹枝的平均引發時間而言，未劣化試樣最短，濕潤水樹枝試樣最長，乾燥水樹枝試樣介於二者之間；就電樹枝引發率而言，乾燥水樹枝試樣最高，濕潤水樹枝試樣最低，未劣化試樣介於二者之間；採用水針電極時，3種試樣引發的電樹枝均為枝狀。結合對比3種試樣中電樹枝的形態，研究了濕潤水樹枝和乾燥水樹枝中電樹枝的引發和生長機制。
交聯聚乙烯電力電纜電樹枝化的影響因素
隨著交聯聚乙烯電力電纜在電力系統中的廣泛套用，其電樹枝老化成為了電力電纜長期安全運行的瓶頸，迫切需要研究電樹枝老化規律和機理。隨著絕緣材料的物化性能測量技術的進步，為研究電樹枝老化機理提供了更加有效的方法。通過研究電纜電樹枝化的引發和生長過程，最終為找到電樹枝化的防止或抑止措施提供幫助，有著重要的學術和實際意義。首先通過一個短電纜試驗系統，通過施加針尖缺陷，考察了不同電壓、不同環境溫度、不同聚集態參數對電樹枝的引發和生長過程的影響，並對比了針板電極下材料塊電樹枝的形態參數，結果表明所設計的短電纜試驗系。
不同條件下交聯聚乙烯電纜電樹枝生長特性
電樹枝化是影響交聯聚乙烯電力電纜安全可靠運行的重要因素，電纜在長期的運行過程中受到電壓和溫度的影響，絕緣性能逐漸下降，直接威脅到電網的安全運行。特別是伴隨電壓等級的迅速提高，電樹枝化對電纜的可靠性和使用壽命的影響正日益突出，因此，研究交聯聚乙烯電纜電樹枝的生長特性對電纜的安全運行具有重要意義。 絕緣層中的缺陷主要包括氣隙、雜質等，其中氣隙是產生局部放電的主要原因而雜質則容易引起電場集中從而促使電纜老化，分析表明：電樹枝起始場強與針電極曲率半徑平方成反比，放電圖譜成翼型，電樹枝的引發都源於絕緣劣化，絕緣中的缺陷和劣化是引發電樹枝的前提。以針電極短電纜電極系統為平台，在12kV、15kV、18kV、21kV電壓下培養大量電樹枝，試驗表明：不同電壓下電樹枝起始和生長時間差異較大，擴展係數變化明顯。隨著電壓的升高，電樹枝形態從枝狀逐漸過渡到叢狀，這是由於在電壓較低時，只有針尖最前端處達到材料擊穿場強，此時電樹枝向前發展成枝狀；當電壓較高時，針尖周圍均達到材料的擊穿場強，電樹枝向四周發展形成叢狀樹枝，叢狀樹枝形如球狀，生長速度緩慢。 試驗發現：不同溫度下電樹枝的生長特性也有變化。試驗溫度越高，15kV電壓下電樹枝的起始和生長時間越短。但是當溫度超過90℃時，溫度對電樹枝的起始和生長時間的影響開始減弱，且高溫下電樹枝的擊穿通道無炭化情況，成淺色。同時發現升壓速度和加壓方式的改變對電樹枝的生長特性和樹枝形態也有較大影響。升壓速度越快，越有利於電樹枝的引發，且電樹枝的生長速度越快，呈枝狀形態發展。二次施壓下生長出的新樹枝具有引發時間短、生長速度快、放電通道窄等特點。表明二次施壓對電樹枝的二次引發和生長有較大影響，能加速電纜的老化和擊穿。
