以分子取向理论理解交联聚乙烯中水树在不同温度下的生长特性
交联聚乙烯(XLPE) 的特性及交联方式
交联聚乙烯(XLPE) 的特性及交联方式XLPE是交联聚乙烯英文名称的缩写，聚乙烯是一种线性的分子结构，在高温下极易变形。
交联聚乙烯过程使其变成一种网状结构。
这种结构即使在高温下也一样具有很强的抗变形能力。
交联聚乙烯(XLPE)电缆料是一种含有机过氧化物如DCP（过氧化二异丙苯）的聚乙烯。
这种过氧化物在高温高压及惰性气体环境下，与聚乙烯发生化学反应，使热塑性聚乙烯变成热固性（弹性体）的聚乙烯，即XLPE。
交联聚乙烯(XLPE)特性交联聚乙烯(XLPE)电缆有极佳的电气性能。
介质损耗比纸绝缘和PVC绝缘都要小，XLPE电缆的电容也小。
所以在没有有效星形接地系统中也可降低充电电流和接地故障电流。
极易敷设是XLPE电缆的又一个优点。
XLPE电缆有一个较小的弯曲半径，它比其他同类电缆轻而且有较为简单的终端处理。
由于XLPE电缆不含油，所以在敷设XLPE电缆时不用考虑路线，也不存在由于淌油而无法敷设的情况。
极佳的抗老化特性及超强的耐热变形决定了交联聚乙烯电缆在正常运行温度（90℃）、短时故障（130℃）及短路（250℃）条件下可允许大电流通过。
交联聚乙烯(XLPE)交联方式聚乙烯是一种优质的化工原料，通过交联反应，使聚乙烯分子从二维结构变为三维网状结构，材料的化学和物理特性相应的得到增强，耐温耐压性能提高，这种材料即交联聚乙烯。
聚乙烯的交联方法有物理交联即辐射交联和化学交联两种。
化学交联又分为硅烷交联、过氧化物交联。
1、辐射交联将聚乙烯制品，如包覆在导线上的聚乙烯护套、薄膜、薄壁管等产品用γ一射线、高能射线进行照射进行交联（引发聚乙烯大分子产生自由基，形成C-C交联链）。
交联度受辐射剂量及温度的影响，交联点随辐射剂量的增加而增加，因此通过控制辐射条件，可以获得具有一定交联度的交联聚乙烯制品。
此方法设备投资大，防护设施要好，最适用于制备薄型交联产品。
2、化学交联化学交联则是采用化学交联剂使聚合物产生交联，由线性结构转变为网状结构。
交联聚乙烯_XLPE_电缆水树枝老化机理及试验方法
交联聚乙烯(X LPE)电缆水树枝老化机理及试验方法(255410)齐鲁石化公司热电厂 王亓昌摘 要 交联聚乙烯(X LPE )电缆因有种种优点,已被广泛应用;但这种电缆的绝缘层在潮湿和电场同时作用下会产生水树枝老化,甚至可发展到绝缘击穿故障,影响正常供用电。
为了能及早采取措施,防止此类故障,了解水树枝的形成机理和导致绝缘击穿的过程,在此基础上进行有效的预防性试验势在必行。
关键词 交联聚乙烯电缆 水树枝 在线诊断装置框图1 X LPE 电缆水树枝老化的机理X LPE 电缆因有绝缘性能好、能抗酸碱、允许工作温度高(90℃)等优点而日益被广泛采用,但在潮湿和电场作用下会产生水树枝老化。
这个问题从70年代起国际上即进行了非常广泛深入的试验研究,取得了很好的成果。
1.1 X LPE 电缆的水树枝老化现象主要可归纳为以下几点:(1)同时存在水和电场时才会发生水树枝,即使在较低的电场下也会发生水树枝;(2)水树枝是直径在0.1到几个μm 的充满水的气隙集合;(3)绝缘中存在的杂质、气孔以及绝缘表面内外半导体层的不均匀处形成的局部高电场部位是发生水树枝的起点;(4)在交流电场下比在直流电场下容易产生水树枝,交流电频率越高,发展速度越快;(5)温度高时容易发生水树枝。
1.2 水树枝的类型按水树枝产生的起点可分成以下三种类型:(1)内导型水树枝是以电缆内半导体包带作为起点的水树枝。
当内半导体层是挤出结构的情况下,在半导体带边缘或有毛刺等的结构不均匀部分容易产生水树枝。
(2)蝴蝶型水树枝是以绝缘中的杂质和气隙作为起点的一种水树枝。
(3)外导型水树枝是以电缆中的外部半导体层作为起点的一种水树枝。
1.3 水树枝产生的机理水树枝的形成可以用以下框图来表示。
水树枝产生的第一阶段是在绝缘体中不规整部位(如在绝缘Π半导电层表面)的水产生局部凝缩;在电缆制造过程中和从外部环境侵入的少量水在绝缘物中是均匀分布的,但水分子在电场作用下因极化而产生极化迁移,被不规整部位所吸引,逐渐积累产生水气的局部过饱和状态。
交联聚乙烯电力电缆水树产生机理_检测及预防
文章编号 : 167226901 ( 2009 ) 0420001204 ( Special Electric Apparatus 2Luneng Taishan Electric Cable Co. , L td. , Xintai 271200, China)0 引 言1 水树产生机理分析论的发散形或领结形的气隙 (见图 1、图 2 )。
在交联 :生明显的氧化 ,导致吸水性增大 ,导电性升高 ,最终检 含 检 电冲相No. 4 2009Electric W ire & CableAug. , 2009交联聚乙烯电力电缆水树产生机理、测及预防陈 涛 , 魏娜娜 , 陈守娥 , 王连成 , 王 雨(特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司 ,山东新泰 271200)摘要 :分析交联聚乙烯电力电缆绝缘中水树产生的机理及检测方法 ,并对如何防止绝缘中水树产生提出了解 决措施。
关键词 :交联聚乙烯电力电缆 ;水树 ;产生机理 ;预防 中图分类号 : TM247. 1文献标识码 : AM echan ism, D etection and Preven tion of W a ter Tree ing in XL PE Power CablesCHEN Tao, et alAbstract: In this paper the mechanism and detection of water treeing in the XLPE cable insulation were analyzed. M easures to p revent water treeing generation in the cable insulation were recommended. Key words: XLPE power cable; water treeing; mechanism of generation; p revention察结果显示 ,地下电缆被水浸泡造成水树的生长情 况比在空气中的情况要显著。
水树老化
交联聚乙烯电缆的水树老化标签：交联聚乙烯电缆因为绝缘性能好，允许工作温度高有较好的机械强度而受到设计施工人员的欢迎，但许多人不知道水树老化会使电缆绝缘击穿。
在电缆制造过程中，由外面侵入的极微量的水分在电缆绝缘层中是均匀分布的，但电缆投入使用后在电场的作用下，受到不均匀电场的吸引，产生极化迁移，逐渐积累而产生局部过饱和状态形成水树。
电缆的绝缘层中只要同时存在水和电场就会产生水树。
水树是直径在0．1微米到几微米充满水的空隙集合。
水树和环境湿度也有关，交联聚乙烯电缆在65％以上的湿度环境中通电就可以产生水树。
上海电缆研究所的研究证明有CI离子、SO4离子或NO3离子的水，与同等条件下的自来水相比，水树生长速度要快3～4倍。
水树的存在直接影响到电缆的寿命。
为了降低水树的增长速度，在地下水位较高及多雨的地区，不宜采取埋地敷设；在南方地区黄梅季节电缆沟内容易结露，因此要有通内措施；电缆的入口处应有堵水措施，避免雨水流入电缆沟内；电缆沟应有防渗漏措施和排水措施防止电缆沟内积水由于交联聚乙烯电缆有水树老化现象，因此这种电缆不应长期在潮湿环境中使用，在施工时要严格防止潮气侵入电缆芯内部锯断的电缆端头要及时密封。
中压电缆绝缘料的水树老化研究引用网址：zhishi/dl/关键词：绝缘料电缆中压电缆摘要：近年来，随着中国电力企业对长寿命、高可靠性电力电缆关注的增加，武汉高压研究所和陶氏化学公司（TheDowChemicalCompany）一道，共同开展了一项针对于中国电缆结构的中压电缆老化试验研究项目，就使用抗水树绝缘料对电缆性能的提升进行评估。
经过6个月的加速水树老化试验，已经可以明显地看出，在使用抗水树绝缘料和普通半导电屏蔽料后，电缆的性能得到了显著的提升。
同时，为了建立和确保中压电缆期望的性能指标，该项目中使用的试验方案还可以作为一种在中国国内使用的鉴定试验方案。
关键词：中压电缆；绝缘料；水树；老化0引言世界各地的电力企业都希望那些位于地下主干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，降低电网中断的次数，并且减少维护电网整体寿命所需的费用。
交联聚乙烯绝缘电缆形成树枝的特性
交联聚乙烯绝缘电缆形成树枝的特性电树枝的特性电树枝的特性可归纳以下几点：（1）电树枝的产生必须有局部的高场强。
（2）电树枝的引发与材料的本征耐电强度有关。
（3）交变电场的机械应力引发电树枝。
（4）气隙的存在是电树枝生成的前提。
（5）杂志的存在可诱发杂质电树枝。
（6）电树枝中伴有局部放电。
（7）电树枝引发后，发展较快。
（8）电树枝放电使介质损耗增加，绝缘电阻和击穿电压下降。
（9）电树枝的发展与电压形式和温度有关。
水树枝的特性水树枝的特性可归纳为如下几条：（1）必须同时存在电场和水分，才能引发和形成水树枝。
（2）具有直径为数微米的树枝状充水微观空隙组成。
（3）水树枝能在低于电树枝的场强下产生。
（4）水树枝受杂质影响很大。
吸湿性杂质和绝缘中缺陷、空隙等是水树枝引发的起点。
（5）水树枝的成长因频率增加而加快，直流下很难产生或者无水树枝产生。
（6）水树枝中无局部放电现象。
（7）水树枝的产生或成长受温度影响较小。
（8）水树枝的扩展需要比电树枝更长的时间。
（9）产生水树枝的电缆，其介质损耗增加、绝缘和击穿电压下降。
电化学树枝的特性电化学树枝的特性有以下几点：（1）电化学树枝的演变很慢，一般要几年之久。
（2）树枝沿电场方向发展，形状各异，当树枝发生在绝缘和屏蔽接触有缺陷的部位时，形如藻类、草地或羽毛状；当发生在绝缘内部有缺陷的部位时，形如蝴蝶结或羽毛状。
（3）各类杂质和缺陷的存在是电化学树枝的发源地。
（4）电化学树枝的成长与潮气对电缆的腐蚀相一致。
（5）有电化学树枝的电缆并未发现局部放电的增加。
（6）电化学树枝具有颜色，一般多为棕褐色。
（7）可以在比电树枝低得多的场强下发生。
（8）必要的条件是孔隙中要有硫等化学成分的溶液存在。
（9）电化学树枝一般需要形成并发电树枝通道而击穿绝缘。
交联聚乙烯电缆绝缘老化试验及其检测技术
交联聚乙烯电缆绝缘老化试验及其检测技术王天1，白银浩1，吕中宾1，王钎宇2，姚利娜2（1.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州450052；2.郑州大学电气工程学院，河南郑州450001）摘要：为了更好地研究交联聚乙烯（XLPE）电缆的绝缘老化特性，需在实验室条件下对其进行老化试验，本文总结了目前对XLPE电缆的绝缘老化试验及其检测技术的研究进展。
首先对交联聚乙烯电缆的常见老化类型和现象进行了介绍，阐述了目前对于水树老化和电树老化生长机理及影响因素方面的研究成果；其次介绍了在实验室条件下对XLPE电缆进行加速老化试验的方法和该试验对电缆的影响；然后对目前电缆绝缘老化的检测方法进行了简要分类，介绍了各种方法的原理、适用条件和优缺点以及各个阶段绝缘检测的特点和适用方法；此外，总结了目前对于水树老化和电树老化的抑制方法和原理；最后对电缆绝缘老化相关问题进行了探讨，展望了未来研究的发展方向。
关键词：交联聚乙烯电缆；绝缘老化；水树老化；电树枝；状态检测中图分类号：TM215文献标志码：A文章编号：1009-9239（2022）06-0006-10DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2022.06.002Progress in Insulation Ageing Test andDetecting Technology of XLPE CableWANG Tian1,BAI Yinhao1,LÜZhongbin1,WANG Qianyu2,YAO Lina2(1.Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Company,Zhengzhou450052,China;2.School of Electrical Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou450001,China)Abstract:In order to research the insulation ageing characteristics of cross-linked polyethylene(XLPE)cables,it is necessary to perform ageing tests under laboratory conditions.In this paper,the current research progress on insulation ageing tests and detection techniques of XLPE cables was reviewed.Firstly,the common ageing types and phenomena of XLPE cables were introduced,and the current research results on the growth mechanism and influencing factors of water tree ageing and electrical tree ageing were elaborated.Secondly,the accelerated ageing test methods for XLPE cables under laboratory conditions and their effect on cables were introduced.Then,the current detection methods of cable insulation ageing were briefly classified,the principle,applicable conditions, and advantages and disadvantages of each methods and the characteristics and application method of each insulation detection stage were introduced.Finally,the problems related to cable insulation ageing and their future research directions were discussed.Key words:XLPE cable;insulation ageing;water tree ageing;electric tree branch;condition detecting0引言随着我国国民对用电需求的不断增加，电力电缆的重要性也日益提高。
浅析交联聚乙烯绝缘电力电缆抗水树机理
浅析交联聚乙烯绝缘电力电缆抗水树机理1引言交联聚乙烯电力电缆以其优异的介电与机械性能深受广大电力用户的欢迎，自从二十世纪八十年代以来逐渐成为电力电缆的主流。
虽然交联聚乙烯电力电缆设计寿命可达30～40年之久；但是由于制造工艺缺陷、电缆运行环境恶劣、以及电缆敷设伤害等因素，许多电缆内部产生了气隙、杂质、毛刺和凸起等缺陷，上述缺陷在电场、热场、机械应力以及潮湿环境等老化因素的作用下，就会引发局部放电和水树枝现象。
其中交联聚乙烯电力电缆中的水树枝老化现象，进一步会发展为电树枝从而导致电缆绝缘击穿，造成电缆寿命大幅缩短，对电力系统稳定性和可靠性造成极大威胁。
因此，研发抗水树型交联聚乙烯绝缘电力电缆对保证电力系统供电安全具有重要意义。
2水树枝引发与生长原理。
水树枝老化是交联聚乙烯电力电缆在潮湿环境中发生击穿的主要诱因之一[1-2]。
自从1969年在波士顿举行的电气绝缘会议上，日本学者宫下首次提到水树枝现象，各国学者对水树枝现象进行了广泛深入的研究。
一般认为，水树枝是交联聚乙烯电力电缆在潮湿环境下发生老化、降解的一种现象。
在潮湿环境中，水树枝可以在运行电压下长期缓慢地生长。
一般来说水树枝的生长不会直接导致电缆绝缘层的击穿，只有随着水树枝的不断生长，水树枝尖端电场的不断集中，局部高电场最终会引发水树枝尖端产生电树枝，从而导致聚乙烯绝缘层在短时间内被击穿。
经过几十年的研究，国内外学者们关于水树枝的引发、生长机理提出了一些规律、模型。
研究表明，关于水树引发、生长的机理主要有：电致机械应力模型、亲水物质的扩散模型和电化学氧化模型。
关于水树枝的生长模型，人们在过去几十年展开了热烈的讨论。
经过讨论，没有足够证据支持任何一种生长机理可以解释所有情况下水树枝的现象。
事实上，通过综合考虑众多学者的观点，可以发现上述的各种情况都有可能发生。
因此，有学者认为水树枝化是多种进程共存的材料劣化过程，具体哪种进程起主导作用，取决于电缆所处的老化环境。
试析如何改善电缆终端接头制作环境
试析如何改善电缆终端接头制作环境0 引言交联聚乙烯（XLPE）电缆因绝缘性能良好，允许工作温度较高（90℃），施工简便等优点而逐渐取缔充油电缆，成为市场主要产品。
但在潮湿和电场作用下，XLPE电缆会产生水树枝劣化，严重时会导致电缆击穿。
华南地区气候条件特征是高温多雨，水树枝问题尤其值得注意。
现今电缆附件安装施工过程中多采用钢脚手架搭建而成的简易工棚进行作业，工地多有扬尘及潮气，无法保证作业场所洁净。
因此如何改善电缆施工环境，更好地防止水树枝产生是施工难点之一。
1 水树枝定义关于何谓水树枝，学界并没有一个准确的定义。
但是，一般情况下，水树枝被认为是高分子有机绝缘物种的一种有液态导电物质（常见的是水）电导性老化现象。
电气学会的技术报告将水树枝定义为是聚乙烯类绝缘材料在长时间与水共存状态下因电场作用产生的，其形状为充满了水的各种树枝状的细微通道或气隙，直径在0.1到几个μm之间。
2 水树枝产生原理水树枝的产生需要同时存在水和电场。
水分子体积很小（0.25nm，小于介质高分子的1/100），极性很强（偶极矩为180aC·m），与介质高分子作用强烈，尤其是介质中部分极性基团如羟基、羰基和酯基对水分子特别敏感，容易产生自游离，故水分因界面效应游离介质高分子中微量可溶性配合剂而容易地向介质内部迁移和扩散。
同时水蒸气分子在空气中作热运动而不断地与介质表面高分子发生碰撞，并借助介质分子连端的热运动而直接进入介质内部。
因此，在XLPE电缆中，XLPE介质与大气之间的局部压力差会导致水分子通过热运动沿电缆径向向介质内部迁移。
除了大气压力差的因素之外，电场是导致水树枝产生的另一个关键原因。
电缆是一个同心圆，离电缆中心的距离称为曲力半径。
半径越大，电场越小，由此导致电缆外部与内部之间形成一个场强差对水分子发生作用。
同时，在电场的作用下XLPE介质会由于诱导极化产生Maxwell应力，进而引起介质的微观形变、微观气隙和次微观气隙的自由体积合并。
交联聚乙烯的水树老化实验设计及分析
（2019年第2期Engineering Design|工程设计|・153・交联聚乙烯的水树老化实验设计及分析潘沛峰，杨志义（国网浙江省宁波市郵州区供电有限公司，浙江宁波315000）摘要：本文为了研究酸碱度对电缆绝缘的影响，设计了一套交联聚乙烯水树老化的实验平台，通过实验平台获取不同酸碱度下的交联聚乙烯水树老化程度数据，最后通过数据分析,关键词：交联聚乙烯；水树老化：实验平台；数据分析中图分类号：TM75文献标志码：A 得出酸碱度对水树老化的影响程度。
文章编号：2096-2789（2019）02-0153-021交联聚乙烯薄片老化实验平台设计为了研究环境酸碱度对电缆绝缘的影响，首先对绝缘材料交联聚乙烯的水树老化特性进行研究。
实验样本选用过氧化物交联的交联聚乙烯薄片，样本根据工业10kV电缆绝缘用料的加工条件压制，各项介电性能同工业交联聚乙烯电缆绝缘相近。
将交联聚乙烯薄片制作成50X50X3mm的长方体样本，取其中心直径为25mm的区域作为加速水树老化区，选用钢针（规格为0.7X30mm,针尖呈扁平三角形形状，斜面角为17±2°,曲率半径为4.0±0.5Um,斜面长3mm）在老化区域内均匀地扎入三排共计18个针孔缺陷，孔深1.5mm。
交联聚乙烯样本如图1所示。
釆用IEC/TS61956标准推荐的杯状实验装置进行加速水树老化实验，如图2所示。
将交联聚乙烯样本置于杯身与下铜电极之间，使用尼龙螺钉固定，向杯中加入老化溶液，盖上杯盖。
在上铜电极施加有效值为7.5kV、频率为400Hz的正弦交流电压，下铜电极接地。
交联聚乙烯样本水树老化区域浸泡在电解质溶液中，针孔缺陷内充满溶液形成水针电极，作为水树生长的起点，如图2所示。
在老化过程中，针对不同pH值环境，配制老化溶液的酸碱度为pH值=1、5,9、13。
2实验结果分析交联聚乙烯薄片样本按照上节所示的方法进行水树加速老化，老化采用400Hz、7.5kV的交流高压，老化时间21d。
交联聚乙烯中水树枝抑制实验研究
交联聚乙烯中水树枝抑制实验研究作者：王金锋郑晓泉来源：《卷宗》2015年第12期摘要：为研究不同添加剂对XLPE中水树枝的抑制效果，选用聚乙二醇（PEG）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）三种材料作为添加剂。
室温下，采用水针电极法培养水树枝，并观测水树枝形态、统计水树枝尺寸和引发率。
同时观测了试样的结晶形态，并测试了试样的屈服应力。
研究发现，添加PEG能很好的抑制水树枝的引发，但对水树枝的尺寸影响不大；添加EVA和SEBS使体系屈服强度减弱，水树枝引发率和水树枝尺寸均上升。
材料屈服强度对水树枝老化特性影响显著；在加速老化条件下，几种添加剂的抗水树效果并不明显。
关键词：电力电缆；绝缘劣化；交联聚乙烯；水树枝；添加剂1 引言水树枝老化是中低压交联聚乙烯（XLPE）电力电缆提前失效的主要诱因[1]。
水树枝的产生和发展大大缩短了电力电缆的使用寿命，对电网的供电安全产生严重的潜在威胁。
虽然上世纪60年代就已经在电缆绝缘中发现了水树枝劣化现象，但截至今日，专家学者对水树枝的引发生长机理仍然没有达成共识。
根据不同引发生长机理开发的抗水树枝化电缆料，抗水树枝化效果也参差不齐。
目前，市面上的抗水树枝化电缆料主要是通过向XLPE中添加各种添加剂实现抗水树性能。
本文通过向XLPE中添加PEG、EVA和SEBS三种专利[2-4]中常用的抗水树添加剂，根据水树枝的引发生长机理，结合试样的结晶形态和屈服应力对水树枝老化特性的影响，对含有不同添加剂的XLPE中水树枝的老化特性进行了分析讨论。
2 实验方法2.1 试样制备实验选用濮阳义达生产的YJ-35型XLPE、德国MERCK生产的PEG、北欧化工生产的EVA和岳阳石化生产SEBS作为实验材料，制得厚度为1mm和5mm的两种试样。
1mm厚试样用于力学性能测试，5mm厚的试样用于水树枝加速老化试验。
根据相关研究结果[5-7]，XLPE/PEG体系中，mPEG：mXLPE=1：200；XLPE/EVA体系中，mVA：mXLPE=1：49；XLPE/SEBS体系中，mSEBS：mXLPE=3：20。
聚乙烯和乙烯基自由基接枝温度
主题：聚乙烯和乙烯基自由基接枝温度内容：1. 聚乙烯是一种常见的塑料材料，具有良好的物理性能和化学稳定性。
乙烯基自由基接枝是一种常用的改性方法，可以改善聚乙烯的性能和增加其应用范围。
2. 温度是乙烯基自由基接枝反应中的重要参数，不同的温度对反应的影响巨大。
合适的温度可以提高聚乙烯的接枝率和接枝物的性能，而过高或过低的温度则会导致反应效果不佳。
3. 一般来说，乙烯基自由基接枝反应需要在一定的温度范围内进行，常见的工艺温度为80-120摄氏度。
在这个温度范围内，聚乙烯可以充分与引发剂和辅助剂反应，从而实现有效的接枝。
4. 需要注意的是，温度过高会导致引发剂和辅助剂的分解，从而影响接枝反应的进行；温度过低则会使反应速率过慢，影响接枝率和接枝物的性能。
选择合适的温度对于乙烯基自由基接枝反应来说至关重要。
5. 另外，不同类型的聚乙烯和不同的接枝体系对温度的要求也有所不同。
在进行乙烯基自由基接枝反应时，需要根据实际情况合理选择温度，以确保获得良好的接枝效果。
结论：温度是乙烯基自由基接枝反应中的重要参数，选择合适的温度可以提高接枝率和接枝物的性能，从而改善聚乙烯的性能和增加其应用范围。
在进行乙烯基自由基接枝反应时，需要根据实际情况合理选择温度，并严格控制反应条件，以确保获得良好的接枝效果。
接下来，我们将更深入地探讨聚乙烯和乙烯基自由基接枝温度的影响。
在乙烯基自由基接枝反应中，温度除了直接影响反应速率和产物性能外，还对反应动力学和热稳定性有着重要的影响。
6. 温度对反应速率的影响温度是影响化学反应速率的重要因素之一。
根据化学动力学理论，一般情况下，反应速率随温度的升高而增加。
在乙烯基自由基接枝反应中，较高的温度会加快引发剂和辅助剂的分解，增加自由基的生成速率，从而促进聚乙烯与自由基的反应，提高接枝率。
通常情况下提高温度可以加快乙烯基自由基接枝反应的进行，提高接枝效果。
7. 温度对产物性能的影响另温度也会影响接枝物的性能。
不同气压下XLPE电缆水树生长特性
第27卷㊀第12期2023年12月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.12Dec.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀不同气压下XLPE 电缆水树生长特性朱博1,㊀付伟强1,㊀张涛2,㊀朱亚琦1,㊀何生坤1(1.哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;2.国网黑龙江省电力有限公司佳木斯供电公司,黑龙江佳木斯154000)摘㊀要:为了探究气压对交联聚乙烯(XLPE )电缆水树枝生长特性的影响,选用不同气压环境对XLPE 电缆进行水树老化,基于水针电极法搭建气压环境电缆的水树老化平台并进行老化㊂从宏观介电性能测试与微观形貌检测相结合的角度,分析XLPE 电缆在不同条件下水树枝的生长特性㊂对不同气压环境老化后的电缆进行宏观微观测试,发现在老化初期,气压条件对电缆水树老化的促进作用很小,到了老化中期,随着气压的升高,电缆水树老化程度也随之升高㊂将不同条件下老化后电缆的宏观测试结果与微观测试结果相结合,得到使用直流电导率㊁0.1Hz 介质损耗因数及老化因子对XLPE 电缆内部水树密度的预测模型,实现了对不同条件下老化后电缆水树老化程度的无损检测㊂微观检测结果表明,气压环境在老化前期对水树生长无明显作用,老化后期对水树生长起促进作用㊂关键词:交联聚乙烯电缆;水树老化;水树;气压环境;极化去极化电流;微观结构DOI :10.15938/j.emc.2023.12.011中图分类号:TM85文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)12-0105-12㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2023-07-18基金项目:国家自然科学基金(51707048)作者简介:朱㊀博(1987 ),男,博士,副教授,博士生导师,研究方向为电气设备绝缘在线检测技术㊁绝缘诊断;付伟强(1998 ),男,硕士研究生,研究方向为电缆绝缘老化㊁树枝状缺陷特性;张㊀涛(1998 ),男,硕士,研究方向为交联聚乙烯电缆水树老化及特性;朱亚琦(2000 ),男,硕士研究生,研究方向为交联聚乙烯水树老化及自修复;何生坤(1999 ),男,硕士研究生,研究方向为交联聚乙烯材料接枝改性㊂通信作者:付伟强Growth characteristics of XLPE cable water tree underdifferent air pressuresZHU Bo 1,㊀FU Weiqiang 1,㊀ZHANG Tao 2,㊀ZHU Yaqi 1,㊀HE Shengkun 1(1.School of Electrical and Electronic Engineering,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150080,China;2.State Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.Jiamusi Power Supply Company,Jiamusi 154000,China)Abstract :In order to explore the influence of air pressure on the growth characteristics of water branches of cross-linked polyethylene(XLPE)cable,different air pressure environments were selected to age the water tree of XLPE cable,and a water tree aging platform for air pressure environment cable was builtbased on the water needle electrode method and ages.From the perspective of combining macroscopic di-electric performance test and microscopic morphology detection,the growth characteristics of water bran-ches of XLPE cable under different conditions were analyzed.The macroscopic test of the aging cable un-der different air pressure environment shows that in the early stage of aging,the air pressure conditions have little effect on the aging of cable water trees,and in the middle of aging,with the increase of air pressure,the aging degree of cable water trees also increases.By combining the macroscopic test resultsand microscopic test results of aging cables under different conditions,a prediction model of the internalwater tree density of XLPE cable using DC conductivity,0.1Hz dielectric loss factor and aging factor was obtained,and the non-destructive testing of the aging degree of cable water tree after aging under different conditions was realized.The microscopic test results show that the barometric environment had no obvious effect on the growth of water trees in the early stage of aging,and promoted the growth of water trees in the late aging stage.Keywords:cross-linked polyethylene cable;aging of water trees;water tree;atmospheric pressure envi-ronment;polarization and depolarization current;microstructure0㊀引㊀言交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘电力电缆的特殊分子结构和交联结构使其具有优异的机械及电气性能,在全世界范围内被广泛应用[1]㊂水树老化是导致XLPE电缆绝缘性能下降㊁运行寿命缩短的主要因素,探究水树枝生长特性,判断电缆内部水树老化程度,逐渐成为电缆老化问题的关键,研究在不同条件下XLPE电缆的水树老化特性㊁寻找水树生长规律,对保障电力系统的安全运行有着重大意义[2-3]㊂XLPE电缆在外电场和环境的共同作用下会发生热氧老化,聚乙烯大分子链断裂会产生H2㊁CO2㊁CO等气体,在电缆内部产生局部高气压,会进一步加速水树的生长,最终造成绝缘层开裂㊁电缆鼓包㊁电缆接头爆炸等故障,故气压是影响XLPE电缆老化甚至绝缘破坏的重要因素之一[4-5]㊂目前关于气压因素对XLPE水树枝影响的研究已取得了初步进展,但其只关注于气压或局部气压对电树枝的生长规律及老化特性[6-7],而关于气压对水树枝影响的研究仍是空白㊂ZHOU Lijun等为探究气压对XLPE 电缆电树的温度依赖影响,通过实验发现在不同温度下气压对电树的引发和生长有着不同的影响㊂XLPE在低温下处于玻璃态,气体压力抑制了电树在生长期的发展;高温下XLPE处于高弹态时,高温高压存在较多的缺陷和分支通道,这是流柱发展的根本原因,从而加速了局放的发展[8]㊂周利军等研究发现:低温XLPE处于玻璃态,局放初期材料的机械性能良好,气压的升高对局放引发和生长初期无影响㊂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㊂高温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,树枝引发后通道气压升高,导致载流子更容易产生流柱进一步促进树枝状缺陷[9-11]㊂成睿研究了4种不同气压和温度下XLPE电缆和切块试样,研究发现,低温下内壁气压对电树引发无明显作用,对生长有抑制作用㊂高温下气压电树的引发与生长起促进作用㊂分析认为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㊂高温时XLPE力学模量的降低促进电树枝的引发,内壁气压对分子链的拉伸和通道内气压增强流柱放电过程导致电树枝的生长加剧[12-17]㊂岳刚等分别以XLPE短电缆和电缆绝缘层切片为试验样品,搭建试验系统,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,发现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[18]㊂综上所述,众多学者对于不同气压环境下XLPE电缆电树枝引发生长特性及老化过程进行了充分研究,但均只关注于电树枝老化一种老化形式,电缆实际运行时更容易在XLPE中产生水树枝,水树老化同样是电缆绝缘失效的重要原因之一,并且在一定条件下电树枝和水树枝可以相互促进生长,但目前针对气压和水树枝引发生长的相关研究目前尚无报道,因此研究在不同气压下XLPE电缆的水树老化特性和水树生长机理,寻找气压对水树生长的影响规律,准确检测并评估XLPE电缆水树老化程度,保证电缆安全运行具有重要意义[19-22]㊂为研究气压对XLPE电缆水树老化的影响及高气压下的水树生长特性,本文基于15kV的XLPE电缆试样,制作了可改变气压的电缆水树老化平台,通过人工制造水针缺陷来模拟电缆绝缘电场应力缺陷,对不同气压下的XLPE电缆样本进行2组不同时间的水树老化实验㊂宏观测试:对老化后电缆进行极化去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)测试并分析,依据测试结果计算得到老化后电缆的直流电导率㊁0.1Hz介质损耗因数及老化因子,通过宏观参数的变化规律分析电缆在不601电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀同气压环境下的老化情况㊂微观测试:对电缆试样进行切片,在显微镜下观察水树枝微观形貌,通过扫描电镜对水树横断面进行观测,对切片试样采用红外光谱分析㊂最后,通过汇总宏观参数和微观形貌参数,结合宏观与微观参数对电缆样本进行水树生长特性分析及电缆老化评估㊂1㊀实验设计及测量方法1.1㊀XLPE 电缆试样制备在进行电缆老化实验前,需要对电缆进行预处理工作㊂制备不同气压和老化时间的对照组试样,分组如表1所示㊂表1㊀不同气压下老化的电缆试样设置Table 1㊀Setting of cable samples aged at differentair pressures试样编号老化时长/d所处气压/MPa老化条件A 14B 28C 14D28E 14F280.10.20.37.5kV 400Hz 本实验选取的是WDZ -YJY -8.7/15kV 型电缆,预处理工作流程如下:将电缆的护套㊁铠装㊁填充材料以及铜屏蔽层全部去除,并将其切割成50cm 的短电缆样本,剥去其两端5cm 的绝缘层,裸露铜芯㊂在电缆两端剥离10cm 的外半导电层,露出XLPE 绝缘层,保证足够的绝缘距离,防止发生沿面放电㊂以中间外半导电层区域15cm 为水树培养区,将曲率半径为3.0ʃ0.2μm 的钢针垂直扎入间隔5mm㊁深度2.5mm 的上下两排共计60个针孔㊂随后,将电缆两端绝缘层套上内径为30mm 的防水热缩管,令其与电缆绝缘层紧密贴合防止漏水,然后,在中间扎过针孔缺陷的部分套上内径为40mm 的热缩管,将其两端收紧,中间留出空腔中注满1mol /L 的NaCl 溶液,在热缩管正上方预留孔位,用来放置电极和注入溶液㊂在老化前将试样置于预制气压下24h㊂1.2㊀XLPE 电缆水树老化实验XLPE 电缆样本的预处理工作完成之后,对其进行水树老化实验,不同气压水树老化实验平台示意图如图1所示㊂本文的水树老化实验电源均设置为有效值7.5kV㊁频率400Hz 的正弦交流电压,由Tektronix AFG3022C 型函数发生器发出一个400Hz的小电压信号,并由Trek 30/20A 型功率放大器放大,将高压加在铜鼻子端㊂图1中30kΩ电阻为保护电阻,可以限制击穿和充放电时的回路电流,防止电流过大破坏电源从而保护设备,同时为了防止加压时电缆距离地面太近而导致放电,将电缆支撑在离地10cm 左右的位置㊂实验所用的铜电极由227IEC01(BV)型450/750V 铜芯聚氯乙烯绝缘电缆线芯替代,将其一端接地,另一端伸入老化溶液水平面以下㊂老化开始后使用高压探头以及示波器观察电缆上所加电压的波形㊁幅值以及频率㊂实验均在室温下进行,在老化过程中不可避免地会遇到老化溶液中的水分蒸发,并伴随着溶质析出的情况,还要定期将析出的溶质重新收集回热缩管的空腔中,并补充水分直至水位线到达之前的高度㊂图1㊀不同气压水树老化平台示意图Fig.1㊀Schematic diagram of different air pressure water tree aging platform701第12期朱㊀博等:不同气压下XLPE 电缆水树生长特性1.3㊀不同气压老化实验平台的搭建为了模拟XLPE 电缆运行过程中在电缆内部产生的高气压环境对电缆水树枝引发和生长的影响,本文搭建了能够调节短电缆样本所处环境气压的加速水树老化试验平台㊂图1中的实验装置主要由气泵㊁导气管㊁气动接头㊁压力罐㊁气压表等组成㊂压力罐由无锡市凯宏达化工设备有限公司生产,最高可承受1.5MPa 的压力,气泵为ZB -0.11/7型空气压缩机,使用开关阀对气体的流速进行控制,将气泵中的气体通过导气管和气动接头注入压力罐中㊂在压力罐上方开两个螺纹孔并接通两根导线,并使用AB 胶将导线与螺纹内壁紧密贴合,一根用来接通老化电源,另一根接地㊂水树老化装置需置于气压实验平台中,在保证接线可靠的前提下密封压力罐,以保证老化全程罐内气压稳定㊂电缆试样两段铜芯裸露且铜芯连接高电压,而整个压力罐接地,故为防止发生短路,电缆试样和绝缘支撑架固定在压力罐内部,以保证试验时电缆试样与压力罐不发生相对位移㊂将高压端接在电缆试样的铜鼻子上,接地端连接在电缆热缩管上方的铜电极上㊂将导线合理摆放后封闭压力罐,并拧紧罐口的螺丝防止漏气,打开开关阀并观察气压表,直到罐内气压达到实验所需时关闭阀门并把导气管从气动接头上拔出㊂1.4㊀XLPE 电缆老化测量方法本文研究搭建不同气压环境下XLPE 电缆水树老化及生长特性,在不同气压下对XLPE 电缆进行水树老化,通过PDC 测量㊁频域介电谱分析从宏观角度判断电缆老化程度,通过光学显微镜㊁扫描电镜和红外光谱等方式获取树枝状缺陷的微观形貌㊁断面特征㊁元素及化学键特征,数据化对比分析不同气压下缺陷的演化规律,基于电物理㊁电化学㊁高分子材料学等理论分析气压因素对XLPE 电缆树枝状老化的影响,为电缆的绝缘可靠性评估及电缆寿命的提升提供理论支撑㊂2㊀宏观参数测量分析2.1㊀PDC 测试方法XLPE 电缆试样的几何电容C 0的计算方法为C 0=2πε0L ln(R 2R 1)㊂(1)式中:L 为电缆绝缘层的纵向长度,m;R 1为绝缘层内半径,m;R 2为绝缘层外半径,m㊂电缆的直流电导率表达式为σ0=ε0C 0U 0[i pol(t )-i depol (t )]㊂(2)由此可得XLPE 电缆绝缘的介质损耗因数频域关系为tan δ(ω)=εᵡ(ω)εᶄ(ω)=σ0/ε0ωεɕ+χᶄ(ω)+χᵡ(ω)εɕ+χᶄ(ω)㊂(3)式中:tan δ(ω)为电缆的介质损耗因数;εᶄ(ω)为复介电系数的实部;εᵡ(ω)为复介电系数的虚部㊂式(3)中等式右边第一项表示电导损耗因数,第二项表示极化损耗因数㊂复极化率的实部εᶄ(ω)和虚部εᵡ(ω)可用电缆的去极化电流联立下式进行求解㊂XLPE 电缆绝缘的复极化率为χ(ω)=χᶄ(ω)-j χᵡ(ω)=ʏɕ0i depol (t )C 0U 0e j ωtd t ㊂(4)式中:χ(ω)为XLPE 的复极化率;χᶄ(ω)为复极化率χ(ω)的实部;χᵡ(ω)为复极化率χ(ω)的虚部㊂将PDC 测试得到的极化电流和去极化电流分解为3阶指数衰减的函数,表达式为:㊀㊀㊀i pol (t )=I 0+ð3i =1a i e -t τi;(5)㊀㊀㊀i depol (t )=ð3i =1a i e -tτi㊂(6)式中:I 0为去极化电流的稳态值,A;i 代表上述3条支路的极化类型;a i 为3种极化类型的拟合系数,能够反映介质内的陷阱密度;τi 为3种极化的时间常数,能够反映介质内的陷阱深度;t 为时间,s㊂在电缆绝缘的三支路扩展德拜模型中,第一㊁第二支路的时间常数较小,且电缆在正常运行过程中,其时间常数几乎不发生变化㊂但当电缆内部发生水树老化时,代表电缆中金属盐㊁极性基团与水合离子极化的第三支路时间常数τ3的变化较大㊂由于电缆水树老化的这种特殊性,可以用Q (τ2)和Q (τ3)的比值计算得到老化因子A f 来表征电缆的老化程度,Q (τ2)代表了电缆绝缘内无定形区与晶区界面极化的影响,Q (τ3)代表了离子与水分子极化的影响,计算公式为A f =Q (τ3)Q (τ2)㊂(7)式中:A f 为电缆的老化因子;Q (τ2)和Q (τ3)的表达式为:801电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀Q (τ2)=a 1τ1+a 2τ2(1-1e)+a 3τ3(1-e -τ2τ3);(8)Q (τ3)=a 1τ1+a 2τ2(1-e -τ3τ2)+a 3τ3(1-1e)㊂(9)老化因子A f 可以判断XLPE 电缆的老化状态㊂但电缆中存在的缺陷位置不同㊁电缆的材料及制作工艺的差别㊁各国电缆的制作标准不同等都会影响老化因子的大小,因此各国对于老化因子的判据并不统一㊂2.2㊀PDC 测试结果及分析使用0.1mol /L 的氯化钠溶液在0.1㊁0.2㊁0.3MPa 3个气压等级下对XLPE 电缆进行水树老化实验,老化时长为14及28d㊂老化结束后,对电缆进行PDC 测试,绘出极化-去极化电流图㊂不同气压环境下老化14和28d 的极化-去极化电流分别如图2和图3所示㊂图2㊀不同气压环境老化14d 电缆的极化-去极化电流Fig.2㊀Polarization-depolarization current of cables aged for 14days under different pressures由图2可知,老化14d 后,气压环境对电缆样本的去极化电流影响不大,3个气压条件下电缆的去极化电流相差不明显㊂由图3可知,老化28d 后,气压环境对电缆的去极化电流略有影响,随着电缆周围环境气压的升高,其去极化电流也有所增大㊂图3㊀不同气压环境老化28d 电缆的极化-去极化电流Fig.3㊀Polarization-depolarization current of cables aged for 28days under different pressures将不同气压环境老化后电缆的直流电导率绘制成折线图,结果如图4所示㊂可以看出,老化14d 后,3种气压环境下电缆的直流电导率相差不大;老化28d 后,随着电缆周围环境气压的升高,老化后的直流电导率也随之变大㊂因此可以初步断定,气压环境在前期对电缆的老化程度影响并不大,在老化28d 时才有显著影响㊂电导率的这种变化趋势可能是由于在老化初期XLPE 分子链比较完整,将其破坏时所需能量较高,高气压环境给离子带来的冲击力及能量不足以更快地破坏分子链结构,导致水树通道的生长速度变化较小,使直流电导率的增长幅度不大㊂老化28d 时,交联聚乙烯分子链已经开始产生形变并断裂,离子在高气压环境下所增加的动能足以破坏部分形变的分子链,导致电导率增长的速度较老化初期更快㊂不同气压环境老化后电缆的介质损耗因数如表2所示㊂901第12期朱㊀博等:不同气压下XLPE 电缆水树生长特性图4㊀不同气压环境老化后电缆的直流电导率Fig.4㊀DC conductivity of cables aged under different atmospheric pressure environments表2㊀不同气压环境老化后电缆的介质损耗因数Table2㊀Dielectric loss factor of cables aged under differ-ent atmospheric pressure environments电缆编号0.1Hz tanδ/%50Hz tanδ/%A0.1880.085B0.1950.081C0.1920.083D0.3160.128E0.3480.141F0.3710.159由表2可知,老化14d后,3种气压环境下电缆老化后的0.1Hz tanδ值均在1.4ˑ10-3左右,已经大于1.2ˑ10-3,说明XLPE电缆绝缘层已经开始老化,但不同气压对电缆的老化程度影响不大,通过西林电桥测量的50Hz tanδ值也能证明此结论㊂老化28d后,电缆的0.1Hz tanδ值及50Hz tanδ值随气压的升高,均有明显的上升趋势,说明气压环境在老化前期对电缆的影响不大,而随着老化时间加长,气压对电缆的水树老化程度影响开始逐渐增大,随着周围环境气压的升高,电缆的老化程度呈上升趋势㊂将不同气压环境老化后电缆的去极化电流代入式(7)~式(9)中,计算出不同气压环境老化后电缆的老化因子如图5所示㊂由图可知,老化14d后,电缆的老化因子随气压的升高并没有明显的变化,老化28d后,随着周围环境气压的升高,电缆的老化因子呈升高趋势㊂结合电缆直流电导率㊁介质损耗因数和老化因子的变化趋势,可以说明老化前期气压环境对电缆老化程度的影响并不是很大,而随着老化时间的加长,电缆的老化程度随周围气压环境的升高呈增大趋势㊂图5㊀不同气压环境老化后电缆的老化因子Fig.5㊀Aging factors of cables aged under different at-mospheric pressure environments通过对比不同气压环境老化后电缆的宏观参数测试结果发现,前14d内气压环境对电缆老化程度的影响不大,在老化14~28d内,电缆的老化程度随周围气压环境的升高呈增大趋势㊂2.3㊀基于宏观参数对电缆水树老化程度的预测本文使用皮尔逊相关系数法对电缆的微观参数与宏观参数的关联程度进行分析,该方法可准确衡量两组变量之间的关联程度㊂皮尔逊相关系数适用于两个变量标准差都不为0且两个变量之间是线性关系,水树密度分别与直流电导率㊁介质损耗因数和老化因子满足上述关系,故可以采用皮尔逊相关系数评估其相关性,据此将宏观参数与微观参数相结合㊂为了建立XLPE电缆内部水树微观结构与宏观参数的关联性,采用皮尔逊相关系数法将电缆PDC 测试所得的老化因子㊁直流电导率㊁0.1Hz介质损耗因数3个评价指标与水树密度进行相关性分析,衡量两组数据之间的关联程度[19-20]㊂两个变量之间的相关系数计算方法为r=ðn i=1(x i-x-)(y i-y-)ðn i=1(x i-x-)2ðn i=1(y i-y-)2㊂(10)式中:r为皮尔逊相关系数;x为第一种变量;y为第二种变量;n为样本数量;x-为x的平均值;y-为y的平均值㊂为了得到不同气压环境下XLPE电缆的水树枝生长预测模型,要将电缆的宏观参数与水树密度进行拟合,首先计算出电缆的水树密度如表3所示㊂其次用式(10)计算出宏观参数与水树密度的相关系数,结果如表4所示㊂011电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀表3㊀不同气压环境老化后电缆的水树密度Table3㊀Water tree density of cables aged in different at-mospheric pressure environments表4㊀宏观参数与水树密度的相关性计算结果Table4㊀Calculation results of correlation between macro parameters and water tree density㊀㊀宏观参数皮尔逊相关系数直流电导率0.9950.1Hz介质损耗因数0.998老化因子0.993根据表3可知,不同气压环境老化后电缆的3种宏观参数与水树密度的相关系数均大于0.9,可以认为三者与水树密度均存在线性关联㊂将电缆的宏观参数与水树密度进行多项式拟合,拟合结果如图6所示㊂由图6(a)拟合结果可得,不同气压环境老化后电缆内部水树密度与直流电导率的关系为ρ=-4.63ˑ10-3+1.152ˑ10-4σ0㊂(11)由图6(b)拟合结果可得,不同气压环境老化后电缆内部水树密度与0.1Hz介质损耗因数关系为ρ=-0.001-8.9ˑ10-3tanδ0.1+0.188tanδ20.1㊂(12)由图6(c)拟合结果可得,不同气压环境老化后电缆内部水树密度与老化因子的关系为ρ=-1.292+1.483A f-0.575A2f+0.076A3f㊂(13)用表4中相关系数的比值作为其影响权重,计算得到不同气压环境老化后电缆的3种宏观参数对水树密度的影响权重分别为0.333㊁0.334㊁0.333㊂对式(10)~式(12)进行赋权处理,得到不同气压环境老化后XLPE电缆宏观介电参数与水树密度的数学表达式为ρ=-1.298+3.836ˑ10-5σ0-2.97ˑ10-3ˑtanδ0.1+1.483A f+0.0626tanδ20.1-0.575A2f+ 0.076A3f㊂(14)通过式(14)可以看出,随着σ0㊁tanδ0.1以及A f 的增大,电缆的水树密度ρ也会增加㊂水树密度越大代表电缆水树老化程度越深,内部微观缺陷也越多,该式将电缆的宏观参数与微观形貌相结合,实现了对不同气压环境老化后XLPE电缆水树老化程度的无损检测㊂图6㊀不同气压环境老化后电缆宏观参数与水树密度的拟合曲线Fig.6㊀Fitting curve between macroscopic parameters of cables and water tree density after agingindifferent atmospheric pressure environments统计了不同气压环境老化后电缆内部水树生长体积和微孔面积,发现气压环境在老化前期对水树的促进作用不大,到了老化中期开始对水树生长起促进作用㊂产生这种现象的主要原因是,老化前期和老化中期高场强区位置不同,使电场力方向及大111第12期朱㊀博等:不同气压下XLPE电缆水树生长特性小有所改变,导致气压对离子运动速度的影响不同,且交联聚乙烯分子链在老化前期不易断裂,老化中期键能下降,易受到气压影响使分子链断裂加剧,导致水树老化程度加深㊂3㊀微观参数测量分析为了判断电缆内部水树生长情况及生长特性,需要对XLPE 电缆片状试样进行微观检测㊂通过对不同条件下老化后电缆的切片试样进行光学显微镜观测㊁扫描电子显微镜观测㊁红外光谱测试,统计电缆内部水树枝的生长情况,分析不同条件对XLPE 电缆水树枝生长的影响机理并探究其生长特性㊂将宏观测试结果与微观检测结果相结合,得到不同条件下XLPE 电缆水树枝生长预测模型㊂3.1㊀光学显微镜观测结果为了定量描述水树枝大小,选择将针尖周围的水树枝近似看作半个椭球体,将水树枝向左及向右最长分支的长度作为椭球体的a 轴和b 轴,向下最长分支的长度作为椭球体的c 轴,用半个椭球的体积作为水树枝的体积,来衡量水树枝的生长情况㊂水树模型的体积公式为V =12ˑ4πL 1L 2L 33㊂(15)式中:L 1为水树枝向左生长的宽度最大值,mm;L 2为水树枝向右生长的宽度最大值,mm;L 3为水树枝向下生长的长度最大值,mm;V 为水树枝模型的体积,mm 3㊂使用光学显微镜对第一组片状试样的水树区域进行观测,观测到在0.1㊁0.2㊁0.3MPa 气压条件下老化28d 后电缆的水树微观形貌如图7所示㊂图7㊀不同气压环境老化28d 后水树枝图Fig.7㊀Water tree diagram after aging for 28days un-der different atmospheric pressures将统计出的水树枝长度和宽度代入式(15),计算出不同气压环境老化后电缆水树枝的体积,并绘制成箱体图,如图8所示㊂图8㊀不同气压环境老化后水树体积统计结果Fig.8㊀Statistical results of water tree volume afteraging in different atmospheric pressure environments根据图8统计结果可知,0.1MPa 气压下电缆老化后水树平均体积从14d 的0.0355mm 3增长到了28d 的0.135mm 3;0.2MPa 气压下电缆老化后水树平均体积从14d 的0.0371mm 3增长到了28d 的0.162mm 3;0.3MPa 气压下电缆老化后水树平均体积从14d 的0.0384mm 3增长到了28d 的0.194mm 3㊂可以看出,老化14d 后,气压条件对电缆水树生长的促进作用并不大,随着气压的提升,0.2和0.3MPa 气压下水树体积的增长幅度仅有4.36%和8.16%㊂老化28d 后,气压条件对电缆水树生长的促进作用较大,随着气压的提升,0.2和0.3MPa 气压下水树体积的增长幅度达到了20.04%和43.33%㊂说明电缆在水树老化前期,气压条件对水树的生长影响不大,到了老化中期,气压211电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀。
聚乙烯与水反应的高温高压实验及热力学探讨
聚乙烯与水反应的高温高压实验及热力学探讨近些年来，由于环境受到严重破坏，研究能源的可持续利用成为当今社会的热点之一。
其中，研究聚乙烯与水反应高温高压条件下的热力学特性及性能则是相关研究的重要研究内容。
聚乙烯是一种重要的环保型塑料，主要由乙烯分子通过加成聚合反应合成而成。
聚乙烯是一种可燃性塑料，当遇到火源或极高温时，会发生燃烧反应，从而释放大量有毒气体与二氧化碳，对环境造成严重污染。
因此，聚乙烯与水反应可溶性的性能被研究人员所重视。
经过高温高压实验，可以研究聚乙烯与水反应的热力学特性，以及它们在不同反应条件下的可溶性。
研究发现，在高温高压实验条件下，聚乙烯的水溶性不断增加。
当温度达到300℃时，水溶性达到最大值，可溶性提高近40%。
另外，实验结果还表明，聚乙烯在低温高压条件下的水溶性较好，可溶性达到20％以下。
实验还显示，当压力较低时，聚乙烯的可溶性会明显降低，但当压力较高时，聚乙烯的可溶性会极显著提高，达到心得值。
研究结果表明，聚乙烯的极端温度、压力和可溶性有很大的关联。
因此，要有效地利用聚乙烯，应采取科学的预防措施，以防止聚乙烯在高温、高压等极端条件下发生持久的变化，影响其可溶性及反应性能。
总之，聚乙烯与水反应的高温高压实验及热力学探讨对于聚乙烯材料的使用十分重要，能够为聚乙烯的使用提供有效的理论依据。
未来，研究人员将继续深入研究聚乙烯的可溶性及热力学性质，以期获
得更深入的认识，为可持续能源的利用提供更多的支持。
以上为《聚乙烯与水反应的高温高压实验及热力学探讨》的文章，本文共3000字。
探究交联聚乙烯绝缘电力电缆中水树枝降解现象
探究交联聚乙烯绝缘电力电缆中水树枝降解现象摘要：交联聚乙烯（XLPE）电缆以其优异的性能被广泛应用于电网中。
但是随着潮湿环境中敷设的XLPE电缆绝缘出现水树枝老化现象，导致在运行中的XLPE电缆绝缘击穿事故不断发生。
本文旨在探究绝缘电缆中水树枝老化原因以及对绝缘材料性能的影响。
关键词：水树枝；XLPE电缆；老化1.引言交联聚乙烯电缆，因具有良好的电气性能和机械性能，不仅适合于中低压，还应用于高压和超高压系统中，因此被广泛应用于电缆业。
但在实际运行中的电缆敷设的环境通常都比较恶劣，比如经常需要浸泡在水中或者处于湿度比较大的环境中的现象，致使电缆绝缘微孔充满水分。
在电场的作用下会致使充水微孔引发电缆绝缘水树，长期作用下的电缆绝缘层会引发大量的水树，而且水树枝还会进一步老化。
当微孔中水树达到饱和状态时，XLPE电缆绝缘的电气性能和机械性能将会急剧下降，进一步发展成为电树，致使电缆绝缘层击穿，从而大大减少电缆的使用寿命，给电力系统的安全运行埋下了安全隐患。
本文通过对水树老化前后进行实验分析比较发现，水树对XLPE绝缘性能的影响现象得出水树枝生长和发展的机理和规律，从根本上去抑制水树现象的产生和发展。
2.水树枝老化研究方法为了研究XLPE电缆中水树的老化机理，选择用偏光显微镜观察试验来对水树的生长形态进行观察；为了定性的表征水树，采用FTIR红外光谱实验分别对老化前后试样进行光谱分析来研究水树区和非水树区的化学组成，进一步表征水树的老化机理；为了探究水树对XLPE电缆性能的影响，分别对老化前后试样进行了同步热分析实验，探究水树老化对XLPE电缆结构形态的影响；此外还通过密度测试实验对水树老化前后分别进行对比，进一步研究水树枝化对XLPE电缆密度的影响。
3.水树枝老化现象的实验及分析目前已经确认水树枝化是XLPE电缆绝缘老化的主要原因，水树是XLPE电缆绝缘中的水在电场的作用下形成的气隙，究竟是何原因导致水树的生长，国内外水树没有达成一致结论。
交联聚乙烯电缆中水树枝诊断的研究现状
交联聚乙烯电缆中水树枝诊断的研究现状孙辉;喻岩珑;王伟;高超飞【摘要】交联聚乙烯(XLPE)电缆因其具有优良的导电性、较好的耐热性和机械强度,自问世以来已广泛应用于输电线路和配电网中.然而,当电缆绝缘处于潮湿的环境中时,在电场的作用下会产生水树枝老化.随着水树枝的生长,电缆的绝缘性能下降并可能导致绝缘击穿,从而影响电网的安全运行.总结了交联聚乙烯电缆中水树枝老化的研究现状,概述了水树枝的产生机理及近年来水树枝老化的诊断方法,最后对各种诊断方法进行了简单比较.%The cross-linked polyethylene( XLPE ) cable has been widely used in transmission lines and distribution networks since its coming into being because of its excellent electrical conductivity, hetter heat resistance and mechanical strength.However, when the cable insulation is operated in the humid environment, it will produce water tree aging under the electric field. With the growth of the water tree, the performance of the cable's insulation decreases and it may even lead to an insulation breakdown. This paper summarizes the latest development of Lhe researches into the water tree aging in the cross -linked polyethylene cable. It presents the mechanism of the water tree and introduces the diagnosis methods in recent years with the due comparisons between those diagnostic methods.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2011(027)006【总页数】3页(P40-42)【关键词】XLPE电缆;绝缘老化;水树枝;空间电荷【作者】孙辉;喻岩珑;王伟;高超飞【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京,102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京,102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京,102206;日照供电公司,山东日照,276826【正文语种】中文【中图分类】TM855近年来，随着我国城市电网的大面积改造，XLPE电缆被越来越多的应用于城市输电线路和配电网中，尤其是110/220 kV等一系列高电压等级的电缆得到了广泛的生产和应用[1]。
交联聚乙烯相对介电常数与温度
交联聚乙烯相对介电常数与温度交联聚乙烯（Cross-linked Polyethylene，简称XLPE）是一种常用的聚合物材料，具有优异的绝缘性能和机械性能，广泛应用于电力电缆、通信电缆等领域。
在实际应用中，温度是一个重要的参数，会对交联聚乙烯的介电特性产生影响。
本文将探讨交联聚乙烯的相对介电常数随温度变化的规律。
在讨论交联聚乙烯的相对介电常数与温度之前，首先需要了解什么是相对介电常数。
相对介电常数是材料在电场作用下相对于真空的介电性能的度量，可以用来描述材料在电场中的响应能力。
相对介电常数大于1的材料被称为介电体，而相对介电常数接近于1的材料被称为绝缘体。
交联聚乙烯的相对介电常数与温度之间存在一定的关系。
一般来说，随着温度的升高，交联聚乙烯的相对介电常数会有所变化。
这是因为温度的变化会影响交联聚乙烯的分子结构和排列方式，从而影响其介电性能。
当交联聚乙烯的温度较低时，分子结构较为稳定，分子间的相互作用力较强，因此相对介电常数较低。
随着温度的升高，交联聚乙烯的分子结构开始变得松散，分子间的排列方式发生改变，导致相对介电常数逐渐增大。
当温度达到一定值后，交联聚乙烯的分子结构发生进一步变化，分子间的排列方式变得更加随机，相对介电常数开始趋于稳定。
需要注意的是，交联聚乙烯的相对介电常数与温度之间的关系并不是线性的，而是一个非线性的曲线。
这是因为交联聚乙烯的分子结构和排列方式的变化不是简单的线性关系，而是受到多种因素的影响。
交联聚乙烯的相对介电常数还受到其他因素的影响，例如频率和电压等。
在高频率和高电压下，交联聚乙烯的相对介电常数可能会有所变化。
因此，在实际应用中，需要综合考虑温度、频率和电压等因素对交联聚乙烯的影响，以确保其稳定的介电性能。
交联聚乙烯的相对介电常数与温度之间存在一定的关系。
随着温度的升高，交联聚乙烯的相对介电常数逐渐增大，但并非线性关系。
在实际应用中，需要综合考虑温度、频率和电压等因素对交联聚乙烯的影响，以确保其稳定的介电性能。
交联聚乙烯最低温度
交联聚乙烯最低温度交联聚乙烯是一种高分子材料，具有优异的耐热性、耐寒性和耐化学性能。
它的最低温度是指在何种环境下开始出现脆化现象，失去弹性和韧性。
本文将从交联聚乙烯的性质、制备方法以及应用领域等方面介绍交联聚乙烯的最低温度。
交联聚乙烯是由聚乙烯分子间的化学键形成交联结构而形成的。
这种交联结构使得聚乙烯分子具有更高的熔点和热变形温度，从而提高了其耐热性和耐寒性。
一般来说，交联聚乙烯的最低温度在-40℃左右，可以在低温环境下保持较好的物理性能。
交联聚乙烯的制备方法主要有物理交联和化学交联两种。
物理交联是通过物理作用力将聚乙烯分子锁定在一起，形成交联结构。
常见的物理交联方法包括辐射交联、热交联和混炼交联等。
化学交联是通过在聚乙烯分子中引入交联剂，使其与聚乙烯分子发生化学反应，形成交联结构。
常见的化学交联方法包括过氧化交联、硫化交联和引发剂交联等。
不同的制备方法会对交联聚乙烯的最低温度产生一定的影响。
交联聚乙烯具有良好的耐化学性能，可以在一定范围内抵抗酸、碱、盐等化学物质的腐蚀。
这使得交联聚乙烯在化工、电力、建筑等领域得到广泛应用。
例如，在输油管道中，交联聚乙烯可以承受低温环境下的液体输送，同时具有良好的耐腐蚀性能，确保管道的安全运行。
交联聚乙烯还可以用于电线电缆的绝缘材料。
由于其良好的耐热性和耐寒性，交联聚乙烯可以在高温和低温环境下保持电线电缆的正常工作。
总结起来，交联聚乙烯的最低温度在-40℃左右，具有优异的耐热性、耐寒性和耐化学性能。
它可以通过物理交联和化学交联等不同的制备方法来获得，应用领域广泛，包括输油管道和电线电缆等。
交联聚乙烯在低温环境下仍能保持良好的物理性能，为工业生产和生活提供了可靠的保障。
pvc的交联温度
pvc的交联温度【原创实用版】目录1.介绍 PVC2.PVC 的交联温度3.PVC 交联温度的影响因素4.PVC 交联温度的控制方法5.结论正文一、介绍 PVCPVC，即聚氯乙烯（Polyvinyl chloride），是一种常见的塑料材料。
由于其具有良好的耐腐蚀性、绝缘性、透明性和柔软性，被广泛应用于建筑、电力、通信、包装等领域。
在 PVC 制品的生产过程中，交联是一个重要的工艺环节，它能够提高 PVC 材料的性能，如强度、硬度和耐热性等。
二、PVC 的交联温度PVC 的交联温度是指在交联过程中，PVC 材料所需的最低温度。
在这个温度下，PVC 材料中的分子结构会发生改变，从而形成交联网状结构。
PVC 的交联温度受其分子结构、组成和添加剂等因素的影响。
三、PVC 交联温度的影响因素1.分子结构：PVC 的分子结构对其交联温度有很大影响。
一般来说，分子链越长，交联温度越高；分子链越短，交联温度越低。
2.组成：PVC 的组成对其交联温度也有影响。
例如，氯乙烯单体的纯度、杂质含量等都会影响 PVC 的交联温度。
3.添加剂：PVC 在生产过程中，通常需要加入一些添加剂，如塑化剂、稳定剂、增塑剂等。
这些添加剂的种类和含量也会对 PVC 的交联温度产生影响。
四、PVC 交联温度的控制方法在 PVC 生产过程中，控制交联温度非常重要，因为它直接影响到 PVC 制品的性能。
以下是一些常用的控制方法：1.选择合适的交联剂：交联剂的种类和含量对 PVC 的交联温度有很大影响。
因此，选择合适的交联剂是控制 PVC 交联温度的有效方法。
2.严格控制生产工艺：在 PVC 生产过程中，应严格控制各种原料的配比、混合程度、挤出速度等，以保证交联温度的稳定性。
3.实时监测和调整：在生产过程中，应实时监测 PVC 的交联温度，并根据实际情况进行调整，以确保 PVC 制品的质量。
五、结论PVC 的交联温度是影响其制品性能的关键因素，受分子结构、组成和添加剂等多种因素的影响。
交联聚乙烯电缆防水防潮技术分析论文
交联聚乙烯电缆防水防潮技术分析摘要：交联聚乙烯(xlpe)电缆,因其良好的电气、机械物理性能,且生产工艺简单、结构轻便、传输容量大、安装敷设及维护保养方便、不受落差限制等优点,在电力系统中已经得到广泛的应用。
但是xlpe电缆在敷设和运行期间,当机械应力或外力造成电缆护套及绝缘损伤或接头损坏时,潮气或水分会沿着电缆纵向和径向间隙浸入,致使xlpe电力电缆绝缘在运行电压下生成水树枝的概率迅速上升。
文章针对交联聚乙烯(xlpe)电缆进水原因、危害进行分析，并提出了有效的防水防潮处理技术与措施。
关键词：交联聚乙烯电缆；防水；防潮；技术分析1 概述随着我国电力事业的飞速发展和城市发展的需要。
为了更好的美化环境、美化我们的城市，电力电缆越来越广地被使用。
现在城市中已基本不见了蜘蛛网似的电线。
同时由于科学技术的不断进步，在中、高压的电力电缆线路中，60～70年代所使用的油浸纸绝缘电力电缆。
现在正广泛地被交联聚乙烯绝缘电缆所取代。
这是由于交联聚乙烯所具有的特性所决定的。
交联聚乙烯具有较高的电气性能：击穿强度高、绝缘电阻大、介电数小、介质损耗角正切值低，且具有较高的耐热性和耐老化性能，因此用交联聚乙烯作绝缘的电缆传输容量大大增加，并且重量轻，宜于垂直、高落差和有振动场所的敷设和耐化学腐蚀等优点。
但是，交联聚乙烯电缆也存在一些缺点：交联聚乙烯电缆外径较粗大、抗脉冲性能差、耐电晕水平低、击穿强度随温度上升而显著下降，同时具有透水性，特别是透水性的问题一直是一个比较头痛的问题。
一旦电缆进水受潮给电缆的运行带来了很多隐患，这就对电缆的施工提出了更高的要求。
泰州市成立于一九九七年，在新区的开发中才开始大量使用交联聚乙烯电缆，但由于经验不足，在电缆投入运行4、5年后相继出现了一些电缆故障，在对电缆进行解剖后发现，故障电缆普遍存在电缆内进水。
之后，我们从电缆进水后的危害、电缆进水的原因进行了分析，提出了防止电缆进水的措施，并就电缆进水后提出了如何处理的方法。
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Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｍｃ ｌｏｓｓ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ａｇｉｎｇ ｔｉｍｅ
值来看，４０℃温度下的水树老化样本介损值最小， 且ｔａｎ６（０℃）＞ｔａｎ６（２０℃）＞ｔａｎ巧（４０℃），ｔａｎＪ（４０℃）＜ ｔａｎ巧（６０℃）。以上测试结果说明，水树老化实验使 ｘＬＰＥ样本介损值随老化时间的增加而显著增加， 并且第２１ ｄ的介损值随老化温度的升高而先减小后 增大，拐点出现在４０℃。
ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ；ｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅ；ＭａｘｗｅＵ
ｓｎ．ｅｓｓ
０
引言
交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）电缆以其优良的电气性能
的永久性破坏１６＿…。 事实上，当电缆在工况下运行时，其缆芯的发 热量可能导致电缆绝缘升温，使电缆运行在较高温 度水平【１１１，但在冬季负荷较轻时，电缆的温度有可 能降低。此外，在以往实验中也发现了不同温度下 水树的生长速率和形态有显著差异的现象，因此， 研究不同温度下水树的生长特性，对于指导ＸＬＰＥ 电力电缆的制造和应用有着重要意义。 众多研究者对水树生ｒＩｈｅ
Ｇｒｏ、）１１血ａｔ
Ｄｉ骶ｒｅｎｔ
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｉｎ ＸＬＰＥ Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｔｈｅ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ
Ｍｏｌｅｃｌｌｌａｒ
Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
ＺＨＯＵ Ｋａｉ，ＴＡ０ Ｗｅｎｂｉａｏ，ＺＨＡ０ Ｗｅｉ，ＹＡＮＧ Ｄｉ，ＹＡＮＧ Ｍｉｎｇｌｉａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ
万方数据
周
凯，陶文彪，赵威，等：以分子取向理论理解交联聚乙烯中水树在不同温度下的生长特性
３６６７
１．３样本观察 待ＸＬＰＥ水树老化样本老化２１ ｄ时间后，将薄
树枝沿电场方向呈发散状均匀排列，枝状特征明显， 较为稀疏，而６０℃温度下生长的水树主体呈片状， 水树主体内部树枝状结构并不显著；２０℃和４０℃ 温度下的水树形态介于０～６０℃之间，随着温度的 升高，水树主体的树枝状结构逐渐变粗变密，最终 连成一整片水树区。 ２）就水树主体尺寸而言，随着温度的升高，水 树主体尺寸先减小后增大，４０℃温度下的水树主体 尺寸最小；水树主体尺寸可在一定程度上反映水树 的生长速率，就实验结果来看，０℃、２０℃、６０℃ 温度下的水树生长速率分别约为４０℃温度下的 ２．６６、１．３６、２．７４倍。
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ｔｅｓｔｅｄ ｔｈｅ伊ｏｗ山跳ｄ ｐｒｏｐｏｓｅｄ
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ｘＬＰＥ ｆｏｓｓｉｌｓ
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ｓａｍｐｌｅｓ，ｗｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｗａｔｅ卜ｔｒｅｅ ａｇｉｎｇ ｕ１１ｄｅｒ Ｏ℃，２０℃，４０℃，ａｎｄ ６０℃，ｒｅｓｐｅｃｔｉＶｅｌｙ’ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅｓ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｎ，ｅｄ
道长度为８岬１，直径为１ ｐｍ，水树空洞呈椭球形，
也有研究认为低温更有利于水树的生长【ｌ孓１６Ｊ。另有 文献指出，当水树老化温度＞６０℃时，水树生长速 度加快，在温度＜６０℃的环境中，水树生长速率变 化不大，在较低温度下水树引发率反而会增加…Ｊ。 但该研究尚未解释低温下水树生长反而加快的原因。 本文使用ｘＬＰＥ薄片作为实验样本，分别进行 了０℃、２０℃、４０℃和６０℃温度下的水树加速老 化实验，研究了ｘＬＰＥ中水树枝在不同温度下的生 长特性，分析了ＸＬＰＥ材料中水树在高温下和低温 下的生长机理。
ｄ。
Ｆｉｇ．３ Ｆｉｇ．２
图２水树老化装置示意图
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａ弘ａｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅ ａｇｉｎｇ ｓｅｔｕｐ
图３
介损随老化时间的变化情况
１．２介质损耗正切值测量 在样本老化过程中，每隔３ ｄ测试１次ＸＬＰＥ 样本的介质损耗角正切值ｔａｎＪ（简称介损）。介损使 用ＴＥ２０００型抗干扰介质损耗测试仪进行测试，测 试电压为３ ｋＶ，采用正接法。测试结果如图３所示。 从图３可以看出：不同温度下的水树老化样本 介损值均随老化时间的推移而逐渐增大，但对照样 本介损值始终处于较低水平波动；从第２１ ｄ的介损
和机械性能，在我国城市电网中得到了广泛应用。 但ＸＬＰＥ电缆在制造、施工以及运行过程中，不可 避免地会在电缆绝缘内部产生一些局部缺陷，形成 高电场区，当环境中的水分侵入时，这些区域容易 引发水树¨巧ｊ。在操作过电压或雷电过电压的作用 下，水树尖端容易引发电树，有可能导致电缆绝缘
基金资助项目：国家自然科学基金（５１４７７１０６）。 Ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｕｐｐｏｎｅｄ ｆ５１４７７１０６１．
周
凯，陶文彪，赵
威，杨
滴，杨明亮
（四川大学电气信息学院，成都６１００６５）
摘要：为了理解交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）在不同温度下的水树生长特性，研究了不同温度下ＸＬＰＥ材料的水树生长行 为并尝试进行了新的理论解释。使用ｘＬＰＥ薄片作为实验样本，分别进行了０℃、２０℃、４０℃和６０℃温度下 的水树加速老化实验。通过显微镜观察了水树形态，统计了不同温度下水树的尺寸，并以有限元电场仿真分析、 分子动力学和高分子取向理论为基础，给出了高温和低温下水树不同生长特性的一种可能的解释。经过研究发现： 从０℃温度开始，水树的生长速率随温度的升高而先减小后增大，其转折温度约为４０℃；ｘＬＰＥ分子的热运动 和取向行为可能共同影响不同温度下水树的生长特性，高温下水树的生长速率主要由分子热运动决定，低温下水 树的生长速率主要由高分子链的取向行为决定。 关键词：交联聚乙烯：水树；高分子动力学；取向；温度：Ｍａｘｗｅｌｌ应力 Ｔ０ｗａｒｄ Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｗａｔｅｒ
ｏｎ
ｔｌｌｒｏｕｇｈ
ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｍｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｎ．ｅｅｓ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，
ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ．ｅｌｅｍｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａ１１ｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ， ｄｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ
ｗｅ
ｄｉ髓ｒｅｎｔ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅ ｇｍｗｔｈ ａｔ ｄｉ僚：ｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｎ℃ｅ ｇｍｗｔｈ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅｓ丘ｏｍ ０℃，ｂｅｆｏｒｅ ｉｔ ｂｅ－ ｇｉｎｓ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｕｔ ４０℃．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ仃ｅｅ酽ｏｗｔｈ ｉｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｒｍａｌ ｍｏｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ）（ＬＰＥ ｍｏＩｅｃｕｌｅｓ ｍｉｎｅｄ ｂｙ ｍｅ Ｋ｜ｅｙ ｗｏｒｄｓ：
ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｌｌｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ
ＦｏＩｌＩｌ出ｔｉ∞ｏｆ Ｃｈｉｎａ
化时间、电压频率以及电解液的类型和浓度等因素
万方数据
３６６６
高电压技术
有着密切的关系¨２。¨Ｊ，但对于不同温度下水树生长 特性的研究较少，且相关的研究结果和理论并不统
一”１ ７１。有研究认为高温可加速水树的生长【１４１，但
ｊｏｉｎｔｌｙ，ｗｈｉｌｅ
ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｎ℃ｅ伊ｏｗｔｈ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｅｔｅｒ—
ａｔ
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ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．
ＸＬＰＥ；ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅ；ｐｏｌｙｍｅｒ
表１水树主体尺寸
Ｔ曲ｌｅ ｌ
Ｓｉｚｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅｓ
片样本取下切片，切片厚度约为６０岬，再将切片
后的样本薄片置于亚甲基蓝溶液中浸泡，并在９０℃ 恒温箱中加热约３０ ｍｉｎ时间。加热结束后，针尖水 树区域被亚甲基蓝溶液充分染色，然后将染色后的 薄片样本置于金相显微镜下观察。实验中所有水树 老化样本的水树引发率均为１００％，同一温度下的 水树形态均较为类似。本文选取各水树老化样本中 的４个针孔切片进行观察，１￣４号样本在０℃、 ２０℃、４０℃和６０℃温度下的显微观察结果分别如 图４、图５、图６和图７所示。不同温度下的水树主 体尺寸如表ｌ、图８所示，这里水树主体尺寸指的 是针孔尖端到水树尖端的距离。 由于本文制造样本针孔缺陷使用的钢针尖端呈 扁平状，其针孔尖端和边缘处均为场强集中区，因 此在其针尖和针孔边缘均生长有水树，而且越靠近 针孔尖端的水树区域染色越深。不同温度下水树的 形态有着显著不同： １）就水树主体形状而言，０℃温度下生长的水
ｍｍ ｍｍ。
ｎ¨１１
钢针尖端呈扁平三角形状，斜面长度为３ ｍｍ，倒
角为（１７土２）ｏ，针尖曲率半径为（２．５士０．５）岬。
３）将薄片样本置于如图２所示的水树老化实 验装置中，装置呈圆柱体，样本针孔缺陷恰好位于 装置底部的小孔中央，拧紧螺钉固定薄片样本。 ４）在装置内注入质量分数为２０％的氯化钠 ＮａＣｌ溶液，并淹没铜电极。 ５）按照上述方法制作５片ｘＬＰＥ样本，其中１ 片作为对照样本，另外４片分别在０℃、２０℃（室 温）、４０℃和６０℃温度下老化，使用高低温实验箱 控制实验温度，并在实验箱侧面预留２个小孔，分 别接入高压电源和地线。 ６）实验装置底部铜电极接地，顶部铜电极输 入幅值为６ ｋＶ、频率为４００ Ｈｚ的高频高压，样本 持续老化时间约为２１