浅谈交联聚乙烯电力电缆的超低频介电性能的测试

浅谈交联聚乙烯电力电缆的超低频介电性能的测试[摘要]交联聚乙烯电缆的绝缘测试方法及其老化评定标准还没有统一。高压

交联聚乙烯绝缘测试委员会提出采用直流泄漏电流、介质损耗角正切、局部放电等测试等方法用作交联聚乙烯电缆的绝缘测试。本文之中，笔者采用超低频下交联聚乙烯电缆的介质损耗角正切作为其中的一种方法，这种方法能极为有效地作于现场电力电缆的性能测试和评定。

【关键字】交联聚乙烯电力电缆；超低频介电性能；介质损耗角正切

1、前言

介质损耗角正切（tgδ）是绝缘材料绝缘特性的重要指标之一。在工程中所有的绝缘材料在外电场的作用下，由于绝缘介质导电（材料的导电能力）和介质极化（介质在电场作用下，构成电介质的分子或原子的电荷将产生相对的位移，这种位移造成正负电荷中心不再重合，这种现象称为介质极化）的滞后效应，并在其内部产生能量的损耗。这种能量的损耗在检测中是以介质损耗角正切来表征。对绝缘介质损耗角正切值大小的要求，往往与其使用条件和使用场合而有所不同，通常对高频绝缘（通信电缆用聚乙烯）或高压电缆绝缘（交联聚乙烯），往往要求其具有极小的介质损耗角正切。因为绝缘介质损耗会引起介质内部发热损耗，而这种损耗引起的功率损耗与使用的频率和电压成正比。因此，电缆绝缘的介质损耗的大小，直接关系到电缆输电容量以及电缆长期的使用寿命，所以准确如实地测量交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆的介质损耗角正切是值得探讨的问题。

2、测定超低频下介质损耗角正切的优点

测定超低频下介质损耗角正切有如下优点：

2.1电源装置可小型化

电力电缆的介质损耗角正切通常是在工频下测量的，若被测电缆较长时，就需要大容量电源装置，这对现场测试而言是十分困难的。然而采用0.1赫的超低频测试，则电源装置可小容量化，从而可减轻重量。

2.2可消除感应危害

用工频测定电缆的介质损耗角正切时，被测电缆要从带电电线方面感应电压，从而产生测量误差。而用超低频测量时，测量频率和感应电压的频率差别很大，在输出处采用滤波器就可除去感应电压，这样就只测量频率下的值而排除了感应危害。

2.3易于进行老化检测

可把水树枝看作为交联聚乙烯电缆老化的首要因素，当发生水树枝时，测得的介质损耗角正切和直流泄露电流有增大的趋势。在超低频下测试介质损耗角正切时，由于测量频率相对工频而言是极低的，这就反映出电缆的直流特性，从而可能易于检测出水树枝。

3、测试方法

超低频介电性能可用电桥法或吸收电流法进行测定。之前研制的低频电桥，虽可以用于试样的测试，但仅能用于低电压下的测定，笔者考虑了高压下也能测定，所以采用西林电桥来确定。

3.1电路组成

通过对测量电路的分析，可以看到虽然此电路的构成与西林电桥的电路相同，但与一般工频测试有如下三点差别：

1）测量电路采用的是新式电源装置；

2）在0.1赫时，为了在平衡点检测灵敏，必须增大桥路电阻值约50倍，达15千欧，这样最小能测tgδ为0.01%。再者，在理论上不改变桥路电阻值，还可增大电容值，以提高检测灵敏度。

3）最后一点区别在于测试电路中的检测器上，通过对检测器结构的分析可知：用直流电压表检测不平衡电压，观察记录仪的记录可实现平衡的调节。

3.2测定方法

与西林电桥的测试方法相同，调节桥路电阻值和电容值使电路达平衡后，介质损耗角正切tgδ和电容值可按照固定的公式进行计算。

4、试样制备

准备如下四组试样以备试验使用：

A、22千伏未老化的交联聚乙烯绝缘电缆，长度为50米，数量为1根；

B、6.6千伏CV从运行的电缆上截取的电缆，长度为5米，数量为1根；

C、15千伏未老化的乙丙胶皮绝缘电缆，长度为10米，数量为1根；

D、6.6千伏CV从运行状态下截取的电缆，长度约为10米，数量为30根。

5、实验结果和讨论

5.1低压频和工频下的介质损耗角正切的比较

上述试样中A、B、C的工频为50赫，分别在0.2、0.1、0.05赫对以上三组试样进行超低频下的损耗角正切值测量可知：对于新的交联聚乙烯电缆而言，不论频率大小如何，其tgδ大致不变，对于经运行后取下的交联聚乙烯电缆和新的乙丙胶皮电缆，随频率的下降而tgδ趋向增大。且经运行后取下的交联聚乙烯电缆的tgδ与新电缆的也不相同。工频下tgδ较大，则在超低频下一般也趋向较大，若能找出这与绝缘性能的关系，那就可进行有效的绝缘测试，而新的乙丙胶皮电缆的tgδ较大是由于填充剂的影响。

5.2经运行后取下的交联聚乙烯电缆的超低频介电性能

对运行过电缆（试样D）作了tgδ和直流泄漏电流测试，下面进行对比分析：

1）通过对0.1和50赫下的介质损耗角正切与电容的比较可以知：0.1赫下的tgδ除二、三个值以外，大致上为50赫下的1.5倍，在同一电缆和同一频率下，0.1赫和50赫下的静电容比为1.007-0.997。

2）通过对tgδ和直流泄露电流之间关系图的分析，可以得到超低频介质损耗角正切与直流泄露电流以及极化比的关系，当泄漏电流增大，则0.1赫下的tgδ值亦增大，而50赫下的tgδ变化不明显，由此可见0.1赫下的tgδ反映了电缆绝缘层的直流特性，而直流泄漏电流是在加16千伏后10分钟测得值。而通过对0.1和50赫下的tgδ与极化比关系图的分析可知，二者之间没有什么相关性，此处所述极化比是指加电压16千伏后经1分钟和10分钟时的电流值之比。

3）除去感应危害的分析，如前所述，当测量频率和工频相差悬殊时，可去除工频感应。为了对此进行模拟试验，把工频电压加于电缆屏蔽层，而后测试超低频下的tgδ值，通过对感应电压的干扰图分析可知：当有和没有感应电压时，在工频下测试得的tgδ的差别较大，而在超低频下测试的话，两者相同。因此在电缆敷设现场测试时，若采用超低频测试，则不会发生感应危害问题。

6、结语

对交联聚乙烯电缆超低频介质损耗角正切的测试及其试验结果的分析可得到：

1）对于经老化后的交联聚乙烯电缆，在超低频下测得的tgδ值比工频下测得的为大，因而采用这种方法可使老化易于检测。且超低频下测得的tgδ值反映了电缆绝缘层的直流特性。

2）可除去工频引起的感应危害，但今后还需对现场测试时所用的电源和试验装置作进一步的改进。