塑料電力電纜的運(yùn)行壽命與其絕緣中樹(shù)枝化老化的現(xiàn)象密切相關(guān)，這是在20世紀(jì)60 ?70年代被發(fā)現(xiàn)的。由于發(fā)現(xiàn)了塑料電纜擊穿前的這種“預(yù)擊穿”現(xiàn)象，引起世界各國(guó) 電纜制造界的極大興趣。從21世紀(jì)70年代至今，包括電線電纜行業(yè)、有機(jī)材料高分子化 學(xué)行業(yè)、高分子物理、電介子物理、高壓工程等有關(guān)學(xué)科和工程技術(shù)部門(mén)掀起了樹(shù)枝化研 究熱潮.并取得了很大的進(jìn)展。樹(shù)枝化的研究不僅具有極大的工程使用價(jià)值，而且充實(shí)了 電介質(zhì)物理的擊穿理論，并推動(dòng)微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)與宏觀性能關(guān)系的研究。
（-）樹(shù)枝化老化簡(jiǎn)介
事實(shí)上，樹(shù)枝化放電早已被人們所熟悉。早年，油浸紙絕緣電力電纜中沿油浸紙層間 的表面移滑放電亦是樹(shù)枝狀的，但這是沿面放電后留下的樹(shù)枝狀炭化痕跡，痕跡尖端不斷 延伸，數(shù)年后可能引起電纜絕緣擊穿，亦可能樹(shù)枝狀爬電停止發(fā)展，不引起電纜絕緣擊 穿。但是，有機(jī)材料的樹(shù)枝化卻是另外一回事，它是由于材料內(nèi)部細(xì)微開(kāi)裂造成的，開(kāi)裂 的細(xì)小通道如同冬天無(wú)樹(shù)葉的樹(shù)枝狀，有枝干、分枝、枝芽�！皹�(shù)枝”就是這種中空開(kāi)裂 現(xiàn)象的統(tǒng)稱(chēng)。實(shí)際上，它的形狀已大大地超越了 “樹(shù)枝”的概念。隨不同電壓的種類(lèi)，不 同加壓方式，不同環(huán)境與條件，樹(shù)枝形狀會(huì)發(fā)生很大的變化。
塑料電纜的樹(shù)枝化放電現(xiàn)象也是固體介質(zhì)擊穿前漫長(zhǎng)的先導(dǎo)擊穿過(guò)程，在引發(fā)樹(shù)枝萌 芽之前已有漫長(zhǎng)的誘導(dǎo)（誘發(fā)）期。樹(shù)枝引發(fā)后，或者很快發(fā)展到固體擊穿，或者經(jīng)漫長(zhǎng) 的發(fā)展（老化）過(guò)程，最后導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿（電老化擊穿）。樹(shù)枝的主干（主莖）直徑 在實(shí)際電工產(chǎn)品中很小，一般為幾微米至上百微米，必須借助光學(xué)儀器才能觀察到。樹(shù)枝 放電通常指樹(shù)枝的發(fā)生、發(fā)展的全過(guò)程，也有特指管道細(xì)微開(kāi)裂中的氣體的局部放電。
各種有機(jī)材料中，管道狀細(xì)微開(kāi)裂的引發(fā)，可以是原有亞微觀裂紋的存在；或氣隙、水
分、化學(xué)雜質(zhì)的存在；或者無(wú)任何裂紋存在，只是極高的場(chǎng)強(qiáng)導(dǎo)致冷發(fā)射電子，引發(fā)裂縫. 這是很復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程。從島場(chǎng)強(qiáng)處、氣隙、含水的空洞、雜質(zhì)等處引發(fā)樹(shù)枝核心后， 向三個(gè)方向的立體空間發(fā)展。一般是沿電力線方向，也有因材料的各向異性而出現(xiàn)垂直電力 線方向的樹(shù)枝。這興樹(shù)枝延伸發(fā)展到場(chǎng)強(qiáng)所至的對(duì)極(整個(gè)絕緣厚度)，最后發(fā)生整體擊穿。 從引發(fā)樹(shù)枝萌芽，到發(fā)展至對(duì)極的時(shí)間可以是幾分鐘、幾十分鐘、幾年或十幾年。
1. 樹(shù)枝放電的形成
樹(shù)枝引發(fā)和發(fā)展的過(guò)程可分為以下四個(gè)階段。
(1) 引發(fā)期。又稱(chēng)潛伏期或誘導(dǎo)期.它的長(zhǎng)短表征樹(shù)枝發(fā)牛的難易程度。這是抑制樹(shù) 枝的主要階段。
(2) 成長(zhǎng)期。又稱(chēng)發(fā)展期.它表明樹(shù)枝引發(fā)后的成長(zhǎng)速度。耐樹(shù)枝發(fā)展特性好的材 料，樹(shù)枝發(fā)展慢，即成長(zhǎng)期長(zhǎng)。
(3) 飽和期。當(dāng)樹(shù)枝發(fā)展到一定長(zhǎng)度后，樹(shù)枝停止發(fā)展，這段時(shí)間稱(chēng)為飽和期。飽和 期的存在是由于樹(shù)枝管道中有局部放電及高能電子轟擊高聚物分子鏈，致使材料分解產(chǎn)生 大M氣體。隨著這種效應(yīng)的增強(qiáng).細(xì)管中內(nèi)部壓力加大，按巴申定律.管道中放電電壓將 要提高。因而，在外界電壓不變的情況下，樹(shù)枝發(fā)展就可能停止。設(shè)法延長(zhǎng)飽和期，是抑 制樹(shù)枝的另一重要方法。
(4) 間隙擊穿前期。經(jīng)過(guò)飽和期以后，氣隙或樹(shù)枝管道中因放電分解出的氣體逐漸通 過(guò)材料本身滲透、擴(kuò)散而逸出，使管道中氣體壓力下降，按巴申定律，這時(shí)氣隙的擊穿電 壓下降.因而樹(shù)枝乂迅速發(fā)展。
2. 樹(shù)枝放電的分類(lèi)與特點(diǎn)
在實(shí)際中存在的多種樹(shù)枝放電形式可分為三大類(lèi)：即電樹(shù)枝、水樹(shù)枝和化學(xué)樹(shù)枝。
(1)
電樹(shù)枝。處于高場(chǎng)強(qiáng)的不連續(xù)材料界面(氣隙、雜質(zhì)、電纜內(nèi)外半導(dǎo)電層界面) 特別容易引發(fā)電樹(shù)枝，電樹(shù)枝往往在高場(chǎng)強(qiáng)集中的微裂紋轉(zhuǎn)變?yōu)榱芽p或開(kāi)裂處形成樹(shù)枝萌 芽，樹(shù)枝管道連續(xù)、內(nèi)空，有的材料樹(shù)枝管道壁上附有炭粒。通常在長(zhǎng)而細(xì)的電樹(shù)枝管道 中伴隨著局部放電。典型的幾種電樹(shù)枝如圖1-3-15所示。
(2) 水樹(shù)枝。引發(fā)樹(shù)枝的空隙中含有水分。水中運(yùn)行的電纜、線芯進(jìn)水的電纜、絕 緣中含有水分的電纜很容易引發(fā)水樹(shù)枝。水樹(shù)枝是在電場(chǎng)和水分同時(shí)存在的條件下產(chǎn) 生的。但是，水樹(shù)枝在比電樹(shù)枝低得多的場(chǎng)強(qiáng)情況下就能引發(fā)。水樹(shù)枝中沒(méi)有局部放 電現(xiàn)象。
水樹(shù)枝的種類(lèi)很多，對(duì)電纜的危害也很大。但是，水樹(shù)枝具有消失和重現(xiàn)的特點(diǎn)。有 的水樹(shù)枝受熱、干燥、抽真空等會(huì)消失形態(tài)，浸入熱水中又會(huì)重現(xiàn)，水樹(shù)枝消失時(shí)表明管 道發(fā)生閉合，材料細(xì)微龜裂后又回彈，但未使結(jié)構(gòu)分解。在實(shí)際電纜中，干法制造的交聯(lián) 聚乙烯電纜中很少發(fā)現(xiàn)水樹(shù)枝，而濕法制造的交聯(lián)聚乙烯電纜中卻常常見(jiàn)到水樹(shù)枝。幾種 常見(jiàn)的水樹(shù)枝如圖1-3-16所示。
圖1-3-16水樹(shù)枝 圖1-3-17化學(xué)樹(shù)枝
(3) 化學(xué)樹(shù)枝。又稱(chēng)電化學(xué)樹(shù)枝。有的研究者把純化學(xué)因素造成的材料細(xì)微開(kāi)裂稱(chēng)之 為化學(xué)樹(shù)枝，有的將化學(xué)雜質(zhì)引起的樹(shù)枝也歸并為這一類(lèi)或稱(chēng)之為電化學(xué)樹(shù)枝。幾種常見(jiàn) 的化學(xué)樹(shù)枝如圖1-3-17所示。
3. 樹(shù)枝生成的條件
運(yùn)行中產(chǎn)生樹(shù)枝的電纜經(jīng)實(shí)際解剖和實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的樹(shù)枝圖像都證明了樹(shù)枝產(chǎn)生的條 件是：
(1) 局部極不均勻的高場(chǎng)強(qiáng)。在金屬突出物，半導(dǎo)電層的尖刺、缺陷和節(jié)疤，以及有 尖刺邊角的雜質(zhì)(雜質(zhì)的介電常數(shù)較大或電阻率極小)附近，很容易形成局部的電場(chǎng) 集中。
(2) 有微小的空隙或亞微觀裂紋。
(3) 有內(nèi)部機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、不完善界面應(yīng)力。
(4) 水分的存在是水樹(shù)枝生成的引發(fā)劑。
(5) 化學(xué)物質(zhì)的存在是化學(xué)樹(shù)枝生成的引發(fā)劑。
以上條件，只要具備其一，電纜屮就會(huì)不同程度地產(chǎn)生樹(shù)枝。下面繪制了樹(shù)枝生成條 件的圖解，如圖1-3-18所示。
ETGZ-II電纜故障測(cè)試儀電纜測(cè)量?jī)x器