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預(yù)制型電纜附件沿面放電試驗研究
－武漢雷泰電力技術(shù)有限公司
1 引 言
XLPE 電力電纜附件中電場應(yīng)力控制一般采用兩種方式：參數(shù)型電場應(yīng)力控制管和幾何型電場應(yīng)力控制錐。由于參數(shù)型電場應(yīng)力控制管是在高分子材料中充填高介電系數(shù)的無機材料，以調(diào)整電氣參數(shù)來控制附件中電場分布，其不足之處如（1）介質(zhì)損耗較大使得附件發(fā)熱引起材料早期電-熱老化；（2）各項參數(shù)受溫度、電場和基材特性等因素影響較大，即穩(wěn)定性較差等。與之相比，幾何型電場應(yīng)力控制錐采用的是經(jīng)典的幾何形狀應(yīng)力錐來控制電纜附件中電場分布，其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，基本不受外界因素影響，穩(wěn)定性較好。在實際應(yīng)用過程中，只要保證應(yīng)力錐的幾何形狀以及保證應(yīng)力錐與電纜主絕緣結(jié)合界面具有足夠的壓強，就能夠達到長期有效地控制電纜附件中電場分布的滿意效果。
幾何型電場應(yīng)力控制錐在工廠預(yù)先成型，其幾何尺寸偏差很小。應(yīng)力錐與電纜主絕緣結(jié)合界面的壓強取決于附件與電纜本體的緊配合狀態(tài)。由于XLPE電力電纜主絕緣尺寸不可避免的存在制造偏差，應(yīng)力錐與電纜主絕緣結(jié)合界面的壓強（通常稱之為握緊力）難以得到保證，容易引發(fā)結(jié)合界面沿面放電。綜合分析近十年來國內(nèi)外預(yù)制型電纜附件的運行故障案例證實，復(fù)合介質(zhì)沿面放電是導(dǎo)致XLPE電力電纜預(yù)制型硅橡膠電纜附件運行故障的主要原因． 本文基于預(yù)制型硅橡膠電纜附件固體復(fù)合介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)沿面放電試驗研究，提出保證電纜附件界面壓強，預(yù)防電纜附件發(fā)生沿面放電擊穿故障的主要措施。
2 試驗研究
電纜附件是典型的固體復(fù)合介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)，界面沿面放電與界面壓強和界面狀態(tài)密切相關(guān)。
2.1 試品制備
試品制備如圖3所示，以模擬預(yù)制型電纜附件多層固體復(fù)合介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)。
2．2 試驗
實際測量界面壓強或握緊力比較困難，試驗研究中，利用高彈性硅橡膠絕緣體2的定伸強度，由于高彈性硅橡膠絕緣體2的原始直徑DSR小于XLPE絕緣體4的直徑DXLPE ，當其彈性變形套在XLPE絕緣體4表面后，便具有持續(xù)彈性回復(fù)力，為硅橡膠絕緣體2與XLPE絕緣體4之間的界面提供握緊力。
調(diào)整硅橡膠絕緣體2的配方可以得到不同定伸強度的硅橡膠絕緣體2，然后制作成為不同的原始直徑的硅橡膠絕緣體2試品，彈性變形地套在XLPE絕緣體4表面。因此，定義高彈性硅橡膠絕緣體2的原始直徑DSR相對XLPE絕緣體4的直徑DXLPE的過盈量Dd 為：
DXLPE - DSR
DXLPE
并采用硅橡膠絕緣體2自身的定伸強度和過盈量Dd 協(xié)同作用來近似地表征高彈性硅橡膠絕緣體2與XLPE絕緣體4之間的界面壓強（握緊力）狀態(tài)。
選取不同定伸強度和不同的原始直徑的硅橡膠絕緣體2制作成為不同過盈量的試品，每種試品各制備三只試樣。對同一編號試品的三只試樣分別進行工頻電壓下的放電試驗，設(shè)計XLPE絕緣體4和硅橡膠絕緣體2具有足夠的絕緣強度，以保證工頻電壓試驗均為其界面的沿面放電試驗，最終取三只試品工頻電壓沿面放電電壓值的平均值。
2．3 試驗結(jié)果
定伸強度為 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 Mpa 硅橡膠絕緣體2，以過盈量Dd = 10%、30%、50% 彈性變形套在XLPE絕緣體4表面，界面不做任何處理．
定伸強度為0.5 Mpa的硅橡膠絕緣體2在不同過盈量狀態(tài)下的沿面放電試驗結(jié)果以及為了證實界面狀態(tài)的影響，對硅橡膠絕緣體2與XLPE絕緣體4之間的界面分別做涂抹硅脂處理和不做任何處理的對比平行沿面放電試驗結(jié)果如圖5 所示。
3 分析與討論
圖4的試驗結(jié)果表明，復(fù)合介質(zhì)中工頻電壓按介電常數(shù)分布[1，2]，硅橡膠絕緣體2的介電常數(shù)與XLPE絕緣體4的介電常數(shù)差別較小，界面電場分布比較均勻，試品的工頻沿面放電電壓值與界面壓強密切相關(guān)。在一定的定伸強度下，界面壓強大小取決于硅橡膠絕緣體2的過盈量，過盈量增大，界面壓強增大，沿面放電電壓上升；在一定的過盈量下，界面壓強大小取決于硅橡膠絕緣體2的定伸強度，定伸強度增大，彈性變形的回復(fù)力增大，界面壓強增大，沿面放電電壓亦上升。
當過盈量較小 (Dd=10%)時，由于硅橡膠絕緣體2在彈性變形范圍內(nèi)其回復(fù)力與其形變符合虎克定律，界面壓強變化主要依賴于硅橡膠絕緣體2的定伸強度，故沿面放電電壓值隨著硅橡膠的定伸強度線性變化。
當過盈量增加到Dd=30%時，硅橡膠絕緣體2的定伸強度在≤2.0 MPa彈性變形范圍內(nèi)其回復(fù)力與其形變符合虎克定律，界面壓強變化主要依賴于硅橡膠絕緣體2的定伸強度，沿面放電電壓值隨著硅橡膠的定伸強度線性變化；硅橡膠絕緣體2的定伸強度 >2.0 Mpa ，界面壓強變化主要來源于硅橡膠絕緣體2的彈性變形的過盈量，此時，提高定伸強度對沿面放電電壓值影響不大。
當過盈量增加到Dd=50%時，界面壓強完全依賴于硅橡膠絕緣體2的彈性變形的過盈量，宏觀表現(xiàn)出界面沿面放電電壓值較高，且與其定伸強度無關(guān)。
圖5試驗結(jié)果證實：當界面壓強不大(Dd≤60%)時，沿面放電可以用碰撞電離理論解釋，放電電壓與界面狀態(tài)密切相關(guān)。在界面上涂抹硅脂后，硅脂分子起到壁壘作用，阻礙導(dǎo)電粒子激發(fā)界面沿面放電，界面沿面放電電壓值大幅提高。
當界面壓強增加(Dd>60%)時，沿面放電取決于強電場下的隧道效應(yīng)，放電電壓值與界面狀態(tài)和界面壓強無關(guān)。
4 防止沿面放電的措施
XLPE電力電纜在運行過程中，一方面隨著負荷的變化，預(yù)制型硅橡膠電纜附件與電纜XLPE絕緣層之間界面發(fā)生熱脹冷縮所形成呼吸效應(yīng)，將潮氣吸進界面；另一方面，由于電泳效應(yīng)，水分子在電場的作用下作定向遷移運動進入電纜附件界面。潮氣和遷移水分在界面凝結(jié)成介電常數(shù)很高的水珠，界面表面電阻急劇下降，激發(fā)界面沿面放電，最終導(dǎo)致界面沿面放電擊穿。
研究結(jié)果表明，提高預(yù)制型硅橡膠電纜附件絕緣結(jié)構(gòu)沿面放電電壓的主要措施包括：(1) 提高預(yù)制型硅橡膠附件材料的定伸強度，保證預(yù)制型硅橡膠電纜附件在彈性形變時具有足夠的彈性回復(fù)力； (2) 采用予擴張的工藝，保證預(yù)制型硅橡膠電纜附件在安裝時方便快捷，安裝后具有足夠大的彈性形變過盈量；(3) 界面涂抹適量硅脂，并保證硅脂長期保持濕潤狀態(tài)。特別是電纜中間接頭安裝施工過程中，軸向防水措施必須引起高度重視[1，2]。
5 結(jié)論
1 復(fù)合介質(zhì)界面沿面放電電壓值與界面壓強和界面狀況密切相關(guān)。保證界面足夠的壓強和在界面涂抹硅脂可大幅提高界面沿面放電電壓值。
2 界面壓強取決于電纜附件材料的定伸強度和電纜附件安裝時的彈性形變過盈量。提高電纜附件材料的定伸強度和采用予擴張工藝，可以有效防止電纜附件沿面放電擊穿事故。
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謝謝
非常感謝 ！�。�！