交联聚乙烯电缆耐压试验中的直流、交流耐压试验方法
作者:武汉鼎升电力自动化有限责任公司时间:2016-06-21 我要发布
交联聚乙烯电缆耐压试验方法介绍XLPE交联聚乙烯电缆直流耐压试验及交流耐压试验的基本问题,直流耐压试验的主要缺点是由于交、直下绝缘内部的电压分部不同,直流耐压试验对绝缘的考验不如交流更接近实际。交流耐压试验对绝缘的考验非常严格,能有效的发现较危险的集中性缺陷。它是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法,对于判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义,也是保证设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要手段。
1、XLPE在交、直流电压下的电场分布不同。在直流电压作用下,XLPE绝缘层内电场强度是按照电阻率分布的,而XLPE电缆绝缘层中的材料含有很多成分,其电阻率分布是不均匀的,同时电阻率受温度等因素影响比较大。这就可能在直流试验过程中出现绝缘层有的地方电场很强,有的地方电场却比较弱的情况,导致局部绝缘击穿。而在交流电压下,XLPE绝缘层内的电场强度是按介电常数反比例分配的,XLPE的介电常数受温度变化影响较小,因此种分配比较稳定。除此以外,由于电缆绝缘的电场分布取决于材料的体积电阻率,而交流电压下的电场分布取决于各介质的介电常数,特别是在电缆终端头、接头盒等电缆附件中的直流电场强度的分布和交流电场强度的分布完全不同,而且直流电压下绝缘老化的机理和交流电压下的老化机理不相同。
2、由于XLPE绝缘介质的体积电阻率很高,达1017Ω?m以上,在直流电场作用下,容易产生和聚集空间电荷,使得XLPE介质中局部缺陷处的电场发生畸变,局部电场强度急剧增强至10倍以上,达到30kV/mm,远远超过电缆介质的击穿场强而导致介质局部击穿,形成介质树枝状不可逆早期劣化,甚至发生击穿故障。
3、XLPE电缆在直流电压下会产生“记忆”效应,存储积累单极性残余电荷。一旦有了由于直流耐压试验引起的单极性空间电荷,空间电荷受介质高电阻的限制不能在短时期内泄漏,在介质局部形成空间电荷附加电场。电缆如果在直流残余电荷未完全释放之前投入运行,由空间附加电场与外施工频电场叠加成为很高的局部电场时,使得电缆上的电压值远远超过其额定电压,严重时会发生电缆绝缘击穿。即使电缆在通过了直流耐压试验不发生击穿,也会引起绝缘的严重损伤,它将加速绝缘老化缩短使用寿命。这些现象在XLPE电力电缆直流耐压试验时经常发生,如直流耐压试验合格的电缆线路正常送电后不久就发生击穿故障。
4、XLPE电缆最致命的弱点是绝缘内易产生水树枝,空间电荷的附加电场效应加强了水树枝尖端处的电场而引发介质局部放电,释放大量高能带电粒子,不断地轰击水树枝端部和水树枝通道壁的介质分子链段,使得介质分子链段断链、降解,水树枝快速转变成为电树枝,加速了XLPE电力电缆绝缘性能早期劣化,以至于运行后在工频电压作用下形成击穿。而单纯的水树枝在交流工作电压下还能保持相当的耐压值,并能保持一段时间。
5、XLPE的半导体凸出处和污秽点等处容易产生空间电荷。但如果在试验时电缆终端头发生表面闪络或电缆附件击穿,会造成电缆芯线上产生波振荡,在已积聚空间电荷的地点,由于振荡电压极性迅速改变为异极性,使该处电场强度显著增大,可能损坏绝缘,造成多点击穿。
6、直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷,如在电缆附件内,绝缘若有机械损伤或应力锥放错等缺陷。在交流电压下绝缘最易发生击穿的地点,在直流电压下往往不能击穿。直流电压下绝缘击穿处往往发生在交流工作条件下绝缘平时不发生击穿的地点,因此直流耐压试验不能模拟高压交联电缆的运行工况。
7、若使用交流测试电压,当达到电压峰值时,无论是正极性还是负极性峰值时,待测绝缘体都承受最大压力。因此,如果决定选择使用直流电压测试,就必须确保直流测试电压是交流测试电压的√2倍,这样直流电压才可以与交流电压峰值等值。例如:1500V 交流电压,对于直流电压若要产生相同数量的电应力必须为 1500×1.414即2121V直流电压。因此,要加到相同的电压强度,所加的直流电压近似为交流电压的1.5倍。
8、交流耐压测试的优点在于,它可以检测所有的电压极性,这更接近与实际的实用情况。另外,由于交流电压不会对电容充电,因此大多数情况下,无需逐渐升压,直接输出相应的电压就可以得到稳定的电流值。并且,交流测试完成后,无需进行样品放电。直流耐压测试的不足在于它只能在一个方向施加测试电压,不能像交流测试那样可以在两个极性上施加电应力,而多数电子产品正是在交流电源下进行工作的。
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