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浅谈耐电痕架空绝缘电缆

发布时间: 2009-11-18    点击:   文章来源:中国电线电缆网   
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  • 浅谈耐电痕架空绝缘电缆 江苏亨通电力电缆有限公司王科好、王晓明 近十余年来,环境污染情况日益严重。尤其随着石油、化工、冶炼等工业的发展,气候反常天气在日渐增多,电气设备需要在严酷环境条件下使用的情况也越来越多。2007年由冰雪灾害引发的波及大半个中国的大面积停电事故,必将对电力规划设计乃至电线电缆设计制造产生重大影响。大幅度提高架空裸线和架空绝缘电缆的使用性能,尤其是恶劣环境下如潮湿污秽地区强电场状态下架空绝
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    浅谈耐电痕架空绝缘电缆

    江苏亨通电力电缆有限公司   王科好、 王晓明
         近十余年来,环境污染情况日益严重。尤其随着石油、化工、冶炼等工业的发展,气候反常天气在日渐增多,电气设备需要在严酷环境条件下使用的情况也越来越多。2007年由冰雪灾害引发的波及大半个中国的大面积停电事故,必将对电力规划设计乃至电线电缆设计制造产生重大影响。大幅度提高架空裸线和架空绝缘电缆的使用性能,尤其是恶劣环境下如潮湿污秽地区强电场状态下架空绝缘电缆品种的开发和应用,对于提高架空绝缘线路运行的可靠性具有重大的现实意义。国际上,美国在15kV至35kV的系统中已大量地采用耐电痕架空绝缘电缆。
    电缆的表面,如果长期附有(如盐雾、灰尘、油脂、化学污染等)污染物,在有水分存在的条件下,就会分解出离子导电质点,明显降低绝缘材料的表面电阻,在较强的表面轴向电场作用下会产生大的泄露电流。由于表面电阻率的不均匀,泄露电流能导致表面局部发热而使之干燥,形成干燥点或干燥带,即所谓“干区”。当这里的表面电场强度超过介质表面空气的击穿场强时,就立即有一个很小的游离放电区,可以观察到一次“闪烁”。出现我们所说的电晕放电。在恶劣的气象条件下(梅雨、大雾等),出现电晕的电压或电场强度还要降低,或者说在同样电压或电场强度下,电晕现象比好天气时更强烈。电晕最不利的是会引起电晕损耗,尤其是雨、雪、雾天电晕损耗比好天气时将成倍增加,造成电能的极大浪费。同时,电晕放电如果连续地发生,绝缘表面就持续地存在高温点或高温区。放电能够产生热和电的双重作用,热能够使绝缘分解;高能电子撞击绝缘材料的高分子链,使电介质的化学链裂解,在局部地方形成导电碳痕。随着时间的连续,电碳痕延伸,直到高压极同接地部分沟通,形成事故。因此,美国国家标准对电痕的定义为:由于电弧作用产生痕迹的过程。此电弧集有足够的能量,产生一条或几条痕迹,并使其发展。当痕迹伸展到跨越两个电极之间的距离时,就发生损坏。这种现象称为电痕。
       10kV架空绝缘电缆为防止在潮湿状况下产生电晕已有耐电痕要求,由于其绝缘材料(XLPE、HDPE)本身具有一定的耐电痕性,一般在轻度污染地区,只要能通过耐电痕试验问题并不突出。按照国标GB/T14049-2008标准,在10kV架空电缆的型式试验中应进行绝缘耐漏电痕迹试验,即在4kV电压下,经101次喷水后,表面应无烧焦,泄露电流应不超过0.5A。
       在潮湿污秽的强电场环境中,由于电位差比较大,更易在潮湿污秽的电缆的表面引起漏电流,漏电流所产生的热量使电缆表面部分潮湿地区蒸干,因漏电流在蒸干区的瞬间中断从而产生飞弧和强大的热量,逐渐积累的热量足以灼伤电缆的表面,形成细的、金属丝般的碳化线迹,当痕迹伸展到跨越两个电极之间的距离时,就发生损坏。可以看出,导致电痕产生的三个因素是电场、潮气(水)和污秽的表面。这种情况下对电缆护套材料的耐电痕性有较为苛刻的要求,即在施加实际使用拉力的90%张力情况下,在4kV电压下进行持续1000小时的耐电痕试验,电缆护套表面任一点的痕迹或蚀点不应超过护套厚度的50%。它需要有为此专门设计的配方体系,其中的关键即为耐电痕剂的使用、优越的物理机械性能、良好工艺加工性的平衡。
        不同的天然或合成橡塑材料,在电场和污染联合作用下的耐受性是不同的。耐电痕的原理主要表现在以下几个方面。
      (1)采用非极性的聚合物材料基料,如聚乙烯(PE),而不能使用极性较强的聚氯乙烯(PVC),这也是普通的聚乙烯护套料可以用于12kV以下的电场中的原因。
       (2)降低护套料内的碳黑的含量(一般低于2.6%),同时添加其它同类的抗紫外线添加剂,做到既能保证护套的耐环境应力开裂及抗紫外线老化的能力,又能提高护套的绝缘性能和抗电痕化的能力,但是由于架空电缆长期架设在户外,导电尘埃易附着其表面,而使护套表面的绝缘性能和抗电痕性能会受到影响。
       (3)在护套料内添加三水合氧化铝(ATH),电弧产生的热量会使ATH分解放出水蒸气,水蒸气带走了热量使护套表面温度降低而导致电痕化的中止,但ATH添加的份数也是有限的,添加过多会降低护套的机械性能。
       (4)采用XLPE来提高护套的耐温等级从而达到抗电痕的目的。
       (5)在非极性的聚合物基料内通过添加特殊的抗电痕的添加剂,使护套料具有极弱的极性来均匀表面的电场,从而提高护套的抗电痕性。
         应用于潮湿污秽的强电场环境中的耐电痕电缆是通过具有优越的物理机械性能的耐电痕剂的使用,良好的挤出工艺平衡性的控制,在非极性的聚合物基料内添加特殊的抗电痕的添加剂,使电缆外护套具有极弱的极性来均匀表面的电场,提高电缆护套的抗电痕性。
        需要注意的是,采用这种特殊的添加了添加剂的护套料,挤出温度必须合理、准确。由于加工温度范围较窄,如温度太高这种添加剂的抗电痕性会失效,如温度太低会因塑化不好而产生应力开裂,因此必须采用适当的加工温度。另由于这种护套料带有极性因而吸潮量也大大提高,它的吸潮量是普通聚乙烯的数倍,因此在挤塑前一定要充分干燥,而且挤塑时剪切力不要太大,否则护套表面会不光,同时还产生气孔及针眼等护层缺陷,直接影响电缆的耐电痕性能。
        目前,城市电网普遍采用普通型架空绝缘电缆和钢芯架空绝缘电缆两种类型,这两种类型的架空绝缘电缆导线由于其结构和安装条件,在潮湿污秽的强电场环境中,易产生电痕,从而使电缆的安全可靠性大为降低,使用寿命也大为降低。
        耐电痕架空绝缘电缆的应用,可解决传统架空绝缘电缆在潮湿污秽的强电场环境中易产生电痕而影响产品使用寿命的不足,有效保障潮湿污秽的强电场环境中架空线路的安全运行,大幅度延长电缆使用寿命。
       
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