塑料電纜的樹枝放電的形成

01塑料絕緣電力電纜運(yùn)行的可靠性，除絕緣材料本身特性不良外，其決定因素就是電纜絕緣結(jié)構(gòu)的完善程度。在電纜絕緣層中惡化的電場(chǎng)將導(dǎo)致場(chǎng)致發(fā)射，引發(fā)電樹枝、水樹枝，Z終使電纜絕緣層擊穿。塑料電力電纜的運(yùn)行壽命與其絕緣中樹枝老化的現(xiàn)象密切相關(guān)，這是在20世界60年代和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。

02樹枝老化簡(jiǎn)介
    有機(jī)材料的樹枝化是由于材料內(nèi)部細(xì)微開裂造成的，開裂的細(xì)小通道如同冬天無樹葉的樹枝狀——有枝干、分枝、枝芽。“樹枝”就是這種中空開裂現(xiàn)象的統(tǒng)稱。實(shí)際上，它的形狀已大大地超越了“樹枝”的概念。
    塑料電纜的樹枝化放電現(xiàn)象也是固體介質(zhì)擊穿前漫長(zhǎng)的先導(dǎo)擊穿過程，在引發(fā)樹枝萌芽之前已有漫長(zhǎng)的誘導(dǎo)（誘發(fā)）期。樹枝引發(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）過程，Z后導(dǎo)致固體介質(zhì)擊穿（電老化擊穿）。樹枝放電通常指樹枝的發(fā)生、發(fā)展的全過程，也有特指管道細(xì)微開裂中的氣體的局部放電。
    各種有機(jī)材料中，管道細(xì)微開裂的引發(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；或者無任何裂紋存在，只是*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)過程。從高場(chǎng)強(qiáng)處、氣隙、含水的空洞、雜質(zhì)等處引發(fā)樹枝核心后，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枝。這些樹枝延伸發(fā)展到場(chǎng)強(qiáng)所至的對(duì)極（整個(gè)絕緣厚度），Z后發(fā)生整體擊穿。從引發(fā)樹枝萌芽，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。

03樹枝放電的形成
    樹枝放電的引發(fā)和發(fā)展過程可分為以下四個(gè)階段：
   （1）引發(fā)期：又稱潛伏期或誘導(dǎo)期，它的長(zhǎng)短表征樹枝發(fā)生的難易程度。這是抑制樹枝的主要階段。
   （2）成長(zhǎng)期：又稱發(fā)展期，它表明樹枝引發(fā)后的成長(zhǎng)速度。耐樹枝發(fā)展特性好的材料，樹枝發(fā)展慢，即成長(zhǎng)期長(zhǎng)。
   （3）飽和期：當(dāng)樹枝發(fā)展到一定長(zhǎng)度后，樹枝停止發(fā)展，這段時(shí)間稱為飽和期。飽和期的存在是由于樹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)生大量的氣體。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，樹枝發(fā)展就可能停止。設(shè)法延長(zhǎng)飽和期，是抑制樹枝的另一重要方法。
   （4）間隙擊穿前期：經(jīng)過飽和期以后，氣隙或樹枝管道中因放電分解出的氣體逐漸通過材料本身滲透、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，因而樹枝又迅速發(fā)展。

04樹枝放電的分類與特點(diǎn)
    在實(shí)際中存在的多種樹枝放電形式可分為三大類：即電樹枝、水樹枝和化學(xué)樹枝。
   （1）電樹枝。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)電樹枝，電樹枝往往在高場(chǎng)強(qiáng)集中的微裂紋轉(zhuǎn)變?yōu)榱芽p或開裂處形成樹枝萌芽，樹枝管道連續(xù)、內(nèi)空，有的材料樹枝管道壁上附有炭粒。通常在長(zhǎng)而細(xì)的電樹枝管道中伴隨著局部放電
   （2）水樹枝。引發(fā)樹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容易引發(fā)水樹枝。水樹枝是在電場(chǎng)和水分同時(shí)存在的條件下產(chǎn)生的。但是，水樹枝在比電樹枝低得多的場(chǎng)強(qiáng)情況下就能引發(fā)。水樹枝中沒有局部放電現(xiàn)象。           水樹枝的種類也很多，對(duì)電纜的危害也很大。但是，水樹枝具有消失和重現(xiàn)的特點(diǎn)。有的水樹枝受熱、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)水樹枝，而濕法制造的交聯(lián)聚乙烯電纜中卻常常見到水樹枝。
    XLPE絕緣電力電纜本體在制造過程中不可避免地存在微觀制造質(zhì)量缺陷，如微孔、雜質(zhì)，以及電力電纜在運(yùn)輸、敷設(shè)、安裝和運(yùn)行過程中諸如主絕緣和外護(hù)套機(jī)械應(yīng)力損傷、終端和中間接頭安裝質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境條件和員工技術(shù)素質(zhì)控制等不利因素影響，隨著水分緩慢地侵入（吸附、擴(kuò)散和遷移），電纜XLPE介質(zhì)在電場(chǎng)、水分和雜質(zhì)等絕緣缺陷的協(xié)同作用下，逐步產(chǎn)生樹枝狀早期劣化。當(dāng)樹枝狀劣化貫穿介質(zhì)或轉(zhuǎn)變成為電樹枝，Z終將導(dǎo)致電力電纜線路的電纜本體或電纜附件發(fā)生試驗(yàn)擊穿或運(yùn)行擊穿故障。
    據(jù)取樣分析，50例電纜試樣中，質(zhì)量良好的電纜試樣8例，約占試樣總數(shù)的16%；質(zhì)量合格的電纜試樣16例，約占試樣總數(shù)的32%；質(zhì)量不合格的電纜試樣26例，約占試樣總數(shù)的52%。在質(zhì)量不合格的電纜試樣中，偏心度不合格的電纜試樣15例，約占質(zhì)量不合格的電纜試樣總數(shù)的57.69%；雜質(zhì)含量不合格的電纜試樣總數(shù)的19.23%，偏心度和雜質(zhì)含量均不合格的電纜試樣6例，約占質(zhì)量不合格的電纜試樣總數(shù)的23.08%。

05樹枝生成的條件
    運(yùn)行中產(chǎn)生樹枝的電纜經(jīng)過實(shí)際解剖和實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的樹枝圖像都證明了樹枝產(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、缺陷和節(jié)疤，以及邊角的雜質(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）水分的存在是水樹枝生成的引發(fā)劑。
    以上條件，只要具備其一，電纜中就會(huì)不同程度地產(chǎn)生樹枝。