物理因子對(duì)電纜絕緣性能的影響

1.油浸紙絕緣擊穿機(jī)理  

油浸紙絕緣電纜的外面有鉛包或鋁包金屬護(hù)套，浸漬劑的體積膨脹系數(shù)為鉛或鋁金屬固體材料的十幾倍。隨著電纜運(yùn)行溫度上升時(shí)，電纜各組成部分發(fā)生熱膨脹。由于浸漬劑的膨脹系數(shù)較大，金屬護(hù)套必然受到浸漬劑的膨脹壓力而脹大，而當(dāng)電纜溫度下降時(shí)，浸漬劑會(huì)收縮，由于金屬護(hù)套的塑性變形不可逆變，因此在金屬護(hù)套內(nèi)部的絕緣層中就會(huì)形成氣隙。氣隙一般分布在絕緣層的內(nèi)層、靠近線芯表面，因?yàn)樵陔娎|冷卻時(shí)，熱量首先從電纜絕緣最外層散出，這時(shí)絕緣內(nèi)層溫度相對(duì)較高，黏度較低的浸漬劑向外層流動(dòng)來補(bǔ)償外層浸漬劑的體積收縮，因此在絕緣外層形成氣隙的可能性較小。當(dāng)絕緣內(nèi)層也開始冷卻時(shí)，此時(shí)浸漬劑的黏度已經(jīng)較高，流動(dòng)性減小，浸漬劑由于體積收縮而得到補(bǔ)償?shù)臋C(jī)會(huì)也越小，越往線芯方向，則這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。所以說越靠近線芯形成氣隙的可能性越大，而最終形成的氣隙量也最大。  

2.交聯(lián)聚乙烯絕緣擊穿機(jī)理  

經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究和數(shù)十年交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的運(yùn)行，都已經(jīng)證明樹枝老化是導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯絕緣發(fā)生擊穿的主要原因。樹枝可以分為三種類型。  

（1）水樹枝。這是交聯(lián)聚乙烯絕緣最常見也是最多的一種樹枝現(xiàn)象，它是在交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜進(jìn)水受潮的情況下，由于電場(chǎng)和溫度的作用而使絕緣內(nèi)形成樹枝狀老化現(xiàn)象。水樹枝現(xiàn)象在較低的電場(chǎng)作用下即可發(fā)生，其特點(diǎn)為樹枝內(nèi)凝聚有水分，樹枝密集而且大多不連續(xù)。電場(chǎng)使水分不斷遷移，樹枝不斷生長，最終導(dǎo)致電纜擊穿。  

（2）電樹枝。存在于導(dǎo)體表面的毛刺和突起、絕緣層中的雜質(zhì)等形成絕緣層中電場(chǎng)分布畸變，場(chǎng)強(qiáng)高度集中引發(fā)局部放電，導(dǎo)致絕緣成樹枝狀老化現(xiàn)象。其特點(diǎn)為樹枝內(nèi)無水分，樹枝連續(xù)和清晰。電樹枝導(dǎo)致電纜擊穿要比水樹枝快得多。  

（3）電化樹枝。交聯(lián)聚乙烯電纜在長期運(yùn)行過程中，周圍的化學(xué)溶液滲入電纜內(nèi)部，與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并形成有腐蝕性的硫化物，最終在電場(chǎng)作用下伸入絕緣內(nèi)而形成電化樹枝。這種樹枝與水樹枝一樣可以在較低的場(chǎng)強(qiáng)下產(chǎn)生。其特點(diǎn)為樹枝呈棕褐色，分支少且較粗。  

3.溫度對(duì)絕緣性能的影響  

一般隨著溫度升高，電纜絕緣材料性能，如絕緣電阻、擊穿場(chǎng)強(qiáng)等，均呈明顯下降趨勢(shì)。為防止電纜絕緣加速老化或發(fā)生熱擊穿，電纜的運(yùn)行溫度必須控制在絕緣材料所允許的最高工作溫度以下。  

4.水分對(duì)絕緣性能的影響  

電纜絕緣中含有水分，無論是油紙絕緣還是擠包絕緣，都會(huì)對(duì)絕緣性能產(chǎn)生不良影響。水分會(huì)使油紙絕緣的電氣性能明顯降低。含水率大，會(huì)使油紙絕緣擊穿電壓下降，會(huì)使電纜紙損耗角正切值增大，體積電阻率下降。電纜紙含水，其機(jī)械性能也有明顯變化，抗拉斷強(qiáng)度下降。水分的存在，還可使銅導(dǎo)體對(duì)電纜油的催化活性提高，從而加速絕緣油老化過程的氧化反應(yīng)。  

擠包絕緣中如果滲入了水分，在電場(chǎng)作用下會(huì)引發(fā)樹枝狀物質(zhì)——水樹枝。水樹枝逐漸向絕緣內(nèi)部伸展，導(dǎo)致擠包絕緣加速老化直至擊穿。當(dāng)導(dǎo)體表面含有水分時(shí)，由于溫度較高的緣故，由此引發(fā)的水樹枝對(duì)擠包絕緣產(chǎn)生的加速老化過程要更快些。  

5.氣隙、雜質(zhì)的影響  

如果電纜絕緣中含有氣隙，由于氣隙的相對(duì)介電常數(shù)遠(yuǎn)小于電纜絕緣的相對(duì)介電常數(shù)，在工頻電場(chǎng)的作用之下，氣隙承受的電壓降要遠(yuǎn)大于附近絕緣中的電壓降，即承受較大的電場(chǎng)強(qiáng)度，而氣隙的擊穿強(qiáng)度比電纜絕緣的擊穿強(qiáng)度小很多，就會(huì)造成氣隙的擊穿，也就是局部放電，隨著氣隙的多次擊穿，氣隙會(huì)不斷擴(kuò)大，放電量逐漸增加，直至發(fā)生電擊穿或熱擊穿而損壞電纜。  

雜質(zhì)的擊穿強(qiáng)度比絕緣的擊穿強(qiáng)度小得多，如果電纜中含有微量的雜質(zhì)，在電場(chǎng)的作用下，雜質(zhì)首先發(fā)生擊穿，隨著雜質(zhì)的炭化和氣化，會(huì)在絕緣中生成氣隙，引發(fā)局部放電，最終導(dǎo)致電纜損壞。如果電纜中含有大量的雜質(zhì)，在電場(chǎng)的作用下會(huì)直接導(dǎo)致電擊穿而損壞電纜。