摘要：交联聚乙烯电缆以其结构合理、工艺精良以及电气性能优良等优点，在国内外被越来越广泛使用。但是，近年来的运行和研究表明，交联电缆的绝缘材料在运行中易产生树枝性放电，造成绝缘老化、损伤，危及电缆安全运行。充分认识交联电缆的绝缘特性，对保障设备乃至系统的安全运行具有十分重要的意义。交流耐压试验由于试验状况接近电缆的运行工况，耐压电压值较低。适当加长耐压时间，更能反映电缆绝缘的状况以及发现绝缘中的缺陷。因此，交联聚乙烯电缆宜采用交流耐压试验进行电缆高压检测。
关键词：交联聚乙烯电缆；特性；耐压试验；直流；交流
一、交联聚乙烯电力电缆的特性
交联聚乙烯（XLPE）属于固体绝缘，它是由聚乙烯(PE)加入交联剂挤出成形后，经过化学或物理方法交联成交联聚乙烯。聚乙烯绝缘虽然具有优良的电气性能，但属于热塑性材料，即有热可塑性，当电缆通过较大的电流时，绝缘就会熔融变形，这是由聚乙烯的分子结构所决定的。聚乙烯的分子结构是呈直链状，而交联聚乙烯是聚乙烯分子间交联形成网状结构，从而改善了聚乙烯的耐热变形性能、耐老化性能和机械性能。
交联聚乙烯电缆与油纸电缆相比，具有结构简单，制造周期短，工作温度高，无油，敷设高差不限，运行可靠，质量轻，安装、维护简单和输电损耗小等优点。由于耐热性和机械性能好，传输容量大，不仅适用于中低压，而且还可以应用到高压和超高压系统中。
二、交联聚乙烯电缆采用直流耐压试验具有明显的缺陷
传统的电缆现场高压试验采用直流耐压，主要是由于电力电缆具有很大的电容，现场采用大容量的试验电源不现实，所以改为直流耐压试验，以最大程度减小试验电源的容量。直流耐压试验一般都采用半波整流电路，由于电缆电容量较大，故不用加装滤波电容。对于35千伏以上的电缆，试验电源采用倍压整流方式。试验中测量泄漏电流的微安表可接在低电位端，也可接在高电位端。
通常直流试验所带来的破坏也比交流试验小得多（如交流试验因局部放电、极化等所引起的损耗比直流时大）。直流试验没有交流试验真实、严格，串联介质在交流试验中场强分布与其介电常数成反比，而施加直流时却与其电导率成反比，因此在直流耐压试验时，一是适当提高试验电压，二是延长外施电压的时间。正常的电缆绝缘在直流电压作用下的耐电强度约为400至600kV/cm，比交流作用下约大一倍左右，所以直流试验电压大致为交流试验电压的两倍，试验时间一般选为5至10min。一般电缆缺陷在直流耐压试验持续的5min内都能暴露出来。但由于交联聚乙烯电缆绝缘性能十分特殊，进行直流耐压试验就可能不再是十分明智的选择。曾经发生多次按标准进行直流耐压试验合格，而正常运行不久就发生击穿故障的案例。经分析，主要原因如下：
2.1交联聚乙烯电缆结构具有一种“记忆”效应，这种“记忆性”是在直流电压作用下产生的。一旦电缆有了由于直流试验而引起的“记忆性”，它就需要很长时间才能将这种直流偏压释放，在此之前如果电缆投入运行，直流偏压便会叠加在交流电压上，使得电缆上的电压值远超过电缆的额定电压，从而导致电缆绝缘击穿。
2.2直流耐压不能有效地发现交流电压作用下的某些电缆缺陷。实践表明，一些直流耐压试验合格的电缆，投入运行后，在正常的交流工作电压作用下也会发生绝缘损坏。
2.3交联聚乙烯电缆在运行中，在主绝缘交联聚乙烯中逐步形成水树枝、电树枝，这种树枝化老化过程，伴随着整流效应。由于有整流效应的存在，致使在直流耐压试验过程中，在水树枝或电树枝端头积聚的电荷难以消散，并在电缆运行过程中加剧树枝化的进程。
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2.4由于XLPE绝缘电阻很高，以致在直流耐压时所注入的电子不易散逸，它引起电缆中原有的电场发生畸变，因而更易被击穿。
2.5由于直流电压分布与实际运行电压不同，直流试验合格的电缆，投入运行后，在正常工作电压作用下也会发生绝缘故障。
三、交联聚乙烯电缆宜采用工频交流法进行耐压试验
对橡塑电缆绝缘施加50Hz正弦波形电压作耐压试验，是最理想的试验方法。因为试验电压与运行工作电压性质相同，在机理上有完全充分的代表性，而且50Hz电压下电缆绝缘的各项特性和技术数据已被充分了解和掌握。近年来，随着高电压试验技术的发展，采用谐振法原理，已经研制出了便于移动和试验电源容量较小的试验设备，在现场试验中等长度的电缆，采用此试验方法简单有效，试验设备可靠，使用简便，适合现场应用。采用这种方法，可以得出满意的检测结果，从而有效提升电力电缆运行的可靠性。
对交联聚乙烯电缆采用工频交流法进行试验，试验过程中需重点注意以下事项。
3.1试验过程中要防止过电压的产生。工频耐压试验时，电压若不是由零逐渐升压，而是在试验变压器初级绕组上突加电压，这时将由于励磁涌流而在试品上出现过电压。若在试验过程中突然将电源切断，对于小电容量试品，会由于自感电势而引起过电压。上述二种情况，都有可能造成被试品误击穿。因此，进行工频耐压试验时，应严格按照试验操作规程。
3.2由于工频耐压试验是一种破坏性试验，试验所采用的试验电压往往比运行电压高得多，过高的电压会使绝缘介质损失增大、发热、放电，会加速绝缘缺陷的发展，故在对设备进行工频耐压试验时应根据绝缘介质的不同及设备的运行状况的不同，按照有关规程及试验标准选取相应的试验电压。
3.3耐压试验过程中，升压应当从零开始，禁止在30%试验电压以上冲击合闸。当试验电压升到40%以上时，应均匀升压，升压速度为每秒3%试验电压左右。升压过程中应监视电流的变化，当保护动作后，应查明原因，消除后再进行试验。
3.4工频耐压试验中，加至试验标准电压后，为了便于观察被试品的情况，同时也为了使已经开始击穿的缺陷及时暴露出来，要求持续1min的耐压时间。耐压时间不应过长，以免引起不必要的绝缘损伤，甚至使本来合格的绝缘发生热击穿。耐压时间一到，应速将电压降至输出电压的25%以下，再切断电源，严禁在试验电压下切断电源，否则可能产生使试品放电或击穿的操作过电压。
3.5在试验过程中，若由于空气的湿度、设备表面脏污等影响，引起试品表面闪络放电或空气击穿，应不能认为不合格，应处理后再试验。
四、结束语
直流耐压试验不能有效地发现高压交联聚乙烯主绝缘电缆的缺陷，在直流电压下，由于温度和电场强度的变化，交联聚乙烯绝缘层的电阻系数会随之发生变化，绝缘层各处电场强度分布因温度不同而各异，在同样厚度下的绝缘层，因为温度升高而击穿水平降低，由于高压交联聚乙烯绝缘层厚，因此不宜用于直流试验测试；交流耐压试验是检验交联电缆绝缘质量的有效手段。准确有效的掌握电缆各部位的运行状况有利于提高电缆的安全运行，减少运行中的电缆出现故障的次数。
参考文献
[1]曹佳滨.交联聚乙烯电缆现场耐压试验的特点分析[J].绝缘材料2008,(3).
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[3]陈斌,霍光.交联电缆耐压试验方法的探讨[J].电气应用,2010（14）.
论文作者:陈长金
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/2
标签：耐压论文; 电缆论文; 交联论文; 电压论文; 聚乙烯论文; 过电压论文; 树枝论文; 《电力设备》2019年第15期论文;