一種交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法
【專利摘要】本發明公開了一種交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，包括如下步驟：選取交聯聚乙烯中壓電纜，拆下金屬屏蔽層；剝離電纜兩端的外半導體層，將剝離外半導體層后的電纜兩端作為預留沿面，剩余部分為電纜有效段；用針或鉆頭刺入電纜有效段的交聯聚乙烯電纜絕緣，制造缺陷，在電纜有效段的外半導體層上纏縛金屬屏蔽層；在金屬屏蔽層上連接引出線；用套管包覆電纜有效段，套管兩端分別做阻水處理，套管內填充鹽溶液，引出線伸出套管；將電纜線芯接地，引出線接高壓電源，即可對電纜進行老化。該方法試驗裝置簡單，電纜樣品易制，老化周期短，能夠有效地在交聯聚乙烯電纜的絕緣層產生外層水樹，更符合實際情況，具有更高的研究價值。
【專利說明】一種交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電纜檢測領域，更具體地，涉及一種交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法。
【背景技術】
[0002]采用交聯聚乙烯(XLPE)作為主絕緣的電力電纜具有優越的電氣性能，良好的耐熱性和機械性能，且敷設安裝方便。由于大部分電纜采用直埋形式或者管道敷設，電纜投入運行后，將受到電、機械、化學以及熱、光等因素的作用而發生老化，影響其壽命。XLPE電纜在運行過程中絕緣的水樹老化一直作為電纜自然老化故障中最主要的故障形式，影響電纜線路的安全穩定運行，所以XLPE電纜絕緣的水樹研究對于保障電力電纜安全穩定運行具有重要意義。
[0003]對于XLPE的水樹研究，主要停留在XLPE本身的樹化機理研究和電力電纜絕緣的在線、離線監測研究，現場實驗的復雜性和干擾源多等特性，對在線、離線的監測不利。因此，實驗室培養具有水樹的XLPE電纜樣品用于水樹老化研究很有必要。
[0004]中壓電力電纜必須經過中國電力科學院檢測中心的型式試驗才能進入國家電網公司電纜市場，該型式試驗依據的標準是DL/T1070-2007《中壓交聯電纜抗水樹性能鑒定試驗方法和要求》。該方法將經過熱循環預處理的電纜作為試樣，每根電纜試樣放在標稱內徑為75mm的聚乙烯或聚氯乙烯導管中，在試驗電壓下進行加速老化。在老化過程中，電纜試樣導體中的間隙和導管中都注滿自來水。電纜試樣還應通過感性電流的加熱方法進行負荷循環，試驗結束后對水樹進行檢查和計數。該方法存在以下缺點:(1)老化周期長，試樣必須經受在規定電壓下累計數月甚至更長時間的水樹老化過程；(2)實驗方法復雜繁瑣。
[0005]申請公布號為CN102628906A的專利申請文件中，將電纜切片放入特制的試驗杯中，電纜切片上方是盛放鹽溶液(9g/L)用的空腔，空腔上部有絕緣蓋，絕緣蓋中間穿過導電電極，電纜切片下方是導電電極和絕緣底座。試驗時，在絕緣蓋上的導電電極和底座上的導電電極上施加IOkV的工頻電壓。試驗結束后對水樹進行檢查和計數。該方法存在以下缺陷:(I)對電極要求高，電極表面必須與切片結合完好(截面通常需滿足Rogowski切面)，否則會出現電場畸變點和局部放電。(2)裝置復雜，需要根據不同電纜截面定制試驗裝置。(3)只能制作有水樹的切片，而無法為實驗室研究電力電纜檢測診斷系統提供試驗樣品。(4)在Imm厚的電纜樣品上施加10000V電壓，易導致電纜樣品直接擊穿。(5)主要產生領結型水樹。根據交聯聚乙烯電力電纜運行故障統計，中壓電力電纜大多數產生的是由半導體層發展而來的外層水樹，雖然伴隨有領結型水樹的產生，但是研究外層水樹更復合實際情況，具有更高的研究價值。

【發明內容】

[0006]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，該方法試驗裝置簡單，電纜樣品易制，老化周期短，能夠有效地在交聯聚乙烯電纜的絕緣層產生外層水樹，更符合實際情況，具有更高的研究價值。
[0007]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，其特征在于，包括如下步驟:(I)選取交聯聚乙烯中壓電纜，拆下金屬屏蔽層；(2)剝離電纜兩端的外半導體層，將剝離外半導體層后的電纜兩端作為預留沿面，剩余部分為電纜有效段；(3)用針或鉆頭刺入電纜有效段的交聯聚乙烯電纜絕緣，制造缺陷，在電纜有效段的外半導體層上纏縛金屬屏蔽層；(4)在金屬屏蔽層上連接引出線；(5)用套管包覆電纜有效段，套管兩端分別做阻水處理，套管內填充鹽溶液，引出線伸出套管；(6)將電纜線芯接地，引出線接高壓電源，即可對電纜進行老化。
[0008]優選地，所述步驟(3)中，針尖或鉆頭頂部的曲率半徑小于500微米。
[0009]優選地，所述步驟(3)中，在外半導體層和電纜有效段的交聯聚乙烯電纜絕緣上形成均勻分布的孔洞。
[0010]優選地，所述步驟(5 )進一步包括如下步驟:(5-1)用生膠帶纏縛預留沿面靠近電纜有效段的部分，同時將引出線纏縛在預留沿面上，引出線的自由端有足夠長度裸露在外；(5-2)用套管包覆電纜，長度覆蓋電纜有效段和至少部分生膠帶纏縛段，用管箍固定套管無引出線的一端，從套管有引出線的一端加入鹽溶液，同時檢查套管無引出線的一端是否漏液，如漏液則需進一步加固管箍至停止漏液，加滿鹽溶液后，用管箍固定套管有引出線的一端，直至沒有液體滲出。
[0011 ] 優選地，所述套管為熱縮套管，在管箍固定熱縮套管的兩端前，均勻加熱熱縮套管使熱縮套管收縮包裹生膠帶。
[0012]優選地，所述步驟(6)中，高壓電源的電壓頻率為IkHz-1OkHz，電壓取合適的值，使交聯聚乙烯電纜絕緣的場強至少為5kV?s/mm。
[0013]優選地，所述鹽 溶液為濃度為0.lmol/L的NaCl溶液。
[0014]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果:
[0015](I)試驗適用的XLPE中壓電纜型號較多，試驗樣品簡單易制，不需要復雜的裝置和預處理工序。
[0016](2)試驗裝置簡單，對不同尺寸的電纜，無需專門定制實驗裝置，試驗回路只需簡單的清潔維護。
[0017](3)老化環境為常溫，對環境溫度要求不高，試驗過程無明顯發熱點，適用于長期老化。試驗周期短，在5kHz、IOkVniis的電壓下老化100小時就可以有效產生水樹。
[0018](4)量化老化電壓、頻率和老化時間，可以有效地控制試驗和制定試驗周期。
[0019](5)試驗樣品在老化試驗后依然是結構完整的XLPE電力電纜，可以為實驗室研究電力電纜檢測診斷系統提供試驗樣品。
[0020](6)生成從外半導體層向絕緣層發展的水樹，更符合實際情況，具有更高的研究價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發明的交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法流程圖；
[0022]圖2是使用圖1所示方法制得的XLPE電纜樣品結構示意圖；[0023]圖3是圖1所示方法的試驗回路結構示意圖；
[0024]圖4是本發明實施例的交聯聚乙烯中壓電纜老化后的水樹顯微鏡圖。
[0025]圖2中:1-電纜線芯，2-內半導體層，3-XLPE電纜絕緣，4_外半導體層，5_金屬屏蔽層，6-鹽溶液，7-套管，8-管箍，9-引出線。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0027]如圖1所示，本發明的交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法包括如下步驟:
[0028](I)制作XLPE中壓電纜樣品，進一步包括如下步驟:
[0029](1-1)選取XLPE中壓電纜，拆下金屬屏蔽層。
[0030](1-2)剝離電纜兩端的外半導體層，將剝離外半導體層后的電纜兩端作為預留沿面，剩余部分為電纜有效段。
[0031]具體地，可用電吹風加熱軟化外半導體層后剝離，也可直接剝離。
[0032](1-3)用針或鉆頭刺入電纜有效段的XLPE電纜絕緣，制造缺陷，將拆下的金屬屏蔽層纏縛在電纜有效段的外半導體層上，保持纏縛緊致，用絕緣生膠帶或者尼龍扎帶固定。
[0033]具體地，針尖或鉆頭頂部的曲率半徑小于500微米。
[0034]具體地，在外半導體層和電纜有效段的XLPE電纜絕緣上形成均勻分布的孔洞。
[0035](1-4)在金屬屏蔽層上連接引出線。
[0036](1-5)用套管包覆電纜有效段，套管兩端分別做阻水處理，套管內填充鹽溶液，弓丨出線伸出套管。鹽溶液的導電性高于水，離子在電場作用下的擴散更快。
[0037]具體地,步驟(1-5)進一步包括如下步驟:
[0038](1-5-1)用生膠帶纏縛預留沿面靠近電纜有效段的部分，同時將引出線纏縛在預留沿面上，引出線的自由端有足夠長度裸露在外。
[0039](1-5-2)用套管包覆電纜，長度覆蓋電纜有效段和至少部分生膠帶纏縛段，用管箍固定套管無引出線的一端，從套管有引出線的一端加入鹽溶液，同時檢查套管無引出線的一端是否漏液，如漏液則需進一步加固管箍至停止漏液，加滿鹽溶液后，用管箍固定套管有引出線的一端，直至沒有液體滲出，套管兩端管箍固定的位置均落在生膠帶纏縛段。
[0040]具體地，纏縛段的表面應盡量平滑，有利于管箍固定套管阻水，同時防止管箍固定套管時損壞引出線。
[0041]具體地，套管為熱縮套管，在管箍固定熱縮套管的兩端前，均勻加熱熱縮套管使熱縮套管收縮包裹生膠帶。
[0042]具體地，鹽溶液為NaCl溶液，濃度為0.lmol/L時可有效促進水樹的生長。
[0043]用上述方法制得的XLPE電纜樣品如圖2所示。樣品兩端為預留沿面，包括電纜線芯1，包覆電纜線芯I的內半導體層2和包覆內半導體層2的XLPE電纜絕緣3。樣品兩端預留沿面間的部分為電纜有效段，包括電纜線芯1，包覆電纜線芯I的內半導體層2，包覆內半導體層2的XLPE電纜絕緣3，包覆XLPE電纜絕緣3的外半導體層4和包覆外半導體層4的金屬屏蔽層5。XLPE電纜絕緣3和外半導體層4上有孔洞缺陷，金屬屏蔽層5連接引出線9。套管7包覆電纜有效段，兩端用管箍8固定，套管7中裝滿鹽溶液6，引出線9伸出套管7。
[0044](2)將(I)中制得的樣品的電纜線芯接地，引出線接高壓電源，電源電壓頻率為IkHz-1OkHz,電源電壓取合適的值，使XLPE電纜絕緣的場強至少為5kVMS/mm，因為XLPE電纜絕緣的起樹場強為5kV?s/mm。
[0045]具體地，管箍為金屬時，將管箍與引出線連接，防止懸浮電位的產生。
[0046]具體地，開始試驗前，用酒精擦拭樣品高壓端附近的沿面，保持高壓端附近潔凈。
[0047]具體地，根據XLPE電纜絕緣的厚度及其上孔洞的深度確定電源電壓。例如，電纜絕緣厚度為4.5mm，孔洞深度為2.5mm,電源電壓至少為10kV.。
[0048]試驗回路如圖3所示，主要包括調壓器、高頻高壓電源、試驗電纜樣品、高壓探頭、示波器和隔離變壓器。由調壓器輸入高頻電壓，高頻高壓電源輸出高頻高壓電壓，施加在電纜樣品上，電纜樣品可多根并聯同時進行老化。高壓探頭與電纜樣品并聯，用于采集樣品上施加的電壓幅值和頻率，并在示波器上顯示出來，對電纜樣品上施加的電壓進行實時監控。隔離變壓器用于給示波器供電。由于長時間試驗，電源損耗主要是電暈損耗，電源高壓輸出端及接線、電纜樣品預留沿面處容易吸附灰塵，需經常用無水酒精擦拭，防止污染。
[0049]選取IOkV的XLPE電纜，用上述方法制作XLPE電纜樣品，在5kHz、IOkVnns的電壓下老化100小時后，對電纜樣品切片，并按照CIGRE亞甲基藍標準染色程序對樣品切片進行染色后，在光學顯微鏡下放大100倍，可以看到明顯的水樹，如圖4所示。
[0050]本發明的交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法試驗裝置簡單，試驗樣品簡單易制，試驗周期短，生成從外半導體層向絕緣層發展的水樹，更符合實際情況，試驗樣品在老化試驗后依然是結構完整的XLPE電力電纜，可以為實驗室研究電力電纜檢測診斷系統提供試驗樣品，本發明的老化方法還可以加快對電纜絕緣性能的檢測，有效縮短電纜絕緣性能檢測的周期。
[0051]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)選取交聯聚乙烯中壓電纜，拆下金屬屏蔽層； (2)剝離電纜兩端的外半導體層，將剝離外半導體層后的電纜兩端作為預留沿面，剩余部分為電纜有效段； (3)用針或鉆頭刺入電纜有效段的交聯聚乙烯電纜絕緣，制造缺陷，在電纜有效段的外半導體層上纏縛金屬屏蔽層； (4)在金屬屏蔽層上連接引出線； (5)用套管包覆電纜有效段，套管兩端分別做阻水處理，套管內填充鹽溶液，引出線伸出套管； (6)將電纜線芯接地，引出線接高壓電源，即可對電纜進行老化。
2.如權利要求1所述的交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，其特征在于，所述步驟(3)中，針尖或鉆頭頂部的曲率半徑小于500微米。
3.如權利要求1或2所述的交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，其特征在于，所述步驟(3)中，在外半導體層和電纜有效段的交聯聚乙烯電纜絕緣上形成均勻分布的孔洞。
4.如權利要求1所述的交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，其特征在于，所述步驟(5)進一步包括如下步驟: (5-1)用生膠帶纏縛預留沿面靠近電纜有效段的部分，同時將引出線纏縛在預留沿面上，引出線的自由端有足夠長度裸露在外； (5-2)用套管包覆電纜，長度覆蓋電纜有效段和至少部分生膠帶纏縛段，用管箍固定套管無引出線的一端，從套管有引出線的一端加入鹽溶液，同時檢查套管無引出線的一端是否漏液，如漏液則需進一步加固管箍至停止漏液，加滿鹽溶液后，用管箍固定套管有引出線的一端，直至沒有液體滲出。
5.如權利要求4所述的交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，其特征在于，所述套管為熱縮套管，在管箍固定熱縮套管的兩端前，均勻加熱熱縮套管使熱縮套管收縮包裹生膠帶。
6.如權利要求1所述的交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，其特征在于，所述步驟(6)中，高壓電源的電壓頻率為IkHz-1OkHz,電壓取合適的值，使交聯聚乙烯電纜絕緣的場強至少為SkVniisAm^
7.如權利要求1至6中任一項所述的交聯聚乙烯中壓電纜水樹加速老化方法，其特征在于，所述鹽溶液為濃度為0.lmol/L的NaCl溶液。
【文檔編號】G01R31/20GK103472371SQ201310366042
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】李化, 黃澤琦, 吳小剛, 葉剛, 林福昌 申請人:華中科技大學