電線電纜絕緣材料燃燒及熱老化研究進展

鄭建強 倪世博 王超

摘要：電線電纜是不可缺少的電力設備與材料，絕緣則是其基本性能，指的主要是兩導體之間的絕緣材料，一旦發(fā)生絕緣故障，將給人們的人身財產(chǎn)安全乃至整個社會的安全穩(wěn)定帶來巨大隱患。當出現(xiàn)這類問題時，需要及時對絕緣老化現(xiàn)象進行顯微觀察，并降低危險系數(shù)?；诖?，本文就電線電纜絕緣材料燃燒及熱老化進行有效分析。

關鍵詞：電線電纜;絕緣材料;燃燒及熱老化

一、電線電纜絕緣材料熱老化概述

熱老化是材料老化的基本形式，長期受熱后，一些絕緣材料的抗彎和抗張強度均會顯著降低，當受到機械作用后很容易損壞而導致絕緣擊穿。水份能和其他污物一起組成弱電介質，生成離子，增大電導及介質損耗，使絕緣材料進一步發(fā)熱，加速了熱老化的進程。另外，局部放電、光照、輻射等都是影響絕緣老化的因素。絕緣老化意味著絕緣材料的使用壽命已經(jīng)到期，如果繼續(xù)使用將有發(fā)生漏電、短路等事故的危險。

二、電線電纜絕緣材料的重要性

在電線電纜企業(yè)的實際生產(chǎn)過程當中，由于電線電纜絕緣材料以及護套材料在整個材料的總成本不到20%，因此很多電線電纜企業(yè)往往都忽視了絕緣材料以及護套材料的重要性，那么質量也極其容易被忽視，從而便導致了在供應商的選擇上，材料型號的選擇以及檢驗標準方面存在著很大的漏洞。實際上，絕緣材料以及護套材料質量決定了電線電纜的絕緣性能，耐環(huán)境條件性能以及抗老化性能。因此，在電信電纜的產(chǎn)品檢驗標準中，70%的檢驗應在電線電纜絕緣材料以及護套材料的質量檢驗相關。而絕緣材料以及護套材料的質量不易控制。電線電纜絕緣材料以及護套材料的檢驗需要用專門的設備來進行，而樣品的制備過程也相當復雜，而且部分的性能測試檢驗長達十天左右。因此，絕緣材料以及護套材料的質量問題不易控制。而實際上若是能夠做好成品的檢驗以及供應商的管理工作后，絕緣材料以及護套材料的質量問題是可以得到有效的控制的。所以有效的提高絕緣材料以及護套材料的質量問題是提高電線電纜質量的重要基礎。

三、電線電纜絕緣材料燃燒及熱老化表現(xiàn)形式

3.1電樹枝

研究發(fā)現(xiàn)，在固體絕緣材料的高壓擊穿試驗后，可以觀察到類似樹枝或者樹根一樣的擊穿痕跡。在高電壓工程學上，這種樹枝狀的絕緣擊穿部分稱為“樹枝”，其發(fā)生、發(fā)展的現(xiàn)象叫做“樹枝形成”。這種樹枝是由電場的作用導致?lián)舸┧拢杂直环Q為“電樹枝”電樹枝產(chǎn)生的原因和電老化的原因一樣有多種理論，但是尚無定論。其中有本征破壞說、離子碰撞說、龜裂發(fā)生說以及機械破壞說等等。現(xiàn)在實驗室制造電樹枝的方法是通過在插入絕緣材料內(nèi)部的細針施加高壓，這在一定程度上說明電樹枝的形成和絕緣材料不均勻引起的電極效應有關電樹枝形成后會不斷發(fā)展，直至形成直徑數(shù)微米到數(shù)百微米的細小中空管，這是引起絕緣局部放電原因之一。

3.2水樹枝

橡皮、塑料電纜等浸水后施加電壓作長期試驗時，與不加電壓只浸水的情況相比較其絕緣介質特性要低。這一現(xiàn)象被稱為“浸水課電現(xiàn)象”。對產(chǎn)生“浸水課電現(xiàn)象”的絕緣材料進行顯微觀察，發(fā)現(xiàn)有和電樹枝相似的樹枝狀結構的存在，因為這種樹枝結構和水有關，并且是在低電場強度、長時間作用下形成的，為與電樹枝區(qū)別，稱之為水樹枝水樹枝在充滿水的狀態(tài)下看起來是白色的，但是干燥后就不易觀察到。水樹枝多見于結晶性材料如聚乙烯和交聯(lián)聚乙烯，而在無定型材料的PVC、丁基橡膠等聚合物中少有發(fā)現(xiàn)。此外，水樹枝在直流電壓的作用下較難產(chǎn)生，但是在交流電壓作用下較易產(chǎn)生，高頻電壓也能促使水樹枝的產(chǎn)生在顯微觀察下發(fā)現(xiàn)水樹枝的結構和電樹枝還是存在一定差別的水樹枝一般為直徑O.1一llxm的微小氣泡的集合，它們之間由直徑為0.051～m的微小導管相連，這些微氣泡和微導管中有水的存在。水樹枝的發(fā)生一般需要三個條件：水、起點、電場.這為防止水樹枝的產(chǎn)生提供了指導。首先，對于鋪設在地面以下的電力電纜，要盡量避免與水直接接觸。但是，完全和水隔離是比較難做到的。其次，消除絕緣材料中的微隙、雜質、凸起等作為水樹枝產(chǎn)生的起點的部分，這是最現(xiàn)實有效的方法。

3.3化學樹枝

在電纜絕緣介質中發(fā)現(xiàn)的樹枝狀結梅還有一種為化學樹枝?；瘜W樹枝主要是由于硫化物從電纜外圍穿透絕緣層并與銅導體發(fā)生反應形成硫化銅，硫化銅滲透到聚乙烯電纜的缺陷部位，形成樹枝狀的結晶化學樹枝呈現(xiàn)為黑色或者紅褐色的連續(xù)結構，在無電場的作用下也會發(fā)生。

3.4熱離子位移極化

介質中少量與周圍分子聯(lián)系較弱的帶電離子（一般為雜質）在外電場的作用下，其熱運動趨向于順電場方向在有限的范圍內(nèi)位移，造成這些離子在介質中分布不均，形成偶極化。這種極化受到分子熱運動的限制，溫度越高、熱運動越活躍，極化越困難。因此，這種極化建立速度較緩慢，電場消失后，復原也較緩慢。

四、電線電纜絕緣材料燃燒及老化的原因

電信電纜絕緣護套材料采用的是高分子聚合物。高分子主要是依靠強大的化學鍵來保持相互的固定位置。一旦化學鍵受到外界的損傷或者是老化破壞，主要是氧化反應，那么聚合鏈就會大量的斷裂，最終使護套材料開裂。

4.1絕緣受潮

這種情況也很常見，一般發(fā)生在直埋或排管里的電纜接頭處。比如：電纜接頭制作不合格和在潮濕的氣候條件下做接頭，會使接頭進水或混入水蒸氣，時間久r在電場作用下形成水樹枝，逐漸損害電纜的絕緣強度而造成故障。

4.2化學腐蝕

電纜直接埋在有酸堿作用的地區(qū)，往往會造成電纜的鎧裝、鉛皮或外護層被腐蝕，保護層因長期遭受化學腐蝕或電解腐蝕，致使保護層失效，絕緣降低，也會導致電纜故障?；簡挝坏碾娎|腐蝕情況就相當嚴重。

4.3長期過負荷運行

超負荷運行，由于電流的熱效應，負載電流通過電纜時必然導致導體發(fā)熱，同時電荷的集膚效應以及鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質損耗也會產(chǎn)乍附加熱量，從而使電纜溫度升高。長期超負荷運行時，過高的溫度會加速絕緣的老化，以至絕緣被擊穿。尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升常常導致電纜絕緣薄弱處首先被擊穿，因此在夏季，電纜的故障也就特別多。

4.4電纜接頭故障

電纜接頭是電纜線路中最薄弱的環(huán)節(jié)，由人員直接過失（施工不良）引發(fā)的電纜接頭故障時常發(fā)生。施工人員在制作電纜接頭過程中，如果有接頭壓接不緊、加熱不充分等原網(wǎng)，都會導致電纜頭絕緣降低，從而引發(fā)事故。

4.5環(huán)境和溫度

電纜所處的外界環(huán)境和熱源也會造成電纜溫度過高、絕緣擊穿，甚至爆炸起火。

結語：

簡而言之，電線電纜是電力系統(tǒng)不可缺少的設備和材料，絕緣是其基本性能，它主要是指兩根導線之間的絕緣材料。絕緣失效一旦發(fā)生，將給人們的人身、財產(chǎn)安全乃至整個社會的安全穩(wěn)定帶來極大的隱患。為了保證電力運行的安全穩(wěn)定，必須重視電線電纜絕緣檢測技術的研究。通過對電線電纜機械性能、結構尺寸、導體電阻等絕緣故障因素的分析，探討了電線電纜機械性能檢測、結構尺寸檢測、絕緣電阻檢測的技術方法，為電線電纜絕緣性能檢測技術人員提供參考，促進電力設備為人們的生產(chǎn)和生活提供更大的便利，促進電力工業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]何君杰，毛靖斐，夏家峰.高壓電纜護層監(jiān)測技術探討[J].黑龍江科技信息，2015（28）.

[2]歐杰華.電線電纜的檢測項目及檢測方法[J].中國高新區(qū)，2018（10）：155.

[3]張忠貴.電線電纜絕緣檢測技術的分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2017（28）：44-45.