電力電纜老化機(jī)理研究

【摘要】在電力系統(tǒng)中，電力電纜可以說是不可或缺的重要成分，其可為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的保障。因此，為了能有效保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗，以電力電纜老化機(jī)理為探討主題進(jìn)行分析，為系統(tǒng)運(yùn)行人員后期的檢修以及操作提供有效的參考資料。

【關(guān)鍵詞】電力電纜；老化機(jī)理；研究

1、電力電纜附件運(yùn)行穩(wěn)定性的影響因素

（1）在電纜接頭位置，由于繞包的絕緣層厚度過高，導(dǎo)致散熱速度較慢，進(jìn)而致使電纜的體積電阻率及介電系數(shù)大于發(fā)熱故障繞包式絕緣材料。同時在強(qiáng)電場的影響下，電纜附件絕緣材料的介質(zhì)過度損耗及電流泄露現(xiàn)象，這兩個狀況的發(fā)生致使電纜附件出現(xiàn)發(fā)熱。對絕緣材料進(jìn)行繞包時，若是過度纏繞，因絕緣厚度的增加，導(dǎo)致熱量無法有效散發(fā)，而絕緣材料中的熱量超出正常數(shù)值時，就會損壞到去分子，最終造成熱擊穿事故的發(fā)生[1]。所以，給予電纜接頭的機(jī)械性能以及電氣絕緣性提供保障的基礎(chǔ)上，絕緣熱阻切勿過大。

（2）電纜附件選用的材料質(zhì)量和施工質(zhì)量的影響。因電纜附件所具備的獨(dú)特性，給予其實施安裝前是未達(dá)標(biāo)產(chǎn)品電纜附件中一種使用于繞包絕緣帶，半導(dǎo)電帶等質(zhì)量的高低能給予電纜穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的影響，同時材料質(zhì)量的高低能決定電纜附件的使用期限以及絕緣水平。比方說，低質(zhì)量的壓接管有很大的機(jī)率會發(fā)生裂紋、砂眼等情況，并且外表面不光滑，管壁薄厚差異大，極易發(fā)生毛刺等現(xiàn)象，長時間的負(fù)荷會導(dǎo)致導(dǎo)線芯的接觸電阻大大提升，最終致使嚴(yán)重的電場畸變現(xiàn)象發(fā)生。

（3）電纜附件應(yīng)力管的體積電阻率和介電常數(shù)的影響。在應(yīng)力管方面，適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)可在電場發(fā)生畸變的過程中有效改善電位的分布，但介電常數(shù)若是超出合理范圍，非常容易導(dǎo)致電容電流出現(xiàn)大量的熱量，加快應(yīng)力控制材料的老化速度。因絕緣材料自身存在限制，致使介電常數(shù)不能輕易地提升，并且體積電阻率也不可過小。相對電纜中間接頭、終端頭這兩個位置來說，電纜本體、電場分布二者與之對比，其復(fù)雜指數(shù)會較高，電場的密集度也會高，存在嚴(yán)重的等位面彎曲現(xiàn)，如不能在有效的時間里將其處理妥善，在適合的條件下，會出現(xiàn)閃絡(luò)，對電纜、電纜附件的絕緣介質(zhì)造成嚴(yán)重的損傷。

2、絕緣材料的老化特性

2.1 絕緣的熱老化

通常情況下，電纜本體是長時間在高溫的狀態(tài)下運(yùn)行的，而接頭、終端二者也亦如此。但這兩種現(xiàn)象也存在一定的區(qū)別，運(yùn)行過程中的電纜里，熱源通常只有兩個，一個是導(dǎo)體借助電流所形成的損耗進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為熱能；另一個則是通過絕緣材料在電壓影響的條件下所形成的損耗也進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為熱能[2]。與此同時，電纜附件里還存在有一個熱源，即位于導(dǎo)體連接位置的接觸電阻，當(dāng)電流經(jīng)過時，也會造成損耗，從而產(chǎn)生熱能。特別是電纜接頭，導(dǎo)體連接的穩(wěn)定性不好，運(yùn)行一定的時長后，就會因為熱量過高而發(fā)生擊穿。

熱場與熱阻、熱源均存在一定的聯(lián)系。熱阻的數(shù)值越高，其越是不能順利散熱，溫度就會升高。從這一觀點(diǎn)來分析，對電纜本體，電纜附件相對較差。對接頭來說，由于成型條件不理想，且電場出現(xiàn)畸變，所以，絕緣厚度較電纜本體大。此外，為實現(xiàn)密封及保護(hù)機(jī)械，須增加多層防護(hù)層于接頭外部，以此讓電纜熱阻低于總熱阻。由此可知，在對異常情況實施處理時，對比電纜本體，接頭絕緣熱老化程度較深。

2.2 絕緣的電老化

對比電纜本體的電場分布，電纜接頭、電纜終端中的電場分布卻要更加地復(fù)雜。在電纜絕緣中，軸向電位、縱向電位分布大致是均勻的，但是徑向的電位分布卻不是很均勻，而電纜附件中則不是如此，軸、縱、徑三個方向的電位分布均不均勻，并且還形成了軸向電場。相對接頭來說，由于內(nèi)外兩個電極的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大的改變而致使的。戶內(nèi)終端與戶外終端，二者的復(fù)雜指數(shù)更高，因?qū)щ娋€芯位于外部，終端絕緣外就存在有了電位，并且分布很混亂。

借此可知，對比，電纜的電場分布，電纜附件會相對復(fù)雜，并且局部位置的電場強(qiáng)度也相對較高，如果處理不合理，則會導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)、擊穿的發(fā)生。在高壓電工設(shè)備中，電場分布、介質(zhì)不均勻，尤其是有氣體存在固、液體材料上或內(nèi)部，將會增大局部放電的概率。放電現(xiàn)象所形成的帶電質(zhì)點(diǎn)則會以直接的方式對絕緣材料進(jìn)行轟擊，使之分解；于放電位置能出現(xiàn)高溫現(xiàn)象，導(dǎo)致材料出現(xiàn)碳化、熱裂解；放電現(xiàn)象的發(fā)生會有較大的機(jī)率出現(xiàn)各種不同的新型生成物，如，臭氧等；放電會產(chǎn)生各式各樣的聲波與射線，能極大損壞到材料。這些現(xiàn)象的存在均會導(dǎo)致絕緣材料進(jìn)一步老化。

2.3 其他老化因素

在不同的場合下，絕緣材料需要承受多種機(jī)械應(yīng)力的影響，其中包括有振動的、恒定的自己熱脹冷縮循環(huán)的。而這幾種應(yīng)力的存在均會發(fā)生疲勞破壞、或蠕變破壞。如果將絕緣材料直接拿到戶外進(jìn)行日光照射，在紫外線的影響下也會出現(xiàn)老化選項。在X射線，核反應(yīng)堆這兩個裝置的輻射影響，也會導(dǎo)致絕緣材料出現(xiàn)老化[3]。絕緣材料在受潮天氣，會導(dǎo)致電導(dǎo)提升，增大損耗量。水還會對大量的物質(zhì)進(jìn)行溶解，進(jìn)一步加快致使老化發(fā)生的各類不同的化學(xué)反應(yīng)。酸、臭氧等物質(zhì)也會致使老化現(xiàn)象的發(fā)生。針對聚乙烯等此類絕緣材料來說，因水分的存在，使得其處于地狀態(tài)的電場強(qiáng)度下也會出現(xiàn)樹枝情況。同時，絕緣材料在溫?zé)釒У貐^(qū)也會遭到不同中微生物的損害，也就是微生物老化[4]。

對比電纜的成型環(huán)境，電纜附件相對較長，電纜是通過工廠內(nèi)的機(jī)器制造而成的，而電纜附件則是借助相關(guān)工作人員通過現(xiàn)場手工操制成的，其環(huán)境條件是存在較大的差異的，故，其在質(zhì)量控制方面，相對于工廠中借助機(jī)器制成的電纜會比較差。

結(jié)語：

總而言之，不管電場分布，還是熱場分布；成型中，還是成型的環(huán)境條件，對比電纜本體，電纜附件是相對比較差額，因此，其在運(yùn)行過程中發(fā)生的故障機(jī)率更高也是理所當(dāng)然的。

絕緣材料在貯存、應(yīng)用過程中，其性能會因為時間的流逝出現(xiàn)無法可逆的劣化，進(jìn)而導(dǎo)致其較多的老化因素出現(xiàn)，將環(huán)境因素給予絕緣材料帶來的影響排除，絕緣材料出現(xiàn)的老化現(xiàn)象的影響因素主要包括有熱老化、電老化以及機(jī)械老化等。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧斌先，周娜，石雨鑫.航天器用55號電線電纜的老化狀態(tài)評估[J].高電壓技術(shù)，2016，42（13）：953-959.

[2]劉敏，王志強(qiáng)，王寧會，等.船用低壓電力電纜絕緣材料老化狀態(tài)研究與壽命評估[J].絕緣材料，2017（12）：48-53.

[3]高源.交聯(lián)聚乙烯電力電纜樹枝老化診斷方法的分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（8）：82-83.

[4]姜春瑩，劉宇.直埋敷設(shè)電力電纜絕緣老化的微觀研究[J].青海電力，2017（3）：33-37.

作者簡介：

雷超，國網(wǎng)浙江桐廬縣供電有限公司，浙江桐廬。