一种交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法
【专利摘要】本发明公开了一种交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，包括如下步骤：选取交联聚乙烯中压电缆，拆下金属屏蔽层；剥离电缆两端的外半导体层，将剥离外半导体层后的电缆两端作为预留沿面，剩余部分为电缆有效段；用针或钻头刺入电缆有效段的交联聚乙烯电缆绝缘，制造缺陷，在电缆有效段的外半导体层上缠缚金属屏蔽层；在金属屏蔽层上连接引出线；用套管包覆电缆有效段，套管两端分别做阻水处理，套管内填充盐溶液，引出线伸出套管；将电缆线芯接地，引出线接高压电源，即可对电缆进行老化。该方法试验装置简单，电缆样品易制，老化周期短，能够有效地在交联聚乙烯电缆的绝缘层产生外层水树，更符合实际情况，具有更高的研究价值。
【专利说明】一种交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电缆检测领域，更具体地，涉及一种交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法。
【背景技术】
[0002]采用交联聚乙烯(XLPE)作为主绝缘的电力电缆具有优越的电气性能，良好的耐热性和机械性能，且敷设安装方便。由于大部分电缆采用直埋形式或者管道敷设，电缆投入运行后，将受到电、机械、化学以及热、光等因素的作用而发生老化，影响其寿命。XLPE电缆在运行过程中绝缘的水树老化一直作为电缆自然老化故障中最主要的故障形式，影响电缆线路的安全稳定运行，所以XLPE电缆绝缘的水树研究对于保障电力电缆安全稳定运行具有重要意义。
[0003]对于XLPE的水树研究，主要停留在XLPE本身的树化机理研究和电力电缆绝缘的在线、离线监测研究，现场实验的复杂性和干扰源多等特性，对在线、离线的监测不利。因此，实验室培养具有水树的XLPE电缆样品用于水树老化研究很有必要。
[0004]中压电力电缆必须经过中国电力科学院检测中心的型式试验才能进入国家电网公司电缆市场，该型式试验依据的标准是DL/T1070-2007《中压交联电缆抗水树性能鉴定试验方法和要求》。该方法将经过热循环预处理的电缆作为试样，每根电缆试样放在标称内径为75mm的聚乙烯或聚氯乙烯导管中，在试验电压下进行加速老化。在老化过程中，电缆试样导体中的间隙和导管中都注满自来水。电缆试样还应通过感性电流的加热方法进行负荷循环，试验结束后对水树进行检查和计数。该方法存在以下缺点:(1)老化周期长，试样必须经受在规定电压下累计数月甚至更长时间的水树老化过程；(2)实验方法复杂繁琐。
[0005]申请公布号为CN102628906A的专利申请文件中，将电缆切片放入特制的试验杯中，电缆切片上方是盛放盐溶液(9g/L)用的空腔，空腔上部有绝缘盖，绝缘盖中间穿过导电电极，电缆切片下方是导电电极和绝缘底座。试验时，在绝缘盖上的导电电极和底座上的导电电极上施加IOkV的工频电压。试验结束后对水树进行检查和计数。该方法存在以下缺陷:(I)对电极要求高，电极表面必须与切片结合完好(截面通常需满足Rogowski切面)，否则会出现电场畸变点和局部放电。(2)装置复杂，需要根据不同电缆截面定制试验装置。(3)只能制作有水树的切片，而无法为实验室研究电力电缆检测诊断系统提供试验样品。(4)在Imm厚的电缆样品上施加10000V电压，易导致电缆样品直接击穿。(5)主要产生领结型水树。根据交联聚乙烯电力电缆运行故障统计，中压电力电缆大多数产生的是由半导体层发展而来的外层水树，虽然伴随有领结型水树的产生，但是研究外层水树更复合实际情况，具有更高的研究价值。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，该方法试验装置简单，电缆样品易制，老化周期短，能够有效地在交联聚乙烯电缆的绝缘层产生外层水树，更符合实际情况，具有更高的研究价值。
[0007]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，其特征在于，包括如下步骤:(I)选取交联聚乙烯中压电缆，拆下金属屏蔽层；(2)剥离电缆两端的外半导体层，将剥离外半导体层后的电缆两端作为预留沿面，剩余部分为电缆有效段；(3)用针或钻头刺入电缆有效段的交联聚乙烯电缆绝缘，制造缺陷，在电缆有效段的外半导体层上缠缚金属屏蔽层；(4)在金属屏蔽层上连接引出线；(5)用套管包覆电缆有效段，套管两端分别做阻水处理，套管内填充盐溶液，引出线伸出套管；(6)将电缆线芯接地，引出线接高压电源，即可对电缆进行老化。
[0008]优选地，所述步骤(3)中，针尖或钻头顶部的曲率半径小于500微米。
[0009]优选地，所述步骤(3)中，在外半导体层和电缆有效段的交联聚乙烯电缆绝缘上形成均匀分布的孔洞。
[0010]优选地，所述步骤(5 )进一步包括如下步骤:(5-1)用生胶带缠缚预留沿面靠近电缆有效段的部分，同时将引出线缠缚在预留沿面上，引出线的自由端有足够长度裸露在外；(5-2)用套管包覆电缆，长度覆盖电缆有效段和至少部分生胶带缠缚段，用管箍固定套管无引出线的一端，从套管有引出线的一端加入盐溶液，同时检查套管无引出线的一端是否漏液，如漏液则需进一步加固管箍至停止漏液，加满盐溶液后，用管箍固定套管有引出线的一端，直至没有液体渗出。
[0011 ] 优选地，所述套管为热缩套管，在管箍固定热缩套管的两端前，均匀加热热缩套管使热缩套管收缩包裹生胶带。
[0012]优选地，所述步骤(6)中，高压电源的电压频率为IkHz-1OkHz，电压取合适的值，使交联聚乙烯电缆绝缘的场强至少为5kV?s/mm。
[0013]优选地，所述盐 溶液为浓度为0.lmol/L的NaCl溶液。
[0014]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果:
[0015](I)试验适用的XLPE中压电缆型号较多，试验样品简单易制，不需要复杂的装置和预处理工序。
[0016](2)试验装置简单，对不同尺寸的电缆，无需专门定制实验装置，试验回路只需简单的清洁维护。
[0017](3)老化环境为常温，对环境温度要求不高，试验过程无明显发热点，适用于长期老化。试验周期短，在5kHz、IOkVniis的电压下老化100小时就可以有效产生水树。
[0018](4)量化老化电压、频率和老化时间，可以有效地控制试验和制定试验周期。
[0019](5)试验样品在老化试验后依然是结构完整的XLPE电力电缆，可以为实验室研究电力电缆检测诊断系统提供试验样品。
[0020](6)生成从外半导体层向绝缘层发展的水树，更符合实际情况，具有更高的研究价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明的交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法流程图；
[0022]图2是使用图1所示方法制得的XLPE电缆样品结构示意图；[0023]图3是图1所示方法的试验回路结构示意图；
[0024]图4是本发明实施例的交联聚乙烯中压电缆老化后的水树显微镜图。
[0025]图2中:1-电缆线芯，2-内半导体层，3-XLPE电缆绝缘，4_外半导体层，5_金属屏蔽层，6-盐溶液，7-套管，8-管箍，9-引出线。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]如图1所示，本发明的交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法包括如下步骤:
[0028](I)制作XLPE中压电缆样品，进一步包括如下步骤:
[0029](1-1)选取XLPE中压电缆，拆下金属屏蔽层。
[0030](1-2)剥离电缆两端的外半导体层，将剥离外半导体层后的电缆两端作为预留沿面，剩余部分为电缆有效段。
[0031]具体地，可用电吹风加热软化外半导体层后剥离，也可直接剥离。
[0032](1-3)用针或钻头刺入电缆有效段的XLPE电缆绝缘，制造缺陷，将拆下的金属屏蔽层缠缚在电缆有效段的外半导体层上，保持缠缚紧致，用绝缘生胶带或者尼龙扎带固定。
[0033]具体地，针尖或钻头顶部的曲率半径小于500微米。
[0034]具体地，在外半导体层和电缆有效段的XLPE电缆绝缘上形成均匀分布的孔洞。
[0035](1-4)在金属屏蔽层上连接引出线。
[0036](1-5)用套管包覆电缆有效段，套管两端分别做阻水处理，套管内填充盐溶液，弓丨出线伸出套管。盐溶液的导电性高于水，离子在电场作用下的扩散更快。
[0037]具体地,步骤(1-5)进一步包括如下步骤:
[0038](1-5-1)用生胶带缠缚预留沿面靠近电缆有效段的部分，同时将引出线缠缚在预留沿面上，引出线的自由端有足够长度裸露在外。
[0039](1-5-2)用套管包覆电缆，长度覆盖电缆有效段和至少部分生胶带缠缚段，用管箍固定套管无引出线的一端，从套管有引出线的一端加入盐溶液，同时检查套管无引出线的一端是否漏液，如漏液则需进一步加固管箍至停止漏液，加满盐溶液后，用管箍固定套管有引出线的一端，直至没有液体渗出，套管两端管箍固定的位置均落在生胶带缠缚段。
[0040]具体地，缠缚段的表面应尽量平滑，有利于管箍固定套管阻水，同时防止管箍固定套管时损坏引出线。
[0041]具体地，套管为热缩套管，在管箍固定热缩套管的两端前，均匀加热热缩套管使热缩套管收缩包裹生胶带。
[0042]具体地，盐溶液为NaCl溶液，浓度为0.lmol/L时可有效促进水树的生长。
[0043]用上述方法制得的XLPE电缆样品如图2所示。样品两端为预留沿面，包括电缆线芯1，包覆电缆线芯I的内半导体层2和包覆内半导体层2的XLPE电缆绝缘3。样品两端预留沿面间的部分为电缆有效段，包括电缆线芯1，包覆电缆线芯I的内半导体层2，包覆内半导体层2的XLPE电缆绝缘3，包覆XLPE电缆绝缘3的外半导体层4和包覆外半导体层4的金属屏蔽层5。XLPE电缆绝缘3和外半导体层4上有孔洞缺陷，金属屏蔽层5连接引出线9。套管7包覆电缆有效段，两端用管箍8固定，套管7中装满盐溶液6，引出线9伸出套管7。
[0044](2)将(I)中制得的样品的电缆线芯接地，引出线接高压电源，电源电压频率为IkHz-1OkHz,电源电压取合适的值，使XLPE电缆绝缘的场强至少为5kVMS/mm，因为XLPE电缆绝缘的起树场强为5kV?s/mm。
[0045]具体地，管箍为金属时，将管箍与引出线连接，防止悬浮电位的产生。
[0046]具体地，开始试验前，用酒精擦拭样品高压端附近的沿面，保持高压端附近洁净。
[0047]具体地，根据XLPE电缆绝缘的厚度及其上孔洞的深度确定电源电压。例如，电缆绝缘厚度为4.5mm，孔洞深度为2.5mm,电源电压至少为10kV.。
[0048]试验回路如图3所示，主要包括调压器、高频高压电源、试验电缆样品、高压探头、示波器和隔离变压器。由调压器输入高频电压，高频高压电源输出高频高压电压，施加在电缆样品上，电缆样品可多根并联同时进行老化。高压探头与电缆样品并联，用于采集样品上施加的电压幅值和频率，并在示波器上显示出来，对电缆样品上施加的电压进行实时监控。隔离变压器用于给示波器供电。由于长时间试验，电源损耗主要是电晕损耗，电源高压输出端及接线、电缆样品预留沿面处容易吸附灰尘，需经常用无水酒精擦拭，防止污染。
[0049]选取IOkV的XLPE电缆，用上述方法制作XLPE电缆样品，在5kHz、IOkVnns的电压下老化100小时后，对电缆样品切片，并按照CIGRE亚甲基蓝标准染色程序对样品切片进行染色后，在光学显微镜下放大100倍，可以看到明显的水树，如图4所示。
[0050]本发明的交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法试验装置简单，试验样品简单易制，试验周期短，生成从外半导体层向绝缘层发展的水树，更符合实际情况，试验样品在老化试验后依然是结构完整的XLPE电力电缆，可以为实验室研究电力电缆检测诊断系统提供试验样品，本发明的老化方法还可以加快对电缆绝缘性能的检测，有效缩短电缆绝缘性能检测的周期。
[0051]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)选取交联聚乙烯中压电缆，拆下金属屏蔽层； (2)剥离电缆两端的外半导体层，将剥离外半导体层后的电缆两端作为预留沿面，剩余部分为电缆有效段； (3)用针或钻头刺入电缆有效段的交联聚乙烯电缆绝缘，制造缺陷，在电缆有效段的外半导体层上缠缚金属屏蔽层； (4)在金属屏蔽层上连接引出线； (5)用套管包覆电缆有效段，套管两端分别做阻水处理，套管内填充盐溶液，引出线伸出套管； (6)将电缆线芯接地，引出线接高压电源，即可对电缆进行老化。
2.如权利要求1所述的交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，针尖或钻头顶部的曲率半径小于500微米。
3.如权利要求1或2所述的交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在外半导体层和电缆有效段的交联聚乙烯电缆绝缘上形成均匀分布的孔洞。
4.如权利要求1所述的交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，其特征在于，所述步骤(5)进一步包括如下步骤: (5-1)用生胶带缠缚预留沿面靠近电缆有效段的部分，同时将引出线缠缚在预留沿面上，引出线的自由端有足够长度裸露在外； (5-2)用套管包覆电缆，长度覆盖电缆有效段和至少部分生胶带缠缚段，用管箍固定套管无引出线的一端，从套管有引出线的一端加入盐溶液，同时检查套管无引出线的一端是否漏液，如漏液则需进一步加固管箍至停止漏液，加满盐溶液后，用管箍固定套管有引出线的一端，直至没有液体渗出。
5.如权利要求4所述的交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，其特征在于，所述套管为热缩套管，在管箍固定热缩套管的两端前，均匀加热热缩套管使热缩套管收缩包裹生胶带。
6.如权利要求1所述的交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，其特征在于，所述步骤(6)中，高压电源的电压频率为IkHz-1OkHz,电压取合适的值，使交联聚乙烯电缆绝缘的场强至少为SkVniisAm^
7.如权利要求1至6中任一项所述的交联聚乙烯中压电缆水树加速老化方法，其特征在于，所述盐溶液为浓度为0.lmol/L的NaCl溶液。
【文档编号】G01R31/20GK103472371SQ201310366042
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】李化, 黄泽琦, 吴小刚, 叶刚, 林福昌 申请人:华中科技大学