塑料電纜的樹(shù)枝放電的形成

01塑料絕緣電力電纜運行的可靠性，除絕緣材料本身特性不良外，其決定因素就是電纜絕緣結構的完善程度。在電纜絕緣層中惡化的電場(chǎng)將導致場(chǎng)致發(fā)射，引發(fā)電樹(shù)枝、水樹(shù)枝，Z終使電纜絕緣層擊穿。塑料電力電纜的運行壽命與其絕緣中樹(shù)枝老化的現象密切相關(guān)，這是在20世界60年代和70年代被發(fā)現的。由于發(fā)現了塑料電纜擊穿前的這種“預擊穿”現象，引起世界各國電纜制造界的極大興趣。

02樹(shù)枝老化簡(jiǎn)介
    有機材料的樹(shù)枝化是由于材料內部細微開(kāi)裂造成的，開(kāi)裂的細小通道如同冬天無(wú)樹(shù)葉的樹(shù)枝狀——有枝干、分枝、枝芽。“樹(shù)枝”就是這種中空開(kāi)裂現象的統稱(chēng)。實(shí)際上，它的形狀已大大地超越了“樹(shù)枝”的概念。
    塑料電纜的樹(shù)枝化放電現象也是固體介質(zhì)擊穿前漫長(cháng)的先導擊穿過(guò)程，在引發(fā)樹(shù)枝萌芽之前已有漫長(cháng)的誘導（誘發(fā)）期。樹(shù)枝引發(fā)后，或者很快發(fā)展到固體擊穿，或者經(jīng)漫長(cháng)的發(fā)展（老化）過(guò)程，Z后導致固體介質(zhì)擊穿（電老化擊穿）。樹(shù)枝放電通常指樹(shù)枝的發(fā)生、發(fā)展的全過(guò)程，也有特指管道細微開(kāi)裂中的氣體的局部放電。
    各種有機材料中，管道細微開(kāi)裂的引發(fā)，可以是原有亞微觀(guān)裂紋的存在；或氣隙、水分、化學(xué)雜質(zhì)的存在；或者無(wú)任何裂紋存在，只是*的場(chǎng)強導致冷發(fā)射電子，引發(fā)裂縫，這是很復雜的物理化學(xué)過(guò)程。從高場(chǎng)強處、氣隙、含水的空洞、雜質(zhì)等處引發(fā)樹(shù)枝核心后，向三個(gè)方向的立體空間發(fā)展。一般是沿電力線(xiàn)方向，也有因材料的各向異性而出現垂直電力線(xiàn)方向的樹(shù)枝。這些樹(shù)枝延伸發(fā)展到場(chǎng)強所至的對極（整個(gè)絕緣厚度），Z后發(fā)生整體擊穿。從引發(fā)樹(shù)枝萌芽，到發(fā)展至對極的時(shí)間可以是幾分鐘、幾十分鐘、幾年或十幾年。

03樹(shù)枝放電的形成
    樹(shù)枝放電的引發(fā)和發(fā)展過(guò)程可分為以下四個(gè)階段：
   （1）引發(fā)期：又稱(chēng)潛伏期或誘導期，它的長(cháng)短表征樹(shù)枝發(fā)生的難易程度。這是抑制樹(shù)枝的主要階段。
   （2）成長(cháng)期：又稱(chēng)發(fā)展期，它表明樹(shù)枝引發(fā)后的成長(cháng)速度。耐樹(shù)枝發(fā)展特性好的材料，樹(shù)枝發(fā)展慢，即成長(cháng)期長(cháng)。
   （3）飽和期：當樹(shù)枝發(fā)展到一定長(cháng)度后，樹(shù)枝停止發(fā)展，這段時(shí)間稱(chēng)為飽和期。飽和期的存在是由于樹(shù)枝管道中有局部放電及高能電子轟擊高聚物分子鏈，致使材料分解產(chǎn)生大量的氣體。隨著(zhù)這種效應的增強，細管中內部壓力加大，按巴申定律，管道中放電電壓將要提高。因而，在外界電壓不變的情況下，樹(shù)枝發(fā)展就可能停止。設法延長(cháng)飽和期，是抑制樹(shù)枝的另一重要方法。
   （4）間隙擊穿前期：經(jīng)過(guò)飽和期以后，氣隙或樹(shù)枝管道中因放電分解出的氣體逐漸通過(guò)材料本身滲透、擴散而逸出，使管道中氣體壓力下降，按巴申定律，這時(shí)氣隙的擊穿電壓下降，因而樹(shù)枝又迅速發(fā)展。

04樹(shù)枝放電的分類(lèi)與特點(diǎn)
    在實(shí)際中存在的多種樹(shù)枝放電形式可分為三大類(lèi)：即電樹(shù)枝、水樹(shù)枝和化學(xué)樹(shù)枝。
   （1）電樹(shù)枝。處于高場(chǎng)強的不連續材料界面（氣隙、雜質(zhì)、電纜內外半導電層界面）特別容易引發(fā)電樹(shù)枝，電樹(shù)枝往往在高場(chǎng)強集中的微裂紋轉變?yōu)榱芽p或開(kāi)裂處形成樹(shù)枝萌芽，樹(shù)枝管道連續、內空，有的材料樹(shù)枝管道壁上附有炭粒。通常在長(cháng)而細的電樹(shù)枝管道中伴隨著(zhù)局部放電
   （2）水樹(shù)枝。引發(fā)樹(shù)枝的空隙中含有水分。水中運行的電纜、線(xiàn)芯進(jìn)水的電纜、絕緣中含有水分的電纜容易引發(fā)水樹(shù)枝。水樹(shù)枝是在電場(chǎng)和水分同時(shí)存在的條件下產(chǎn)生的。但是，水樹(shù)枝在比電樹(shù)枝低得多的場(chǎng)強情況下就能引發(fā)。水樹(shù)枝中沒(méi)有局部放電現象。           水樹(shù)枝的種類(lèi)也很多，對電纜的危害也很大。但是，水樹(shù)枝具有消失和重現的特點(diǎn)。有的水樹(shù)枝受熱、干燥、抽真空等會(huì )消失形態(tài)，浸入熱水中又會(huì )重現，水樹(shù)枝消失時(shí)表明管道發(fā)生閉合，材料細微龜裂后又回彈，但未使結構分解。在實(shí)際電纜中，干法制造的交聯(lián)聚乙烯電纜中很少發(fā)現水樹(shù)枝，而濕法制造的交聯(lián)聚乙烯電纜中卻常常見(jiàn)到水樹(shù)枝。
    XLPE絕緣電力電纜本體在制造過(guò)程中不可避免地存在微觀(guān)制造質(zhì)量缺陷，如微孔、雜質(zhì)，以及電力電纜在運輸、敷設、安裝和運行過(guò)程中諸如主絕緣和外護套機械應力損傷、終端和中間接頭安裝質(zhì)量、現場(chǎng)施工環(huán)境條件和員工技術(shù)素質(zhì)控制等不利因素影響，隨著(zhù)水分緩慢地侵入（吸附、擴散和遷移），電纜XLPE介質(zhì)在電場(chǎng)、水分和雜質(zhì)等絕緣缺陷的協(xié)同作用下，逐步產(chǎn)生樹(shù)枝狀早期劣化。當樹(shù)枝狀劣化貫穿介質(zhì)或轉變成為電樹(shù)枝，Z終將導致電力電纜線(xiàn)路的電纜本體或電纜附件發(fā)生試驗擊穿或運行擊穿故障。
    據取樣分析，50例電纜試樣中，質(zhì)量良好的電纜試樣8例，約占試樣總數的16%；質(zhì)量合格的電纜試樣16例，約占試樣總數的32%；質(zhì)量不合格的電纜試樣26例，約占試樣總數的52%。在質(zhì)量不合格的電纜試樣中，偏心度不合格的電纜試樣15例，約占質(zhì)量不合格的電纜試樣總數的57.69%；雜質(zhì)含量不合格的電纜試樣總數的19.23%，偏心度和雜質(zhì)含量均不合格的電纜試樣6例，約占質(zhì)量不合格的電纜試樣總數的23.08%。

05樹(shù)枝生成的條件
    運行中產(chǎn)生樹(shù)枝的電纜經(jīng)過(guò)實(shí)際解剖和實(shí)驗室中培養的樹(shù)枝圖像都證明了樹(shù)枝產(chǎn)生的條件是：
    1）局部極不均勻的高場(chǎng)強。在金屬突出物，半導電層、缺陷和節疤，以及邊角的雜質(zhì)（雜質(zhì)的介電常數較大或電阻率極?。└浇?，很容易形成局部的電場(chǎng)集中。
    2）有微小的空隙或亞微觀(guān)裂紋。
    3）有內部機械應力、熱應力、不完善界面應力。
    4）水分的存在是水樹(shù)枝生成的引發(fā)劑。
    以上條件，只要具備其一，電纜中就會(huì )不同程度地產(chǎn)生樹(shù)枝。