淺談交聯(lián)聚乙烯電力電纜的超低頻介電性能的測試

1、淺談交聯(lián)聚乙烯電力電纜的超低頻介電性能的測試    【摘 要】交聯(lián)聚乙烯電纜的絕緣測試方法及其老化評定標(biāo)準(zhǔn)還沒有統(tǒng)一。高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣測試委員會提出采用直流泄漏電流、介質(zhì)損耗角正切、局部放電等測試等方法用作交聯(lián)聚乙烯電纜的絕緣測試。本文之中，筆者采用超低頻下交聯(lián)聚乙烯電纜的介質(zhì)損耗角正切作為其中的一種方法，這種方法能極為有效地作于現(xiàn)場電力電纜的性能測試和評定。 【關(guān)鍵字】交聯(lián)聚乙烯電力電纜；超低頻介電性能；介質(zhì)損耗角正切 1、前言 介質(zhì)損耗角正切（tg）是絕緣材料絕緣特性的重要指標(biāo)之一。在工程中所有的絕緣材料在外電場的作用下，由于絕緣介質(zhì)導(dǎo)電（材料的導(dǎo)

2、電能力）和介質(zhì)極化（介質(zhì)在電場作用下，構(gòu)成電介質(zhì)的分子或原子的電荷將產(chǎn)生相對的位移，這種位移造成正負(fù)電荷中心不再重合，這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)極化）的滯后效應(yīng)，并在其內(nèi)部產(chǎn)生能量的損耗。這種能量的損耗在檢測中是以介質(zhì)損耗角正切來表征。對絕緣介質(zhì)損耗角正切值大小的要求，往往與其使用條件和使用場合而有所不同，通常對高頻絕緣（通信電纜用聚乙烯）或高壓電纜絕緣（交聯(lián)聚乙烯），往往要求其具有極小的介質(zhì)損耗角正切。因為絕緣介質(zhì)損耗會引起介質(zhì)內(nèi)部發(fā)熱損耗，而這種損耗引起的功率損耗與使用的頻率和電壓成正比。因此，電纜絕緣的介質(zhì)損耗的大小，直接關(guān)系到電纜輸電容量以及電纜長期的使用壽命，所以準(zhǔn)確如實地測量交聯(lián)聚乙烯（XL

3、PE）絕緣電纜的介質(zhì)損耗角正切是值得探討的問題。 2、測定超低頻下介質(zhì)損耗角正切的優(yōu)點 測定超低頻下介質(zhì)損耗角正切有如下優(yōu)點： 2.1電源裝置可小型化 電力電纜的介質(zhì)損耗角正切通常是在工頻下測量的，若被測電纜較長時，就需要大容量電源裝置，這對現(xiàn)場測試而言是十分困難的。然而采用0.1赫的超低頻測試，則電源裝置可小容量化，從而可減輕重量。 2.2可消除感應(yīng)危害 用工頻測定電纜的介質(zhì)損耗角正切時，被測電纜要從帶電電線方面感應(yīng)電壓，從而產(chǎn)生測量誤差。而用超低頻測量時，測量頻率和感應(yīng)電壓的頻率差別很大，在輸出處采用濾波器就可除去感應(yīng)電壓，這樣就只測量頻率下的值而排除了感應(yīng)危害。 2.3易于進(jìn)行老化檢測

4、可把水樹枝看作為交聯(lián)聚乙烯電纜老化的首要因素，當(dāng)發(fā)生水樹枝時，測得的介質(zhì)損耗角正切和直流泄露電流有增大的趨勢。在超低頻下測試介質(zhì)損耗角正切時，由于測量頻率相對工頻而言是極低的，這就反映出電纜的直流特性，從而可能易于檢測出水樹枝。 3、測試方法 超低頻介電性能可用電橋法或吸收電流法進(jìn)行測定。之前研制的低頻電橋，雖可以用于試樣的測試，但僅能用于低電壓下的測定，筆者考慮了高壓下也能測定，所以采用西林電橋來確定。 3.1電路組成 通過對測量電路的分析，可以看到雖然此電路的構(gòu)成與西林電橋的電路相同，但與一般工頻測試有如下三點差別： 1）測量電路采用的是新式電源裝置； 2）在0.1赫時，為了在平衡點檢測靈

5、敏，必須增大橋路電阻值約50倍，達(dá)15千歐，這樣最小能測tg為0.01%。再者，在理論上不改變橋路電阻值，還可增大電容值，以提高檢測靈敏度。 3）最后一點區(qū)別在于測試電路中的檢測器上，通過對檢測器結(jié)構(gòu)的分析可知：用直流電壓表檢測不平衡電壓，觀察記錄儀的記錄可實現(xiàn)平衡的調(diào)節(jié)。 3.2測定方法 與西林電橋的測試方法相同，調(diào)節(jié)橋路電阻值和電容值使電路達(dá)平衡后，介質(zhì)損耗角正切tg和電容值可按照固定的公式進(jìn)行計算。 4、試樣制備 準(zhǔn)備如下四組試樣以備試驗使用： A、22千伏未老化的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，長度為50米，數(shù)量為1根； B、6.6千伏CV從運行的電纜上截取的電纜，長度為5米，數(shù)量為1根； C、1

6、5千伏未老化的乙丙膠皮絕緣電纜，長度為10米，數(shù)量為1根； D、6.6千伏CV從運行狀態(tài)下截取的電纜，長度約為10米，數(shù)量為30根。 5、實驗結(jié)果和討論 5.1低壓頻和工頻下的介質(zhì)損耗角正切的比較 上述試樣中A、B、C的工頻為50赫，分別在0.2、0.1、0.05赫對以上三組試樣進(jìn)行超低頻下的損耗角正切值測量可知：對于新的交聯(lián)聚乙烯電纜而言，不論頻率大小如何，其tg大致不變，對于經(jīng)運行后取下的交聯(lián)聚乙烯電纜和新的乙丙膠皮電纜，隨頻率的下降而tg趨向增大。且經(jīng)運行后取下的交聯(lián)聚乙烯電纜的tg與新電纜的也不相同。工頻下tg較大，則在超低頻下一般也趨向較大，若能找出這與絕緣性能的關(guān)系，那就可進(jìn)行有效

7、的絕緣測試，而新的乙丙膠皮電纜的tg較大是由于填充劑的影響。 5.2經(jīng)運行后取下的交聯(lián)聚乙烯電纜的超低頻介電性能 對運行過電纜（試樣D）作了tg和直流泄漏電流測試，下面進(jìn)行對比分析： 1）通過對0.1和50赫下的介質(zhì)損耗角正切與電容的比較可以知：0.1赫下的tg除二、三個值以外，大致上為50赫下的1.5倍，在同一電纜和同一頻率下，0.1赫和50赫下的靜電容比為1.007-0.997。 2）通過對tg和直流泄露電流之間關(guān)系圖的分析，可以得到超低頻介質(zhì)損耗角正切與直流泄露電流以及極化比的關(guān)系，當(dāng)泄漏電流增大，則0.1赫下的tg值亦增大，而50赫下的tg變化不明顯，由此可見0.1赫下的tg反映了電纜

8、絕緣層的直流特性，而直流泄漏電流是在加16千伏后10分鐘測得值。而通過對0.1和50赫下的tg與極化比關(guān)系圖的分析可知，二者之間沒有什么相關(guān)性，此處所述極化比是指加電壓16千伏后經(jīng)1分鐘和10分鐘時的電流值之比。 3）除去感應(yīng)危害的分析，如前所述，當(dāng)測量頻率和工頻相差懸殊時，可去除工頻感應(yīng)。為了對此進(jìn)行模擬試驗，把工頻電壓加于電纜屏蔽層，而后測試超低頻下的tg值，通過對感應(yīng)電壓的干擾圖分析可知：當(dāng)有和沒有感應(yīng)電壓時，在工頻下測試得的tg的差別較大，而在超低頻下測試的話，兩者相同。因此在電纜敷設(shè)現(xiàn)場測試時，若采用超低頻測試，則不會發(fā)生感應(yīng)危害問題。 6、結(jié)語 對交聯(lián)聚乙烯電纜超低頻介質(zhì)損耗角正切的測試及其試驗結(jié)果的分析可得到