電力電纜老化機理研究

【摘要】在電力系統中，電力電纜可以說是不可或缺的重要成分，其可為電力系統的穩定運行提供有力的保障。因此，為了能有效保障電力系統安全、穩定運行，筆者結合多年的工作經驗，以電力電纜老化機理為探討主題進行分析，為系統運行人員后期的檢修以及操作提供有效的參考資料。

【關鍵詞】電力電纜；老化機理；研究

1、電力電纜附件運行穩定性的影響因素

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

（2）電纜附件選用的材料質量和施工質量的影響。因電纜附件所具備的獨特性，給予其實施安裝前是未達標產品電纜附件中一種使用于繞包絕緣帶，半導電帶等質量的高低能給予電纜穩定運行帶來極大的影響，同時材料質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，低質量的壓接管有很大的機率會發生裂紋、砂眼等情況，并且外表面不光滑，管壁薄厚差異大，極易發生毛刺等現象，長時間的負荷會導致導線芯的接觸電阻大大提升，最終致使嚴重的電場畸變現象發生。

（3）電纜附件應力管的體積電阻率和介電常數的影響。在應力管方面，適當的介電常數可在電場發生畸變的過程中有效改善電位的分布，但介電常數若是超出合理范圍，非常容易導致電容電流出現大量的熱量，加快應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，其復雜指數會較高，電場的密集度也會高，存在嚴重的等位面彎曲現，如不能在有效的時間里將其處理妥善，在適合的條件下，會出現閃絡，對電纜、電纜附件的絕緣介質造成嚴重的損傷。

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下運行的，而接頭、終端二者也亦如此。但這兩種現象也存在一定的區別，運行過程中的電纜里，熱源通常只有兩個，一個是導體借助電流所形成的損耗進一步轉化為熱能；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一步轉化為熱能[2]。與此同時，電纜附件里還存在有一個熱源，即位于導體連接位置的接觸電阻，當電流經過時，也會造成損耗，從而產生熱能。特別是電纜接頭，導體連接的穩定性不好，運行一定的時長后，就會因為熱量過高而發生擊穿。

熱場與熱阻、熱源均存在一定的聯系。熱阻的數值越高，其越是不能順利散熱，溫度就會升高。從這一觀點來分析，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，且電場出現畸變，所以，絕緣厚度較電纜本體大。此外，為實現密封及保護機械，須增加多層防護層于接頭外部，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，由于內外兩個電極的結構產生巨大的改變而致使的。戶內終端與戶外終端，二者的復雜指數更高，因導電線芯位于外部，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，電纜附件會相對復雜，并且局部位置的電場強度也相對較高，如果處理不合理，則會導致絕緣閃絡、擊穿的發生。在高壓電工設備中，電場分布、介質不均勻，尤其是有氣體存在固、液體材料上或內部，將會增大局部放電的概率。放電現象所形成的帶電質點則會以直接的方式對絕緣材料進行轟擊，使之分解；于放電位置能出現高溫現象，導致材料出現碳化、熱裂解；放電現象的發生會有較大的機率出現各種不同的新型生成物，如，臭氧等；放電會產生各式各樣的聲波與射線，能極大損壞到材料。這些現象的存在均會導致絕緣材料進一步老化。

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械應力的影響，其中包括有振動的、恒定的自己熱脹冷縮循環的。而這幾種應力的存在均會發生疲勞破壞、或蠕變破壞。如果將絕緣材料直接拿到戶外進行日光照射，在紫外線的影響下也會出現老化選項。在X射線，核反應堆這兩個裝置的輻射影響，也會導致絕緣材料出現老化[3]。絕緣材料在受潮天氣，會導致電導提升，增大損耗量。水還會對大量的物質進行溶解，進一步加快致使老化發生的各類不同的化學反應。酸、臭氧等物質也會致使老化現象的發生。針對聚乙烯等此類絕緣材料來說，因水分的存在，使得其處于地狀態的電場強度下也會出現樹枝情況。同時，絕緣材料在溫熱帶地區也會遭到不同中微生物的損害，也就是微生物老化[4]。

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

結語：

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，其在運行過程中發生的故障機率更高也是理所當然的。

絕緣材料在貯存、應用過程中，其性能會因為時間的流逝出現無法可逆的劣化，進而導致其較多的老化因素出現，將環境因素給予絕緣材料帶來的影響排除，絕緣材料出現的老化現象的影響因素主要包括有熱老化、電老化以及機械老化等。

參考文獻：

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

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

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

[4]姜春瑩，劉宇.直埋敷設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，國網浙江桐廬縣供電有限公司，浙江桐廬。