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為什么現(xiàn)在說高壓電纜不能做直流耐壓
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發(fā)布時(shí)間：2014/8/19
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一、為什么現(xiàn)在說高壓電纜不能做直流耐壓
問題回答一：
高壓電纜不能做直流耐壓試驗(yàn)僅指橡塑絕緣電力電纜。
橡塑絕緣電力電纜是塑料絕緣電纜和橡皮絕緣電纜的總稱。塑料絕緣電纜包括聚氯乙烯絕緣、聚乙烯絕緣和交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜（交聯(lián)聚乙烯（XLPE））；橡皮絕緣電纜包括乙丙橡皮絕緣電力電纜等。
油紙絕緣電力電纜和不滴流油紙絕緣電力電纜、自容式充油電纜，可以做交流耐壓試驗(yàn),也可以做直流耐壓試驗(yàn)。
要回答這個(gè)“為什么”比較難，要先說說設(shè)備的高壓試驗(yàn)的原則問題。
高壓試驗(yàn)技術(shù)的一個(gè)通用原則：試品上所施加的試驗(yàn)電壓場(chǎng)強(qiáng)必須模擬高壓設(shè)備的運(yùn)行工況。高壓試驗(yàn)得出的通過或不通過的結(jié)論要代表高壓設(shè)備中的薄弱點(diǎn)是否對(duì)今后的運(yùn)行帶來危害。這就意味著試驗(yàn)中的故障機(jī)理應(yīng)與設(shè)備運(yùn)行中的機(jī)理有相同的物理過程。
按照此原則，XLPE電纜進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)的問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
⑴直流電壓下，電纜絕緣的電場(chǎng)分布取決于材料的體積電阻率，而交流電壓下的電場(chǎng)分布取決于各介質(zhì)的介電常數(shù)，特別是在電纜終端頭、接頭盒等電纜附件中的直流電場(chǎng)強(qiáng)度的分布和交流電場(chǎng)強(qiáng)度的分布完全不同，而且直流電壓下絕緣老化的機(jī)理和交流電壓下的老化機(jī)理不相同。因此，直流耐壓試驗(yàn)不能模擬XLPE電纜的運(yùn)行工況。
⑵ XLPE電纜在直流電壓下會(huì)產(chǎn)生“記憶”效應(yīng)，存儲(chǔ)積累單極性殘余電荷。一旦有了由于直流耐壓試驗(yàn)引起的“記憶性”，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能將這種直流偏壓釋放。電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運(yùn)行，直流偏壓便會(huì)疊加在工頻電壓峰值上，使得電纜上的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其額定電壓，從而有可能導(dǎo)致電纜絕緣擊穿。
⑶直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，會(huì)有電子注入到聚合物介質(zhì)內(nèi)部，形成空間電荷，使該處的電場(chǎng)強(qiáng)度降低，從而難于發(fā)生擊穿。XLPE電纜的半導(dǎo)體凸出處和污穢點(diǎn)等處容易產(chǎn)生空間電荷。但如果在試驗(yàn)時(shí)電纜終端頭發(fā)生表面閃絡(luò)或電纜附件擊穿，會(huì)造成電纜芯線上產(chǎn)生波振蕩，在已積聚空間電荷的地點(diǎn)，由于振蕩電壓極性迅速改變?yōu)楫悩O性，使該處電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增大，可能損壞絕緣，造成多點(diǎn)擊穿。
⑷XLPE電纜致命的一個(gè)弱點(diǎn)是絕緣內(nèi)易產(chǎn)生水樹枝，一旦產(chǎn)生水樹枝，在直流電壓下會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌渲Γ⑿纬煞烹姡铀倭私^緣劣化，以致于運(yùn)行后在工頻電壓作用下形成擊穿。而單純的水樹枝在交流工作電壓下還能保持相當(dāng)?shù)哪蛪褐担⒛鼙３忠欢螘r(shí)間。
實(shí)踐也表明，直流耐壓試驗(yàn)不能有效發(fā)現(xiàn)交流電壓作用下的某些缺陷，如在電纜附件內(nèi)，絕緣若有機(jī)械損傷或應(yīng)力錐放錯(cuò)等缺陷。在交流電壓下絕緣最易發(fā)生擊穿的地點(diǎn)，在直流電壓下往往不能擊穿。直流電壓下絕緣擊穿處往往發(fā)生在交流工作條件下絕緣平時(shí)不發(fā)生擊穿的地點(diǎn)。
參考文獻(xiàn) 《高壓交聯(lián)電纜現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓試驗(yàn)》
問題回答二：
????? 電力電纜作為一種輸電設(shè)備，具有占地少，供電可靠，有利于提高電力系統(tǒng)功率因素，運(yùn)行、維護(hù)工作簡(jiǎn)單方便，有利于美化城市，具有保密性等優(yōu)點(diǎn)。在城市配網(wǎng)及城網(wǎng)改造和新興的現(xiàn)代化企業(yè)中的作用正日益突出，由于進(jìn)行直流耐壓的種類較多，接線方式各異，試驗(yàn)結(jié)果差別很大，即對(duì)同一電纜用不同試驗(yàn)設(shè)備，不同接線測(cè)取泄漏電流，也會(huì)得到相差各異的數(shù)值。隨著交聯(lián)電纜的廣泛使用，對(duì)油浸紙絕緣電纜和交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜都采用直流耐壓試驗(yàn)是否合適，如何正確判斷電纜的試驗(yàn)結(jié)果，能否投入運(yùn)行，這些都是我們?cè)诠ぷ髦杏龅降膶?shí)質(zhì)性問題，需要我們正確地判斷并得出正確的結(jié)論，為電纜的安全運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。
一、直流耐壓試驗(yàn)對(duì)發(fā)現(xiàn)紙絕緣電纜缺陷的有效性
????? 直流耐壓試驗(yàn)用來判斷紙絕緣電纜的好壞已有幾十年的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐證明效果良好，可獲取其內(nèi)部缺陷的可靠數(shù)據(jù)。首先要從電纜直流耐壓與泄漏電流測(cè)量意義上來說，電纜在直流電壓的作用下，電纜絕緣中的電壓按絕緣電阻分布，當(dāng)電纜絕緣存在著有發(fā)展性局部缺陷時(shí)，直流電壓將大部分加在與缺陷串聯(lián)的未損壞的部分上，所以直流耐壓試驗(yàn)比交流耐壓試驗(yàn)更容易發(fā)現(xiàn)電纜的局部缺陷。電纜的直流耐壓試驗(yàn)和直流泄漏電流測(cè)量在其意義上是不同的，直流耐壓試驗(yàn)和直流泄漏電流測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，是因?yàn)樵趯?shí)際工作中，兩者在接線和使用設(shè)備測(cè)試等方面是完全相同的。在一般情況下直流耐壓試驗(yàn)是用來檢查絕緣干枯、氣泡、紙絕緣中的機(jī)械損傷和工藝包纏缺陷等有效辦法；泄漏電流的測(cè)試是檢查絕緣老化、受潮的有效辦法。
直流耐壓試驗(yàn)的目的在于檢驗(yàn)電纜的耐壓強(qiáng)度，它對(duì)發(fā)現(xiàn)紙絕緣介質(zhì)中的受潮，機(jī)械損傷等局部缺陷比較有效，因?yàn)樵谥绷麟妷合陆^緣介質(zhì)中的電壓按電阻系數(shù)分布，當(dāng)介質(zhì)有缺陷時(shí)，電壓主要被與缺陷部分串聯(lián)的未損介質(zhì)的電阻承受，使缺陷更容易暴露。較有利于發(fā)現(xiàn)介質(zhì)缺陷。電纜紙絕緣在直流電壓下的擊穿強(qiáng)度約為交流電壓下的二倍，以上所以可施加更高的直流電壓對(duì)絕緣介質(zhì)進(jìn)行耐壓強(qiáng)度的考驗(yàn)。在許多情況下，用搖表測(cè)量電纜的絕緣良好，而在直流耐壓試驗(yàn)中發(fā)生絕緣被擊穿，因此直流耐壓是檢測(cè)紙絕緣中、高壓電纜缺陷的有效手段。
二、直流耐壓試驗(yàn)對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的局限性
????? 交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，由于它的電性能優(yōu)良，制造工藝簡(jiǎn)單，安裝方便，得到了廣泛的采用。已成為紙絕緣電纜的替代品。高壓試驗(yàn)的一個(gè)通用原則，被試品上所施加的試驗(yàn)電壓場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)模擬高壓電器的運(yùn)行狀況。而直流耐壓試驗(yàn)對(duì)發(fā)現(xiàn)紙絕緣電纜缺陷十分有效，但對(duì)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜則未必有效，而且還可能產(chǎn)生負(fù)作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在交、直流電壓下的電場(chǎng)分布不同交聯(lián)聚乙烯絕緣層是采用聚乙烯經(jīng)化學(xué)交聯(lián)而成，屬整體型絕緣結(jié)構(gòu)，其介電常數(shù)為2.1--2.3受溫度變化的影響較小。在交流電壓下，交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層內(nèi)的電場(chǎng)分布是由介電常數(shù)決定的，即電場(chǎng)強(qiáng)度是按介電常數(shù)反比例分配的，這種分布比較穩(wěn)定。在直流電壓作用下其絕緣層中的電場(chǎng)強(qiáng)度是按絕緣電阻系數(shù)正比例分配的。而絕緣電阻系數(shù)分布是不均勻的，這是因?yàn)樵诮宦?lián)聚乙烯電纜處于交聯(lián)過程中不可避免地溶入一定量的副產(chǎn)品，它們具有相對(duì)小的絕緣電阻系數(shù)但在絕緣層徑向分布是不均勻的，所以在直流電壓下交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層中的電場(chǎng)分布不同于理想的圓柱體絕緣結(jié)構(gòu)，與材料的不均勻性有關(guān)。
2、交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜在直流電壓下會(huì)積累單極性電荷，一旦有了由于直流耐壓試驗(yàn)引起的單極性空間電荷需要很長(zhǎng)時(shí)間才能將這種電荷釋放，電纜如果在直流殘余電荷未完全釋放之前投入運(yùn)行，直流電壓便會(huì)疊加在工頻電壓峰值上，使得電纜上的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其額定電壓，它將加速絕緣老化縮短使用壽命，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生絕緣擊穿。
3、交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的半導(dǎo)體凸出處和污穢點(diǎn)等處容易產(chǎn)生空間電荷，但如果在試驗(yàn)時(shí)電纜終端頭發(fā)生表面閃絡(luò)或電纜附件擊穿，會(huì)造成電纜芯線中產(chǎn)生波振蕩，對(duì)其他正常的電纜和接頭的絕緣造成危害。交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜一個(gè)致命弱點(diǎn)是絕緣內(nèi)容易產(chǎn)生水樹枝，一旦產(chǎn)生水樹枝在直流電壓下，會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌渲Γ⑿纬煞烹姡铀倭私^緣水劣化，以至于在運(yùn)行工頻電壓作用下形成擊穿。
4、直流耐壓試驗(yàn)不能有效發(fā)現(xiàn)交流電壓作用下的某些缺陷，如在電纜附件內(nèi)，絕緣若有機(jī)械損傷等缺陷在交流電壓下絕緣最易發(fā)生擊穿的部位，在直流電壓下往往不能發(fā)生擊穿。直流電壓下絕緣擊穿處往往發(fā)生在交流工作條件下絕緣平時(shí)不發(fā)生擊穿的部位。因此直流耐壓試驗(yàn)不能模擬高壓交聯(lián)電纜的運(yùn)行工況，試驗(yàn)效果差，并且有一定的危害性，所以直流耐壓試驗(yàn)對(duì)檢測(cè)交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜缺陷有明顯的不足。
二、為什么要使用超低頻高壓發(fā)生器
超低頻絕緣耐壓試驗(yàn)實(shí)際上是工頻耐壓試驗(yàn)的一種替代方法。我們知道，在對(duì)大型發(fā)電機(jī)、電纜等試品進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，由于它們的絕緣層呈現(xiàn)較大的電容量，所以需要很大容量的試驗(yàn)變壓器或諧振變壓器。這樣一些巨大的設(shè)備，不但笨重，造價(jià)高，而且使用十分不便。為了解決這一矛盾，電力部門采用了降低試驗(yàn)頻率，從而降低了試驗(yàn)電源的容量。從國(guó)內(nèi)外多年的理論和實(shí)踐證明，用0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)替代工頻耐壓試驗(yàn)，不但能有同樣的等效性，而且設(shè)備的體積大為縮小，重量大為減輕 ，理論上容量約為工頻的五百分之一。試驗(yàn)程序大大地減化，與工頻試驗(yàn)相比優(yōu)越性更多。這就是為什么發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用這一方法的原因。我國(guó)電力部已委托武漢高壓研究所起草了《35kV及以下交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜超低頻（0.1Hz）耐壓試驗(yàn)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)正在推廣這一方法，本儀器是根據(jù)我國(guó)這一需要研制而成的。可廣泛用于電纜、大型高壓旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電力電容器的交流耐壓試驗(yàn)之中。
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