各种恶化电场的分布
塑料电缆中。均匀介质的同心圆柱体电场可用最简单的数学公式表示,电场的分布图形可用电力线和等位线表示。其电力线是均匀辐射状,等位线是内密外疏的同心圆形,靠近导体附近的电力线密集,等位线间距小。因而导体附近的电场强度大;远离线芯时电场强度减弱。由此可见,电场强度沿径向并不均等,而是均匀递减,所以在同一半径的圆周上的各点,其电场强度的大小是相等的。这种电场没有恶化,称为正常电场分布。
下面分别绘制出绝缘层中含有气隙、杂质,无半导电屏蔽层,半导电屏蔽层出现节疤、遗漏时的恶化电场分布,塑料电缆的绝缘结构完善时,其交流短时击穿场强很高(不小于几十kV/mm),而实际电缆的击穿场强常低于这个值,其原因就是绝缘结构中存在某种缺陷,造成电场的恶化。最严重的缺陷是半导电屏蔽层上的节疤和遗漏,其次是绝缘层内部的杂质与气泡,最后是导丝效应严重的无屏蔽结构。
在电缆的生产过程中,完善挤塑工艺和严格投料标准,可有效地控制半导电屏蔽层的缺陷及杂质的混人。而气隙的产生不仅与工艺参数有关,还与运行条件有关,不易控制。不同形状的气隙,其危害程度也不同。扁平状危害程度最严重,圆柱状次之,圆球状较轻。
局部放电特性
塑料电缆的局部放电(游离放电)常导致电缆的故障或击穿,严重的会影响电缆的运行质量和使用寿命,曾一度被认为是对塑料电缆的最大危害。但近年来,由于科学技术的发展,已逐渐地发现和认识到树枝放电比起气隙的局部放电(游离放电)对电缆的寿命具有更大的危害性。
局部放电的必要条件之一是气隙的存在。而气隙不是树枝放电的必要条件,在绝缘结构中,只要存在局部的集中高场强,就会导致金属、杂质尖刺物的冷发射,甚至介质的冷发射,引发有机介质的树枝状裂纹,出现树枝状放电。局部放电和树枝放电有着本质上的不同,树枝放电基于高场强的场致冷发射为主要原因,而局部放电是基于气隙在一定大气压下遵循“巴申定律”的条件而在气隙中放电。这两者既互相影响,又互相促进。电树枝在发展中必然伴随着局部放电,而局部放电又促进树枝的生成与成长。
局部放电的影响因素
塑料电缆的局部放电特性取决于塑料电缆的结构形式、绝缘材料的类别以及工艺参数与运行条件。它们的优劣,一方面可以保证塑料电缆具有足够的运行寿命(不小于30年);另一方面又可能出现过早(几个月或几年)的运行失效。
结构因素。要求绝缘结构形式完善,特别是35kV以上的高压电缆,内、外屏蔽层不完善,屏蔽层上有大气隙,将导致局部放电;有凸出物或尖刺时,引发电树枝,再伴随局部放电,很快形成贯穿放电通道,导致电缆的寿命终止。
材料因素。材料本身的微观结构是否能耐电晕产生的臭氧腐蚀,以及绝缘材料中是否混进了易引发树枝的杂质。
工艺参数。工艺条件是十分复杂而又极为重要的因素。在相同的材料和结构条件下,由于加工方法的不同,会带来不同的气隙和水分含量。在加工进人冷却阶段时,冷却方式及冷却速度的不同,会造成所产生气隙形状的不同。因此,必须选定最佳的工艺条件。
运行条件。电缆运行过程中的环境条件,水分、化学污染物的存在,负荷状况,过载时间等,都会造成新生的、非加工中产生的气隙。