為了揭示直流電場(chǎng)下交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜中水樹(shù)生長(zhǎng)特性與直流電場(chǎng)極性的關(guān)系,進(jìn)行了XLPE樣本正/負(fù)極性直流電場(chǎng)下加速水樹(shù)老化實(shí)驗(yàn),分析了不同極性直流電場(chǎng)下XLPE/溶液界面結(jié)構(gòu)對(duì)離子、水分向XLPE材料中遷移過(guò)程的影響,并進(jìn)行了不同極性直流電場(chǎng)下水樹(shù)區(qū)域的仿真分析,提出了直流電場(chǎng)極性影響水樹(shù)生長(zhǎng)特性的一種可能解釋。研究結(jié)果表明:水樹(shù)在負(fù)極性直流電場(chǎng)下比正極性直流電場(chǎng)下更長(zhǎng)、老化更嚴(yán)重;在負(fù)極性直流電場(chǎng)下由于遷移至XLPE樣本表面的氯離子存在特性吸附現(xiàn)象,界面結(jié)構(gòu)中沒(méi)有水偶極層阻礙氯離子進(jìn)入XLPE材料中,所以遷移進(jìn)入XLPE材料的離子、水分含量比正極性直流電場(chǎng)下更大;負(fù)極性直流電場(chǎng)下水樹(shù)區(qū)域中有較多的離子、水分,使水樹(shù)前端電場(chǎng)強(qiáng)度更大,有利于水樹(shù)生長(zhǎng)。因此基于XLPE/溶液界面結(jié)構(gòu)的雙電層理論分析,水樹(shù)生長(zhǎng)存在負(fù)極性直流電場(chǎng)下比正極性直流電場(chǎng)下長(zhǎng)度更長(zhǎng)、老化更為嚴(yán)重的現(xiàn)象。 

【文章來(lái)源】：高電壓技術(shù). 2017,43(11)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

XLPE樣本示意圖

LPE樣本水樹(shù)老化區(qū)域浸泡在老化溶液中，針孔缺陷內(nèi)充滿溶液形成水針電極，作為水樹(shù)生長(zhǎng)的起點(diǎn)。XLPE樣本下表面經(jīng)下銅電極接地。為了研究直流電場(chǎng)極性對(duì)水樹(shù)生長(zhǎng)的影響，將頻率為400Hz、有效值為6kV的正弦交流電壓經(jīng)全波整流后分別得到正極性直流電壓和負(fù)極性直流電壓，并施加在上銅電極上。前期研究水樹(shù)與直流電場(chǎng)極性的關(guān)系時(shí)采用了氯化鈉溶液[12-14]，為進(jìn)一步研究直流電場(chǎng)極性對(duì)水樹(shù)生長(zhǎng)的影響，采用氯化鉀溶液（濃度為1.7mol/L）進(jìn)行老化。故水樹(shù)老化圖1XLPE樣本示意圖Fig.1SchematicdiagramofXLPEsample圖2加速水樹(shù)老化實(shí)驗(yàn)裝置Fig.2Acceleratedwatertreeagingexperimentalsetup

崩匣?筧芤旱緄悸氏陸凳本捅硎糾匣???中有離子從溶液進(jìn)入到XLPE樣本中。2結(jié)果與分析2.1不同極性直流電場(chǎng)下的水樹(shù)特征水樹(shù)老化結(jié)束后，將水樹(shù)切片在溫度為90℃的亞甲基藍(lán)溶液中染色60min時(shí)間（在101.325kPa大氣壓下），使水樹(shù)區(qū)域充分染色。使用的亞甲基藍(lán)溶液配比相同、顏色深度一致，由于亞甲基藍(lán)溶液能夠在水樹(shù)區(qū)域聚集，因此染色后的水樹(shù)形態(tài)及顏色深淺是對(duì)水樹(shù)結(jié)構(gòu)的直接反映。之后用光學(xué)顯微鏡觀察染色后水樹(shù)形態(tài)，并測(cè)量水樹(shù)切片中從針尖到針尖前方水樹(shù)區(qū)域前端的最大長(zhǎng)度作為水樹(shù)長(zhǎng)度。染色后水樹(shù)形態(tài)如圖3所示，左側(cè)為低倍鏡下形態(tài)，右側(cè)為高倍鏡下形態(tài)。在低倍鏡下看到水樹(shù)從針孔處引發(fā)，呈放射狀向前方生長(zhǎng)，在針孔前方形成半球形的水樹(shù)區(qū)域。負(fù)極性直流電場(chǎng)下水樹(shù)區(qū)域明顯比周圍未染色的XLPE材料的顏色深，水樹(shù)枝明顯，在高倍鏡下可以觀察到大量水樹(shù)微孔（寬度約為2μm）。正極性直流電場(chǎng)下水樹(shù)區(qū)域的染色比負(fù)極性直流電場(chǎng)下略淺，水樹(shù)形態(tài)模糊，在高倍鏡下可以觀察到少量微孔（寬度約為1~2μm），如圖3(b)右圖中圓圈處所示。為了進(jìn)一步研究不同極性直流電場(chǎng)下水樹(shù)的生長(zhǎng)特性，按圖3所示方法對(duì)不同極性直流電場(chǎng)下水樹(shù)切片測(cè)量水樹(shù)長(zhǎng)度，并統(tǒng)計(jì)樣本中水樹(shù)長(zhǎng)度，如圖4所示。由圖4可知：負(fù)極性直流電場(chǎng)下水樹(shù)平均長(zhǎng)度為412.63μm；正極性直流電場(chǎng)下水樹(shù)平均長(zhǎng)度為247.91μm，前者是后者的1.66倍。圖3直流電場(chǎng)下老化后樣本中的水樹(shù)形態(tài)Fig.3MicroscopeobservationofwatertreesinsamplesagedunderDCelectricfield圖4樣本中水樹(shù)長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)Fig.4Lengthstatisticsofwatertreesinsamples

【參考文獻(xiàn)】：
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