XLPE中金属尖刺缺陷阻性电流谐波成分分析

摘要

为开发一种能实时掌握电缆绝缘状态的监测技术,本文通过模拟XLPE电缆绝缘中出现金属尖刺缺陷,对其阻性电流的谐波成分进行分析,从理论和实验两方面为实现基于阻性电流谐波成分的电缆绝缘诊断提供支撑。首先,基于聚合物的跳跃电导模型,对XLPE的电导特性进行了仿真与理论分析。而后建立了XLPE金属尖刺缺陷仿真模型,对不同针尖曲率半径以及针板间距下阻性电流密度的谐波成分进行了仿真分析。最后制作了3种不同规格的XLPE金属尖刺缺陷试样,在针尖曲率半径为30μm、针板间距为2 mm,针尖曲率半径为90μm、针板间距为3 mm以及针尖曲率半径为30μm、针板间距为3 mm条件下进行了验证实验。结果表明:当XLPE绝缘中存在导体尖刺缺陷时,由于局部电场强度的急剧增大,导致绝缘材料的电导特性随着交流电压波形的变化而在欧姆区与非欧姆区之间反复,使得阻性电流的波形发生畸变,叠加了高次谐波分量;当XLPE绝缘中存在导体尖刺缺陷时,其阻性电流中会存在明显的3次与5次谐波分量,二者构成了阻性电流谐波分量的主要组成部分;随着导体尖刺缺陷的严重程度增加,阻性电流的谐波畸变率以及电导率畸变率均有明显的上升,可以谐波畸变率作为判断缺陷严重程度的特征量。