用于10kV交联聚乙烯电缆加速水树老化的系统及方法

摘要

本发明提供一种用于10kV交联聚乙烯电缆样品加速水树老化的系统，包括环氧树脂箱体、直流高压源、机械臂、接地铜片、加热板。箱体其中一对向设置的两侧边设有供电缆穿过的密封孔洞，电缆的两端从密封孔洞露出，密封孔洞分别使用两个密封圈密封。电缆露出密封孔洞的一端将绝缘层和半导电层剥掉露出铜芯，直流高压源用于与铜芯连接，环氧树脂箱体用于灌入盐溶液以将电缆浸没，接地铜片一端浸入盐溶液中，另一端接地，电缆浸入盐溶液中的部分经过扎针处理形成多个小孔，加热板与环氧树脂箱体连接，两个密封孔洞的外侧分别设有一个机械臂。本发明可模拟交联聚乙烯电缆在潮湿、过热环境下造成的水树、热、机械老化，同时很好地保留电缆的完整性。

说明书

技术领域

本发明涉及高电压电缆检测技术领域，具体是一种用于10kV交 联聚乙烯电缆加速水树老化的系统及方法。

背景技术

水树是交联聚乙烯(XLPE)绝缘发生降解的一种现象，它是因 水分浸入XLPE绝缘层中，与电场共同作用而形成的树枝状物。水树 枝具有亲水的特性，开始时水树枝是一些链状的充水孔穴，之后逐渐 形成具有亲水性表面的树枝状细微通道，在潮湿和电应力的作用下， 几年内水树枝可增长到1mm左右。在电缆中，水树出现的区域主要 是半导电层与绝缘层接触面的凸起处和绝缘层内部缺陷(气孔、杂质 等)处，这些地方的电场强度较高，因此容易成为水树的引发点。

而电缆长期运行过程中，受载流量的大小、敷设方式、环境温度 的影响，局部会出现过热的情况，导致热老化程度加剧。

同时，电缆在安装、维护、运行过程中受不当的牵引、弯曲等机 械力作用，会导致应力作用下电缆出现机械老化。

这三类老化是目前最为广泛的老化类型，对于电缆的安全使用有 较大的影响。在现有的实验设备中尚缺乏对三种老化同时进行实验的 设备，因此本发明对于模拟交联聚乙烯电缆在潮湿、过热环境下的运 行、维护造成的水树、热、机械老化有着很强的应用价值。

发明内容

本发明提供一种用于10kV交联聚乙烯电缆加速水树老化的系统 及方法，其结构简单，老化周期短，实用性强，可以模拟交联聚乙烯 电缆在潮湿、过热环境下造成的水树、热、机械老化，同时很好地保 留电缆样品段的完整性。

一种用于10kV交联聚乙烯电缆样品加速水树老化的系统，包括 环氧树脂箱体、直流高压源、机械臂、接地铜片、加热板，环氧树脂 箱体其中一对向设置的两侧边设有供电缆穿过的密封孔洞，电缆的两 端从密封孔洞露出，密封孔洞使用密封圈密封，电缆露出密封孔洞的 一端将绝缘层和半导电层剥掉露出铜芯，直流高压源用于与铜芯连 接，环氧树脂箱体用于灌入盐溶液以将电缆浸没，接地铜片一端浸入 盐溶液中，接地铜片的另一端接地，电缆浸入盐溶液中的部分经过扎 针处理形成多个小孔，加热板与环氧树脂箱体连接，用于对环氧树脂 箱体进行加热，两个密封孔洞的外侧分别设有一个机械臂，两个机械 臂分别夹住电缆露出密封孔洞的两端，其中一端固定，另一端依靠电 机驱动机械臂移动，用以弯曲电缆模拟机械老化过程。

进一步的，直流高压源与铜芯之间串接有水电阻。

进一步的，环氧树脂箱体的另一对向设置的两个侧边由胶套进行 连接。

进一步的，所述盐溶液为质量百分比浓度为20％的氯化钠溶液。

进一步的，电缆浸入盐溶液中的部分使用钢针穿透半导电层， 插入绝缘层中，之后将针头拔出，等间距的在电缆上扎出多个小孔。

一种用于10kV交联聚乙烯电缆样品加速水树老化的方法，使用 上述老化系统进行，所述方法包括如下步骤：

1)在水树老化进行之前对电缆的样品段进行扎针处理，用钢针 在电缆的样品段表面扎出多个小孔以加速水树枝的生长速度，同时电 缆的样品段的一端剥去半导电层和绝缘层，使得电缆的铜芯裸露；

2)将经过扎针处理的电缆的样品段穿过环氧树脂箱体左右两侧 预留出的密封孔洞，确保扎针留下的小孔位于环氧树脂箱体内部，之 后将密封孔洞使用密封圈进行密封；

3)将盐溶液倒入环氧树脂箱体中，将电缆的样品段浸没；

4)将接地铜片一端浸入氯化钠溶液中，一端接接地导线，并将 其固定在悬挂架上，之后将直流高压源的高压施加于电缆裸露出来的 铜芯上，开始加速水树老化过程；

5)在实验过程中，两个机械臂分别夹住电缆的两端进行往复运 动，使电缆进行弯曲过程，模拟实际机械老化过程；

6)加热板对环氧树脂箱体进行加热，提供100-110℃的高温，按 照6℃加速老化规则加速老化。

进一步的，所述盐溶液为质量百分比浓度为20％的氯化钠溶液。

进一步的，步骤1)中使用钢针的尖端半径为4微米，夹角为30 度，外形直径为0.7到1毫米。

本发明相对于现有技术，其显著效果在于：

本发明通过密封圈保证了在对交联聚乙烯电缆进行水树枝老化 过程中，所设计的系统具有良好的密封性能，不会造成盐溶液的泄漏。 同时着重避免了对电缆样品段完整性的破坏；其次，通过电缆铜芯加 高压，盐溶液接地的方法可以保证在交联聚乙烯绝缘层形成很高的电 场，利于水树枝在电缆段扎针位置上的生长，同时，机械臂可以实现 电缆弯曲功能，进行电缆的机械老化实验；最后，加热板可以对整体 进行加热，提供最高110℃，一般不超过100℃的高温，能够有效进 行电缆的热老化实验。

附图说明

图1是本发明用于10kV交联聚乙烯电缆样品加速水树老化的系 统的结构示意图。

图中：1-直流高压源；2-水电阻；3-机械臂；4-接地铜片；5-加 热板；6-氯化钠盐溶液；7-密封圈；8-环氧树脂箱体；9-电缆；10-密 封孔洞；11-胶套。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、 完整地描述。

图1所示为本发明用于10kV交联聚乙烯电缆样品加速水树老化 的系统的结构示意图，所述系统包括环氧树脂箱体8、接地铜片4、 机械臂3和加热板5。环氧树脂箱体8其中一对向设置的两侧边设有 密封孔洞10，密封孔洞10的尺寸根据XLPE电缆(例如图1所示电 缆9)单相样品段的尺寸设计，同时在密封孔洞10处设置两个密封 圈7，从而起到防止环氧树脂箱体8中的液体泄漏的目的。环氧树脂 箱体8使用环氧树脂制成，具有耐高温的特点，若使用陶瓷则较脆， 使用金属则容易出现放电问题。

环氧树脂箱体8的另一对向设置的两个侧边由胶套11进行连接， 以防止电缆9曲率过大导致无法同时穿过两个密封孔洞10的情况， 通过胶套的设置，有一定曲率的电缆依然可以自由穿过，增加了可使 用的电缆数量。两个密封孔洞10的外侧分别设有一个机械臂3，机 械臂3用于将穿过两个密封孔洞10的电缆9进行弯曲。两个机械臂 3分别夹住电缆两端，其中一端固定，另一端依靠电机驱动机械臂3 移动，用以弯曲电缆，模拟机械老化过程。使用机械臂3弯曲电缆的 方式可以避免常规以机加工方式掰直电缆造成的机械应力，防止机械 老化产生的影响。

使用时，将已扎针过的电缆9如图1所示穿过两个密封孔洞10， 将扎过针的区域留在环氧树脂箱体8内部。向环氧树脂箱体8内灌入 质量百分比浓度为20％的氯化钠盐溶液6，以完全浸泡电缆段为目的。 将接地铜片4一端浸入氯化钠溶液6中，接地铜片4的另一端接地， 从而达到将氯化钠盐溶液6接地的目的。放入环氧树脂箱体8中的电 缆段将两端从密封孔洞10露出，将一端的绝缘层和半导电层剥掉使 得电缆的铜芯可以裸露出来，且尽可能将此端露出部分长一些，防止 发生沿面闪络，将直流高压源1的25kV电压加于铜芯9上进行促使 加速水树老化，直流高压源1与铜芯之间串接有水电阻2，水电阻2 对整个电路起保护作用。同时，在实验过程中，两侧的机械臂3分别 夹住电缆9的两端进行往复运动，使电缆9进行弯曲过程，模拟实际 机械老化过程；加热板5用于对环氧树脂箱体8进行加热，从而对环 氧树脂箱体8中的氯化钠盐溶液6进行加热。图1所示加热板5设在 环氧树脂箱体8底部，加热板5可提供100℃左右高温，按照6℃加 速老化规则，整体老化速度可以达到传统方案的3.2倍。使用加热板 5能同时计及水树老化过程中的电、热老化效应，相比现有技术更能 模拟水树生长过程中的实际工况。

电缆加速水树老化所使用的电缆9的样品段(即位于环氧树脂箱 体8内的电缆段)在放入环氧树脂箱体8前必须经过扎针处理，将尖 端半径为4微米，夹角为30度，外形直径为0.7到1毫米的钢针(尺 寸不做强制要求)穿透半导电层，插入绝缘层中，之后将针头拔出， 等间距的在电缆9的样品段扎出多个孔。

根据实验需要，所施加的电压同时可以根据扎针的深度和数量进 行调整和更改，也可以根据所需要的水树枝生长速度进行调整。

本发明还提供一种用于10kV交联聚乙烯电缆样品加速水树老化 的方法，其使用上述老化系进行，所述老化方法包括如下步骤：

1)在水树老化进行之前对电缆9的样品段进行扎针处理，用钢 针在电缆9的样品段表面等间距的扎出多个小孔以加速水树枝的生 长速度，同时电缆9的样品段的一端剥去半导电层和绝缘层，使得电 缆9的铜芯裸露；

2)将经过扎针处理的电缆9的样品段穿过环氧树脂箱体8左右 两侧预留出的密封孔洞10，确保扎针留下的小孔位于环氧树脂箱体8 内部，之后将密封孔洞10使用密封圈7进行密封；

3)将质量百分比浓度为20％的氯化钠溶液倒入环氧树脂箱体8 中，将电缆9的样品段浸没；

4)将接地铜片4一端浸入氯化钠溶液中，一端接接地导线，并 将其固定在悬挂架上，之后将直流高压源1的高压施加于电缆裸露出 来的铜芯上，开始加速水树老化过程；

5)在实验过程中，两个机械臂3分别夹住电缆9的两端进行往 复运动，使电缆9进行弯曲过程，模拟实际机械老化过程；

6)加热板5对环氧树脂箱体8进行加热，提供100℃左右高温， 按照6℃加速老化规则，整体老化速度可以达到传统方案的3.2倍。

本发明通过给扎针后电缆在盐溶液中施加电压，保证了10kV交 联聚乙烯电缆样品在扎针处顺利形成“珍珠串”水树枝，同时利用机 械臂模拟机械老化过程，用加热板加速老化进程。相较于传统水杯电 极法，本发明保证了老化过程中电缆样品段的完整性，同时也对实验 装置进行了简化和创新，能够同时进行多种类型老化，相比于传统方 法中单一的老化方式，可以更好地模拟在淤泥中电缆实际运行状况下 的老化过程中，有更好的等效性。

以上所述，仅为发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局 限于此，任何属于本技术领域的技术人员在发明揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。因此， 发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。