一種確定高壓交聯(lián)聚乙烯電纜工頻設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)的方法
【專利摘要】一種確定高壓交聯(lián)聚乙烯電纜工頻設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)的方法，包括交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣試片制備、針電極的制備及預(yù)處理、電樹枝試驗(yàn)用試樣的制作、工頻電壓下電樹枝引發(fā)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理、400Hz交流電壓下電樹枝引發(fā)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理、利用外加電壓及電樹枝引發(fā)時(shí)間確定電樹枝引發(fā)的臨界電壓、根據(jù)電極系統(tǒng)尺寸計(jì)算電樹枝引發(fā)的臨界場(chǎng)強(qiáng)和通過電場(chǎng)增強(qiáng)系數(shù)確定交聯(lián)聚乙烯電纜的工頻設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)；本發(fā)明方法需要的試樣量少、操作簡(jiǎn)單、易于控制，所確定的工頻設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)能真實(shí)有效的反映高壓交聯(lián)聚乙烯電纜在長(zhǎng)期運(yùn)行壽命下的耐工頻電壓性能，可直接用于電纜的絕緣厚度設(shè)計(jì)，為在新產(chǎn)品開發(fā)中設(shè)計(jì)出既能滿足長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的技術(shù)要求、又具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的高壓電力電纜提供了保障。
【專利說(shuō)明】一種確定高壓交聯(lián)聚乙烯電纜工頻設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電纜的工頻設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)的確定方法，具體涉及高壓交聯(lián)聚乙烯電纜的工頻設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于安裝方便、易于維護(hù)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，交流聚乙烯絕緣電纜在交、直流輸、配電網(wǎng)絡(luò)中獲得了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，在電壓等級(jí)為150kV及以下的新安裝交流線路中，交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的使用量已經(jīng)超過傳統(tǒng)的油紙絕緣電纜；而在超高壓輸電領(lǐng)域，交聯(lián)聚乙烯電纜的使用量也在不斷攀升。早在上世紀(jì)90年代，交流500kV交聯(lián)聚乙烯電纜產(chǎn)品就已在日本通過試驗(yàn)檢驗(yàn)并投入實(shí)際運(yùn)行。相比而言，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)系統(tǒng)中的電纜線路雖然90%以上采用交聯(lián)聚乙烯電纜，但主要原材料及220kV以上產(chǎn)品均依賴進(jìn)口，電纜行業(yè)整體發(fā)展水平仍顯落后，缺乏自主研究。
[0003]絕緣材料的電老化性能是進(jìn)行絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和可靠性評(píng)估的基礎(chǔ)，而電壓耐受指數(shù)和長(zhǎng)期工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)是其中的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。長(zhǎng)期工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)G 理論上是時(shí)間趨于無(wú)窮大時(shí)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)值，但實(shí)際當(dāng)中不可能做到時(shí)間無(wú)窮大，所以對(duì)高壓油紙電纜，經(jīng)常把發(fā)生局部放電的起始電場(chǎng)強(qiáng)度定義為長(zhǎng)期工頻擊穿場(chǎng)強(qiáng)；而塑料電纜的短時(shí)擊穿場(chǎng)強(qiáng)可由三參數(shù)Weibull分布的位置參數(shù)來(lái)確定，G c?則通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬和并外推而得。目前各廠家給定的G c?絕大多數(shù)都不是第一手實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，而是依靠引用文獻(xiàn)資料而來(lái)。但這些文獻(xiàn)通常都是較早以前發(fā)表的，無(wú)法反映近些年來(lái)材料、設(shè)備及工藝的進(jìn)步所帶來(lái)的絕緣性能的改進(jìn)；此外，由于各生產(chǎn)廠家質(zhì)量控制及工藝參數(shù)均不相同，這也導(dǎo)致了絕緣性能的顯著差異，因此，直接引用 他人的數(shù)據(jù)是明顯不符合工程實(shí)際的。
[0004]對(duì)于塑料、橡皮絕緣電纜，由于絕緣材料的形狀參數(shù)較小，習(xí)慣上采用平均場(chǎng)強(qiáng)法進(jìn)行絕緣厚度的設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)，由工頻電壓確定的電纜絕緣厚度由下式計(jì)算，
【權(quán)利要求】
1.一種確定高壓交聯(lián)聚乙烯電纜工頻設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)的方法，其特征在于:包括如下步驟:步驟1:試片的制備:從高壓交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣線芯上，將纜芯導(dǎo)體抽出后，剩余部分為包含導(dǎo)體屏蔽、絕緣以及絕緣屏蔽的同心圓柱體，利用高速車床將同心圓柱體沿徑向切割，形成厚度為(5±0.5)mm的空心圓形試片，或再將空心圓形試片切分為兩片半圓形試片；切片過程要保證試片表面盡可能的平整光滑； 步驟2:針電極的制備及預(yù)處理:選用模具鋼制作針電極，要求表面光滑，直徑為(1±0.l)mm，針尖曲率半徑為(10±l)mm，針尖圓錐角為30° ;在顯微鏡下對(duì)針電極進(jìn)行觀察，將不滿足要求的剔除，將滿足要求的針電極進(jìn)行如下預(yù)處理:首先用無(wú)水乙醇清洗針電極，隨后將其置于烘箱內(nèi)，在60°C條件下進(jìn)行烘干，半小時(shí)后取出；然后，將鋼針置于加熱至140°C的低密度聚乙烯和二甲苯的飽和溶液中，蘸上一層低密度聚乙烯涂層，將針電極倒置，在室溫條件下自然冷卻24小時(shí)； 步驟3:試樣的制作:利用夾具將步驟I制備的圓形或半圓形試片進(jìn)行有效固定，并將圓形或半圓形試片加熱至125°C進(jìn)行預(yù)熱軟化，將步驟2預(yù)處理后的針電極從絕緣屏蔽處緩慢勻速的插入圓形或半圓形試片中，控制針電極與導(dǎo)體屏蔽的距離為(2±0.2)mm;針電極插入至預(yù)設(shè)位置后保持10分鐘，之后在105°C下將試樣從夾具中取出置于平整的玻璃板上，在室溫條件下自然冷卻；在試樣的制作過程中要盡量避免在針電極針尖區(qū)域形成氣隙或者殘余機(jī)械應(yīng)力； 步驟4:工頻電壓下的電樹枝引發(fā)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理:將試樣固定在測(cè)試容器內(nèi)并浸于硅油中，在針電極上施加預(yù)先設(shè)定的工頻電壓，導(dǎo)體屏蔽接地；在預(yù)先設(shè)定的工頻電壓下對(duì)試樣進(jìn)行恒壓下的電樹枝引發(fā)試驗(yàn)，方法如下: 將幅值為U1的工頻交流電壓施加在試樣的針電極上，并實(shí)時(shí)觀察試樣的針電極尖端，一旦觀察到電樹枝引發(fā)，即停止加壓，以開始加壓的時(shí)刻作為時(shí)間零點(diǎn)，記錄電樹枝引發(fā)時(shí)間；對(duì)10個(gè)試樣在相同條件下按照上述步驟進(jìn)行試驗(yàn)，一共測(cè)得10個(gè)電樹枝引發(fā)時(shí)間數(shù)據(jù)，即tlx(x = 1-10);利用二元Weibull分布對(duì)10個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，獲得對(duì)應(yīng)于.63.2%電樹枝引發(fā)概率的電樹枝引發(fā)時(shí)間，記為h ； 按照上述方法進(jìn)行其它幅值(U2…Up1)工頻電壓下的電樹枝引發(fā)試驗(yàn)，獲得對(duì)應(yīng)的電樹枝引發(fā)時(shí)間(Ivtp1)； 步驟5:400Hz電壓下的電樹枝引發(fā)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理:當(dāng)工頻電壓為5kV或更低時(shí)，電樹枝引發(fā)時(shí)間將達(dá)數(shù)月甚至更長(zhǎng)，這時(shí)，采用400Hz交流電壓替代工頻電壓進(jìn)行試驗(yàn)，以起到將試驗(yàn)加速的作用； 將幅值為Uj的400Hz交流電壓施加在試樣的針電極上，并實(shí)時(shí)觀察試樣的針電極尖端，一旦觀察到電樹枝引發(fā)，即停止加壓，以開始加壓的時(shí)刻作為時(shí)間零點(diǎn)，記錄電樹枝引發(fā)時(shí)間；將該時(shí)間數(shù)值乘以8，換算為等效工頻電壓下的電樹枝引發(fā)時(shí)間；對(duì)10個(gè)試樣在相同條件下按照上述步驟進(jìn)行試驗(yàn)，一共測(cè)得10個(gè)電樹枝引發(fā)時(shí)間數(shù)據(jù)，即t>(X= 1...10)；利用二元Weibull分布對(duì)10個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，獲得對(duì)應(yīng)于63.2%電樹枝引發(fā)概率的電樹枝引發(fā)時(shí)間，記為t」； 按照上述方法進(jìn)行其它幅值(UjV Um) 400Hz電壓下的電樹枝引發(fā)試驗(yàn)，獲得對(duì)應(yīng)的電樹枝引發(fā)時(shí)間(tjVtm)； 步驟6:電樹枝引發(fā)臨界場(chǎng)強(qiáng)的確定:將所有m個(gè)電壓及時(shí)間數(shù)據(jù)繪制于橫坐標(biāo)為時(shí)間、縱坐標(biāo)為電壓的圖中，獲得電樹枝引發(fā)時(shí)間隨外加電壓而變化的u-t曲線，可觀察到隨著電壓降低，U-t曲線逐漸變得水平，顯示存在著某個(gè)臨界電壓值ut，當(dāng)外加電壓低于這個(gè)值時(shí)，電老化效應(yīng)變得非常小，幾乎可以忽略；這個(gè)臨界電壓Ut就是電樹枝引發(fā)的臨界電壓，利用公式(5)通過對(duì)電壓-時(shí)間數(shù)據(jù)的擬和來(lái)求取，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定高壓交聯(lián)聚乙烯電纜工頻設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)的方法，其特征在于:步驟4所述的利用二元Weibull分布對(duì)電樹枝引發(fā)時(shí)間數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理過程如下:將測(cè)得的10個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)tlx(x = I...10)按照從小到大的順利進(jìn)行排列，分別記為tn(n =1…10)，并對(duì)每個(gè)時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的電樹枝引發(fā)概率F(n) (η = 1-10)賦值，用式⑷計(jì)算，
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK103969513SQ201410163146
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】劉 英, 曹曉瓏 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)