一、交聯聚乙烯電纜的結構特點

　　交聯聚乙烯電纜相間主絕緣是交聯聚乙烯塑料以及線芯形狀是圓形，還有兩層半導體膠涂層。在芯線的外表面涂有第一層半導體膠，它可以克服電暈及游離放電，使芯線與絕緣層之間有良好的過渡。在相間絕緣外表面涂有第二層半導體膠，同時擠包了一層0.1mm厚的薄銅帶，它們組成了良好的相間屏蔽層，它保護著電纜，使之幾乎不能發生相間故障。

　　二、事故原因

　　根據國內外報導，交聯聚乙烯電纜發生事故的原因如下：

　　1、水樹枝劣化

　　它是交聯聚乙烯電纜事故的主要原因，約占事故的71%，多發生于自然劣化。所謂“樹枝”不過是一個形象名詞，它指固體介質擊穿破壞前，固體介質中產生的樹枝狀裂痕和放電痕跡。樹枝的產生引起絕緣進一步的惡劣化，不久將導致全部擊穿。所以樹枝現象也是預擊穿現象。

　　按樹枝化形成的原因，樹枝可分為電樹枝、水樹枝和電化樹枝(也可歸為水樹的特例)。

　　電樹枝是由于絕緣內部或不同材料交界面存在氣隙及雜質，或者屏蔽層存在缺陷、突出夾角等，引起電場集中，產生局部放電而逐步形成電樹枝。

　　電化樹枝，由化學因素造成的絕緣材料細微開裂，或由于化學雜質引起的樹枝。

　　水樹枝，它是水浸入絕緣層，在電場作用下形成的樹枝狀物。它的特點是引發樹枝的空隙含有水分，它在比發生電樹枝低得多的場強下即可發生。樹枝有的大多不連續，內凝有水分，主干樹枝較粗，分枝多且密密麻麻。水樹枝一般是從內半導電層、屏蔽層與絕緣層界面上引發出來。若絕緣體內存有氣隙或雜質，則會在電場方向產生并加劇蝶形領結狀水樹枝。這些水樹枝不僅受電纜結構的影響，而且還受半導作層性能和形狀、含水率、電壓等級、電纜芯溫度以及浸水條件等因素的影響。

　　水樹枝延伸最主要的條件是高溫和浸水，這時水樹枝的長度可以達到絕緣厚度的一半以上。

　　水樹枝具有消失和重現的特點，有的水樹枝受熱、干燥、抽真空后會消失形態，浸入熱水中又會重現。水樹枝不會直接導致擊穿，但會使絕緣強度降低，促進老化作用，縮短壽命。

　　(a)水樹枝長度;(b)蝶形領結長度

　　由圖三可以看出，后者比前者的交流擊穿電壓稍高。在此，將水樹枝形狀引用平均電場中的旋轉橢圓體相近似的概念，則樹枝末梢的電場E表示如下

　　E=2U/d*1/ln(Δl/r)*l/r

　　式中 r-突起末端的曲率半徑，mm

　　l-突起的長半徑，mm;

　　d-電極間的間隙寬度mm;

　　U-外加電壓，kV。

　　設電纜絕緣的固有擊穿電場強度為 600kV/mm， r=0.0025mm， d=4mm時，計算U和ι的關系，則圖4-21中的(a)和(b)的理論值和實測值的結果基本一致。若水村校長度在1mm以上，則交流擊穿電壓比理論值要高些，這是因為水樹枝已開始具有向橫向擴展的能力和水樹枝末端的已經緩和的緣故。

　　根據現場運行經驗，水樹枝劣化特征如下：

　　(l)僅發生在6kV高壓以上的交聯聚乙烯電纜中。

　　(2)從投運到破壞的時間需要數年至十幾年，大多數在10年以上。

　　(3)貫通絕緣體的水樹枝狀劣化，大部分能維持正常工作電壓以上的電壓值，只有在發生脈沖電壓等異常電壓時才產生破壞。

　　(4)環境溫度高時，劣化進程加快。

　　(5)電纜構造對故障有很大關系，對用棉帶做基布的半導體層的電纜要特別注意。

　　(6)全屏蔽的3.3kV交聯聚乙烯電纜，由于接地有可能發展為相間短路。

　　2、屏蔽銅帶斷裂

　　在屏蔽銅帶一端接地的電纜中，當屏蔽銅帶斷裂時，非接地一端的銅帶成為非接地狀態，該銅帶上將感應出高電壓，其值為

　　Ug=C1/(C1+C2)U

　　式中 C1-電纜芯與非接地一端銅帶間的電容;

　　C2-非接地一端銅帶對地電容。

　　這個高電壓若導致斷裂部位發生放電，往往引起絕緣破壞。

　　屏蔽銅帶斷裂的特征是：

　　(1)單芯電纜比三芯電纜的事故多。

　　(2)從投運到破壞的時間，從數周到數年不等。

　　(3)斷裂部位的導體電阻增大到數千歐，不能保護非接地側電纜的對地閃絡。

　　(4)斷裂部位放電時冒火、冒煙，嚴重時可能引起火災。

　　3、銅屏蔽接地故障

　　交聯聚乙烯電纜銅屏蔽接地故障已逐漸引起現場的重視。例如某地區的交聯聚乙烯電纜多半采取直埋方式，為此將終端頭的銅屏蔽地線和鋼銷地線分別引出，接地線截面分別不小于25mm2和10mm2，從熱縮手套下引出時應互相絕緣，通過以上兩項改進，就有條件在終端頭處定期測量鋼銷對地和鋼槍對銅屏蔽的絕緣電阻，可間接反映電纜內、外護套有無損傷，從而可以判斷電纜是否受潮。

　　4、電纜護層故障

　　高壓單芯交聯聚乙烯電纜能否安全可靠地運行，與其護層能否安全可靠運行關系密切。電纜護層采用一端接地方式時，要求該電纜的護層必須絕緣良好。當電纜護層發生接地時，運行中電纜護層將受到交變磁場的作用，在鋁波紋護層上將產生感應電壓，使在接接地端和電纜護層的絕緣不良處產生“環流”。“環流”使鋁波紋層發熱，并使輸送容量降低 30%～40%;而且嚴重的可將金屬護層燒穿。護層燒穿后將使電纜的主絕緣裸露在外，與地下(或空氣中)的水分或潮氣相接觸，使絕緣層遭受破壞，最終導致絕緣擊穿。

　　5、線芯屏蔽層厚薄不均勻

　　電力電纜線芯在緊壓過程中容易產生尖銳毛刺。隨著運行電壓升高，導體表面電場增大，毛刺尖端電場嚴重畸變，導致引發主絕緣樹枝狀放電。因此，3kV及以上的交聯聚乙烯電力電纜均要求設計由半導電材料構成的線芯屏蔽層和絕緣屏蔽層。半導電線芯屏蔽層的主要作用是：均勻線芯表面電場、防止氣隙、提高電纜局部放電電壓、屏蔽線芯毛刺、抑制樹枝引發和樹技狀放電，還起熱屏障作用。因此它直接影響電纜的安全運行和壽命。故障的原因是線芯屏蔽層較薄、體積電阻率偏高，不足以屏蔽線芯毛刺或銅屑所引起的畸變電場尖端放電，主絕緣迅速被破壞，最后導致電擊穿。

　　三、結論

　　隨著我國的電力事業的迅速發展,尤其是在城網改造中,用交聯聚乙烯電纜代替架空線路已成為一種趨勢,高電壓的電力交聯電纜使用的數量越來越多。為了檢驗和保證交聯電纜的安裝質量,在送電投運前,對交聯電纜進行現場交流耐壓試驗十分必要。