电线电缆绝缘材料燃烧及热老化研究进展

郑建强 倪世博 王超

摘要：电线电缆是不可缺少的电力设备与材料，绝缘则是其基本性能，指的主要是两导体之间的绝缘材料，一旦发生绝缘故障，将给人们的人身财产安全乃至整个社会的安全稳定带来巨大隐患。当出现这类问题时，需要及时对绝缘老化现象进行显微观察，并降低危险系数。基于此，本文就电线电缆绝缘材料燃烧及热老化进行有效分析。

关键词：电线电缆;绝缘材料;燃烧及热老化

一、电线电缆绝缘材料热老化概述

热老化是材料老化的基本形式，长期受热后，一些绝缘材料的抗弯和抗张强度均会显著降低，当受到机械作用后很容易损坏而导致绝缘击穿。水份能和其他污物一起组成弱电介质，生成离子，增大电导及介质损耗，使绝缘材料进一步发热，加速了热老化的进程。另外，局部放电、光照、辐射等都是影响绝缘老化的因素。绝缘老化意味着绝缘材料的使用寿命已经到期，如果继续使用将有发生漏电、短路等事故的危险。

二、电线电缆绝缘材料的重要性

在电线电缆企业的实际生产过程当中，由于电线电缆绝缘材料以及护套材料在整个材料的总成本不到20%，因此很多电线电缆企业往往都忽视了绝缘材料以及护套材料的重要性，那么质量也极其容易被忽视，从而便导致了在供应商的选择上，材料型号的选择以及检验标准方面存在着很大的漏洞。实际上，绝缘材料以及护套材料质量决定了电线电缆的绝缘性能，耐环境条件性能以及抗老化性能。因此，在电信电缆的产品检验标准中，70%的检验应在电线电缆绝缘材料以及护套材料的质量检验相关。而绝缘材料以及护套材料的质量不易控制。电线电缆绝缘材料以及护套材料的检验需要用专门的设备来进行，而样品的制备过程也相当复杂，而且部分的性能测试检验长达十天左右。因此，绝缘材料以及护套材料的质量问题不易控制。而实际上若是能够做好成品的检验以及供应商的管理工作后，绝缘材料以及护套材料的质量问题是可以得到有效的控制的。所以有效的提高绝缘材料以及护套材料的质量问题是提高电线电缆质量的重要基础。

三、电线电缆绝缘材料燃烧及热老化表现形式

3.1电树枝

研究发现，在固体绝缘材料的高压击穿试验后，可以观察到类似树枝或者树根一样的击穿痕迹。在高电压工程学上，这种树枝状的绝缘击穿部分称为“树枝”，其发生、发展的现象叫做“树枝形成”。这种树枝是由电场的作用导致击穿所致，所以又被称为“电树枝”电树枝产生的原因和电老化的原因一样有多种理论，但是尚无定论。其中有本征破坏说、离子碰撞说、龟裂发生说以及机械破坏说等等。现在实验室制造电树枝的方法是通过在插入绝缘材料内部的细针施加高压，这在一定程度上说明电树枝的形成和绝缘材料不均匀引起的电极效应有关电树枝形成后会不断发展，直至形成直径数微米到数百微米的细小中空管，这是引起绝缘局部放电原因之一。

3.2水树枝

橡皮、塑料电缆等浸水后施加电压作长期试验时，与不加电压只浸水的情况相比较其絕缘介质特性要低。这一现象被称为“浸水课电现象”。对产生“浸水课电现象”的绝缘材料进行显微观察，发现有和电树枝相似的树枝状结构的存在，因为这种树枝结构和水有关，并且是在低电场强度、长时间作用下形成的，为与电树枝区别，称之为水树枝水树枝在充满水的状态下看起来是白色的，但是干燥后就不易观察到。水树枝多见于结晶性材料如聚乙烯和交联聚乙烯，而在无定型材料的PVC、丁基橡胶等聚合物中少有发现。此外，水树枝在直流电压的作用下较难产生，但是在交流电压作用下较易产生，高频电压也能促使水树枝的产生在显微观察下发现水树枝的结构和电树枝还是存在一定差别的水树枝一般为直径O.1一llxm的微小气泡的集合，它们之间由直径为0.051～m的微小导管相连，这些微气泡和微导管中有水的存在。水树枝的发生一般需要三个条件：水、起点、电场.这为防止水树枝的产生提供了指导。首先，对于铺设在地面以下的电力电缆，要尽量避免与水直接接触。但是，完全和水隔离是比较难做到的。其次，消除绝缘材料中的微隙、杂质、凸起等作为水树枝产生的起点的部分，这是最现实有效的方法。

3.3化学树枝

在电缆绝缘介质中发现的树枝状结梅还有一种为化学树枝。化学树枝主要是由于硫化物从电缆外围穿透绝缘层并与铜导体发生反应形成硫化铜，硫化铜渗透到聚乙烯电缆的缺陷部位，形成树枝状的结晶化学树枝呈现为黑色或者红褐色的连续结构，在无电场的作用下也会发生。

3.4热离子位移极化

介质中少量与周围分子联系较弱的带电离子（一般为杂质）在外电场的作用下，其热运动趋向于顺电场方向在有限的范围内位移，造成这些离子在介质中分布不均，形成偶极化。这种极化受到分子热运动的限制，温度越高、热运动越活跃，极化越困难。因此，这种极化建立速度较缓慢，电场消失后，复原也较缓慢。

四、电线电缆绝缘材料燃烧及老化的原因

电信电缆绝缘护套材料采用的是高分子聚合物。高分子主要是依靠强大的化学键来保持相互的固定位置。一旦化学键受到外界的损伤或者是老化破坏，主要是氧化反应，那么聚合链就会大量的断裂，最终使护套材料开裂。

4.1绝缘受潮

这种情况也很常见，一般发生在直埋或排管里的电缆接头处。比如：电缆接头制作不合格和在潮湿的气候条件下做接头，会使接头进水或混入水蒸气，时间久r在电场作用下形成水树枝，逐渐损害电缆的绝缘强度而造成故障。

4.2化学腐蚀

电缆直接埋在有酸碱作用的地区，往往会造成电缆的铠装、铅皮或外护层被腐蚀，保护层因长期遭受化学腐蚀或电解腐蚀，致使保护层失效，绝缘降低，也会导致电缆故障。化：单位的电缆腐蚀情况就相当严重。

4.3长期过负荷运行

超负荷运行，由于电流的热效应，负载电流通过电缆时必然导致导体发热，同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产乍附加热量，从而使电缆温度升高。长期超负荷运行时，过高的温度会加速绝缘的老化，以至绝缘被击穿。尤其在炎热的夏季，电缆的温升常常导致电缆绝缘薄弱处首先被击穿，因此在夏季，电缆的故障也就特别多。

4.4电缆接头故障

电缆接头是电缆线路中最薄弱的环节，由人员直接过失（施工不良）引发的电缆接头故障时常发生。施工人员在制作电缆接头过程中，如果有接头压接不紧、加热不充分等原网，都会导致电缆头绝缘降低，从而引发事故。

4.5环境和温度

电缆所处的外界环境和热源也会造成电缆温度过高、绝缘击穿，甚至爆炸起火。

结语：

简而言之，电线电缆是电力系统不可缺少的设备和材料，绝缘是其基本性能，它主要是指两根导线之间的绝缘材料。绝缘失效一旦发生，将给人们的人身、财产安全乃至整个社会的安全稳定带来极大的隐患。为了保证电力运行的安全稳定，必须重视电线电缆绝缘检测技术的研究。通过对电线电缆机械性能、结构尺寸、导体电阻等绝缘故障因素的分析，探讨了电线电缆机械性能检测、结构尺寸检测、绝缘电阻检测的技术方法，为电线电缆绝缘性能检测技术人员提供参考，促进电力设备为人们的生产和生活提供更大的便利，促进电力工业的健康可持续发展。

参考文献：

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