CN103592529A - 一种基于低温脉冲的xlpe电缆绝缘老化评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种基于低温脉冲电流的XLPE电缆绝缘老化测量方法，它通过，在XLPE电缆绝缘切片试样两侧施加一定时间的直流高压后去掉电压并将试样两侧同时接地使试样表面电荷消散。然后将整个系统置于电磁屏蔽环境中，接入pA级电流检测系统。通过给被测试样施加一个低温脉冲，低温脉冲波在绝缘介质内传播时会引起介质局部的形状和介电常数发生变化，打破已建立的静电平衡，使得绝缘两端的电极上感应出一个脉冲电流信号。在外电路中通过pA级电流检测装置得到电流响应信号，通过计算机采样记录，并由此计算得到介质内的电场和空间电荷分布，根据电荷量级大小从而判断电力电缆的绝缘老化状况。

Description

一种基于低温脉冲的XLPE电缆绝缘老化评估方法

技术领域

本发明涉及空间电荷检测方法领域，以及电力电缆绝缘老化评估方法。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆由于其优异的电气性能被广泛应用于城市输电线路和配电网中，然而电缆投入运行后，必将受到电、热、潮湿、机械、化学等因素的作用发生老化。电缆老化后会使绝缘层内的陷阱增多，导致电荷在绝缘层内积累形成空间电荷，空间电荷会产生静电场与原有电场叠加，使变局部电场增强，这会对加速绝缘材料的老化。因此，检测电缆内部的空间电荷分布及电场分布并采取相应应对措施对电缆的设计和运行管理有很重要的意义。无论是基于空间电荷的危害考虑还是利用空间电荷检测来评估电缆老化，都很有必要对空间电荷在绝缘层内的分布情况进行研究。

长期以来，空间电荷问题一直没有得到很好的解决。空间电荷对电介质特性产生影响，最直接的原因是它所引起的电场畸变。因此研究空间电荷表征方法，目的在于获取聚合物固体介质中的空间电荷分布，进一步分析其中的电场分布。另外，空间电荷作为一种表征缺陷的最直接的方法，也可以用于介质老化程度的评估。随着技术的发展，现代空间电荷测量技术通常采用非破坏性的方法。这些方法大致分为三类：(1)热学方法；(2)压力波法；(3)电声脉冲法。温差脉冲电流法是在电介质物理基础上发展起来的一门技术，近年来被普遍用于研究介质电传导机理和电荷存储现象，被广泛用于聚合物介质材料的缺陷能态的研究中。低温脉冲电流法检测空间电荷的具体步骤是，给含有空间电荷的被测试样施加一个低温脉冲，温度波在介质中传播过程中，会引起介质收缩或膨胀，也会使局部的介电常数发生微小的变化，这会打破介质内的空间电荷已建立好的平衡关系，促使空间电荷重新分布。同时，在两个电极上的感应电荷也会变化，反应在外部电路就是出现了一个微小的电容电流(pA级)，被称为脉冲电流。脉冲电流是由介质中的空间电荷变化所引起，因此包含了空间电荷的分布信息，通过分析脉冲电流即可算出介质内的电场分布和空间电荷分布情况。脉冲电流法可应用的范围比较广泛，对于任何形状的绝缘材料，只要能算出脉冲在其内部的传播情况，即可应用脉冲电流法检测其内部的空间电荷。

本发明采用低温冷脉冲法对XLPE绝缘内部空间电荷进行测量，能有效控制低温脉冲温度与时间，保证pA级电流的采样精度，可显著提高电力电缆绝缘老化评估的准确性。

目的

本发明的目的在于提供一种基于低温脉冲的XLPE电缆绝缘老化评估方法。

技术方案

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在XLPE绝缘切片试样两侧施加一定时间的直流高压后去掉电压并将试样两侧同时接地使试样表面电荷消散。然后将整个系统置于电磁屏蔽环境中，接入pA级电流检测系统。通过给被测试样施加一个低温脉冲，低温脉冲波在绝缘介质内传播时会引起介质局部的形状和介电常数发生变化，打破已建立的静电平衡，使得两端的电极上感应出热脉冲电流。在外电路中通过pA级电流检测装置得到电流响应信号，通过计算机采样记录。并由此计算得到介质内的电场分布和空间电荷分布图，根据电荷量级大小从而判断电力电缆的绝缘老化状况。

有益效果

本发明的优点和有益效果：

①为非破坏性实验，可保持产品原貌，不会损伤产品性能；

②能显著提高绝缘老化测量的准确性，实验操作简单，易于实现：

③能有效获得试样内部的电场分布和空间电荷分布图。

附图说明

图1是本发明中对被测试样两侧施加电压装置示意图；

图2是本发明中利用低温脉冲法测量空间电荷的实验装置示意图；

图3是本发明中计算所得试样厚度坐标上的空间电荷分布图；

图4是本发明中计算所得试样厚度坐标上的电场强度分布图；

最佳实施方式

基于低温脉冲的XLPE绝缘空间电荷测量方法，其具体包括以下步骤：

(1)在被测XLPE切片试样两侧施加一定时间的直流高压(直流高压为正负直流，幅值为2kV-20kV，加压时间为：5分钟至40分钟)，加压完毕切断电源，并将两侧同时接地使试样表面电荷消散。

(2)将整个系统置于电磁屏蔽的环境中，形成一个没有电磁干扰的测量空间，将试样两侧接入pA级电流检测系统。

(3)通过液氮制冷系统给被测试样施加一个低温脉冲，温度差控制在60℃，在外电路中通过pA级电流检测装置得到电流响应信号，通过计算机采样记录。

(4)介质内各点的电位分布可由公式(1)计算得出：

$V\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i\cos \frac{\mathrm{i\πx}}{L}---\left(1\right)$

其中b_i可由所测电流和公式(2)计算得出：

$I\left(t\right)=\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n\left(t\right)=-\mathrm{A\ϵ}\frac{{\mathrm{\π}}^3}{2L}\underset{1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}^2{b}_n\exp \frac{-t}{{\mathrm{\τ}}_n}---\left(2\right)$

(5)介质内的电场分布和空间电荷分布可由公式(3)和公式(4)计算得出：

$E\left(x\right)=\frac{\∂V\left(x\right)}{\∂x}---\left(3\right)$

$\mathrm{\ρ}\left(x\right)=-\mathrm{\ϵ}\frac{{\∂}^{2}V\left(x\right)}{{\∂x}^2}---\left(4\right)$

由此可以得到XLPE绝缘内部电场分布和空间电荷分布的坐标图。

通过绝缘材料XLPE空间电荷来推算对电力电缆绝缘老化程度。

Claims (1)

1. 本发明专利涉及一种基于低温脉冲的XLPE电力电缆绝缘老化评估方法，它包括：

   1.本发明专利通过在XLPE绝缘切片试样两侧施加一定时间的直流高压后去掉电压并将试样两侧同时接地使试样表面电荷消散。然后将整个系统置于电磁屏蔽环境中，接入pA级电流检测系统。通过给被测试样施加一个低温脉冲，低温脉冲波在绝缘介质内传播时会引起介质局部的形状和介电常数发生变化，打破已建立的静电平衡，使得两端的电极上感应出一个脉冲电流信号。在外电路中通过pA级电流检测装置得到电流响应信号，通过计算机采样记录，并由此计算得到介质内的电场和空间电荷分布，根据电荷量级大小从而判断电力电缆的绝缘老化状况。

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