CN104914366A - 一种用于水树枝引发实验的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于水树枝引发实验的方法及装置，属于电缆绝缘材料抗水树性能研究技术领域。本发明为了解决水针电极制作过程复杂，水树枝引发位点少，引发成功几率低，工作量大，周期长的问题。方法：制作片状试样并组装实验装置，在水刀电极与接地电极间施加高压交流电，一定时间后取出片状试样，切下若干薄片，经亚甲基蓝染色后在显微镜下观察水树枝引发情况和水树枝的长度。实验装置：高压引线的下端置于氯化钠水溶液内，片状试样置于PP管的下端口处，片状试样的上表面切有刀状间隙，片状试样下表面蒸镀铝形成接地电极。切刀状间隙装置，钢板两端的调整螺钉的下端低于刀片的刀锋。本发明用于水树枝引发实验。

Description

一种用于水树枝引发实验的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种XLPE绝缘材料水树枝老化实验方法及其装置，属于电缆XLPE绝缘材料抗水树性能研究技术领域。

背景技术

在潮湿和电应力联合作用下，中低压交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆的绝缘缺陷处会形成一些树枝状结构破坏，即“水树枝”。水树枝的引发和生长大大缩短了电力电缆的使用寿命，对电网的供电安全产生潜在的威胁。因此，研制与应用耐水树枝的XLPE电缆绝缘材料来提高电缆绝缘的质量具有重要的经济价值。许多研究人员发现向XLPE中添加PEG、EEA、SEBS、纳米SiO₂、纳米MgO及山梨糖醇等可明显抑制XLPE绝缘中水树枝的引发与生长。在实际运行中，XLPE绝缘材料的水树枝老化是一个缓慢并且随机发生的过程，一般要几年甚至十几年，给绝缘材料的抗水树性能研究带来了一定的困难。研究人员一般采用加速水树枝老化实验来模拟实际水树枝的引发与生长，以缩短研究时间，提高研究效率，因此选择一种准确、快速的实验方法对研究电缆XLPE绝缘材料的抗水树性能具有重要的理论与现实意义，可促进XLPE绝缘电缆及其材料的研究与应用。

在电缆中，水树枝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的缺陷(气孔、杂质等)处，这些地方电场强度较高，常常成为水树枝的引发点。因此现有通用的水树枝培养实验采用水针电极模拟这些缺陷，以加速水树枝的引发与生长，评价不同的XLPE绝缘材料的抗水树性能。然而水针电极制作过程复杂，一个试样中水树枝引发位点少，水树枝引发成功几率低，实验工作量大，实验周期长。因此，实际工作中迫切需要发明一种快速、准确检验XLPE绝缘材料抗水树性能的实验技术。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，根据本发明的一个方面，提供了一种水树枝引发实验的方法及其装置，以至少解决现有的水树枝培养实验采用水针电极模拟，水针电极制作过程复杂，一个试样中水树枝引发位点少，水树枝引发成功几率低，实验工作量大，实验周期长的问题。

本发明一种用于水树枝引发实验的方法，其具体步骤为：

步骤一，截取适当长度的PP管；

步骤二，在片状试样的上表面用切刀状间隙装置切至少两个刀状间隙，并保证刀状间隙的刀锋与片状试样下表面之间具有一定的距离H，在片状试样下表面蒸镀铝电极形成接地电极；

步骤三，将片状试样置于PP管的下端口处制成容器；

步骤四，向PP管与片状试样制成的容器中填充氯化钠水溶液，将透明聚酯盖盖装在PP管上，由透明聚酯盖引入高压引线，高压引线的下端置于氯化钠水溶液内，高压引线的上端连接到高压电源，刀状间隙内充满氯化钠水溶液构成水刀电极，形成电应力集中线，作为水树枝的引发位点；

步骤五，通过高压引线在水刀电极与接地电极间施加一定频率的高压交流电，施加电压一定时间后取出片状试样，沿与片状试样表面刀状间隙切口方向垂直的方向在切口的不同位置处切下若干200μm-300μm厚度的薄片，经亚甲基蓝染色后在显微镜下观察水树枝引发情况和水树枝的长度。

进一步地：步骤一中PP管的截取长度为7cm-15cm。

进一步地：步骤二中刀状间隙的刀锋与片状试样下表面之间的距离H为1mm-4mm。

进一步地：步骤四中氯化钠水溶液的摩尔浓度为1mM-3M。

进一步地：步骤五中在水刀电极与接地电极间施50Hz-100000Hz频率的高压交流电，施加电压1小时-30天后取出片状试样。

进一步地：步骤二中刀状间隙的刀锋与片状试样下表面之间的距离H为2mm，步骤五中在水刀电极与接地电极间施50Hz频率的高压交流电，施加电压1、2、4或6天后取出片状试样。

基于上述实验方法的用于水树枝引发实验的装置，包括PP管、透明聚酯盖、高压引线、片状试样、水刀电极、接地电极、高压电源，片状试样置于PP管的下端口处，与PP管制成容器，容器中填充氯化钠水溶液，由透明聚酯盖引入高压引线，高压引线的下端置于氯化钠水溶液内，高压引线的上端连接到高压电源，片状试样的上表面采用切刀状间隙装置切有刀状间隙，刀状间隙内充满氯化钠水溶液构成水刀电极，片状试样下表面蒸镀铝形成接地电极。

基于上述实验方法及其装置的切刀状间隙装置，包括钢板，钢板的下端面平整，钢板的两端各设置有一个调整螺钉，钢板下端中心位置安装有刀片，调整螺钉的下端低于刀片的刀锋，两者的高度差为1mm-4mm，钢板上端面中心位置安装有施力螺钉。

进一步地：所述刀片通过安装座安装在钢板上。

进一步地：所述调整螺钉的螺距为0.05mm。

本发明所达到的效果为：

1、采用刀状间隙模拟绝缘材料中的缺陷，通过水刀电极快速引发水树枝，检验绝缘材料的抗水树枝引发与生长性能，可增加水树枝的引发位点，加速水树枝的引发，引发效率高，水树枝生长快，实验周期短，可快速评价绝缘材料的抗水树性能，参见表1，表1给出了绝缘厚度为2mm、电压频率为50Hz、电压有效值为2kV时，用水针电极和水刀电极法引发水树枝的生长情况：

表1：

2、切取用于观测水树枝引发与生长状况的薄片试样时准确、方便，减小因切片位置不准确带来的误差，提高工作效率。

3、该发明具有操作简单、测试周期短、节省资源的优点，为提高水树枝引发速率、缩短水树枝引发时间、检验绝缘材料抗水树性能提供实验数据和技术指导。

附图说明

图1是根据本发明的实施例用于水树枝引发实验的装置结构图；

图2是根据本发明的实施例切刀状间隙装置结构图；

图3是图2的侧向剖视图；

图4是图2的俯视局部剖视图；

图中：1-PP管；2-透明聚酯盖；3-高压引线；4-片状试样；5-刀状间隙；6-接地电极；7-高压电源；8-氯化钠水溶液；9-钢板；10-调整螺钉；11-刀片；12-施力螺钉；13-安装座。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明的实施例提供了一种用于水树枝引发实验的方法，其具体步骤为：

步骤一，截取适当长度(7cm-15cm)的PP管1；

步骤二，在片状试样4的上表面用切刀状间隙装置切至少两个刀状间隙5，并保证刀状间隙5的刀锋与片状试样4下表面之间具有一定的距离H，在片状试样4下表面蒸镀铝电极形成接地电极6；

步骤三，将片状试样4置于PP管1的下端口处制成容器；

步骤四，向PP管1与片状试样4制成的容器中填充氯化钠水溶液8，将透明聚酯盖2盖装在PP管1上，由透明聚酯盖2引入高压引线3，高压引线3的下端置于氯化钠水溶液8内，高压引线3的上端连接到高压电源7，刀状间隙5内充满氯化钠水溶液8构成水刀电极，形成电应力集中线，作为水树枝的引发位点；

步骤五，通过高压引线3在水刀电极与接地电极6间施加一定频率的高压交流电，施加电压一定时间后取出片状试样4，沿与片状试样4表面刀状间隙5切口方向垂直的方向在切口的不同位置处切下若干200μm-300μm厚度的薄片，经亚甲基蓝染色后在显微镜下观察水树枝引发情况和水树枝的长度。

另外，根据一种实现方式，步骤二中刀状间隙5的刀锋与片状试样4下表面之间的距离H为1mm-4mm。

另外，根据一种实现方式，步骤四中氯化钠水溶液8的摩尔浓度为1mM-3M。

另外，根据一种实现方式，步骤五中在水刀电极与接地电极6间施50Hz-100000Hz频率的高压交流电，施加电压1小时-30天后取出片状试样。

另外，根据一种实现方式，基于上述实验方法的用于水树枝引发实验的装置，包括PP管1、透明聚酯盖2、高压引线3、片状试样4、水刀电极、接地电极6、高压电源7，片状试样4置于PP管1的下端口处，与PP管1制成容器，容器中填充氯化钠水溶液8，由透明聚酯盖2引入高压引线3，高压引线3的下端置于氯化钠水溶液8内，高压引线3的上端连接到高压电源7，片状试样4的上表面采用切刀状间隙装置切有刀状间隙5，刀状间隙5内充满氯化钠水溶液8构成水刀电极，片状试样4下表面蒸镀铝形成接地电极6。

再者，根据一种实现方式，基于上述实验方法及其装置的切刀状间隙装置，包括钢板9，钢板9的下端面平整，钢板9的两端各设置有一个调整螺钉10，钢板9下端中心位置安装有刀片11，调整螺钉10的下端低于刀片11的刀锋，两者的高度差为1mm-4mm，钢板9上端面中心位置安装有施力螺钉12。

为了保证试样绝缘厚度固定，采用图2-图4所示装置切刀状间隙。将试样置于此装置下方、两个调整螺钉10之间，刀片11固定不动，手动调整调整螺钉10旋进钢板9的长度，保证调整螺钉10下端与刀片11刀锋之间的距离(即测试试样中绝缘厚度的大小)，向施力螺钉12施加一个大的压力，将刀片11切入试样中，得到固定绝缘厚度的水树枝引发试样。通过此装置可保证不同厚度的水树枝引发试样具有相同固定的绝缘厚度，消除绝缘厚度不同所带来的实验误差。

另外，根据一种实现方式，所述调整螺钉10的螺距为0.05mm。如此设置，切刀状间隙装置中调整刀切深度的螺钉一个螺纹0.05mm，即精确度0.05mm。

最后，根据一种实现方式，所述刀片11通过安装座13安装在钢板9上。

通过以上描述可知，上述根据本发明实现了快速、准确检验XLPE绝缘材料抗水树性能。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于水树枝引发实验的方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一，截取适当长度的PP管(1)；

步骤二，在片状试样(4)的上表面用切刀状间隙装置切至少两个刀状间隙(5)，并保证刀状间隙(5)的刀锋与片状试样(4)下表面之间具有一定的距离H，在片状试样(4)下表面蒸镀铝电极形成接地电极(6)；

步骤三，将片状试样(4)置于PP管(1)的下端口处制成容器；

步骤四，向PP管(1)与片状试样(4)制成的容器中填充氯化钠水溶液(8)，将透明聚酯盖(2)盖装在PP管(1)上，由透明聚酯盖(2)引入高压引线(3)，高压引线(3)的下端置于氯化钠水溶液(8)内，高压引线(3)的上端连接到高压电源(7)，刀状间隙(5)内充满氯化钠水溶液(8)构成水刀电极，形成电应力集中线，作为水树枝的引发位点；

步骤五，通过高压引线(3)在水刀电极与接地电极(6)间施加一定频率的高压交流电，施加电压一定时间后取出片状试样(4)，沿与片状试样(4)表面刀状间隙(5)切口方向垂直的方向在切口的不同位置处切下若干200μm-300μm厚度的薄片，经亚甲基蓝染色后在显微镜下观察水树枝引发情况和水树枝的长度。

2.根据权利要求1所述的一种用于水树枝引发实验的方法，其特征在于：步骤一中PP管的截取长度为7cm-15cm。

3.根据权利要求1所述的一种用于水树枝引发实验的方法，其特征在于：步骤二中刀状间隙(5)的刀锋与片状试样(4)下表面之间的距离H为1mm-4mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于水树枝引发实验的方法，其特征在于：步骤四中氯化钠水溶液(8)的摩尔浓度为1mM-3M。

5.根据权利要求1或2所述的一种用于水树枝引发实验的方法，其特征在于：步骤五中在水刀电极与接地电极(6)间施50Hz-100000Hz频率的高压交流电，施加电压1小时-30天后取出片状试样。

6.根据权利要求1所述的一种用于水树枝引发实验的方法，其特征在于：步骤二中刀状间隙的刀锋与片状试样下表面之间的距离H为2mm，步骤五中在水刀电极与接地电极间施50Hz频率的高压交流电，施加电压1、2、4或6天后取出片状试样。

7.基于权利要求1所述一种用于水树枝引发实验的方法的用于水树枝引发实验的装置，其特征在于：包括PP管(1)、透明聚酯盖(2)、高压引线(3)、片状试样(4)、水刀电极、接地电极(6)、高压电源(7)，片状试样(4)置于PP管(1)的下端口处，与PP管制成容器，容器中填充氯化钠水溶液(8)，由透明聚酯盖(2)引入高压引线(3)，高压引线(3)的下端置于氯化钠水溶液(8)内，高压引线(3)的上端连接到高压电源(7)，片状试样(4)的上表面采用切刀状间隙装置切有刀状间隙(5)，刀状间隙(5)内充满氯化钠水溶液(8)构成水刀电极，片状试样(4)下表面蒸镀铝形成接地电极(6)。

8.基于权利要求1所述一种用于水树枝引发实验的方法或权利要求7用于水树枝引发实验的装置的切刀状间隙装置，其特征在于：包括钢板(9)，钢板(9)的下端面平整，钢板(9)的两端各设置有一个调整螺钉(10)，钢板(9)下端中心位置安装有刀片(11)，调整螺钉(10)的下端低于刀片(11)的刀锋，两者的高度差为1mm-4mm，钢板(9)上端面中心位置安装有施力螺钉(12)。

9.根据权利要求8所述的切刀状间隙装置，其特征在于：所述调整螺钉(10)的螺距为0.05mm。

10.根据权利要求8所述的切刀状间隙装置，其特征在于：所述刀片(11)通过安装座(13)安装在钢板(9)上。