CN111638417B - 一种用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及公开一种10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，包括交流高压电源、环氧树脂箱体、交联聚乙烯电缆段固定结构和接地电极片；环氧树脂箱体上分别具有第一通孔和第二通孔；交联聚乙烯电缆段固定结构包括第一斜体、第二斜体和电缆上端固定件，工作时，电缆段放置在三角槽内，固定头向下压住电缆段；电缆段高压端裸露出线芯，线芯通过第一通孔与交流高压电源连接；电缆段低压端通过第二通孔接地电极片；三角槽内注入电解质溶液，且液面过电缆段横截面的圆心。该水树培养装置设计了独特的交联聚乙烯电缆段固定结构，不但可以方便的固定电缆，更重要的是可以适用于不同直径的电缆，从而提高了水树培养装置的适用性。

Description

一种用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置

技术领域

本发明涉及高电压与绝缘技术领域，特别涉及交联聚乙烯电缆段样品（40）水树培养装置。

背景技术

交联聚乙烯英文缩写XLPE,XLPE电力电缆具有良好的电气性能与机械性能，因此在我国城市电网中得到了广泛的应用。但是，由于早期电缆制造工艺不够成熟，在电缆生产过程中可能会在电缆绝缘层内部掺入杂质或者存在微孔，气泡等，同时在电缆储存、运输、安装与运行期间会难以避免地受到机械应力、水分、热因素等的作用，导致交联聚乙烯内部产生微小裂纹或空隙，在电场的作用下水分进入XLPE的空隙中并引发水树，影响电缆使用寿命。水树老化是电缆老化的最主要形式之一，在长期电场作用或过电压的作用下可能发展成为电树，从而造成电缆绝缘击穿，危害电力系统安全稳定运行。因此，研究XLPE水树老化对维护电力电缆安全可靠运行具有重要意义。

为了模拟XLPE在潮湿环境下的水树生长，在实验室获得水树老化样本，需要开发一种能够有效进行XLPE水树老化的实验装置。专利公布号为CN105738780A的专利中，将电缆放入两端开孔的环氧树脂箱体中，孔的大小根据3×300XLPE单相样品段设计，电缆一端处于箱体外部并裸露出缆芯，作为高压接线端。在箱体内的电缆样本段处扎有针孔，环氧树脂箱体中充满氯化钠溶液并浸没电缆样本。该方法存在以下缺点：1.一套老化装置只能针对同一截面面积的电缆样本，并且只能老化一根电缆样本；2 .实验装置复杂，操作不简便。

专利公布号为CN209400625U的专利中，将某一厚度的电缆块状试样放入特制的老化电极中，老化电极包括一个槽型电极和一个实心电极。槽型电极底部开螺纹孔，将铜电极安装在小孔上作为高压接线端，中部有用于盛放氯化钠溶液的空腔。实心电极右壁外侧设有接线端，作为接地端。老化时，槽型电极空腔中注入氯化钠溶液，注满后将铜电极接入高压电源。该方法存在以下缺点：1.虽然可以同时老化多块试样，但是试样大小不可变；2.不能模拟正常运行电缆水树老化情况；3.不能实时补充电解质溶液。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的要解决的技术问题是开发一种体积小、装置简单、能对较大直径范围的电缆进行水树培养实验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，包括交流高压电源、环氧树脂箱体、交联聚乙烯电缆段固定结构和接地电极片；

所述环氧树脂箱体的顶部设有上盖板，所述上盖板的中心位置具有螺纹通孔；

所述环氧树脂箱体的侧壁上分别具有用于接入交流高压电的第一通孔和用于接入接地电极片的第二通孔；

所述交联聚乙烯电缆段固定结构：包括第一斜体、第二斜体和电缆上端固定件；所述第一斜体和第二斜体设置在环氧树脂箱体内，且第一斜体的斜面与环氧树脂箱体底面的夹角为45°，第二斜体的斜面与环氧树脂箱体底面的夹角为45°，所述第一斜体和第二斜体的底边密封连接，形成三角槽；

所述电缆上端固定件包括连杆和固定头；

所述连杆与上盖板上的螺纹通孔螺纹配合，连杆的底部与固定头的上表面固定连接；

工作时，所述交联聚乙烯电缆段样品放置在第一斜体底边和第二斜体底边连接形成的三角槽内，并且交联聚乙烯电缆段样品沿着第一斜体和第二斜体的长度方向放置，所述固定头向下压住交联聚乙烯电缆段样品；

交联聚乙烯电缆段样品靠近第一通孔的端部裸露出线芯，电线穿过第一通孔将交流高压电源和线芯连接；

所述交联聚乙烯电缆段样品靠近第二通孔的端部通过接地线连接接地电极片；

所述三角槽内注入电解质溶液，所述电解质溶液的液面盖高于交联聚乙烯电缆段样品横截面的圆心。

作为优选，所述第一斜体和第二斜体为三棱柱体，且第一斜体和第二斜体的横截面为直角三角形，第一斜体和第二斜体的直角面分别对应的与环氧树脂箱体的底面和竖直面相抵，第一斜体和第二斜体斜面的底边密封连接。

作为优选，还包括电解质溶液注入槽；所述电解质溶液注入槽设置在第一斜体和/或第二斜体上，该电解质溶液注入槽的横截面为直角三角形，且所述电解质溶液注入槽对应将第一斜体和/或第二斜体分成两个独立的横截面为直接三角形的三棱柱体。通过电解质溶液注入槽可以实时补充三角槽中的电解质溶液，并且提供接地极与电缆之间的连接通道，电解质液作为两者的连接媒介。

作为优选，所述第二通孔贯穿环氧树脂箱体的侧面与电解质溶液注入槽连通，并且在竖直方向上第二通孔与电解质溶液注入槽的底部齐平，在水平方向上，第二通孔在环氧树脂箱体侧面的位置与电解质溶液注入槽在环氧树脂箱体在对应侧面的投影位置重合。电解质溶液注入槽与第二通孔连通，接地电极片穿过第二通孔后与电解质溶液形成接地系统。

作为优选，所述水树培养装置还包括热缩管；所述热缩管连接在交联聚乙烯电缆段样品靠近第一通孔的端部，所述热缩管上具有第三通孔；所述线芯位于热缩管内，电线依次穿过第一通孔和第三通孔将交流高压电源和线芯连接。热缩管设置与电缆段样品的两端，作用有两个：1. 由于电解质液液面达到电缆截面圆心，因此热缩管的存在可以隔绝电解质液与电缆线芯，防止两者因接触而导通；2.热缩管的存在可以为电缆线芯与电解质液之间创造一个安全距离，防止在加高压时发生线芯对电解质液放电。而高压端热缩管上端开孔是为了方便线芯与高压输入端连接。

作为优选，所述第二通孔与接地线之间这有密封圈。第二通孔与三角槽底部平齐，密封圈的作用是密封通孔与接地极之间的缝隙，防止电解质液泄露。

作为优选，所述聚乙烯电缆段样品浸没在电解质溶液的下部设有针孔，且相邻两个针孔的间距相等。对电缆扎针的目的是加速水树的产生。

作为优选，交流电压输入参数为电压7.5kV，频率400Hz，所述电解质溶液采用1.8mol/L的氯化钠溶液。

作为优选，所述交联聚乙烯电缆段样品的直径范围在20mm~180mm之间。

作为优选，所述环氧树脂箱体的四角具有四个锁扣安装孔，所述上盖板的四角也对应的设有锁扣，通过环氧树脂箱体上的锁扣安装孔和上盖板上对应的锁扣进行配合，将环氧树脂箱体和上盖板连接。上盖板起对箱体密封的作用，密封的环氧树脂箱体可以减少外界环境对电缆水树产生过程的影响，密封的环境更接近正常运行电缆水树产生过程。

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点：

1.本发明提供的水树培养装置设计了独特的交联聚乙烯电缆段固定结构，不但可以方便的固定电缆，更重要的是可以适用于不同直径的电缆，从而提高了水树培养装置的适用性。

2.本发明提供的水树培养装置体积小，操作简单，在电缆老化过程中可以随时补充电解质溶液。

3.本发明相对于传统水树培养装置采用整段电缆而不是电缆绝缘切片进行水树培养，能比较准确的反映运行电缆的水树生成。

4.本发明通过电缆线芯加交流高压，电解质溶液接地的方法也符合运行电缆的实际环境，能真实的反映电缆在缺陷处水树的产生。

附图说明

图1为本发明提供的水树培养装置的立体结构示意图。

图2为交联聚乙烯电缆段固定结构中的部分结构的侧视结构示意图。

图3为具有电解质溶液注入槽的第一斜体。

图中，10-环氧树脂箱体，11-第一通孔，13-第二通孔，20-上盖板，31-第一斜体，32-电解质溶液注入槽，33-第二斜体，351-连杆，353-固定头，37-三角槽，40-交联聚乙烯电缆段样品，41-线芯，43-热缩管。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

参见图1，一种用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，包括交流高压电源、环氧树脂箱体10、交联聚乙烯电缆段固定结构和接地电极片；由于交流高压电源和接地电极片不是本发明的主要发明点，而且两者的位置以及与其他构件的连接关系非常简单，因此在图中没有画出该两个构件。

所述环氧树脂箱体10的顶部设有上盖板20，所述上盖板20的中心位置具有螺纹通孔。

所述环氧树脂箱体10的侧壁上分别具有用于接入交流高压电的第一通孔11和用于接入接地电极片的第二通孔13。

具体实施时，所述环氧树脂箱体10的四角具有四个锁扣安装孔，所述上盖板20的四角也对应的设有锁扣，通过环氧树脂箱体10上的锁扣安装孔和上盖板20上对应的锁扣进行配合，将环氧树脂箱体10和上盖板20连接。。

所述交联聚乙烯电缆段固定结构：包括第一斜体31、第二斜体33和电缆上端固定件；所述第一斜体31和第二斜体33设置在环氧树脂箱体10内，且第一斜体31与环氧树脂箱体10底面的夹角为45°第二斜体33与环氧树脂箱体10底面的夹角为45°，所述第一斜体31和第二斜体33的底边密封连接，形成直角三角槽37。

所述电缆上端固定件包括连杆351和固定头353；所述连杆351与上盖板20上的螺纹通孔螺纹配合，连杆351的底部与固定头353的上表面固定连接。

工作时，所述交联聚乙烯电缆段样品40放置在第一斜体31底边和第二斜体33底边连接形成的三角槽37内，并且交联聚乙烯电缆段样品40沿着第一斜体31和第二斜体33的长度方向放置，所述固定头353向下压住交联聚乙烯电缆段样品40；交联聚乙烯电缆段样品40靠近第一通孔11的端部裸露出线芯41，电线穿过第一通孔11将交流高压电源和线芯41连接。

所述交联聚乙烯电缆段样品40靠近第二通孔13的端部通过接地线连接接地电极片；所述第二通孔13与接地线之间这有密封圈。具体实施时，第二通孔13在竖直方向的高度低于第一通孔11。

所述三角槽37内注入电解质溶液，所述电解质溶液的液面高度过交联聚乙烯电缆段样品40横截面的圆心。具体实施时，参见图2，所述第一斜体31和第二斜体33为三棱柱体，且第一斜体31和第二斜体33的横截面为直角三角形，第一斜体31和第二斜体33的直角面分别对应的与环氧树脂箱体10的底面和竖直面相抵，第一斜体31和第二斜体33斜面的底边密封连接。

为了防止加入电解质溶液时，电解质溶液会溅到交联聚乙烯电缆段样品的非实验部分，水树培养装置还包括电解质溶液注入槽32；所述电解质溶液注入槽32设置在第一斜体31和/或第二斜体33上，该电解质溶液注入槽32的横截面为直角三角形，且所述电解质溶液注入槽32对应将第一斜体31和/或第二斜体33分成两个独立的横截面为直接三角形的三棱柱体。具体的，该电解质溶液注入槽其实也是三棱柱体，而且其横截面与第一斜体31和第二斜体33的横截面的形状，大小均相同。电解质液注入槽32设置的目的是为了确保向三角槽37中加入电解质溶液时，电解质溶液直接流入三角槽37的底部，然后慢慢将交联聚乙烯电缆段样品浸没，最终将交联聚乙烯电缆段样品横截面圆心以下的位置都浸没。

现有的水树培养装置要么是提前加入电解质液，要么是没有设置专门的电解质液注入端，因此在加入电解质溶液时很不规范和不方便。电解质液注入槽贯穿第一斜体31，当注入电解质溶液时，安装于第二通孔13的接地极通过电解质液与电缆连通。

作为改进，所述第二通孔13贯穿环氧树脂箱体10的侧面与电解质溶液注入槽连通，并且在竖直方向上第二通孔13与电解质溶液注入槽32的底部齐平，在水平方向上，第二通孔13在环氧树脂箱体10侧面的位置与电解质溶液注入槽32在环氧树脂箱体10在对应侧面的投影位置重合。

进一步的，水树培养装置还可以包括电解质注入结构还包括热缩管43；所述热缩管43连接在交联聚乙烯电缆段样品40靠近第一通孔11的端部，所述热缩管43上具有第三通孔；所述线芯41位于热缩管43内，电线依次穿过第一通孔11和第三通孔将交流高压电源和线芯41连接。

具体实施时，所述交流高压电源的输入参数为电压7.5kV，频率400Hz，所述电解质溶液采用1.8mol/L的氯化钠溶液。所述交联聚乙烯电缆段样品40的直径范围在20mm~180mm之间，交联聚乙烯电缆段样品40浸没在电解质溶液的下部设有针孔,且相邻两个针孔的间距相等，所述电解质溶液采用1.8mol/L的氯化钠溶液。

本发明提供的水树培养装置用于测试的交联聚乙烯电缆段样品的直径可变，原理是：水树培养装置内部设有第一斜体31、第二斜体33，第一斜体31和第二斜体33相交在箱体底部形成一个三角槽37，当装置放上电缆时，两个第一斜体31和第二斜体33分别于交联聚乙烯电缆相接，起支撑电缆的作用，同时固定头353向下压住交联聚乙烯电缆，对电缆起固定作用。交联聚乙烯电缆直径改变，斜面与电缆的相接点上移，转动连杆351带动固定头353向上移动，继续对交联聚乙烯电缆进行固定，只要电缆的直径不大于斜面直角边的长度，均可以使用该装置进行水树培养。

本发明提供的水树培养装置的工作过程：

电缆段接高压的端口需去除绝缘层露出线芯，电缆表面等间距扎孔，孔深2-3mm，孔底距离线芯大约2mm，扎孔在电缆表面成一条直线均匀排列。电缆两端再使用热缩管封口，接高压端热缩管上端开口作为高压引入口。电缆处理好之后放入装置，通过交联聚乙烯电缆固定结构、第一斜体31和第二斜体33对交联聚乙烯电缆进行固定，交联聚乙烯电缆扎孔位置正对三角槽37底部。安装好电缆后，从电解质液注入槽处注入电解质溶液，液面过电缆圆心处即可。这样，交联聚乙烯电缆扎孔处就完全浸没在电解质溶液中。此时，高压端接交流电源，接地端接地就可以进行水树培养试验。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，其特征在于：包括交流高压电源、环氧树脂箱体（10）、交联聚乙烯电缆段固定结构和接地电极片；

所述环氧树脂箱体（10）的顶部设有上盖板（20），所述上盖板（20）的中心位置具有螺纹通孔；

所述环氧树脂箱体（10）的侧壁上分别具有用于接入交流高压电的第一通孔（11）和用于接入接地电极片的第二通孔（13）；

所述交联聚乙烯电缆段固定结构：包括第一斜体（31）、第二斜体（33）和电缆上端固定件；所述第一斜体（31）和第二斜体（33）设置在环氧树脂箱体（10）内，且第一斜体（31）的斜面与环氧树脂箱体（10）底面的夹角为45°，第二斜体（33）的斜面与环氧树脂箱体（10）底面的夹角为45°，所述第一斜体（31）和第二斜体（33）的底边密封连接，形成三角槽（37）；

所述电缆上端固定件包括连杆（351）和固定头（353）；

所述连杆（351）与上盖板（20）上的螺纹通孔螺纹配合，连杆（351）的底部与固定头（353）的上表面固定连接；

工作时，所述交联聚乙烯电缆段样品（40）放置在第一斜体（31）底边和第二斜体（33）底边连接形成的三角槽（37）内，并且交联聚乙烯电缆段样品（40）沿着第一斜体（31）和第二斜体（33）的长度方向放置，所述固定头（353）向下压住交联聚乙烯电缆段样品（40）；

交联聚乙烯电缆段样品（40）靠近第一通孔（11）的端部裸露出线芯（41），电线穿过第一通孔（11）将交流高压电源和线芯（41）连接；

所述交联聚乙烯电缆段样品（40）靠近第二通孔（13）的端部通过接地线连接接地电极片；

所述三角槽（37）内注入电解质溶液，所述电解质溶液的液面盖高于交联聚乙烯电缆段样品（40）横截面的圆心。

2.如权利要求1所述的用于10kV交联聚乙烯电缆段样品（40）水树培养装置，其特征在于：所述第一斜体（31）和第二斜体（33）为三棱柱体，且第一斜体（31）和第二斜体（33）的横截面为直角三角形，第一斜体（31）和第二斜体（33）的直角面分别对应的与环氧树脂箱体（10）的底面和竖直面相抵，第一斜体（31）和第二斜体（33）斜面的底边密封连接。

3.如权利要求2所述的用于10kV交联聚乙烯电缆段样品（40）水树培养装置，其特征在于：还包括电解质溶液注入槽（32）；所述电解质溶液注入槽（32）设置在第一斜体（31）和/或第二斜体（33）上，该电解质溶液注入槽（32）的横截面为直角三角形，且所述电解质溶液注入槽（32）对应将第一斜体（31）和/或第二斜体（33）分成两个独立的横截面为直角三角形的三棱柱体。

4.如权利要求3所述的用于10kV交联聚乙烯电缆段样品（40）水树培养装置，其特征在于：所述第二通孔（13）贯穿环氧树脂箱体（10）的侧面与电解质溶液注入槽连通，并且在竖直方向上第二通孔（13）与电解质溶液注入槽（32）的底部齐平，在水平方向上，第二通孔（13）在环氧树脂箱体（10）侧面的位置与电解质溶液注入槽（32）在环氧树脂箱体（10）在对应侧面的投影位置重合。

5.如权利要求1-4任一项所述的用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，其特征在于：还包括热缩管（43）；

所述热缩管（43）连接在交联聚乙烯电缆段样品（40）靠近第一通孔（11）的端部，所述热缩管（43）上具有第三通孔；

所述线芯（41）位于热缩管（43）内，电线依次穿过第一通孔（11）和第三通孔将交流高压电源和线芯（41）连接。

6.如权利要求4所述的用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，其特征在于：所述第二通孔（13）与接地线之间这有密封圈。

7.如权利要求4所述的用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，其特征在于：所述聚乙烯电缆段样品（40）浸没在电解质溶液的下部设有针孔,且相邻两个针孔的间距相等。

8.如权利要求1所述的用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，其特征在于：所述交流高压电源的输入参数为电压7.5kV，频率400Hz，所述电解质溶液采用1.8mol/L的氯化钠溶液。

9.如权利要求1所述的用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，其特征在于：所述交联聚乙烯电缆段样品（40）的直径范围在20mm~180mm之间。

10.如权利要求1所述的用于10kV交联聚乙烯电缆段样品水树培养装置，其特征在于：所述环氧树脂箱体（10）的四角具有四个锁扣安装孔，所述上盖板（20）的四角也对应的设有锁扣，通过环氧树脂箱体（10）上的锁扣安装孔和上盖板（20）上对应的锁扣进行配合，将环氧树脂箱体（10）和上盖板（20）连接。

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