CN111665425A - 一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置及检测方法，属于电力电缆绝缘检测技术领域，所要解决的技术问题是提供一种可以对交联聚乙烯电缆的抗电树能力等电气性能进行快速检测和评估的检测装置及检测方法；采用的方案为：填充有硅油的有机玻璃缸内部固定有有机玻璃底座，有机玻璃底座上设置有接地的试样接地极，试样接地极上均匀固定有多个电缆试样，电缆试样上分别连接有钢针，钢针与有机玻璃缸外部的高压熔断器通过导线连接，电缆试样的上方均固定有与PC电气连接的CCD摄像头，电缆试样的下方均设置有可调光源；以及本检测装置的检测方法；本发明使电缆试样观测时间成倍减少，效率成倍提高。
Description
技术领域
本发明属于电力电缆绝缘检测技术领域，具体涉及一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置及检测方法。
背景技术
近年来电网公司相继出现了多起因电缆击穿导致的大面积停电事故，很多的电缆往往未到设计寿命而过早失效，由于早期对电缆入网检测的技术手段缺乏，导致过去的入网电缆质量参差不齐而可能出现过早击穿事故。电树老化是电缆绝缘击穿的直接原因，电缆的抗电树能力直接影响了电缆的寿命。因此，电缆绝缘的抗电树能力是绝缘寿命以及长期运行可靠性的一项重要指标。目前的电缆入网检测项目只涉及到电缆的一些基本性能，如几何参数、交联度、阻燃性和基本电气参数等，对电缆的抗电树能力没有相应的快速检测方法，不同的电缆设计寿命和抗树枝化能力会导致电缆成本的较大差异，厂家可能会牺牲寿命和抗电树能力来降低成本，导致入网电缆质量难以保证，远未达到预期使用寿命。入网电缆的质量不高给后期运行维护造成了很大的压力，增加了巨大的运维成本投入，且后期的运行风险不可控。抗电树能力测试需要在电缆绝缘层内快速生成电树枝并对电树枝生长过程进行观测和记录，但目前已有的研究成果中一次只能针对一个电缆试样进行观测，且观测时间较长，观测效率较低。因此如何从源头上把握入网电缆的质量，尤其是检测其抗电树性能和使用寿命，是解决电缆长期运行可靠性和节约大量运维投入的有效途径之一。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置及检测方法，可以对交联聚乙烯电缆的抗电树能力进行快速检测和评估，解决了入网电缆质量无法把控的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置，包括：可调变压器、高压熔断器、有机玻璃缸、电缆试样、CCD摄像头、硅油、PC、试样接地极、可调光源、有机玻璃底座和钢针，所述有机玻璃缸的内部固定有所述有机玻璃底座，所述有机玻璃底座上设置有所述试样接地极，所述试样接地极接地，所述试样接地极上均匀固定有多个半圆形的所述电缆试样，所述电缆试样的个数根据实际需求确定，一般不大于十个，每一个所述电缆试样上均连接有一根钢针，所述钢针的针尖端插入所述电缆试样的内部，所述钢针的另一端均相对应的通过导线连接有一个高压熔断器，多个所述高压熔断器均固定于所述有机玻璃缸的外部，多个所述高压熔断器与所述可调变压器通过导线连接，且所述高压熔断器与所述可调变压器的高压输出端连接，所述有机玻璃缸的内部填充有硅油，所述硅油淹没所述电缆试样和所述钢针；
所述电缆试样的上方均固定有CCD摄像头，多个所述CCD摄像头与所述PC通过数据线连接，所述PC为个人计算机，所述电缆试样的下方均设置有可调光源，所述可调光源固定于所述有机玻璃缸的外部下方。相对应的电缆试样、CCD摄像头和可调光源在竖直方向上呈直线排列，所述CCD摄像头应具备较大倍率，必要时可结合显微镜使用。
所述电缆试样为半圆形薄片状，所述电缆试样经剥离而成，剥离后的电缆试样包括三层，依次为：内半导电层、绝缘层和外半导电层，所述钢针的针尖贯穿所述电缆试样的内半导电层并刺入绝缘层，所述钢针的针尖端距离所述电缆试样的外半导电层距离为2～2.5mm，且所述钢针的延长线通过所述绝缘层的圆心。所述钢针与所述绝缘层相交处的绝缘层切线相垂直。
所述有机玻璃缸的一侧固定有轴向水平设置的接地套管，所述接地套管贯穿所述有机玻璃缸的侧壁，所述试样接地极与所述接地套管通过导线连接，所述接地套管接地；所述钢针与所述高压熔断器连接的线路上均连接有高压套管，所述高压套管轴向水平设置，多个所述高压套管水平方向并排设置，所述高压套管贯穿所述有机玻璃缸另一侧的侧壁，所述硅油淹没所述接地套管和所述高压套管。
所述试样接地极上沿水平方向均匀开设有多个槽口朝向水平的凹型槽，所述凹型槽与半圆形的所述电缆试样相适配，所述电缆试样与所述凹型槽通过塑料绝缘绳固定。所述高压套管的数量和间距与所述凹型槽数量和间距一致。
所述试样接地极采用厚度为6～8mm的长条状铜制电极。
所述钢针的直径为1mm。
所述可调变压器固定于所述有机玻璃缸的外部。所述可调变压器的低压侧电气连接有过流保护继电器，所述高压熔断器折算到低压侧的整定值应当低于所述可调变压器低压侧过流保护继电器整定值。
一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置的检测方法，包括以下步骤：
1）、电缆试样制作：
将电缆切为半圆形薄片试样，将钢针贯穿薄片试样的内半导电层、绝缘层，并刺入外半导电层；
2）、电缆试样固定：
将步骤1制作的电缆试样放入试样接地极的凹形槽中，电缆试样的外半导电层与凹形槽底部贴合，并使用塑料绝缘绳将电缆试样和试样接地极固定，将固定好的电缆试样和试样接地极放置于有机玻璃底座上方；
3）、导线连接：
使用导线将钢针、高压套管、高压熔断器、可调变压器高压侧输出端、试样接地极、接地套管连接在一起，接地套管接地；
4）、添加硅油：
向有机玻璃缸内注入硅油，硅油液面淹没高压套管、接地套管、钢针和电缆试样；
5）、可调光源和CCD摄像头配置：
根据试样数量配备多个可调光源和CCD摄像头，打开可调光源、PC和CCD摄像头，调节CCD摄像头和光源，使PC显示画面能够清晰地聚焦在钢针针尖处，同一台PC可同时与所有的CCD摄像头通信；
6）、检测：
缓慢调节可调变压器使其初始电压升至10kV，并按照每间隔5min升高电压2kV的规律对可调变压器进行调节，直至所有的电缆试样击穿、高压熔断器熔断，降低可调变压器电压至0，断开可调变压器低压侧电源，电压调节过程中对电压及时间进行记录；
7）、数据分析：
当断开可调变压器低压侧电源后，停止CCD摄像头录像，将PC端记录的CCD摄像头影像时间与电压调节时间进行比对，记录每个电缆试样的电树引发时间、电压幅值以及试样击穿时间、电压幅值；将电缆试样的电树引发和击穿的时间以及电压幅值分别按照统计学要求计算平均值，并通过与标准值进行比对来评估电缆试样的抗电树能力。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
一、本发明采用多组电缆试样并联加压的方法进行电树老化实验，单个电缆试样击穿后，该试样支路的高压熔断器断开，不会影响其他电缆试样的电树老化和观测，这种方法可使电缆试样观测时间成倍减少，效率成倍提高。
二、本发明可以对多个样本的电树引发和试样击穿电压求平均值，能够更加准确地评估电缆试样的抗电树能力。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置的正视结构示意图。
图2为本发明有机玻璃缸的俯视结构示意图。
图3为本发明试样接地极的俯视结构示意图。
图4为本发明A处放大图。
图中：1为可调变压器，2为高压熔断器，3为高压套管，4为有机玻璃缸，5为电缆试样，6为CCD摄像头，7为硅油，8为接地套管，9为PC，10为试样接地极，11为可调光源，12为有机玻璃底座，13为钢针，14为凹型槽，15为内半导电层，16为绝缘层，17为外半导电层。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置，包括：可调变压器1、高压熔断器2、有机玻璃缸4、电缆试样5、CCD摄像头6、硅油7、PC9、试样接地极10、可调光源11、有机玻璃底座12和钢针13，所述有机玻璃缸4的内部固定有所述有机玻璃底座12，所述有机玻璃底座12的厚度约为5cm，所述有机玻璃底座12上设置有所述试样接地极10，所述试样接地极10接地，所述试样接地极10上均匀固定有多个半圆形的所述电缆试样5，所述电缆试样5上分别连接有钢针13，所述钢针13的针尖端插入所述电缆试样5的内部，所述钢针13的另一端均通过导线连接有高压熔断器2，多个所述高压熔断器2均固定于所述有机玻璃缸4的外部，多个所述高压熔断器2与所述可调变压器1通过导线连接，且所述高压熔断器2与所述可调变压器1的高压输出端连接，所述有机玻璃缸4的内部填充有硅油7，所述硅油7淹没所述电缆试样5和所述钢针13；
所述电缆试样5的上方均固定有CCD摄像头6，多个所述CCD摄像头6与所述PC9通过数据线连接，所述电缆试样5的下方均设置有可调光源11，所述可调光源11固定于所述有机玻璃缸4的外部下方。相对应的电缆试样5、CCD摄像头6和可调光源11在竖直方向上呈直线排列，所述CCD摄像头应具备较大倍率，必要时可结合显微镜使用。
所述电缆试样5为半圆形薄片状，所述电缆试样5经剥离而成，剥离后的电缆试样5包括三层，依次为：内半导电层15、绝缘层16和外半导电层17，所述电缆试样5的厚度为5mm，所述钢针13的针尖贯穿所述电缆试样5的内半导电层15并刺入绝缘层16，所述钢针13的针尖端距离所述电缆试样5的外半导电层17距离为2～2.5mm，且所述钢针13的延长线通过所述绝缘层16的圆心。所述钢针13与所述绝缘层16相交处的绝缘层16切线相垂直。
所述有机玻璃缸4的一侧固定有轴向水平设置的接地套管8，所述接地套管8贯穿所述有机玻璃缸4的侧壁，所述试样接地极10与所述接地套管8通过导线连接，所述接地套管8接地；所述钢针13与所述高压熔断器2连接的线路上均连接有高压套管3，所述高压套管3轴向水平设置，多个所述高压套管3水平方向并排设置，所述高压套管3贯穿所述有机玻璃缸4另一侧的侧壁，所述硅油7淹没所述接地套管8和所述高压套管3。所述接地套管8和所述高压套管3的中心轴距所述有机玻璃缸4内底面的竖直高度为6cm。
所述试样接地极10上沿水平方向均匀开设有多个槽口朝向水平的凹型槽14，所述凹型槽14与半圆形的所述电缆试样5相适配，所述电缆试样5与所述凹型槽14通过塑料绝缘绳固定。所述高压套管3的数量和间距与所述凹型槽14数量和间距一致。
所述试样接地极10采用厚度为6～8mm的长条状铜制电极。
所述钢针13的直径为1mm。
所述可调变压器1固定于所述有机玻璃缸4的外部。所述可调变压器1的低压侧电气连接有过流保护继电器，所述高压熔断器2折算到低压侧的整定值应当低于所述可调变压器1低压侧过流保护继电器整定值。
一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置的检测方法，包括以下步骤：
1）、电缆试样制作：
将电缆切为厚度约5mm的半圆形薄片试样，将直径约1mm的钢针贯穿薄片试样的内半导电层刺入绝缘层，钢针针尖距离绝缘层靠近外半导电层的边界为2～2.5mm；
2）、电缆试样固定：
将步骤1制作的电缆试样放入试样接地极的凹形槽中，电缆试样的外半导电层与凹形槽底部贴合，并使用塑料绝缘绳将电缆试样和试样接地极固定，将固定好的电缆试样和试样接地极放置于有机玻璃底座上方；
3）、导线连接：
使用导线将钢针、高压套管、高压熔断器、可调变压器高压侧输出端、试样接地极、接地套管连接在一起，接地套管接地；
4）、添加硅油：
向有机玻璃缸内注入硅油，硅油液面高度约7cm，硅油液面淹没高压套管、接地套管、钢针和电缆试样；
5）、可调光源和CCD摄像头配置：
根据试样数量配备多个可调光源和CCD摄像头，打开可调光源、PC和CCD摄像头，调节CCD摄像头和光源，使PC显示画面能够清晰地聚焦在钢针针尖处，同一台PC可同时与所有的CCD摄像头通信；
6）、检测：
缓慢调节可调变压器使其初始电压升至10kV，并按照每间隔5min升高电压2kV的规律对可调变压器进行调节，直至所有的电缆试样击穿、高压熔断器熔断，降低可调变压器电压至0，断开可调变压器低压侧电源，电压调节过程中对电压及时间进行记录；
7）、数据分析：
当断开可调变压器低压侧电源后，停止CCD摄像头录像，将PC端记录的CCD摄像头影像时间与电压调节时间进行比对，记录每个电缆试样的电树引发时间、电压幅值以及试样击穿时间、电压幅值；将电缆试样的电树引发和击穿的时间以及电压幅值分别按照统计学要求计算平均值，并通过与标准值进行比对来评估电缆试样的抗电树能力。
8）、数据分析结果：
结论：试样的平均电树引发时间为17.6min，平均电树引发电压幅值为16.3kV，平均击穿时间为27.4min，平均击穿电压幅值为20.0kV。经大量实验得出此型号电缆的标准值为电树引发时间15.5min，电树引发电压幅值14.6kV，击穿时间21min，击穿电压幅值17.8kV。此次试样的电树引发时间、电树引发电压幅值、击穿时间和击穿电压幅值4项指标均高于标准值，因此试样满足要求。
上述实施方式仅示例性说明本发明的原理及其效果，而非用于限制本发明。对于熟悉此技术的人皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改进。因此，凡举所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置，其特征在于，包括：可调变压器（1）、高压熔断器（2）、有机玻璃缸（4）、电缆试样（5）、CCD摄像头（6）、硅油（7）、PC（9）、试样接地极（10）、可调光源（11）、有机玻璃底座（12）和钢针（13），所述有机玻璃缸（4）的内部固定有所述有机玻璃底座（12），所述有机玻璃底座（12）上设置有所述试样接地极（10），所述试样接地极（10）接地，所述试样接地极（10）上均匀固定有多个半圆形的所述电缆试样（5），所述电缆试样（5）上分别连接有钢针（13），所述钢针（13）的针尖端插入所述电缆试样（5）的内部，所述钢针（13）的另一端均通过导线连接有高压熔断器（2），多个所述高压熔断器（2）均固定于所述有机玻璃缸（4）的外部，多个所述高压熔断器（2）与所述可调变压器（1）通过导线连接，所述有机玻璃缸（4）的内部填充有硅油（7），所述硅油（7）淹没所述电缆试样（5）和所述钢针（13）；
所述电缆试样（5）的上方均固定有CCD摄像头（6），多个所述CCD摄像头（6）与所述PC（9）通过数据线连接，所述电缆试样（5）的下方均设置有可调光源（11），所述可调光源（11）固定于所述有机玻璃缸（4）的外部下方。
2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置，其特征在于，所述电缆试样（5）为半圆形薄片状，所述钢针（13）的针尖贯穿所述电缆试样（5）的内半导电层（15）并刺入绝缘层（16），所述钢针（13）的针尖端距离所述电缆试样（5）的外半导电层（17）距离为2～2.5mm，且所述钢针（13）的延长线通过所述绝缘层（16）的圆心。
3.根据权利要求2所述的一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置，其特征在于，所述有机玻璃缸（4）的一侧固定有轴向水平设置的接地套管（8），所述接地套管（8）贯穿所述有机玻璃缸（4）的侧壁，所述试样接地极（10）与所述接地套管（8）通过导线连接，所述接地套管（8）接地；所述钢针（13）与所述高压熔断器（2）连接的线路上均连接有高压套管（3），所述高压套管（3）轴向水平设置，多个所述高压套管（3）水平方向并排设置，所述高压套管（3）贯穿所述有机玻璃缸（4）另一侧的侧壁，所述硅油（7）淹没所述接地套管（8）和所述高压套管（3）。
4.根据权利要求3所述的一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置，其特征在于，所述试样接地极（10）上沿水平方向均匀开设有多个槽口朝向水平的凹型槽（14），所述凹型槽（14）与半圆形的所述电缆试样（5）相适配，所述电缆试样（5）与所述凹型槽（14）通过塑料绝缘绳固定。
5.根据权利要求4所述的一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置，其特征在于，所述试样接地极（10）采用厚度为6～8mm的长条状铜制电极。
6.根据权利要求5所述的一种交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置，其特征在于，所述钢针（13）的直径为1mm。
7.一种根据权利要求1-6任一权利要求所述的交联聚乙烯电缆抗电树能力快速检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）、电缆试样制作：
将电缆切为半圆形薄片试样，将钢针贯穿薄片试样的内半导电层、绝缘层，并刺入外半导电层；
2）、电缆试样固定：
将步骤1）制作的电缆试样放入试样接地极的凹形槽中，电缆试样的外半导电层与凹形槽底部贴合，并使用塑料绝缘绳将电缆试样和试样接地极固定，将固定好的电缆试样和试样接地极放置于有机玻璃底座上方；
3）、导线连接：
使用导线将钢针、高压套管、高压熔断器、可调变压器高压侧输出端、试样接地极、接地套管连接在一起，接地套管接地；
4）、添加硅油：
向有机玻璃缸内注入硅油，硅油液面淹没高压套管、接地套管、钢针和电缆试样；
5）、可调光源和CCD摄像头配置：
根据试样数量配备多个可调光源和CCD摄像头，打开可调光源、PC和CCD摄像头，调节CCD摄像头和光源，使PC显示画面能够清晰地聚焦在钢针针尖处；
6）、检测：
调节可调变压器使其初始电压升至10kV，并按照每间隔5min升高电压2kV的规律对可调变压器进行调节，直至所有的电缆试样击穿、高压熔断器熔断，降低可调变压器电压至0，断开可调变压器低压侧电源，电压调节过程中对电压及时间进行记录；
7）、数据分析：
当断开可调变压器低压侧电源后，停止CCD摄像头录像，将PC端记录的CCD摄像头影像时间与电压调节时间进行比对，记录每个电缆试样的电树引发时间、电压幅值以及试样击穿时间、电压幅值；将电缆试样的电树引发和击穿的时间以及电压幅值分别按照统计学要求计算平均值，并通过与标准值进行比对来评估电缆试样的抗电树能力。
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