CN111665426A - 一种交联聚乙烯电缆抗水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水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，所要解决的问题是提供一种可以对交联聚乙烯电缆的抗水树能力进行快速检测和评估的检测装置及检测方法，采用的技术方案为：恒温箱内部的有机玻璃缸设置于绝缘底座上方，有机玻璃缸内有NaCl溶液，其上端口盖合有有机玻璃盖，铜电极贯穿有机玻璃盖，铜电极的上端接地，多个电缆样本贯穿有机玻璃缸的缸壁，电缆样本一端通过导线连接连接有高压熔断器，高压熔断器均与高频高压电源通过导线连接；本发明一次可完成多个电缆样本的水树老化试验，解决了入网电缆质量无法把控的技术问题出现。
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水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。水树老化是电缆绝缘下降的主要原因，电缆的抗水树能力对于电缆的绝缘寿命有重要影响。因此，电缆绝缘的抗水树能力是绝缘寿命以及长期运行可靠性的一项重要指标。不同的电缆设计寿命和抗水树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水树能力来降低成本，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。
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，对电缆的抗水树能力没有相应的快速检测方法。电缆抗水树能力检测需要对电缆样本进行水树加速老化，而目前已有的水树加速老化方法一般需要花费7天以上时间，一次水树老化试验获得的样本较少，且水树老化过程重复性较差，效果不能保证，现有水树加速老化方法不适宜开展电缆抗水树能力快速检测工作。因此，如何能够在较短时间内获取数量可观的电缆水树样本并进行检测，对于快速评估电缆抗水树能力有着重要意义，有助于从源头上把握入网电缆的质量，提升电网运行可靠性。
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水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水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水树能力快速检测装置，包括：高频高压电源、恒温箱、高压熔断器、电缆样本、有机玻璃缸、有机玻璃盖、铜电极、绝缘底座和NaCl溶液，所述有机玻璃缸设置于所述绝缘底座的上方，所述有机玻璃缸和所述绝缘底座固定于所述恒温箱内部，所述有机玻璃缸的内部填充有所述NaCl溶液，所述有机玻璃缸的上端口盖合有可开启的所述有机玻璃盖，所述铜电极贯穿所述有机玻璃盖，所述铜电极的下端淹没至所述NaCl溶液内，所述铜电极的上端接地，轴向水平设置的所述电缆样本为多个，多个所述电缆样本均贯穿所述有机玻璃缸相对两侧的缸壁，且所述电缆样本与所述有机玻璃缸缸壁密封连接，多个所述电缆样本在同一水平面均匀排列，所述NaCl溶液淹没位于所述有机玻璃缸内部的电缆样本，每一个所述电缆样本的一端与一个高压熔断器通过导线连接，多个所述高压熔断器均与固定于所述恒温箱外部的所述高频高压电源通过导线连接。
所述电缆样本经剥离而成，所述电缆样本包括：La段、Lb段和Lc段，所述Lb段和Lc段均为两段，所述La段位于所述电缆样本的中部，所述La段的一端依次为Lb段和Lc段，所述La段的另一端依次为Lb段和Lc段，两段所述Lb段对称设置，两段所述Lc段对称设置，所述La段的最外层为外半导电层，所述段的最外层为绝缘层，所述Lc段的最外层为缆芯，所述La段设置于所述有机玻璃缸的内部，所述La段上均匀设置有两排针孔，所述针孔最深处距离电缆样本内半导电层2～2.5mm，两段Lb段贯穿所述有机玻璃缸相对的两侧缸壁并与所述有机玻璃缸的缸壁密封连接。所述电缆样本的其中一个Lc段与所述高压熔断器通过导线连接。
多个所述高压熔断器与所述高频高压电源连接的导线上还连接有高压套管，所述高压套管贯穿所述恒温箱的箱壁。
所述La段、Lb段和Lc段的长度比为：La段:Lb段:Lc段=20:14:1。
所述有机玻璃缸相对的两侧缸壁上相对设置有两排贯穿孔，所述电缆样本的Lb段贯穿相应的贯穿孔并通过玻璃胶密封连接。所述贯穿孔的直径比电缆样本的Lb段直径大2mm，同排的每两个相邻的所述贯穿孔间距大于等于10cm。
所述有机玻璃盖上开设有所述铜电极贯穿的通孔。
所述电缆样本La段上每两个相邻针孔的间距为1cm。
一种交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置的检测方法，包括以下步骤：
1）、电缆样本制作：
将电缆外护套、钢铠、填充物以及铜带去除，露出单相电缆并切为小段电缆样本，将电缆样本的两端分别剥除外半导电层漏出绝缘层，再在端部剥除绝缘层漏出缆芯，使用钢针在电缆样本留有外导电层的中间部分预留对称的两排针孔，针孔间距约1cm；
2）、电缆样本安装：
将步骤1）制作好的电缆试样插入有机玻璃缸侧面的贯穿孔，电缆样本中部留有外半导电层部分均置于有机玻璃缸内，使用玻璃胶将贯穿孔与电缆样本之间的缝隙填充，确保缸内溶液不外漏；
3）、添加NaCl溶液：
向有机玻璃缸内注入质量分数为20%的NaCl溶液，NaCl溶液淹没电缆样本，将铜电极置入有机玻璃盖上的通孔并固定，将有机玻璃盖置于有机玻璃缸上，铜电极下端没入NaCl溶液中；
4）、导线连接：
将步骤3）制作的有机玻璃缸及样本置于恒温箱的绝缘底座上，使用导线将电缆样本一端缆芯与高压熔断器、高压套管、高频高压电源连接在一起，将铜电极接地；
5）、水树加速老化：
设置恒温箱温度为60℃，将高频高压电源开启，电压为5kV，持续120小时；
6）、结果分析：
持续加压120小时后，将电缆样本取出后去除缆芯，沿针孔处将电缆样本切为0.1mm厚的薄片，将薄片样本置于显微镜下观察和测量，记录针孔尖端水树引发情况以及水树的长度和宽度，每个电缆样本至少应统计十个针尖水树的数据，计算水树引发率、长度和宽度平均值，将水树引发率、水树尺寸与标准值进行对照，评估电缆的抗水树能力。
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水树老化实验，一次可完成多个电缆样本的水树老化试验，每个电缆样本可老化数十个水树样本，这种方法可使电缆试样水树老化时间成倍减少，效率成倍提高。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水树枝老化，试验的可靠性和安全性大大提高。
二、本发明对多个样本的水树引发和水树尺寸求平均值的方法能够更加准确地评估电缆试样的抗水树能力。
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水树能力快速检测装置的正视图。
图2为本发明交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置的俯视图。
图3为本发明电缆样本的结构示意图。
图4为本发明有机玻璃缸的左视图。
图中：1为高频高压电源，2为高压套管，3为恒温箱，4为高压熔断器，5为电缆样本，6为有机玻璃盖，7为铜电极，8为绝缘底座，9为NaCl溶液，10为缆芯，11为绝缘层，12为外半导电层，13为针孔，14为贯穿孔，15为有机玻璃缸。
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水树能力快速检测装置，包括：高频高压电源1、恒温箱3、高压熔断器4、电缆样本5、有机玻璃缸15、有机玻璃盖6、铜电极7、绝缘底座8和NaCl溶液9，所述有机玻璃缸15设置于所述绝缘底座8的上方，所述有机玻璃缸15和所述绝缘底座8固定于所述恒温箱3内部，所述有机玻璃缸15的内部填充有所述NaCl溶液9，所述有机玻璃缸15的上端口盖合有可开启的所述有机玻璃盖6，所述铜电极7贯穿所述有机玻璃盖6，所述铜电极7的下端淹没至所述NaCl溶液9内，所述铜电极7的上端接地，轴向水平设置的所述电缆样本5为多个，多个所述电缆样本5均贯穿所述有机玻璃缸15相对两侧的缸壁，且所述电缆样本5与所述有机玻璃缸15缸壁密封连接，多个所述电缆样本5在同一水平面均匀排列，所述NaCl溶液9淹没位于所述有机玻璃缸15内部的电缆样本5，每一个所述电缆样本5的一端与一个高压熔断器4通过导线连接，多个所述高压熔断器4与固定于所述恒温箱3外部的所述高频高压电源1通过导线连接。
所述电缆样本5经剥离而成，所述电缆样本5包括：La段、Lb段和Lc段，所述Lb段和Lc段均为两段，所述La段位于所述电缆样本5的中部，所述La段的一端依次为Lb段和Lc段，所述La段的另一端依次为Lb段和Lc段，两段所述Lb段对称设置，两段所述Lc段对称设置，所述La段的最外层为外半导电层12，所述Lb段的最外层为绝缘层11，所述Lc段的最外层为缆芯10，所述La段设置于所述有机玻璃缸15的内部，所述La段上均匀设置有两排针孔13，所述针孔13最深处距离电缆样本内半导电层2～2.5mm，两段Lb段贯穿所述有机玻璃缸15相对的两侧缸壁并与所述有机玻璃缸15的缸壁密封连接。所述电缆样本5的其中一个Lc段与所述高压熔断器4通过导线连接。
多个所述高压熔断器4与所述高频高压电源1连接的导线上还连接有高压套管2，所述高压套管2贯穿所述恒温箱3的箱壁。
所述La段、Lb段和Lc段的长度比为：La段:Lb段:Lc段=20:14:1。所述电缆样本5的总长为50cm，所述La段的长度为20cm，所述Lb段的长度为14cm，所述Lc段的长度为1 cm。
所述有机玻璃缸15相对的两侧缸壁上相对设置有两排贯穿孔14，所述电缆样本5的Lb段贯穿相应的贯穿孔14并通过玻璃胶密封连接。所述贯穿孔14的直径比电缆样本5的Lb段直径大2mm，同排的每两个相邻的所述贯穿孔14间距大于等于10cm。
所述有机玻璃盖6上开设有所述铜电极7贯穿的通孔。
所述电缆样本5La段上每两个相邻针孔13的间距为1cm。
一种交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置的检测方法，包括以下步骤：
1）、电缆样本制作：
将电缆外护套、钢铠、填充物以及铜带去除，露出单相电缆并切为长约50cm的小段电缆样本，将电缆样本的两端分别剥除外半导电层漏出绝缘层，再在端部剥除绝缘层漏出缆芯，使用钢针在电缆样本留有外导电层的中间部分预留对称的两排针孔，针孔间距约1cm；
2）、电缆样本安装：
将步骤1）制作好的电缆试样插入有机玻璃缸侧面的贯穿孔，电缆样本中部留有外半导电层部分均置于有机玻璃缸内，使用玻璃胶将贯穿孔与电缆样本之间的缝隙填充，确保缸内溶液不外漏；
3）、添加NaCl溶液：
向有机玻璃缸内注入质量分数为20%的NaCl溶液，溶液液面至少高出电缆样本1cm，将铜电极置入有机玻璃盖上的通孔并固定，将有机玻璃盖置于有机玻璃缸上，铜电极下端至少应没入NaCl溶液2cm；
4）、导线连接：
将步骤3）制作的有机玻璃缸及样本置于恒温箱的绝缘底座上，使用导线将电缆样本一端缆芯与高压熔断器、高压套管、高频高压电源连接在一起，将铜电极接地；
5）、水树加速老化：
设置恒温箱温度为60℃，将高频高压电源开启，电压为5kV，持续120小时；
6）、结果分析：
持续加压120小时后，将电缆样本取出后去除缆芯，沿针孔处将电缆样本切为0.1mm厚的薄片，将薄片样本置于显微镜下观察和测量，记录针孔尖端水树引发情况以及水树的长度和宽度，每个电缆样本至少应统计十个针尖水树的数据，计算水树引发率、长度和宽度平均值，将水树引发率、水树尺寸与标准值进行对照，评估电缆的抗水树能力。
实验样本数据如下：
结论：试样的水树引发率分别为100%，水树平均长度152.8μm，水树平均宽度43.8μm。经大量实验得出此型号电缆的标准值为水树引发率小于56%，水树平均长度小于53.3μm，水树平均宽度小于12.3μm。此次试样的水树引发率、水树平均长度和水树平均宽度均大于标准值，因此该样本试验不合格。
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 (8)
1.一种交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置，其特征在于，包括：高频高压电源（1）、恒温箱（3）、高压熔断器（4）、电缆样本（5）、有机玻璃缸（15）、有机玻璃盖（6）、铜电极（7）、绝缘底座（8）和NaCl溶液（9），所述有机玻璃缸（15）设置于所述绝缘底座（8）的上方，所述有机玻璃缸（15）和所述绝缘底座（8）固定于所述恒温箱（3）内部，所述有机玻璃缸（15）的内部填充有所述NaCl溶液（9），所述有机玻璃缸（15）的上端口盖合有可开启的所述有机玻璃盖（6），所述铜电极（7）贯穿所述有机玻璃盖（6），所述铜电极（7）的下端淹没至所述NaCl溶液（9）内，所述铜电极（7）的上端接地，轴向水平设置的所述电缆样本（5）为多个，多个所述电缆样本（5）均贯穿所述有机玻璃缸（15）相对两侧的缸壁，且所述电缆样本（5）与所述有机玻璃缸（15）缸壁密封连接，所述NaCl溶液（9）淹没位于所述有机玻璃缸（15）内部的电缆样本（5），每一个所述电缆样本（5）的一端与一个高压熔断器（4）通过导线连接，多个所述高压熔断器（4）均与固定于所述恒温箱（3）外部的所述高频高压电源（1）通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置，其特征在于，所述电缆样本（5）包括：La段、Lb段和Lc段，所述Lb段和Lc段均为两段，所述La段位于所述电缆样本（5）的中部，所述La段的一端依次为Lb段和Lc段，所述La段的另一端依次为Lb段和Lc段，所述La段的最外层为外半导电层（12），所述Lb段的最外层为绝缘层（11），所述Lc段的最外层为缆芯（10），所述La段设置于所述有机玻璃缸（15）的内部，所述La段上均匀设置有两排针孔（13），两段Lb段贯穿所述有机玻璃缸（15）相对的两侧缸壁并与所述有机玻璃缸（15）的缸壁密封连接。
3.根据权利要求2所述的一种交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置，其特征在于，多个所述高压熔断器（4）与所述高频高压电源（1）连接的导线上还连接有高压套管（2），所述高压套管（2）贯穿所述恒温箱（3）的箱壁。
4.根据权利要求2或3所述的一种交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置，其特征在于，所述La段、Lb段和Lc段的长度比为：La段:Lb段:Lc段=20:14:1。
5.根据权利要求4所述的一种交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置，其特征在于，所述有机玻璃缸（15）相对的两侧缸壁上相对设置有两排贯穿孔（14），所述电缆样本（5）的Lb段贯穿相应的贯穿孔（14）并通过玻璃胶密封连接。
6.根据权利要求5所述的一种交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置，其特征在于，所述有机玻璃盖（6）上开设有所述铜电极（7）贯穿的通孔。
7.根据权利要求6所述的一种交联聚乙烯电缆抗水树能力快速检测装置，其特征在于，所述电缆样本（5）La段上每两个相邻针孔（13）的间距为1cm。
8.一种根据权利要求1所述的交联聚乙烯电缆抗水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）、电缆样本制作：
将电缆外护套、钢铠、填充物以及铜带去除，露出单相电缆并切为小段电缆样本，将电缆样本的两端分别剥除外半导电层漏出绝缘层，再在端部剥除绝缘层漏出缆芯，使用钢针在电缆样本留有外导电层的中间部分预留对称的两排针孔；
2）、电缆样本安装：
将步骤1）制作好的电缆试样插入有机玻璃缸侧面的贯穿孔，电缆样本中部留有外半导电层部分均置于有机玻璃缸内，使用玻璃胶将贯穿孔与电缆样本之间的缝隙填充；
3）、添加NaCl溶液：
向有机玻璃缸内注入质量分数为20%的NaCl溶液，将铜电极置入有机玻璃盖上的通孔并固定，将有机玻璃盖置于有机玻璃缸上；
4）、导线连接：
将步骤3）制作的有机玻璃缸及样本置于恒温箱的绝缘底座上，使用导线将电缆样本一端缆芯与高压熔断器、高压套管、高频高压电源连接在一起，将铜电极接地；
5）、水树加速老化：
设置恒温箱温度为60℃，将高频高压电源开启，电压5kV，持续120小时；
6）、结果分析：
持续加压120小时后，将电缆样本取出后去除缆芯，沿针孔处将电缆样本切为0.1mm厚的薄片，将薄片样本置于显微镜下观察和测量，记录针孔尖端水树引发情况以及水树的长度和宽度，将水树引发率、水树尺寸与标准值进行对照，评估电缆的抗水树能力。
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