①電樹枝狀老化
交聯(lián)聚乙烯電力電纜絕緣層在工頻、雷電及操作過電壓作用下,由于絕緣本身存在的缺陷,如含有雜質(zhì)、水滴、氣泡等,使得局部電場集中,雜質(zhì)、水滴、氣泡等在電場的作用下發(fā)生游離,產(chǎn)生自由電子和正離子,自由電子在電場的作用下不斷與其他的中性質(zhì)點發(fā)生碰撞,當電場足夠大,自由電子被加速,能量達到與之碰撞的中性質(zhì)點的游離能時,就會發(fā)生碰撞游離,產(chǎn)生新的自由電子和正離子,這樣使得自由電子的數(shù)量增加了,碰撞游離產(chǎn)生的自由電子又參與碰撞,形成新的碰撞游離,經(jīng)過多次碰撞后,產(chǎn)生大量的電子和正離子,一方面電子的數(shù)量在不斷增加,另一方面,游離的區(qū)域不斷向外發(fā)展,由于自由電子的運動具有隨機性,所以游離放電的發(fā)展路徑是隨機的,而不是均勻的沿每一個方向發(fā)展,就象樹枝形狀一樣的放電通道或者放電痕跡,其物理模型如圖1.2所示。長期的發(fā)生這種放電會使得絕緣中有微小電流通過,在絕緣層發(fā)熱,導致電纜絕緣老化,即樹枝狀老化。
②水樹老化
電纜由于施工環(huán)境的限制,施工工藝不高,使電纜頭在制作過程中就留下水分:在運行中,也會由于環(huán)境的潮濕而受潮,也就是電纜內(nèi)部含有水分。水在電纜絕緣層中以水滴或溶解方式存在。當水分以水滴的形式存在于介質(zhì)中時,由于水不是良好的絕緣介質(zhì),具有一定的導電性,水滴上分擔的電壓很小,使絕緣介質(zhì)上承受的電場強度增加,導致介質(zhì)放電,介質(zhì)的長期放電形成老化。水樹可以分為從導體的內(nèi)半導電層上產(chǎn)生的內(nèi)導水樹、從絕緣的外半導電層產(chǎn)生的外導水樹、從絕緣層中空隙等產(chǎn)生的蝴蝶節(jié)形水樹3類。特別是從內(nèi)半導電層上產(chǎn)生的內(nèi)導水樹,將使電纜的絕緣強度大幅度降低。交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層中產(chǎn)生水樹模型如圖1.3所示。
化學老化是由于電力電纜運行環(huán)境引起的,如把電纜敷設在含有石油化學物質(zhì)的地下而造成聚乙烯護套產(chǎn)生膨脹,其中一種稱為硫化的老化現(xiàn)象,對電纜絕緣影響最大,由于硫化物(硫化氫等)透過護套及絕緣層與電纜的銅導體產(chǎn)生化學反應,生成硫化銅和氧化銅等物質(zhì),這些物質(zhì)在絕緣層中從內(nèi)導一側(cè)向護套一側(cè)呈樹枝狀發(fā)展,如同水樹一樣,這種老化統(tǒng)稱為化學樹。油、化學物質(zhì)的種類不同,造成電纜絕緣老化的程度不一,但都會使電纜的各種組成部分膨脹、物理特性降低和電性能降低。