塑料電纜的樹枝放電的形成

01塑料絕緣電力電纜運行的可靠性，除絕緣材料本身特性不良外，其決定因素就是電纜絕緣結構的完善程度。在電纜絕緣層中惡化的電場將導致場致發射，引發電樹枝、水樹枝，Z終使電纜絕緣層擊穿。塑料電力電纜的運行壽命與其絕緣中樹枝老化的現象密切相關，這是在20世界60年代和70年代被發現的。由于發現了塑料電纜擊穿前的這種“預擊穿”現象，引起世界各國電纜制造界的極大興趣。

02樹枝老化簡介
    有機材料的樹枝化是由于材料內部細微開裂造成的，開裂的細小通道如同冬天無樹葉的樹枝狀——有枝干、分枝、枝芽。“樹枝”就是這種中空開裂現象的統稱。實際上，它的形狀已大大地超越了“樹枝”的概念。
    塑料電纜的樹枝化放電現象也是固體介質擊穿前漫長的先導擊穿過程，在引發樹枝萌芽之前已有漫長的誘導（誘發）期。樹枝引發后，或者很快發展到固體擊穿，或者經漫長的發展（老化）過程，Z后導致固體介質擊穿（電老化擊穿）。樹枝放電通常指樹枝的發生、發展的全過程，也有特指管道細微開裂中的氣體的局部放電。
    各種有機材料中，管道細微開裂的引發，可以是原有亞微觀裂紋的存在；或氣隙、水分、化學雜質的存在；或者無任何裂紋存在，只是*的場強導致冷發射電子，引發裂縫，這是很復雜的物理化學過程。從高場強處、氣隙、含水的空洞、雜質等處引發樹枝核心后，向三個方向的立體空間發展。一般是沿電力線方向，也有因材料的各向異性而出現垂直電力線方向的樹枝。這些樹枝延伸發展到場強所至的對極（整個絕緣厚度），Z后發生整體擊穿。從引發樹枝萌芽，到發展至對極的時間可以是幾分鐘、幾十分鐘、幾年或十幾年。

03樹枝放電的形成
    樹枝放電的引發和發展過程可分為以下四個階段：
   （1）引發期：又稱潛伏期或誘導期，它的長短表征樹枝發生的難易程度。這是抑制樹枝的主要階段。
   （2）成長期：又稱發展期，它表明樹枝引發后的成長速度。耐樹枝發展特性好的材料，樹枝發展慢，即成長期長。
   （3）飽和期：當樹枝發展到一定長度后，樹枝停止發展，這段時間稱為飽和期。飽和期的存在是由于樹枝管道中有局部放電及高能電子轟擊高聚物分子鏈，致使材料分解產生大量的氣體。隨著這種效應的增強，細管中內部壓力加大，按巴申定律，管道中放電電壓將要提高。因而，在外界電壓不變的情況下，樹枝發展就可能停止。設法延長飽和期，是抑制樹枝的另一重要方法。
   （4）間隙擊穿前期：經過飽和期以后，氣隙或樹枝管道中因放電分解出的氣體逐漸通過材料本身滲透、擴散而逸出，使管道中氣體壓力下降，按巴申定律，這時氣隙的擊穿電壓下降，因而樹枝又迅速發展。

04樹枝放電的分類與特點
    在實際中存在的多種樹枝放電形式可分為三大類：即電樹枝、水樹枝和化學樹枝。
   （1）電樹枝。處于高場強的不連續材料界面（氣隙、雜質、電纜內外半導電層界面）特別容易引發電樹枝，電樹枝往往在高場強集中的微裂紋轉變為裂縫或開裂處形成樹枝萌芽，樹枝管道連續、內空，有的材料樹枝管道壁上附有炭粒。通常在長而細的電樹枝管道中伴隨著局部放電
   （2）水樹枝。引發樹枝的空隙中含有水分。水中運行的電纜、線芯進水的電纜、絕緣中含有水分的電纜容易引發水樹枝。水樹枝是在電場和水分同時存在的條件下產生的。但是，水樹枝在比電樹枝低得多的場強情況下就能引發。水樹枝中沒有局部放電現象。           水樹枝的種類也很多，對電纜的危害也很大。但是，水樹枝具有消失和重現的特點。有的水樹枝受熱、干燥、抽真空等會消失形態，浸入熱水中又會重現，水樹枝消失時表明管道發生閉合，材料細微龜裂后又回彈，但未使結構分解。在實際電纜中，干法制造的交聯聚乙烯電纜中很少發現水樹枝，而濕法制造的交聯聚乙烯電纜中卻常常見到水樹枝。
    XLPE絕緣電力電纜本體在制造過程中不可避免地存在微觀制造質量缺陷，如微孔、雜質，以及電力電纜在運輸、敷設、安裝和運行過程中諸如主絕緣和外護套機械應力損傷、終端和中間接頭安裝質量、現場施工環境條件和員工技術素質控制等不利因素影響，隨著水分緩慢地侵入（吸附、擴散和遷移），電纜XLPE介質在電場、水分和雜質等絕緣缺陷的協同作用下，逐步產生樹枝狀早期劣化。當樹枝狀劣化貫穿介質或轉變成為電樹枝，Z終將導致電力電纜線路的電纜本體或電纜附件發生試驗擊穿或運行擊穿故障。
    據取樣分析，50例電纜試樣中，質量良好的電纜試樣8例，約占試樣總數的16%；質量合格的電纜試樣16例，約占試樣總數的32%；質量不合格的電纜試樣26例，約占試樣總數的52%。在質量不合格的電纜試樣中，偏心度不合格的電纜試樣15例，約占質量不合格的電纜試樣總數的57.69%；雜質含量不合格的電纜試樣總數的19.23%，偏心度和雜質含量均不合格的電纜試樣6例，約占質量不合格的電纜試樣總數的23.08%。

05樹枝生成的條件
    運行中產生樹枝的電纜經過實際解剖和實驗室中培養的樹枝圖像都證明了樹枝產生的條件是：
    1）局部極不均勻的高場強。在金屬突出物，半導電層、缺陷和節疤，以及邊角的雜質（雜質的介電常數較大或電阻率極小）附近，很容易形成局部的電場集中。
    2）有微小的空隙或亞微觀裂紋。
    3）有內部機械應力、熱應力、不完善界面應力。
    4）水分的存在是水樹枝生成的引發劑。
    以上條件，只要具備其一，電纜中就會不同程度地產生樹枝。