一种XLPE电缆绝缘层水树老化程度的评估方法转让专利
申请号 : CN202011332675.8
文献号 : CN112557843B
文献日 : 2021-08-13
发明人 : 周利军 , 刘聪 , 杨涵
申请人 : 西南交通大学
摘要 :
本发明涉及一种XLPE电缆绝缘层水树老化程度的评估方法，包括以下步骤：用红外光谱仪测量吸光度、利用亚甲基蓝染色水树并在显微镜下通过网格计数法计算水树面积、计算电缆绝缘层材料水树系数；测试电缆直流电导率和介质损耗正切值、计算电缆绝缘层材料介电因子；通过水树系数和介电因子计算电缆绝缘层水树老化程度的表征因子、基于表征因子实现对电缆绝缘层水树老化程度的评估。本发明的有益效果在于：综合XLPE电缆绝缘层水树的非电气参数与电气参数，能够准确、高效地评估XLPE电缆绝缘层水树老化程度，为XLPE电缆绝缘层的水树检测提供技术支持，避免由水树老化引发的电缆故障，减少运维成本。
权利要求 :
1.一种XLPE电缆绝缘层水树老化程度的评估方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：测量电缆样品的吸光度和水树面积选取实际运行天数50、100、150、…、t，的电缆绝缘层材料为测试样品，t为运行时间，单位为天，t∈[50,50n]，n取正整数；使用红外光谱仪测量吸光度，记为W1,W2,…,Wn；利用亚甲基蓝染色水树，在显微镜下观察并通过网格计数法计算水树面积，记为S1,S2,…,Sn，单位：μ2
m；
步骤2：计算电缆绝缘层材料水树系数水树系数α可通过如下公式(1)计算：式中，W为待评估电缆的吸光度，S为待评估电缆的水树面积； 为测试电缆样品的平均吸光度，为测试电缆样品的平均水树面积；i取值为从1到n；
步骤3：测量电缆样品的直流电导率和介质损耗正切值对步骤1选取的电缆绝缘层材料测试样品在1kV下测量直流电导率，记为γ1,γ2,…,γn，在2kV下测量直流电导率，记为γ′1,γ′2,…,γ′n，单位：S/m；利用介损分析仪测试介质损耗正切值，记为tanδ1,tanδ2,…,tanδn；
步骤4：计算电缆绝缘层材料介电因子介电因子β可通过如下公式(2)计算：式中，γ、γ′分别为待评估电缆在1kV、2kV电压下的电导率，tanδ为待评估电缆的介质损耗正切值； 分别为测试电缆样品在1kV、2kV下的平均直流电导率；
步骤5：计算电缆绝缘层水树老化程度的表征因子水树老化程度表征因子μ可通过如下公式(3)计算：式中，T为待评估电缆的实际运行时间，单位为天，T∈t；
步骤6：基于表征因子μ对XLPE电缆绝缘层水树老化程度进行评估。
说明书 :
一种XLPE电缆绝缘层水树老化程度的评估方法
技术领域
[0001] 本发明属于电缆绝缘老化状态评估领域，具体涉及一种XLPE(交联聚乙烯)电缆绝缘层水树老化程度的评估方法。
背景技术
[0002] 交联聚乙烯因具有良好的电气性能和热、机械性能，且安装维护方便、结构简单，被广泛用作电缆绝缘层中。XLPE电缆由于在生产过程或者缺陷点处引入水分，在电场作用
下导致绝缘层材料内部出现水树，使得电缆内部电场集中，耐受能力降低，在一定条件下可
转化为电树进而引发电缆故障，严重威胁各类电气设备的安全运行。
下导致绝缘层材料内部出现水树，使得电缆内部电场集中，耐受能力降低，在一定条件下可
转化为电树进而引发电缆故障，严重威胁各类电气设备的安全运行。
[0003] 为了准确、有效、便捷地评估XLPE电缆绝缘层水树老化程度，减少电缆故障造成的经济损失，亟需一种对XLPE电缆绝缘层水树老化程度的评估方法，以便掌握运行电缆水树
老化程度，避免电缆进一步劣化。
老化程度，避免电缆进一步劣化。
发明内容
[0004] 本发明为一种XLPE电缆绝缘层水树老化程度的评估方法，用于对电缆内部绝缘层水树老化程度进行评估，具体包括以下步骤：
[0005] 步骤1：测量电缆样品的吸光度和水树面积
[0006] 选取实际运行天数50、100、150、…、t，的电缆绝缘层材料为测试样品，t为运行时间，单位为天，t∈[50,50n]，n取正整数；使用红外光谱仪测量吸光度，记为W1,W2,…,Wn；利
用亚甲基蓝染色水树，在显微镜下观察并通过网格计数法计算水树面积，记为S1,S2,…,Sn，
2
单位：μm；
用亚甲基蓝染色水树，在显微镜下观察并通过网格计数法计算水树面积，记为S1,S2,…,Sn，
2
单位：μm；
[0007] 步骤2：计算电缆绝缘层材料水树系数
[0008] 水树系数α可通过如下公式(1)计算：
[0009]
[0010] 式中，W为待评估电缆的吸光度，S为待评估电缆的水树面积； 为测试电缆样品的平均吸光度，为测试电缆样品的平均水树面积；i取值为从1到n；
[0011] 步骤3：测量电缆样品的直流电导率和介质损耗正切值
[0012] 对步骤1选取的电缆绝缘层材料测试样品在1kV下测量直流电导率，记为γ1,γ2,…,γn，在2kV下测量直流电导率，记为γ′1,γ′2,…,γ′n，单位：S/m；利用介损分析仪
测试介质损耗正切值，记为tanδ1,tanδ2,…,tanδn；
测试介质损耗正切值，记为tanδ1,tanδ2,…,tanδn；
[0013] 步骤4：计算电缆绝缘层材料介电因子
[0014] 介电因子β可通过如下公式(2)计算：
[0015]
[0016] 式中，γ、γ′分别为待评估电缆在1kV、2kV电压下的电导率，tanδ为待评估电缆的介质损耗正切值； 分别为测试电缆样品在1kV、2kV下的平均直流电导率；
[0017] 步骤5：计算电缆绝缘层水树老化程度的表征因子
[0018] 水树老化程度表征因子μ可通过如下公式(3)计算：
[0019]
[0020] 式中，T为待评估电缆的实际运行时间，单位为天，T∈t；
[0021] 步骤6：基于表征因子μ对XLPE电缆绝缘层水树老化程度进行评估。
[0022] 本发明的有益效果在于：综合XLPE电缆绝缘层水树的非电气参数与电气参数，能够准确、高效地评估XLPE电缆绝缘层水树老化程度，为XLPE电缆绝缘层的水树检测提供技
术支持，避免由水树老化引发的电缆故障，减少运维成本。
术支持，避免由水树老化引发的电缆故障，减少运维成本。
附图说明
[0023] 图1为本评估方法流程图。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图和具体实施过程对本发明进行进一步说明。
[0025] 图1为XLPE电缆绝缘层水树老化程度的评估方法流程图，由图1可知，一种XLPE电缆绝缘层水树老化程度评估方法，包括以下步骤：
[0026] 步骤1：测量电缆样品的吸光度和水树面积
[0027] 选取实际运行天数50、100、150、…、t，的电缆绝缘层材料为测试样品，t为运行时间，单位为天，t∈[50,50n]，n取正整数；使用红外光谱仪测量吸光度，记为W1,W2,…,Wn；利
用亚甲基蓝染色水树，在显微镜下观察并通过网格计数法近似估计水树面积，记为S1,
2
S2,…,Sn，单位：μm；
用亚甲基蓝染色水树，在显微镜下观察并通过网格计数法近似估计水树面积，记为S1,
2
S2,…,Sn，单位：μm；
[0028] 步骤2：计算电缆绝缘层材料水树系数
[0029] 水树系数α可通过如下公式(1)计算：
[0030]
[0031] 式中，W为待评估电缆的吸光度，S为待评估电缆的水树面积； 为测试电缆样品的平均吸光度，为测试电缆样品的平均水树面积；i取值为从1到n；
[0032] 步骤3：测量电缆样品的直流电导率和介质损耗正切值
[0033] 对步骤1选取的电缆绝缘层材料测试样品在1kV下测量直流电导率，记为γ1,γ2,…,γn，在2kV下测量直流电导率，记为γ′1,γ′2,…,γ′n，单位：S/m；利用介损分析仪
测试介质损耗正切值，记为tanδ1,tanδ2,…,tanδn；
测试介质损耗正切值，记为tanδ1,tanδ2,…,tanδn；
[0034] 步骤4：计算电缆绝缘层材料介电因子
[0035] 介电因子β可通过如下公式(2)计算：
[0036]
[0037] 式中，γ、γ′分别为待评估电缆在1kV、2kV电压下的电导率，tanδ为待评估电缆的介质损耗正切值； 分别为测试电缆样品在1kV、2kV下的平均直流电导率；
[0038] 步骤5：计算电缆绝缘层水树老化程度的表征因子
[0039] 水树老化程度表征因子μ可通过如下公式(3)计算：
[0040]
[0041] 式中，T为待评估电缆的实际运行时间，单位为天，T∈t；
[0042] 步骤6：基于表征因子μ对XLPE电缆绝缘层水树老化程度进行评估
[0043] 当0<μ≤1时，XLPE电缆绝缘层水树轻微老化；
[0044] 当1<μ≤e时，XLPE电缆绝缘层水树中度老化；
[0045] 当μ>e时，XLPE电缆绝缘层水树重度老化。