抗水树交联聚乙烯绝缘系统的性能与德国标准DIN VDE 0276-605/A3电力电缆要求的对比

作者：M. Aarts、J. Kjellqvist、A. Mendelsohn 和K. Vaterrodt

电力电缆采用聚乙烯作为绝缘材料已经有40多年的历史。聚乙烯固有的韧性、耐化学品和耐湿性能、低温柔、软挠性、出色的电学性能以及成本低廉、易加工的特点使其成为低压、中压和高压电力电缆的理想绝缘材料。在材料技术领域取得的大量突破性进展使得聚乙烯在全世界范围内一直是绝缘电缆的首选材料。

在北美地区，抗水树（WTR）绝缘材料占主导地位，而在欧洲市场则已经分化为使用共聚物和均聚物体系。在欧洲地区，共聚物体系的使用按照德国电气工程师协会（VDE）的两年潮湿老化要求进行。均聚物体系更多用于干式电缆设计，这种比较复杂的电缆设计要求避免水进入电缆芯中。

目前执行的标准是协调后的CENELEC（欧洲电工标准化委员会）标准HD605 S1 HD 605 S1:1994/A3:2002 《电缆——补充测试方法》。它包含为期两年的水中老化实验，这个标准有助于为绝缘材料的选用提供一种统一方法。目前的研究工作正在按照欧洲的关键测试要求来评估抗水树绝缘材料的性能。

采用三层模具挤出工艺、然后在氮气中连续硫化工艺固化的方法制备三种材料的电缆，其规格尺寸接近于德国标准DIN VDE 0276-620中6/10 kV要求的中压电缆。这三种材料是均聚物、共聚物和抗水树绝缘材料。在为期一年的实验时间里，这些电缆芯要经过调整，里外两边都接触水，在工况强度6 - 6.7 kV/mm下进行测试来比拟20 kV 中压电缆。用显微镜观察老化产生的水树。作为温度可达130° C的函数，这些电缆的损耗因子能够达到18 kV（3Uo，Uo为母线电压）。

抗水树绝缘材料的初始芯材的交流电击穿电压在三种材料中是最高的。研究表明，在经过1年和2年时间的老化之后，抗水树绝缘材料的击穿电压性能是最好的。

所有指标（kV/mm） 初始芯材 1年后 2年后
均聚物 57 33 30
共聚物 57 36 39
抗水树（WTR） 61 51 45

表1：不同绝缘材料在条件处理和水老化之后的交流电击穿电压强度。

本文所讨论的是在老化过程中，抗水树剂配方如何抵抗交流电击穿能力退化的机理。最终报告包括对中期和长达2年的测量方法以及对观察到的趋势的解释。

数据还表明，在进行为期2年的新CENELEC HD 605 S1试验之后，使用抗水树材料是满足苛刻要求的一种出色方案。抗水树材料和“干式电缆设计”得益于在北美地区20多年的实践经验，具有可剥离又完全粘合的绝缘保护套。由于抗水结构可能会遭到物理破坏，即使在“干式电缆设计”中，也对安全性有更高要求。

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