以分子取向理论理解交联聚乙烯中水树在不同温度下的生长特性
交联聚乙烯(XLPE) 的特性及交联方式
交联聚乙烯(XLPE) 的特性及交联方式XLPE是交联聚乙烯英文名称的缩写，聚乙烯是一种线性的分子结构，在高温下极易变形。
交联聚乙烯过程使其变成一种网状结构。
这种结构即使在高温下也一样具有很强的抗变形能力。
交联聚乙烯(XLPE)电缆料是一种含有机过氧化物如DCP（过氧化二异丙苯）的聚乙烯。
这种过氧化物在高温高压及惰性气体环境下，与聚乙烯发生化学反应，使热塑性聚乙烯变成热固性（弹性体）的聚乙烯，即XLPE。
交联聚乙烯(XLPE)特性交联聚乙烯(XLPE)电缆有极佳的电气性能。
介质损耗比纸绝缘和PVC绝缘都要小，XLPE电缆的电容也小。
所以在没有有效星形接地系统中也可降低充电电流和接地故障电流。
极易敷设是XLPE电缆的又一个优点。
XLPE电缆有一个较小的弯曲半径，它比其他同类电缆轻而且有较为简单的终端处理。
由于XLPE电缆不含油，所以在敷设XLPE电缆时不用考虑路线，也不存在由于淌油而无法敷设的情况。
极佳的抗老化特性及超强的耐热变形决定了交联聚乙烯电缆在正常运行温度（90℃）、短时故障（130℃）及短路（250℃）条件下可允许大电流通过。
交联聚乙烯(XLPE)交联方式聚乙烯是一种优质的化工原料，通过交联反应，使聚乙烯分子从二维结构变为三维网状结构，材料的化学和物理特性相应的得到增强，耐温耐压性能提高，这种材料即交联聚乙烯。
聚乙烯的交联方法有物理交联即辐射交联和化学交联两种。
化学交联又分为硅烷交联、过氧化物交联。
1、辐射交联将聚乙烯制品，如包覆在导线上的聚乙烯护套、薄膜、薄壁管等产品用γ一射线、高能射线进行照射进行交联（引发聚乙烯大分子产生自由基，形成C-C交联链）。
交联度受辐射剂量及温度的影响，交联点随辐射剂量的增加而增加，因此通过控制辐射条件，可以获得具有一定交联度的交联聚乙烯制品。
此方法设备投资大，防护设施要好，最适用于制备薄型交联产品。
2、化学交联化学交联则是采用化学交联剂使聚合物产生交联，由线性结构转变为网状结构。
交联聚乙烯_XLPE_电缆水树枝老化机理及试验方法
交联聚乙烯(X LPE)电缆水树枝老化机理及试验方法(255410)齐鲁石化公司热电厂 王亓昌摘 要 交联聚乙烯(X LPE )电缆因有种种优点,已被广泛应用;但这种电缆的绝缘层在潮湿和电场同时作用下会产生水树枝老化,甚至可发展到绝缘击穿故障,影响正常供用电。
为了能及早采取措施,防止此类故障,了解水树枝的形成机理和导致绝缘击穿的过程,在此基础上进行有效的预防性试验势在必行。
关键词 交联聚乙烯电缆 水树枝 在线诊断装置框图1 X LPE 电缆水树枝老化的机理X LPE 电缆因有绝缘性能好、能抗酸碱、允许工作温度高(90℃)等优点而日益被广泛采用,但在潮湿和电场作用下会产生水树枝老化。
这个问题从70年代起国际上即进行了非常广泛深入的试验研究,取得了很好的成果。
1.1 X LPE 电缆的水树枝老化现象主要可归纳为以下几点:(1)同时存在水和电场时才会发生水树枝,即使在较低的电场下也会发生水树枝;(2)水树枝是直径在0.1到几个μm 的充满水的气隙集合;(3)绝缘中存在的杂质、气孔以及绝缘表面内外半导体层的不均匀处形成的局部高电场部位是发生水树枝的起点;(4)在交流电场下比在直流电场下容易产生水树枝,交流电频率越高,发展速度越快;(5)温度高时容易发生水树枝。
1.2 水树枝的类型按水树枝产生的起点可分成以下三种类型:(1)内导型水树枝是以电缆内半导体包带作为起点的水树枝。
当内半导体层是挤出结构的情况下,在半导体带边缘或有毛刺等的结构不均匀部分容易产生水树枝。
(2)蝴蝶型水树枝是以绝缘中的杂质和气隙作为起点的一种水树枝。
(3)外导型水树枝是以电缆中的外部半导体层作为起点的一种水树枝。
1.3 水树枝产生的机理水树枝的形成可以用以下框图来表示。
水树枝产生的第一阶段是在绝缘体中不规整部位(如在绝缘Π半导电层表面)的水产生局部凝缩;在电缆制造过程中和从外部环境侵入的少量水在绝缘物中是均匀分布的,但水分子在电场作用下因极化而产生极化迁移,被不规整部位所吸引,逐渐积累产生水气的局部过饱和状态。
交联聚乙烯电力电缆水树产生机理_检测及预防
文章编号 : 167226901 ( 2009 ) 0420001204 ( Special Electric Apparatus 2Luneng Taishan Electric Cable Co. , L td. , Xintai 271200, China)0 引 言1 水树产生机理分析论的发散形或领结形的气隙 (见图 1、图 2 )。
在交联 :生明显的氧化 ,导致吸水性增大 ,导电性升高 ,最终检 含 检 电冲相No. 4 2009Electric W ire & CableAug. , 2009交联聚乙烯电力电缆水树产生机理、测及预防陈 涛 , 魏娜娜 , 陈守娥 , 王连成 , 王 雨(特变电工山东鲁能泰山电缆有限公司 ,山东新泰 271200)摘要 :分析交联聚乙烯电力电缆绝缘中水树产生的机理及检测方法 ,并对如何防止绝缘中水树产生提出了解 决措施。
关键词 :交联聚乙烯电力电缆 ;水树 ;产生机理 ;预防 中图分类号 : TM247. 1文献标识码 : AM echan ism, D etection and Preven tion of W a ter Tree ing in XL PE Power CablesCHEN Tao, et alAbstract: In this paper the mechanism and detection of water treeing in the XLPE cable insulation were analyzed. M easures to p revent water treeing generation in the cable insulation were recommended. Key words: XLPE power cable; water treeing; mechanism of generation; p revention察结果显示 ,地下电缆被水浸泡造成水树的生长情 况比在空气中的情况要显著。
水树老化
交联聚乙烯电缆的水树老化标签：交联聚乙烯电缆因为绝缘性能好，允许工作温度高有较好的机械强度而受到设计施工人员的欢迎，但许多人不知道水树老化会使电缆绝缘击穿。
在电缆制造过程中，由外面侵入的极微量的水分在电缆绝缘层中是均匀分布的，但电缆投入使用后在电场的作用下，受到不均匀电场的吸引，产生极化迁移，逐渐积累而产生局部过饱和状态形成水树。
电缆的绝缘层中只要同时存在水和电场就会产生水树。
水树是直径在0．1微米到几微米充满水的空隙集合。
水树和环境湿度也有关，交联聚乙烯电缆在65％以上的湿度环境中通电就可以产生水树。
上海电缆研究所的研究证明有CI离子、SO4离子或NO3离子的水，与同等条件下的自来水相比，水树生长速度要快3～4倍。
水树的存在直接影响到电缆的寿命。
为了降低水树的增长速度，在地下水位较高及多雨的地区，不宜采取埋地敷设；在南方地区黄梅季节电缆沟内容易结露，因此要有通内措施；电缆的入口处应有堵水措施，避免雨水流入电缆沟内；电缆沟应有防渗漏措施和排水措施防止电缆沟内积水由于交联聚乙烯电缆有水树老化现象，因此这种电缆不应长期在潮湿环境中使用，在施工时要严格防止潮气侵入电缆芯内部锯断的电缆端头要及时密封。
中压电缆绝缘料的水树老化研究引用网址：zhishi/dl/关键词：绝缘料电缆中压电缆摘要：近年来，随着中国电力企业对长寿命、高可靠性电力电缆关注的增加，武汉高压研究所和陶氏化学公司（TheDowChemicalCompany）一道，共同开展了一项针对于中国电缆结构的中压电缆老化试验研究项目，就使用抗水树绝缘料对电缆性能的提升进行评估。
经过6个月的加速水树老化试验，已经可以明显地看出，在使用抗水树绝缘料和普通半导电屏蔽料后，电缆的性能得到了显著的提升。
同时，为了建立和确保中压电缆期望的性能指标，该项目中使用的试验方案还可以作为一种在中国国内使用的鉴定试验方案。
关键词：中压电缆；绝缘料；水树；老化0引言世界各地的电力企业都希望那些位于地下主干线回路上的电力电缆能够具有尽可能长的使用寿命，以提高电网的可靠性，降低电网中断的次数，并且减少维护电网整体寿命所需的费用。
交联聚乙烯绝缘电缆形成树枝的特性
交联聚乙烯绝缘电缆形成树枝的特性电树枝的特性电树枝的特性可归纳以下几点：（1）电树枝的产生必须有局部的高场强。
（2）电树枝的引发与材料的本征耐电强度有关。
（3）交变电场的机械应力引发电树枝。
（4）气隙的存在是电树枝生成的前提。
（5）杂志的存在可诱发杂质电树枝。
（6）电树枝中伴有局部放电。
（7）电树枝引发后，发展较快。
（8）电树枝放电使介质损耗增加，绝缘电阻和击穿电压下降。
（9）电树枝的发展与电压形式和温度有关。
水树枝的特性水树枝的特性可归纳为如下几条：（1）必须同时存在电场和水分，才能引发和形成水树枝。
（2）具有直径为数微米的树枝状充水微观空隙组成。
（3）水树枝能在低于电树枝的场强下产生。
（4）水树枝受杂质影响很大。
吸湿性杂质和绝缘中缺陷、空隙等是水树枝引发的起点。
（5）水树枝的成长因频率增加而加快，直流下很难产生或者无水树枝产生。
（6）水树枝中无局部放电现象。
（7）水树枝的产生或成长受温度影响较小。
（8）水树枝的扩展需要比电树枝更长的时间。
（9）产生水树枝的电缆，其介质损耗增加、绝缘和击穿电压下降。
电化学树枝的特性电化学树枝的特性有以下几点：（1）电化学树枝的演变很慢，一般要几年之久。
（2）树枝沿电场方向发展，形状各异，当树枝发生在绝缘和屏蔽接触有缺陷的部位时，形如藻类、草地或羽毛状；当发生在绝缘内部有缺陷的部位时，形如蝴蝶结或羽毛状。
（3）各类杂质和缺陷的存在是电化学树枝的发源地。
（4）电化学树枝的成长与潮气对电缆的腐蚀相一致。
（5）有电化学树枝的电缆并未发现局部放电的增加。
（6）电化学树枝具有颜色，一般多为棕褐色。
（7）可以在比电树枝低得多的场强下发生。
（8）必要的条件是孔隙中要有硫等化学成分的溶液存在。
（9）电化学树枝一般需要形成并发电树枝通道而击穿绝缘。
交联聚乙烯电缆绝缘老化试验及其检测技术
交联聚乙烯电缆绝缘老化试验及其检测技术王天1，白银浩1，吕中宾1，王钎宇2，姚利娜2（1.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州450052；2.郑州大学电气工程学院，河南郑州450001）摘要：为了更好地研究交联聚乙烯（XLPE）电缆的绝缘老化特性，需在实验室条件下对其进行老化试验，本文总结了目前对XLPE电缆的绝缘老化试验及其检测技术的研究进展。
首先对交联聚乙烯电缆的常见老化类型和现象进行了介绍，阐述了目前对于水树老化和电树老化生长机理及影响因素方面的研究成果；其次介绍了在实验室条件下对XLPE电缆进行加速老化试验的方法和该试验对电缆的影响；然后对目前电缆绝缘老化的检测方法进行了简要分类，介绍了各种方法的原理、适用条件和优缺点以及各个阶段绝缘检测的特点和适用方法；此外，总结了目前对于水树老化和电树老化的抑制方法和原理；最后对电缆绝缘老化相关问题进行了探讨，展望了未来研究的发展方向。
关键词：交联聚乙烯电缆；绝缘老化；水树老化；电树枝；状态检测中图分类号：TM215文献标志码：A文章编号：1009-9239（2022）06-0006-10DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2022.06.002Progress in Insulation Ageing Test andDetecting Technology of XLPE CableWANG Tian1,BAI Yinhao1,LÜZhongbin1,WANG Qianyu2,YAO Lina2(1.Electric Power Research Institute of State Grid Henan Electric Power Company,Zhengzhou450052,China;2.School of Electrical Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou450001,China)Abstract:In order to research the insulation ageing characteristics of cross-linked polyethylene(XLPE)cables,it is necessary to perform ageing tests under laboratory conditions.In this paper,the current research progress on insulation ageing tests and detection techniques of XLPE cables was reviewed.Firstly,the common ageing types and phenomena of XLPE cables were introduced,and the current research results on the growth mechanism and influencing factors of water tree ageing and electrical tree ageing were elaborated.Secondly,the accelerated ageing test methods for XLPE cables under laboratory conditions and their effect on cables were introduced.Then,the current detection methods of cable insulation ageing were briefly classified,the principle,applicable conditions, and advantages and disadvantages of each methods and the characteristics and application method of each insulation detection stage were introduced.Finally,the problems related to cable insulation ageing and their future research directions were discussed.Key words:XLPE cable;insulation ageing;water tree ageing;electric tree branch;condition detecting0引言随着我国国民对用电需求的不断增加，电力电缆的重要性也日益提高。
浅析交联聚乙烯绝缘电力电缆抗水树机理
浅析交联聚乙烯绝缘电力电缆抗水树机理1引言交联聚乙烯电力电缆以其优异的介电与机械性能深受广大电力用户的欢迎，自从二十世纪八十年代以来逐渐成为电力电缆的主流。
虽然交联聚乙烯电力电缆设计寿命可达30～40年之久；但是由于制造工艺缺陷、电缆运行环境恶劣、以及电缆敷设伤害等因素，许多电缆内部产生了气隙、杂质、毛刺和凸起等缺陷，上述缺陷在电场、热场、机械应力以及潮湿环境等老化因素的作用下，就会引发局部放电和水树枝现象。
其中交联聚乙烯电力电缆中的水树枝老化现象，进一步会发展为电树枝从而导致电缆绝缘击穿，造成电缆寿命大幅缩短，对电力系统稳定性和可靠性造成极大威胁。
因此，研发抗水树型交联聚乙烯绝缘电力电缆对保证电力系统供电安全具有重要意义。
2水树枝引发与生长原理。
水树枝老化是交联聚乙烯电力电缆在潮湿环境中发生击穿的主要诱因之一[1-2]。
自从1969年在波士顿举行的电气绝缘会议上，日本学者宫下首次提到水树枝现象，各国学者对水树枝现象进行了广泛深入的研究。
一般认为，水树枝是交联聚乙烯电力电缆在潮湿环境下发生老化、降解的一种现象。
在潮湿环境中，水树枝可以在运行电压下长期缓慢地生长。
一般来说水树枝的生长不会直接导致电缆绝缘层的击穿，只有随着水树枝的不断生长，水树枝尖端电场的不断集中，局部高电场最终会引发水树枝尖端产生电树枝，从而导致聚乙烯绝缘层在短时间内被击穿。
经过几十年的研究，国内外学者们关于水树枝的引发、生长机理提出了一些规律、模型。
研究表明，关于水树引发、生长的机理主要有：电致机械应力模型、亲水物质的扩散模型和电化学氧化模型。
关于水树枝的生长模型，人们在过去几十年展开了热烈的讨论。
经过讨论，没有足够证据支持任何一种生长机理可以解释所有情况下水树枝的现象。
事实上，通过综合考虑众多学者的观点，可以发现上述的各种情况都有可能发生。
因此，有学者认为水树枝化是多种进程共存的材料劣化过程，具体哪种进程起主导作用，取决于电缆所处的老化环境。
试析如何改善电缆终端接头制作环境
试析如何改善电缆终端接头制作环境0 引言交联聚乙烯（XLPE）电缆因绝缘性能良好，允许工作温度较高（90℃），施工简便等优点而逐渐取缔充油电缆，成为市场主要产品。
但在潮湿和电场作用下，XLPE电缆会产生水树枝劣化，严重时会导致电缆击穿。
华南地区气候条件特征是高温多雨，水树枝问题尤其值得注意。
现今电缆附件安装施工过程中多采用钢脚手架搭建而成的简易工棚进行作业，工地多有扬尘及潮气，无法保证作业场所洁净。
因此如何改善电缆施工环境，更好地防止水树枝产生是施工难点之一。
1 水树枝定义关于何谓水树枝，学界并没有一个准确的定义。
但是，一般情况下，水树枝被认为是高分子有机绝缘物种的一种有液态导电物质（常见的是水）电导性老化现象。
电气学会的技术报告将水树枝定义为是聚乙烯类绝缘材料在长时间与水共存状态下因电场作用产生的，其形状为充满了水的各种树枝状的细微通道或气隙，直径在0.1到几个μm之间。
2 水树枝产生原理水树枝的产生需要同时存在水和电场。
水分子体积很小（0.25nm，小于介质高分子的1/100），极性很强（偶极矩为180aC·m），与介质高分子作用强烈，尤其是介质中部分极性基团如羟基、羰基和酯基对水分子特别敏感，容易产生自游离，故水分因界面效应游离介质高分子中微量可溶性配合剂而容易地向介质内部迁移和扩散。
同时水蒸气分子在空气中作热运动而不断地与介质表面高分子发生碰撞，并借助介质分子连端的热运动而直接进入介质内部。
因此，在XLPE电缆中，XLPE介质与大气之间的局部压力差会导致水分子通过热运动沿电缆径向向介质内部迁移。
除了大气压力差的因素之外，电场是导致水树枝产生的另一个关键原因。
电缆是一个同心圆，离电缆中心的距离称为曲力半径。
半径越大，电场越小，由此导致电缆外部与内部之间形成一个场强差对水分子发生作用。
同时，在电场的作用下XLPE介质会由于诱导极化产生Maxwell应力，进而引起介质的微观形变、微观气隙和次微观气隙的自由体积合并。
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Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｍｃ ｌｏｓｓ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ａｇｉｎｇ ｔｉｍｅ
值来看，４０℃温度下的水树老化样本介损值最小， 且ｔａｎ６（０℃）＞ｔａｎ６（２０℃）＞ｔａｎ巧（４０℃），ｔａｎＪ（４０℃）＜ ｔａｎ巧（６０℃）。以上测试结果说明，水树老化实验使 ｘＬＰＥ样本介损值随老化时间的增加而显著增加， 并且第２１ ｄ的介损值随老化温度的升高而先减小后 增大，拐点出现在４０℃。
ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ；ｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅ；ＭａｘｗｅＵ
ｓｎ．ｅｓｓ
０
引言
交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）电缆以其优良的电气性能
的永久性破坏１６＿…。 事实上，当电缆在工况下运行时，其缆芯的发 热量可能导致电缆绝缘升温，使电缆运行在较高温 度水平【１１１，但在冬季负荷较轻时，电缆的温度有可 能降低。此外，在以往实验中也发现了不同温度下 水树的生长速率和形态有显著差异的现象，因此， 研究不同温度下水树的生长特性，对于指导ＸＬＰＥ 电力电缆的制造和应用有着重要意义。 众多研究者对水树生ｒＩｈｅ
Ｇｒｏ、）１１血ａｔ
Ｄｉ骶ｒｅｎｔ
Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｉｎ ＸＬＰＥ Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｔｈｅ Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ
Ｍｏｌｅｃｌｌｌａｒ
Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
ＺＨＯＵ Ｋａｉ，ＴＡ０ Ｗｅｎｂｉａｏ，ＺＨＡ０ Ｗｅｉ，ＹＡＮＧ Ｄｉ，ＹＡＮＧ Ｍｉｎｇｌｉａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ
万方数据
周
凯，陶文彪，赵威，等：以分子取向理论理解交联聚乙烯中水树在不同温度下的生长特性
３６６７
１．３样本观察 待ＸＬＰＥ水树老化样本老化２１ ｄ时间后，将薄
树枝沿电场方向呈发散状均匀排列，枝状特征明显， 较为稀疏，而６０℃温度下生长的水树主体呈片状， 水树主体内部树枝状结构并不显著；２０℃和４０℃ 温度下的水树形态介于０～６０℃之间，随着温度的 升高，水树主体的树枝状结构逐渐变粗变密，最终 连成一整片水树区。 ２）就水树主体尺寸而言，随着温度的升高，水 树主体尺寸先减小后增大，４０℃温度下的水树主体 尺寸最小；水树主体尺寸可在一定程度上反映水树 的生长速率，就实验结果来看，０℃、２０℃、６０℃ 温度下的水树生长速率分别约为４０℃温度下的 ２．６６、１．３６、２．７４倍。
ｗｅ
ｔｅｓｔｅｄ ｔｈｅ伊ｏｗ山跳ｄ ｐｒｏｐｏｓｅｄ
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道长度为８岬１，直径为１ ｐｍ，水树空洞呈椭球形，
也有研究认为低温更有利于水树的生长【ｌ孓１６Ｊ。另有 文献指出，当水树老化温度＞６０℃时，水树生长速 度加快，在温度＜６０℃的环境中，水树生长速率变 化不大，在较低温度下水树引发率反而会增加…Ｊ。 但该研究尚未解释低温下水树生长反而加快的原因。 本文使用ｘＬＰＥ薄片作为实验样本，分别进行 了０℃、２０℃、４０℃和６０℃温度下的水树加速老 化实验，研究了ｘＬＰＥ中水树枝在不同温度下的生 长特性，分析了ＸＬＰＥ材料中水树在高温下和低温 下的生长机理。
ｄ。
Ｆｉｇ．３ Ｆｉｇ．２
图２水树老化装置示意图
Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａ弘ａｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅ ａｇｉｎｇ ｓｅｔｕｐ
图３
介损随老化时间的变化情况
１．２介质损耗正切值测量 在样本老化过程中，每隔３ ｄ测试１次ＸＬＰＥ 样本的介质损耗角正切值ｔａｎＪ（简称介损）。介损使 用ＴＥ２０００型抗干扰介质损耗测试仪进行测试，测 试电压为３ ｋＶ，采用正接法。测试结果如图３所示。 从图３可以看出：不同温度下的水树老化样本 介损值均随老化时间的推移而逐渐增大，但对照样 本介损值始终处于较低水平波动；从第２１ ｄ的介损
和机械性能，在我国城市电网中得到了广泛应用。 但ＸＬＰＥ电缆在制造、施工以及运行过程中，不可 避免地会在电缆绝缘内部产生一些局部缺陷，形成 高电场区，当环境中的水分侵入时，这些区域容易 引发水树¨巧ｊ。在操作过电压或雷电过电压的作用 下，水树尖端容易引发电树，有可能导致电缆绝缘
基金资助项目：国家自然科学基金（５１４７７１０６）。 Ｐｒｏｊｅｃｔ ｓｕｐｐｏｎｅｄ ｆ５１４７７１０６１．
周
凯，陶文彪，赵
威，杨
滴，杨明亮
（四川大学电气信息学院，成都６１００６５）
摘要：为了理解交联聚乙烯（ＸＬＰＥ）在不同温度下的水树生长特性，研究了不同温度下ＸＬＰＥ材料的水树生长行 为并尝试进行了新的理论解释。使用ｘＬＰＥ薄片作为实验样本，分别进行了０℃、２０℃、４０℃和６０℃温度下 的水树加速老化实验。通过显微镜观察了水树形态，统计了不同温度下水树的尺寸，并以有限元电场仿真分析、 分子动力学和高分子取向理论为基础，给出了高温和低温下水树不同生长特性的一种可能的解释。经过研究发现： 从０℃温度开始，水树的生长速率随温度的升高而先减小后增大，其转折温度约为４０℃；ｘＬＰＥ分子的热运动 和取向行为可能共同影响不同温度下水树的生长特性，高温下水树的生长速率主要由分子热运动决定，低温下水 树的生长速率主要由高分子链的取向行为决定。 关键词：交联聚乙烯：水树；高分子动力学；取向；温度：Ｍａｘｗｅｌｌ应力 Ｔ０ｗａｒｄ Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｗａｔｅｒ
ｏｎ
ｔｌｌｒｏｕｇｈ
ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｍｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｚｅｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｎ．ｅｅｓ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，
ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ．ｅｌｅｍｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａ１１ｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ， ｄｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ
ｗｅ
ｄｉ髓ｒｅｎｔ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅ ｇｍｗｔｈ ａｔ ｄｉ僚：ｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｎ℃ｅ ｇｍｗｔｈ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅｓ丘ｏｍ ０℃，ｂｅｆｏｒｅ ｉｔ ｂｅ－ ｇｉｎｓ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｏｕｔ ４０℃．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ仃ｅｅ酽ｏｗｔｈ ｉｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｒｍａｌ ｍｏｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ）（ＬＰＥ ｍｏＩｅｃｕｌｅｓ ｍｉｎｅｄ ｂｙ ｍｅ Ｋ｜ｅｙ ｗｏｒｄｓ：
ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｌｌｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ
ＦｏＩｌＩｌ出ｔｉ∞ｏｆ Ｃｈｉｎａ
化时间、电压频率以及电解液的类型和浓度等因素
万方数据
３６６６
高电压技术
有着密切的关系¨２。¨Ｊ，但对于不同温度下水树生长 特性的研究较少，且相关的研究结果和理论并不统
一”１ ７１。有研究认为高温可加速水树的生长【１４１，但
ｊｏｉｎｔｌｙ，ｗｈｉｌｅ
ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｎ℃ｅ伊ｏｗｔｈ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｅｔｅｒ—
ａｔ
ｔｈｅ肌ａｌ ｍｏｔｉｏｎ
ａｔ
ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｍｔｕｒｅｓ’ｂｕｔ ｂｙ ｔｈｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．
ＸＬＰＥ；ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅ；ｐｏｌｙｍｅｒ
表１水树主体尺寸
Ｔ曲ｌｅ ｌ
Ｓｉｚｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｔｒｅｅｓ
片样本取下切片，切片厚度约为６０岬，再将切片
后的样本薄片置于亚甲基蓝溶液中浸泡，并在９０℃ 恒温箱中加热约３０ ｍｉｎ时间。加热结束后，针尖水 树区域被亚甲基蓝溶液充分染色，然后将染色后的 薄片样本置于金相显微镜下观察。实验中所有水树 老化样本的水树引发率均为１００％，同一温度下的 水树形态均较为类似。本文选取各水树老化样本中 的４个针孔切片进行观察，１￣４号样本在０℃、 ２０℃、４０℃和６０℃温度下的显微观察结果分别如 图４、图５、图６和图７所示。不同温度下的水树主 体尺寸如表ｌ、图８所示，这里水树主体尺寸指的 是针孔尖端到水树尖端的距离。 由于本文制造样本针孔缺陷使用的钢针尖端呈 扁平状，其针孔尖端和边缘处均为场强集中区，因 此在其针尖和针孔边缘均生长有水树，而且越靠近 针孔尖端的水树区域染色越深。不同温度下水树的 形态有着显著不同： １）就水树主体形状而言，０℃温度下生长的水
ｍｍ ｍｍ。
ｎ¨１１
钢针尖端呈扁平三角形状，斜面长度为３ ｍｍ，倒
角为（１７土２）ｏ，针尖曲率半径为（２．５士０．５）岬。
３）将薄片样本置于如图２所示的水树老化实 验装置中，装置呈圆柱体，样本针孔缺陷恰好位于 装置底部的小孔中央，拧紧螺钉固定薄片样本。 ４）在装置内注入质量分数为２０％的氯化钠 ＮａＣｌ溶液，并淹没铜电极。 ５）按照上述方法制作５片ｘＬＰＥ样本，其中１ 片作为对照样本，另外４片分别在０℃、２０℃（室 温）、４０℃和６０℃温度下老化，使用高低温实验箱 控制实验温度，并在实验箱侧面预留２个小孔，分 别接入高压电源和地线。 ６）实验装置底部铜电极接地，顶部铜电极输 入幅值为６ ｋＶ、频率为４００ Ｈｚ的高频高压，样本 持续老化时间约为２１