芯耀
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在電力傳輸與分配系統(tǒng)中，電線電纜絕緣性能關(guān)乎系統(tǒng)安全。耐電痕試驗(yàn)?zāi)茉u(píng)估絕緣材料在電氣應(yīng)力和環(huán)境作用下，抵抗表面電痕化的能力。明晰電弧放電到絕緣失效的過(guò)程，對(duì)提升電線電纜可靠性、優(yōu)化材料設(shè)計(jì)及保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行意義重大。
一、電弧放電的起始
1.1 表面缺陷與電場(chǎng)畸變
電線電纜絕緣材料表面有微小凹凸、雜質(zhì)顆粒、裂紋等缺陷，會(huì)引發(fā)局部電場(chǎng)畸變，使缺陷處電場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)超周圍。依據(jù)電場(chǎng)分布理論，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)閾值，空氣或吸附氣體分子就會(huì)電離。像尖銳雜質(zhì)顆粒尖端，電場(chǎng)強(qiáng)度能是周圍數(shù)倍，為電弧放電創(chuàng)造條件。
1.2 水分與導(dǎo)電物質(zhì)的影響
環(huán)境水分及表面吸附的導(dǎo)電物質(zhì)（如灰塵里的金屬離子、鹽類）會(huì)降低絕緣材料表面電阻。表面電阻降低到一定程度，在電場(chǎng)作用下形成泄漏電流，其產(chǎn)生的焦耳熱升高溫度，加速氣體電離，促使電弧放電。潮濕環(huán)境下，表面水膜中的離子成為導(dǎo)電介質(zhì)，大幅增加電弧放電可能。
二、電痕的形成與發(fā)展
2.1 初期電痕的形成
電弧放電的高溫會(huì)分解絕緣材料表面的有機(jī)高分子，生成碳化物和揮發(fā)性氣體。碳化物形成微小導(dǎo)電通道，即初期電痕，呈微米級(jí)的細(xì)小黑色痕跡。以聚氯乙烯絕緣材料為例，電弧作用下，聚氯乙烯分子中的氯原子脫離，產(chǎn)生氯化氫氣體，碳鏈斷裂生成碳化物，積累形成電痕。
2.2 電痕的持續(xù)發(fā)展
電弧持續(xù)放電，初期電痕處電場(chǎng)增強(qiáng)，更多絕緣材料被分解碳化。電痕內(nèi)高溫使周圍絕緣材料熱降解，形成新導(dǎo)電通道，電痕向內(nèi)部和表面擴(kuò)展，且具有自加速特性。放電使電痕導(dǎo)電性能增強(qiáng)，吸引更多電流，引發(fā)更強(qiáng)烈的電弧放電和材料分解。電痕發(fā)展產(chǎn)生的氣體壓力會(huì)使材料表面出現(xiàn)裂紋，為水分和導(dǎo)電物質(zhì)侵入提供通道，加速電痕發(fā)展。
三、絕緣性能的逐漸下降
3.1 材料結(jié)構(gòu)的破壞
電痕持續(xù)發(fā)展，絕緣材料分子結(jié)構(gòu)被破壞，高分子鏈斷裂，機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能下降。如交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，電痕破壞其交聯(lián)結(jié)構(gòu)，分子鏈變松散，拉伸強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度降低。同時(shí)，電痕改變材料介電常數(shù)，使電場(chǎng)分布更不均勻，加劇絕緣性能下降。
3.2 局部放電的加劇
電痕形成的導(dǎo)電通道引發(fā)局部放電，其產(chǎn)生的高頻電磁波、機(jī)械振動(dòng)和化學(xué)腐蝕會(huì)損傷絕緣材料。高頻電磁波使偶極子高頻振蕩產(chǎn)生摩擦熱，加速材料老化；機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生微小裂紋；化學(xué)腐蝕源于局部放電產(chǎn)生的臭氧、氮氧化物等活性氣體，與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞分子結(jié)構(gòu)。局部放電加劇，絕緣材料損傷范圍擴(kuò)大，性能持續(xù)惡化。
四、絕緣失效的最終階段
電痕發(fā)展到一定程度，絕緣材料內(nèi)部形成貫通導(dǎo)電通道，絕緣性能喪失，引發(fā)絕緣失效。這會(huì)導(dǎo)致電線電纜短路，可能引發(fā)火災(zāi)。如電力電纜絕緣失效，強(qiáng)大短路電流使電纜溫度急劇升高，甚至燃燒，威脅電力系統(tǒng)安全，還可能損壞電氣設(shè)備，影響供電可靠性。
五、影響耐電痕性能的關(guān)鍵因素
5.1 材料特性
絕緣材料的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)和物理性能決定耐電痕性能。硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂等具有高穩(wěn)定性分子結(jié)構(gòu)、耐電弧性和抗碳化能力的材料，耐電痕性能較好。硅橡膠分子中的硅氧鍵鍵能高，電弧高溫下穩(wěn)定，不易分解碳化。材料的表面能、吸水性等物理性能也有影響，表面能低、吸水性小的材料不易吸附水分和導(dǎo)電物質(zhì)，降低電痕形成可能。
5.2 環(huán)境因素
環(huán)境溫度、濕度、污穢程度顯著影響電線電纜耐電痕性能。高溫加速絕緣材料老化和熱降解；高濕度增加表面導(dǎo)電性，促進(jìn)電弧放電和電痕發(fā)展；污穢物質(zhì)中的導(dǎo)電顆粒和化學(xué)物質(zhì)在表面形成導(dǎo)電層，引發(fā)局部放電和電痕化。不同環(huán)境條件下，電線電纜耐電痕性能表現(xiàn)不同。
5.3 電氣應(yīng)力
施加的電壓大小、頻率、波形等電氣應(yīng)力參數(shù)影響耐電痕性能。高電壓導(dǎo)致強(qiáng)電場(chǎng)，加速電弧放電和電痕發(fā)展；高頻電壓使局部放電更頻繁，加劇絕緣材料損傷；非正弦波形電壓含諧波成分，引起電場(chǎng)分布畸變，增加電痕化風(fēng)險(xiǎn)。
通過(guò)對(duì)電線電纜耐電痕試驗(yàn)機(jī)理的解析，可明晰影響絕緣性能的關(guān)鍵因素，為研發(fā)高性能絕緣材料、優(yōu)化電線電纜設(shè)計(jì)及制定運(yùn)行維護(hù)策略提供理論依據(jù)。
