低压电缆绝缘在线检测研究低压电缆绝缘在线检测技术研究内容摘要虽然对中压  电缆绝缘老化在线检测技术的研究应用在国内外均有所进展，但并不能简单的推论至低压  电缆中。而对低压  电缆的绝缘老化及其检测技术，国外在这方面的论述不多，只是近年来才开始有一些研究探讨。本文概述了国内外低压交联聚乙烯（）电缆线路在运行中绝缘损坏的统计情况和主要事例，就  电缆及其附件的绝缘老化现象进行了剖析，对电缆绝缘老化检测方法作了扼要叙述，并就现场用局部放电测试的部分方法及其特点作了简要评述。对于一般低压  电缆，迄今未发现因水树生成延展而导致绝缘损坏的现象。包括预制式在内的接头和终端，往往是绝缘老化的薄弱环节，因而应重视对其进行现场的局部放电检测。关键词：交联聚乙烯电缆；电缆附件；绝缘；在线检测技术；I 低压电缆绝缘在线检测研究"电子和离子的位移极化分子中的电子在电场的作用下，电子轨道发生弹性位移，从而使得原本呈电中性的分子变成呈现正负极的偶极子。由离子组成的分子结构也会出现类似的情况，正负离子在电场作用下偏离原来的位置，形成偶极子。位移极化程度随电场强度增大而增大，而且形成的速度极快，外电场一旦消失，极化随即也消失。这种极化过程中没有能量损耗，故称为无损极化或弹性极化。"热离子位移极化介质中少量与周围分子联系较弱的带电离子（一般为杂质）在外电场的作用下，其热运动趋向于顺电场方向在有限的范围内位移，造成这些离子在介质中分布不均，形成偶极化。这种极化受到分子热运动的限制，温度越高，热运动越活跃，极化越困难。因此，这种极化建立速度较缓慢，电场消失后，复原也较缓慢。"夹层极化绝缘介质中的自由离子和电子在外电场的作用下沿着电场方向迁移，改变分布状况，在迁移过程中被介质中的电极或缺陷捕获，不能及时放电或复合，于是在某一空间产生宏观感应电偶极矩，形成空间电荷极化。当绝缘介质由多层不同材料组成时，这些带电粒子将停留在组合材料的交界面上，最终形成各层上的电荷积累。这种电荷移动和积聚，称为夹层极化过程。这种极化属于松弛极化，需要消耗能量，而且建立和复原的时间最长，达数秒，甚至数日之久。绝缘老化现状及原因分析绝缘老化现状3.1.1 国外部分日本应用技术较早，低压  电缆首次投入运行至今已有  年的时间。下表 和表  分别为日本 ～ 年  电缆线路绝缘损坏率统计和 % 电缆线路累计发生的  次绝缘损坏的分布情况表 日本 ～ 年各电压等级  电缆线路绝缘损坏情况统计 低压电缆绝缘在线检测研究电压%电 缆 接 头 终 端敷设数量 损坏率 安置数量 损坏率 安置数量 损坏率% %&年"次&百公里&年"个个&年） 次&个&年"个 个&年"次&个&年" 及以下   表 日本  电缆线路绝缘损坏的分布情况电缆本体 电缆附件水的影响 除水以外的影响小计水的影响除水以外的影响小计合计水树外伤异物半导电凸起其他 浸水外伤界面空隙形状不良异物其他              从表 、表  可以看出：  及以下，  电缆绝缘损坏率较高。主要原因是由于早期产品为湿法交联、非三层共挤，且无有效防水构造等，以致水树（'(! ) !!）生成延展而影响绝缘老化*+。美国电子电气工程师学会（,）绝缘导体委员对运行了 ～ 年的被撤换下电缆的测试结果进行评述：" 金属屏蔽层有腐蚀迹象，表明水分已侵入电缆；" 位于绝缘层的蝶状水树（-))）占多数，-)) 最长未超过 ～，与  的绝缘厚度相比，可认为对绝缘影响不显著；未发现对绝缘危害性较大的萌生自半导电层的喷泄状水树（)）。" 工频击穿强度均降低有限，表明老化尚不严重。考虑早期制造的电缆绝缘较厚，而新近制造的电缆绝缘较薄，从而耐水树特性不及早期的电缆等客观因素。 低压电缆绝缘在线检测研究3.1.2 国内部分国内最早应用低压  电缆的广州电网。～ 年，广州电网中低压 电缆的使用总量已达 %，其中运行  年以上占 ，使用概况详见表。～ 年间，广州电网中低压  电缆共发生了  起绝缘损坏故障，其分类统计情况详见表 。表 广州电网低压  电缆线路使用概况电压%电缆使用数量% 电缆接头类型与数量组 电缆终端类型与数量组直埋沟槽 隧道 合计 包带式 预制式 合计 户外瓷套 ., 合计      表 广州电网低压  电缆绝缘损坏故障分类统计绝缘击穿部位次数次 原 因/电缆本体  外力破坏 产生水树（西罗乙线于  年  月发生绝缘击穿）/接 头  材料、工艺欠完善（投运后不久）  无防水构造（运行  年后爆炸）影响绝缘老化主要因素绝缘材料在使用一定的年限以后，绝缘性能都会呈现一定程度的劣化，这被称为“绝缘老化”。绝缘材料老化的表现主要有绝缘电阻下降、介质损耗增大等，对老化了的绝缘材料进行显微观察，可以发现树枝状结构存在。绝缘老化的本质是材料性能发生不可逆转的改变，影响老化的因素一般涉及热、电、机械与环境等方面。就低压 电缆而论，通常是电气因素占主导，即存在绝缘弱点，又在外因下发生水树、电树或局部放电等。各项老化特征如下：（）0 老化是绝缘中存在微孔以及杂质等使内、外半导电层与绝缘间有空隙或相异材质绝缘界面间隙的凸起，由于 0 侵蚀绝缘使其性能降低进而击穿的形态。（）电树老化是绝缘中杂质形成场强集中部位发生 0、具有树枝状痕迹伸展下 低压电缆绝缘在线检测研究全部路径击穿的老化形态。电树从生成到全部路径击穿的历时较短，这是它与水树的主要区别。（）水树老化是含有水分的绝缘中微孔群呈树枝状、延伸发展到影响绝缘性降低进而击穿的形态。它的有害性在于延展演变成电树，且往往伴随有 0。显然，绝缘老化的因素中，出现 0、电树的频度较多。水树生成形式及其量化影响水树主要分为源于绝缘层中可溶性杂质或充水微孔生成的蝶状水树（-))），起始于内、外半导电层界面的喷泄状水树（)）和起始于含有铁或硫成分的内半导电层的水树（或特殊内导水树 )）。同长度下 ) 比 -)) 的工频击穿强度低，因此对绝缘危害性较大，而 ) 由于有较高导电率，故比 ) 的危害性更大*+。电缆附件的界面特性低压电缆附件广泛使用预制橡胶应力锥构成的终端、预制式接头，存在橡胶与 或橡胶与环氧树脂的绝缘界面。诸如界面压力、表面粗糙度、硅油的有无或油膜厚度，以及界面残留空隙、杂质等因素，国外曾模拟这些缺陷测试，证实了当界面压力过低、应力锥表面硅油脱失等情况下，工频、冲击强度会降低（但硅油涂膜过厚比薄层的绝缘性差，击穿强度降低可达 左右）；界面伤痕若是 1$，比1$ 时的 0 起始场强降低的  倍等等。日本、荷兰等国低压  电缆线路终端、接头绝缘老化损坏故障主要归因于界面问题。我国低压  电缆线路终端、接头绝缘老化损坏故障事例本质上也不乏属于界面因素。绝缘老化检测技术概况 对运行电缆实施绝缘检测的目的是了解电缆及其附件的老化情况，以其判断是否能继续可靠工作，进而评估其残余寿命。检测方式分为破坏性检测与非破坏性检测。为了解绝缘检测技术实施概况，表  列举了日本  以下  电缆绝缘检测方法应用的发展要点。表 日本  以下  电缆绝缘检测方法应用概要电压等级%/以往用检测方法提高检出精度的研究开发 在线式检测 低压电缆绝缘在线检测研究 /绝缘电阻法直流泄漏电流法直流成分法 直流泄漏电流法 电位衰减法直流叠加法 介损正切法 反吸收电流法 正切法  超低周正切法   残留电压法  /绝缘电阻法直流泄漏电流法 /直流泄漏电流法交流损失电流法 /局部放电法 残留电荷法  /(23 法 直流重叠法   直流偏压法   局部放电法 直流耐压法（泄漏电流测定作参考）交流耐压法局部放电法 /(23 法 超低周 (23 法  电缆因绝缘老化导致的故障时有发生，且水树的生成延展是其主因。对中压  电缆，迄今开发出不少检测方法，但多是水树的检出为主要特征，且经广泛实践已有相当测试数据的积累，利于实现有效检测与评估。近几年，由于需检测的电缆数量众多，而电缆绝缘检测实施涉及成本，因此国外正研究根据最大水树长度 4')及其密度分布与使用年数、4')与击穿电压概率分布及 4')与故障率等相关关系的统计数据，以寻求寿命周期检测成本的经济化。 低压电缆绝缘在线检测研究低压  电缆线路因绝缘老化导致故障的情况不多，尤其是  及以下的电缆本体，迄今尚未出现过因绝缘老化导致损坏的事例，水树生成延展的影响还未像中压电缆那样危害严重*+。国外检测技术现状4.2.1 破坏性检测破坏性监测即耐压试验，就是在特定波形电压下使缺陷部位击穿，以筛选出能继续可靠运行的直接方法。其波形和电压值的差别有不同筛选效果，显然，对运行电缆绝缘老化检出与竣工交接试验有不尽相同的考虑。由于对低压电缆绝缘老化检出用耐压试验还缺乏实践，现不妨从对低压电缆的耐压试验进行研究分析，以获启迪。（）试验电压波形 。试验电压波形现有直流、工频、超低频（）和衰减振荡波（简称 05 或 '，日本惯用 ' 表示）以供选择。如日本对 ～% 电缆按水树检出为目标，分析出的波形效果差异见表 。表 ～% 电缆按水树检出为目标时试验电压波形的效果比较试验电压波形 工频超低频衰减振荡波直流水树检出能力 最优 较优 较优 较差对健全部位的影响6较优 最优 较差 较差试验装置大小 较差 较优 较优 最优概重    由表  可见， 的综合较优。（）试验电压水平（7)）。7) 的理想值是使虽有老化迹象却仍可运行的电缆能耐受，仅使老化严重已不再能可靠工作的电缆经由试验击穿。实际可按击穿电压的离散性作统计分析来确定逼近 7) 的理想值。如东京电力公司 % 电缆按残余寿命不少于  年时可靠性概率为 来求得工频 7)87，与现行竣工交接试验标准规定的 7 并不同。可见，7) 并非简单套用竣工试验电压标准值。此外，低压电缆若不以水树检出为目标，那么，其波形选择就不一定是表  所示的结果。 低压电缆绝缘在线检测研究4.2.2 非破坏性检测表 日本对低压  电缆线路绝缘性能综合评估电压%绝缘损坏和撤出电缆测试结果 电缆线路的综合评估电缆除外力损伤外，只有特殊 )历经  年以上才导致绝缘击穿，常经由局部老化显示；-)) 长度随使用年数增加而趋向增长，但尚未超过$电缆本体因特殊 ) 局部生成而使绝缘性降低，其他水树影响尚不明显；附件因初始缺陷，多在投运  年内出现击穿；终端因硅脂脱失有些运行了  年才出现击穿；近几年制造与施工质量改善，绝缘故障减少附件因施工不良而引发的绝缘击穿多在投运几年内发生；运行 年的终端因应力锥界面硅脂脱失导致绝缘击穿以上电缆电缆本体未发生过绝缘击穿；运行  年撤出的 % 电缆与运行  年撤出 电缆，其 -)) 分别约 $ 与 $电缆性能较完善稳定；附件因安装过失（模塑过程混入头发丝之类纤维）曾发生过去 次绝缘故障。此后已完善模塑工艺质量管理附件终端尚未出现绝缘击穿；仅% 模塑型接头投运不久发生过  次绝缘击穿日本用基于低压  电缆线路运行实际性能的评估来考虑实施必要的绝缘检测。主要有：一、电缆本体。 电缆少数出现 0 老化导致绝缘故障是由 ) 引起的，故需有能检出 ) 的检测方法。东京电力公司近年来开发出了损失电流法来用于对长约 %、无径向防水层的  电缆水树检测。由于  以下 电缆迄今未发生过因绝缘老化而导致的故障，又因其具有金属套防水，绝缘层厚度足以适应水树生长，故对其检测的必要性目前还不迫切。二、电缆附件。 预制应 低压电缆绝缘在线检测研究力锥式终端在长期运行后曾因硅脂脱失导致击穿， 挤出模塑式接头运行后曾发生绝缘击穿，原因是有纤维状杂质混入了终端与接头，通过对挤出安装工艺进行改进完善后将可避免此类缺陷，但预制式附件的绝缘界面弱点难以杜绝，故宜实施 0检出，且需运用适应有多种干扰源的现场 0 检测仪。如今，对 ～电缆线路主要实施的是 0 检测。荷兰在  电缆线路运行多年突然发生终端击穿的情况后，针对预应力锥硅脂流失等绝缘界面缺陷的检出，明确了需采取 0 检测法。为此，他们开发出了适合现场用的高频 0（0）或超高频 0（0）新型检测仪。英国、澳大利亚、瑞士等欧洲国家也有同类应用*+。新近研究开发的电缆绝缘老化检测方法（）场致发光（）法。 电缆绝缘电树起始前在高场强部位会发射出光，称为 。由于水树转变成电树前会出现 ，为此，可运用高灵敏的光学集聚装置来显示  光谱的波长、强度、色调等特征，且按不同  起始电压与电树及其生成范围关系，可实现老化的检出。 比 0 检测至少灵敏  个数量级，利于减少绝缘被击穿的可能，它也不会侵蚀绝缘，不致妨碍用其他方法对老化的进一步分析。加拿大近年在对  电缆线路的检测中近成功的应用了此法。（）氧化特征法。由于  电缆或包带型接头在过热状态下，其中绝缘、半导电层及带材等各材质的耗氧量具有随时间变化特性，故可根据材料在氧化作用期间（,)）的时效变化来评估其使用寿命。此外，已建立了依赖耗氧量、耗氧速度、氧扩散系数与氧溶解量的解析算式。东京电力公司曾用从运行  年撤换下的 % 电缆与新电缆作 ,) 测试比较，以推测前者残余寿命，其结果与解析算法结果相近。印度等国也运用此法来评估中压电缆失效模式*+。局部放电检测方法现场用的局部放电检测方法主要有：（）现场测试 0 有用  或 05 电源之趋势。在此仅就国外应用高频（数十%9 至数十万 %9）信号及其处理特征的 0 测试方法予以评述。因高频信号在电缆中衰减快，故其适用于短电缆线路和附件。荷兰对运行中  电缆实施 0 检测终端约  个，比工频下 0 的噪声水平低 ～ 倍， 人可检测  个终端天。瑞士苏黎世市供电局在  回  挤塑电缆线路  个绝缘接头（,:）安置了 0 传感器， 低压电缆绝缘在线检测研究在 ～9 下、信噪比为 ;- 时，0 检测极限为 <，证实信号中噪声得到满意分解，现场测试 0 可行。（）工程实践时，有电缆附件虽存在绝缘缺陷，但竣工耐压试验却能通过，而投运不久即被击穿的情况发生。近年，瑞士、日本等在  以上  电缆线路竣工交接试验时，除按标准作耐压试验外，还同时对附件作 0 测试，这将有助于电缆线路的长期可靠运行。因此，添置适合现场用的 0 检测仪，宜从竣工交接试验开始，随后可用于运行监测。表 适合现场用 0 检测的各种方法及其特点0 测试方法名称 适 合 检 测 部 位 电 极 安 置 方 式电容性耦合，或称金属箔电极（日） /绝缘接头（,:）,: 的两侧外表面暂时设置射频电流变换器（=)），或 =0, 传感器（日）/接头、终端接头、终端的外表面暂设置电磁线圈 /接头、终端接头、电缆的外表面暂设置声放（5>?@A?@@A>2，5）传感器/接头、终端接头、终端的内部预先安置分离电极 /终端 终端内部预选安置（）国外近几年开发的适合现场用的 0 检测方法见表 。英国对 % 电缆线路预制式接头的测试曾用方法 、、 这  种方法进行了比较。方法  由  个传感器所取信号的历时，以及测试时内部放电与外部干扰之间波形、频谱和行程时差的分析，可探明 0 的部位，且其灵敏度较高；方法  有免于电气干扰优点，但 5 信号在接头内衰减较大；方法  的测量信号随噪声比增大而有影响，其检测灵敏度稍低。日本验证方法  与方法  均有成效，且认为方法  较佳，宜广泛应用。曾在 长 % 的电缆线路中用过方法 ，对于就近绝缘接头，在 9 下检出灵敏度 B为 <；对相距  的绝缘接头，在 9 下检出 B 为 <。也曾在 ，长 % 的电缆中用过方法 ，对于接头，在 ～9 下检出 B 为 ～<；对终端，在 9 下检出 B 为 ～<*+。 低压电缆绝缘在线检测研究结束语由于交联聚乙烯（）电缆比充油电缆施工方便、运行维护简单，因此其在国内外的应用日益成为主流。因其使用历史并不长，对它的使用还未经预期使用寿命年限（ 年以上）的实践检验，因此，也就没有像充油电缆那样在绝缘老化监测运行 低压电缆绝缘在线检测研究目 录内容摘要............................................................................................................................I引 言................................................................................................................................1电力设备绝缘概述......................................................................................................2电缆绝缘材料的种类及特性......................................................................................4电缆电线绝缘材料的种类............................................................. .......... ........4绝缘老化原因................................................................................. .......... ........4热老化...................................................................................... .......... ....4机械老化.................................................................................. .......... ....5电老化...................................................................................... .......... ....5绝缘老化中树枝结构..................................................................... .......... ........5电树枝...................................................................................... .......... ....5水树枝...................................................................................... .......... ....6化学树枝.................................................................................. .......... ....6绝缘介质在电场作用下的其它特性......................................................6绝缘老化现状及原因分析..........................................................................................8绝缘老化现状................................................................................. .......... ........8国外部分.................................................................................. .......... ....8国内部分.................................................................................. .......... ....9影响绝缘老化主要因素................................................................. .......... ........9水树生成形式及其量化影响....................................................... .......... ........10电缆附件的界面特性................................................................... .......... ........10绝缘老化检测技术....................................................................................................11概况............................................................................................... .......... ........11国外检测技术现状....................................................................... .......... ........12破坏性检测............................................................................ .......... ....12 低压电缆绝缘在线检测研究管理方面的成熟经验。但是在使用过程中会遇到电缆绝缘老化等现象，在影响正常生产运作得同时，对工作人员得安全也构成一定安全隐患，所以，交联聚乙烯电缆绝缘在线检测变得至关重要。世界上开发应用  电缆较早的日本，低压  电缆首次投入运行至今时间最长的也只有  年。我国应用低压  电缆的时间更短，有相当数量电缆正进入预期使用寿命的中年期，却出现了个别电缆及其附件发生绝缘损坏故障的现象。因而，对低压  电缆绝缘老化的问题应引起人们的高度重视。参考文献*+邹有明刘士栋郑茂林工矿企业漏电保护技术*+北京C煤炭工业出版社 低压电缆绝缘在线检测研究*+严璋电气绝缘在线检测技术北京C水利电力出版社～ *+杨奇逊微型机继电保护基础北京C水利电力出版社～ *+王虹桥附加直流电源的电缆绝缘在线监测新方法*期刊论文+"*+郑晓泉补偿电势法用于在线检测  电缆"*+王施海宁金心明核电厂安全壳内仪表与控制电缆的老化管理*:+核电"*+王福忠矿用低压电缆绝缘参数在线检测仪的研究*:+电力系统及其自动化学报" 低压电缆绝缘在线检测研究非破坏性检测........................................................................ .......... ....13新近研究开发的电缆绝缘老化检测方法......................................... .......... ...14局部放电检测方法....................................................................... .......... ........14结束语.............................................................................................................................17参考文献.........................................................................................................................18 低压电缆绝缘在线检测研究引 言随着电力事业的迅速发展对供电可靠性和用电安全性的要求在进一步的提高电力设备绝缘状况检测技术的发展日益得到重视新的检测设备和新的检测技术不断在推出。电线电缆是最常用的电力设备同时也是出现绝缘故障的概率最高的设备据不完全统计电气绝缘不良引起的事故中波及的设备有近一半与电线电缆有关。在我国针对高电压等级的电缆绝缘检测技术受到了普遍的重视但是针对低压配电网的电线电缆绝缘检测技术的研究却进展不大。文中介绍了国内外电线电缆故障概况以及绝缘老化的机理，并在此基础上分析了针对电线电缆的各种绝缘检测技术的原理以及其优缺点，以期能对我国的电缆在线监测技术研究提供参考。 低压电缆绝缘在线检测研究电力设备绝缘概述电力设备由导电材料、导磁材料、结构材料和绝缘材料等组成。在电力设备实际运行过程中，绝缘结构的电气和机械性能往往决定着整个电力设备的寿命，绝缘损坏时，可能导致非常严重的后果，如火灾、设备损坏等，以致破坏整个系统的正常运行，甚至造成人员伤亡。据统计数据表明，电力设备运行中 ～的事故是由绝缘故障导致的，所以研究电力设备绝缘检测与诊断技术对于提高电力设备运行可靠性、安全性具有极其重要的意义。绝缘损坏的原因是复杂多样的。电力设备在制造、运输、安装和运行过程中都有可能会产生绝缘损坏和劣化，这些损坏和劣化主要是由于机械作用、热作用、电场作用、化学腐蚀等因素综合作用产生的。电气设备的绝缘缺陷主要有两大类：一类是集中性缺陷，指集中于绝缘某个部分或某几个部分比较严重的缺陷。它又可分为贯穿性缺陷和非贯穿性缺陷。这类缺陷发展的速度最快，因而带来严重后果的可能性也大。但是集中性缺陷比较明显，因而较容易事先察觉。另一类是分布性缺陷，指整体绝缘性能下降。它是一种普遍性的绝缘劣化，是缓慢演变和发展的。此类缺陷较难引起足够的重视，经常是由分布性缺陷演化到集中性缺陷，直至产生后果时才被重视起来。及早检测到绝缘分布式缺陷对绝缘检测技术提出了更高的要求。绝缘材料的绝缘特性在使用过程中的劣化，有的是可逆的，有的是不可逆的。可逆的劣化情况如受潮等情况，经过干燥等针对性的处理后可以恢复到原有特性；而不可逆的劣化则是由其它原因造成绝缘特性不可恢复的情况，这些变化过程又被称为老化。电线和电缆是电力系统中使用最为广泛的设备，在各类电气事故波及的设备中，与电线电缆有关的占了几乎 ，其中大部分又是因为绝缘损坏所致。高压电力电缆在区域间传输大量电能的重要作用，是国民经济的动脉，人们对的它的绝缘检测非常重视，已经做了很多研究。在我国随着经济的发展，人们生活水平的提高，居民、厂矿用电量近几年在飞速的增加，但是对人们对低压配电网绝缘状况的监测却还没得到足够的重视，并因此造成了相当的人员伤亡和财产损失，给人民群众的生产、生活带来了很大的负面影响。其中，由于低压电缆老化引起的火灾、触电等安全事故在厂矿、企业、住宅区尤其多见。据统计，～ 年我国共发生电气火灾 万余起，电气火灾年平均起数占火灾年平均总起数的 ，年均损失占火灾损失的，其中  年发生电气火灾  起，是 年的  倍。在这些电气火 低压电缆绝缘在线检测研究灾中，由于电气绝缘所引起的火灾又占近 。很多电气重特大火灾令人触目惊心，如  年  月  日发生的呼和浩特宾馆特大火灾就是因电气线路短路所致。而据发达国家资料介绍，英国每年电气火灾起数占火灾总起数 以下，日本为 以下，美国为 以下。此外，在我国不论是对于电力电缆还是对于低压配电网，正在应用当中的绝缘检测技术多是停电状态下进行的预防性试验，在线式检测技术还没有得到充分的重视。因此，为了更加准确、可靠、方便的测量到反映电缆绝缘系统劣化程度的特征量，及早发现绝缘隐患，避免事故的发生，不断研究先进的绝缘检测技术和开发出合适的绝缘检测装置是十分必要和迫切的。 低压电缆绝缘在线检测研究电缆绝缘材料的种类及特性电缆电线绝缘材料的种类电力设备的绝缘材料大致可以分为固体、液体、气体三大类。如果进一步细分，则固体绝缘可分为注射绝缘和挤出绝缘，液体绝缘可分为绝缘油和纤维纸构成的油浸绝缘，气体绝缘中采用的绝缘气体有空气和 等。不同设备，不同电压等级和不同容量的电力设备应选用不同的绝缘材料，以满足绝缘要求。一般电压等级较高的电力电缆常采用挤出成型的交联聚乙烯（）、聚氯乙稀（）、乙丙橡胶、聚烯烃类等固态绝缘材料，新型低烟无毒绝缘材料也在不断推出中。另外，还有少量的电缆采用油浸纸作为绝缘介质。电压等级较低的电线电缆一般以聚氯乙稀、天然丁苯橡胶、乙烯－乙酸乙烯酯橡胶等作为绝缘介质。其中，作为电力电缆的绝缘材料因其优良的性能应用越来越广泛。并且，制造工艺从最初的“湿法交联”已经发展到现在的“干法交联”，电缆的性能得到了进一步提高。图 单芯的 电缆结构简图绝缘老化原因2.2.1 热老化绝缘材料在使用一定的年限以后，绝缘性能都会呈现一定程度的劣化，这被称为“绝缘老化”。绝缘材料的老化原因是多样的、复杂的，最具代表性的主要有：热老化、机械老化、电压老化等。绝缘材料老化的表现主要有绝缘电阻下降、介质损耗增大等，对老化了的绝缘材料进行显微观察，可以发现树枝状结构存在。热老化指的是绝缘介质的化学结构在热量的作用下发生变化，使得绝缘性能下降的现象。热老化的本质是绝缘材料在热量的影响下发生了化学变化，所以热老化也被称为化学老化。一般情况下，化学反应的速度随着环境温度的升高而加快。用于绝缘的高分子有机材料会在热的长期作用下发生热降解，主要是氧化反应，这种反应也被 低压电缆绝缘在线检测研究称为自氧化游离基连锁反应，如聚乙烯的氧化反应就是从 键中 的脱离开始的。一般地区，大气的温度对热老化的作用不明显，炎热高温的地区作用相对大些，但不是主要因素，热老化主要是电力设备自身产生的比较大的热量所致，如电能损耗、局部放电等引起的较大的温升。为了防止绝缘材料被氧化，减缓连锁反应的速度，一般都是采用添加抗氧化剂的方法。聚乙烯的抗氧化剂常使用苯酚系化合物，其主要作用是提供 ，与氧化老化连锁反应中产生的 结合，以阻止连锁反应继续进行。2.2.2 机械老化机械老化是固体绝缘系统在生产、安装、运行过程中受到各种机械应力的作用发生的老化。这种老化主要是绝缘材料在机械应力作用下产生微观的缺陷，这些微小的缺陷随着时间的流逝和机械应力的持续作用慢慢恶化，形成微小裂缝并逐渐扩大，直至引起局部放电等破坏绝缘的现象，这种现象也被称为“电－机械击穿”。2.2.3 电老化电老化指的是在电场长期作用下，电力设备绝缘系统中发生的老化。电老化机理很复杂，它包含因为绝缘击穿产生的放电引起的一系列物理和化学效应。一般可以用绝缘材料的本征击穿场强表示绝缘材料耐强电场的性能。各种高分子材料的本征击穿场强都在 的数量级。但是，实际所以中绝缘材料的绝缘击穿强度比本征击穿强度要小很多。这其中的原因是多种的，比如厚度效应、杂质的混入、制造时产生的气孔、材料的不均匀形成的凸起产生的电极效应等等。总之，本征击穿强度表征的是理想情况下材料的击穿场强。绝缘老化中树枝结构2.3.1 电树枝研究发现，在固体绝缘材料的高压击穿试验后，可以观察到类似树枝或者树根一样的击穿痕迹。在高电压工程学上，这种树枝状的绝缘击穿部分称为“树枝 !!"#，其发生、发展的现象叫做“树枝形成”。这种树枝是由电场的作用导致击穿所致，所以又被称为“电树枝”。电树枝产生的原因和电老化的原因一样有多种理论，但是尚无定论。其中有本征破坏说、离子碰撞说、龟裂发生说以及机械破坏说等等。现在实验室制造电树枝的方法是通过在插入绝缘材料内部的细针施加高压，这在一定程度上说明电树枝的形成和 低压电缆绝缘在线检测研究绝缘材料不均匀引起的电极效应有关。电树枝形成后会不断发展，直至形成直径数微米到数百微米的细小中空管，这是引起绝缘局部放电原因之一。2.3.2 水树枝橡皮、塑料电缆等浸水后施加电压作长期试验时，与不加电压只浸水的情况相比较其绝缘介质特性要低。这一现象被称为“浸水课电现象”。对产生“浸水课电现象”的绝缘材料进行显微观察，发现有和电树枝相似的树枝状结构的存在，因为这种树枝结构和水有关，并且是在低电场强度、长时间作用下形成的，为与电树枝区别，称之为水树枝。水树枝在充满水的状态下看起来是白色的但是干燥后就不易观察到。水树枝多见于结晶性材料如聚乙烯和交联聚乙烯，而在无定型材料的 、丁基橡胶等聚合物中少有发现。此外，水树枝在直流电压的作用下较难产生，但是在交流电压作用下较易产生，高频电压也能促使水树枝的产生。在显微观察下发现水树枝的结构和电树枝还是存在一定差别的。水树枝一般为直径 ～$的微小气泡的集合，它们之间由直径为 $的微小导管相连，这些微气泡和微导管中有水的存在。2.3.3 化学树枝在电缆绝缘介质中发现的树枝状结构还有一种为化学树枝。化学树枝主要是由于硫化物从电缆外围穿透绝缘层并与铜导体发生反应形成硫化铜，硫化铜渗透到聚乙烯电缆的缺陷部位，形成树枝状的结晶。化学树枝呈现为黑色或者红褐色的连续结构，在无电场的作用下也会发生。总之，树枝状结构是绝缘老化、劣化后最常观察到的现象，它们的产生和生长是引起绝缘老化、劣化的最基本、直接的因素。研究各种树枝产生、生长的机理和它们对绝缘的影响对于寻找防止绝缘材料老化和检测绝缘老化程度的方法是非常有意义的。2.3.4 绝缘介质在电场作用下的其它特性绝缘介质在电场作用下，除了会出现电老化、水树枝、击穿等老化现象外，还呈现出极化、电导、损耗等其它重要特性。任何不同的绝缘材料，都可以认为是置于电极之间的电介质，并呈现电介质的特性，极化现象就是其一。极化是指置于电场中的电介质，沿着电场方向产生偶极矩、在电介质表面产生束缚电荷的现象。根据形成极化机理的不同，介质极化可以分为以下几种：