水樹枝的產(chǎn)生

來源：揚(yáng)州國浩電氣有限公司 2025年05月13日 07:06

水樹枝的產(chǎn)生可以分為兩個階段。個階段：絕緣體中不規(guī)則部分的水產(chǎn)生局部的凝縮。在電纜制造過程中和從外部環(huán)境侵入的少量水在絕緣物中是均勻分布的，但水分子在電場作用下，因極化而產(chǎn)生極化遷移，被不規(guī)則部分所吸引，逐漸積累產(chǎn)生水氣的局部過飽和狀態(tài)。第二階段：在不規(guī)則部分的微空隙和多孔性不純物的自由空間產(chǎn)生液態(tài)的水。這個階段為水樹枝的成長階段，其過程是由一種機(jī)理造成還是幾種不同機(jī)理綜合作用的結(jié)果，至今沒有確切的定論，但極化遷移的作用是存在的。其次某種“泵浦效應(yīng)”使局部壓力上升，微孔擴(kuò)大和引起機(jī)械損傷。除此之外，還有Maxwell應(yīng)力(電磁應(yīng)力)，電氣滲透的電化學(xué)機(jī)理以及微放電等其他重要因素。在以上因素的共同作用下，水樹枝會持續(xù)生長，從顯微鏡下，我們可以看到充滿水的細(xì)小裂縫，直徑為0.1至幾個um，并在水樹枝的呈現(xiàn)高電場，進(jìn)一步促使水樹枝的延伸，最后水樹枝逐漸向電樹枝轉(zhuǎn)化，形成大面積的貫穿整個主絕緣的樹枝使絕緣擊穿。以上過程如圖1所示。

水樹枝產(chǎn)生和發(fā)展機(jī)理框圖

但是，水樹枝的產(chǎn)生是一個緩慢發(fā)展的過程，發(fā)展速度受多種因素影響。一般來說，電纜要運(yùn)行8年以上才會發(fā)生由于水樹枝原因而造成的電擊穿故障。

加速老化試驗的研究發(fā)現(xiàn)，影響水樹枝的發(fā)生和生長的因素主要有：施加交流電壓的幅值、交流電壓的頻率、針尖曲率半徑、水質(zhì)、溫度等：

1）外施電壓

當(dāng)電源頻率為50Hz，針尖曲率半徑為10um，水樹枝長度與施加電壓、時間的關(guān)系如圖2所示，隨著外施交流電壓的提高和老化時間的增長，水樹的發(fā)展較為明顯。山圖3還可以看出，水樹枝生長過程中存在緩慢上升區(qū)間和快速上升區(qū)間。

不同交流電壓下水樹枝氏度與老化時間的關(guān)系

2）外施電壓頻率

電源頻率對水樹枝的生長的影響如圖3所示。表明頻率對絕緣的老化也有促進(jìn)作用。

水樹枝的長度與頻率的關(guān)系

3）針尖曲率半徑

針尖曲率半徑越小，針尖處的局部場強(qiáng)越大，則水樹枝的生長越快。試驗結(jié)果如圖4所示。

水樹枝長度與針尖曲率半徑的關(guān)系

4）溫度

溫度對水樹枝的生長關(guān)系沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，但一般認(rèn)為溫度越高，XLPE絕緣材料中特別小的水樹的數(shù)量越多。并且在實(shí)際運(yùn)行過程中，電纜的負(fù)荷是不斷變化的，電纜絕緣處于熱循環(huán)的狀態(tài)中，這種狀態(tài)比溫度恒定時更能促進(jìn)水樹的生長。

5）水質(zhì)

水質(zhì)對產(chǎn)生水樹枝影響的次序為：
NaCl水溶液>自來水>去離子水

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