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高压交联电缆局放特性与半导电层电阻率关系的分析? 高压交联电缆局放特性与半导电层电阻率关系的分析 上海市电机技术研究所 (原西安交通大学教授) 吴 炯 上海电缆研究所 高级工程师 万 树 德 一、 前言 多年来国内外从事高压电力电缆半导电层特性研究的高校、科研单位、生产厂家都非常重视半导电层电阻率的大小对电缆本体损耗特性(表观tgδ)影响的研究[1]、[2]、[3]、[5]、[6],直到前不久仍有 电线电缆 行业的技术工作者、学者呼吁加强半导电层电阻率指标的研究[6]、[7]、[8]。他们在研究工作中也意识到半导电层电阻率参数对电缆本体电气参数影响的重要性和对击穿、局放、电老化的潜在的危害性[3]、[4]、[7]、[8],但未曾发现半导电层电阻率与局放参数的直接相关性。不过最近在上海多家电缆厂生产高压电力电缆时发现具有规律性的半导电层电阻率与局放参数直接相关性的实际现象(即半导电层电阻率偏高导致局放特性下降),从而引起本文作者的极大关注。联系近10多年的研究经验,可以断定半导电层电阻率超过 I E C 60502—1997标准的指标时,会带来高压电力电缆局部放电量偏高的毛病。即由于半导电层电阻率ρ值超标,使局放指标的电缆出厂试验通不过相关标准的要求。而一旦改善半导电层电阻率ρ值(降低),局放实测值就得到改善。就此现象本文作者将从如下几方面进行分析,供行业技术工作者参考,并将在下一步进行系列实验数据的论证。现在只是初步探讨分析,不下最后结论,但问题的分析和解决对制造厂研制高压电缆一定会带来技术和经济效益。 二、 半导电层在高压电力电缆中的功能效应及其与半导电层电阻率的相关性众所周知,高压电力电缆中的半导电层的功能效应有如下几方面,然而这几方面的功能效应与半导电层电阻率有关也是最近才被发现的。 1、半导电层的场强效应在研究半导电层场强效应时已有人指出[3],存在内外半导电层时,最大场强在内导电层表面而不在线芯导体表面。可由以下推导得到证明:首先要求出半导电层的介电系数ε1 ,它可由下式得到: 式中: C—电缆总电容;d1—线芯外径 ; d2—内半导电层外径 ;d3 —绝缘外径; ε2—绝缘层介电系数。 用 <1>式可求得半导电层的介电系数ε1 ,同时测得绝缘层与半导电层的组合的tgδ。 如图1所示,图中ε1 的计算值在15~20 左右,图中所得 tgδ~℃ 和ε1 ~ ℃关系与极性介质相应关系很类似[2],这是显而易见的。以线芯半径rc 、内半导电层外半径 r1、半导电层的ε1、 绝缘层ε2 、绝缘外半径 r2 代入半导电层最大场强Emax1 (即线芯表面rc 处场强) 和绝缘层最大场强(即内半导电层外表面r1 处场强)Emax2 相应计算式可推导出(见图2): Emax2 / Emax1 =ε1 rc /ε2 r1 < 2 > 由于rc ≈ r1 、ε1 >ε2 故 Emax2 > Emax1 故得出内半导电层外表面最大场强Emax2 大于线芯导体表面最大场强Emax1 的结论。 径向场强分布的改善相当于分阶绝缘的作用,以防止线芯半径rc处场强特高引起气隙放电,把高场强移向内半导电层外表面r1 处(见图2),且内半导电层与导体几乎等电位(条件是内半导电层电阻率相当低,如电阻率不大于103 Ω·m ), 而紧密结合的内半导电层与绝缘层间的气隙难产生(条件是工艺加工和半导电层的材质要好),从而改善了局放特性和树枝放电特性。从这一场强效应看,半导电层电阻率ρ值是不宜超标的,上海某电缆厂用的内半导电层的电阻率ρ值测得如表1的数据: 表1 中可见标准要求为最大 1000 Ω·m 而实测结果大到70740 Ω·m 。 显然,不能认为内半导电层和绝缘层为等电位的要求,从而在工艺及半导电层的材质不理想的情况下气隙难免发生,这是导致局放特性下降的根本原因所在。试验还表明对YJV 35 KV 1×70 mm2 内半导电层厚0.8 mm 下,6 KV 放电量偏高达100 PC ,1.5 U0 下(39 KV )放电量偏高达 400、800、1000 PC ,该产品局放不合格是合情合理的。据了解该厂对半导电层的结构和材料电阻率提出改进方案后,该产品的局放特性已有所提高。 2、半导电层的热效应 因电缆中的焦尔损失、tgδ损失等引起的发热尚不能导致半导电层软化,线芯发热加上半导电层发热可能导致半导电层软化,实质上也限制了电缆运行载流量。本文作者早年已研究证明:半导电层电阻率ρ值增加,将出现表观tgδ最大值的现象,提出最好半导电层电阻率ρ ≤ 103Ω·m 是合适的。 发热还来源于半导电层与导体间的界面接触电阻,这个电阻由于两者不是紧密接触而变大,从而增加发热损耗,这是附加损耗。1995年已有作者肯定附加损耗的影响会使电缆特性参数下降[6] 。其等值电路如图3 所示。 表观tgδ可用下面经验公式表示[3] : 图 3 表示由于加工或运行造成接触不良,只在A、B 两点半导电层与导体接触,L为A、B间距离。由于 接触不良造成接触电阻RC ,加上半导电层上圆周电阻RS 和厚度方向电阻rs ,使得由绝缘层电容CP 和电阻 rp决定的介损正切tgδ绝增加。 电容电流流过RC 、RS 、rs 时产生功率损耗。因而RC 、RS 、rs 越大,表观tgδ也越大,当良好接触时L = 0 ,则; tgδ表观 = tgδ绝 + ωCP rs < 4 > 因 rs 很小,故: tgδ表观 = tgδ绝 < 5 > 看来造成tgδ表观 增加的主要原因是接触不良(L≠ 0 )以及半导电层电阻率ρ值增加 (半导电层的RS 、rs 偏大), 故国外标准很强调要控制半导电层电阻率ρ值的原因就在这里。克服或减少附加损耗的办法,除降低半导电层电阻率ρ值外, 半导电料 的导热性、膨胀系数要介于导体和绝缘体之间,防止热胀冷缩与导体或绝缘体脱离接触,工艺上要清洗导电线芯,防止油污、杂质影响半导电层的良好接触。降低半导电层电阻率ρ值有利于与导体线芯良好接触以减少附加损耗。已经有新近开发的抗变形热塑性半导电料(DRTP)能满足要求,有很多研究者、学者都提出防止热应力开裂,对绝缘料和半导电料我们认为都同等重要,都能有效地提高局部放电特性。 3、半导电层电阻率ρ值的热稳定性[5] 半导电屏蔽必须在电缆的电、热循环试验中保持化学、机械及电气上的稳定性,特别是电阻率ρ应在一定范围内有较好的时间、温度稳定性[5]、[6] 。近年来半导电层电阻率ρ值热稳定性试验是参照美国爱迪生照明公司联合会AEIC专业标准,美国电力电缆工程师协会 ICEA出版物T—25—425 有关规定进行的。本文认为进行该试验的理论依据是: (1)、半导电料的导电机理和电阻率ρ的温度特性有关。 通过半导电混合物的传导电流,是由电子从一个炭黑集聚体跃迁到另一个炭黑集聚体的方式,通过 聚合物 而产生的。炭黑是导电体也是半导电体,因而混合物的导电实质,其主体是导电体、半导电体的电子导电。而两个导电集聚体间隔着一个非绝缘混合物。这种半导电体的导电机理有两种:一是导电炭粒直接接触传导电流(出现在细微的导电炭粒相互连接的线状排列中);其二是导电炭粒中热激发电子跃迁与局部集中的高场强下,通过窄小PE或XLPE或EVA 塑料间隔的电子,穿透过窄势垒隧道效应的复合电子导电机理。因此,炭黑填充的交联制品的电阻率ρ值是炭黑集聚体之间平均距离的函数,间隙平均距离的大小,依此取决于炭黑填充量、炭黑粒子的大小及其表面积、炭黑的集聚状态或其结构化程度。所以,当温度变化、机械变化、电源频率变化、电场强度变化、炭黑品种改变后,电阻率ρ值都将发生变化,当然随后电缆运行局放特性将受到影响。 (2)、半导电料电阻率ρ的热不稳定,对电缆运行局放特性有直接影响。 1)、有人研究半导电料电阻率ρ值在100 ~102Ω·m 或≤103Ω·m 时,对电缆运行特性没有影响[2]、[3]、[5] 。若ρ> 103Ω·m ,tgδ便开始上升,它还由于接触不良引起附加损耗,造成tgδ上升。若温度上升,半导电料电阻率ρ急剧上升,tgδ变大,半导电层的热效应变坏,引发局放,对电缆使用寿命不利。 2)、若经老化试验后的ρ值大于老化前ρn值 (老化n 天),可能导致tgδ上升,对电缆运行不利。通常需要进行ρ值的时间稳定性试验,以判断ρ值上升还是下降,这可以参照美国ICEA出版物T—25—425 有关规定进行试验。 通过下式计算可得到半导电层电阻率ρ值的时间稳定性论证,每当下列公式成立,即表明电阻率ρ值稳定: lgρ(n —14) + lgρ(n—28) + lgρ(n—42 ) + 0.3 ≥ 3 lg ρn < 6 > 式中ρ n 为第 n天测量计算到的ρ值(计算ρ值公式见 ICEA出版物T—25—425 ); n≥ 42、ρ(n —14) 、ρ(n —14) 、ρ(n—42 )分别为ρ n 之前第14、28、42 天间隔测量计算到的ρ值。 3)、温度改变使ρ发生变化时,也对机械、物理性能发生影响。若温度上升ρ增加较大,则反映机械抗拉强度下降;混合物变形及热膨胀形成的热应力都会影响半导电层屏蔽效果(局放特性下降)。 4、半导电层的界面效应 十多年以前国内外学者已不约而同地提出过半导电层的界面效应 [1]、[2] [3]。这是基于共同发现界面的老化效应和界面存在电树、水树及杂质电树的引发现象。界面尖凸、界面气隙、界面水隙引发界面电树、水树,再交替发展导致局放性能恶化。所以国外不少学者发表文章,要求控制界面尖凸尺寸,要求超光滑性界面加工(特别是美国AEIC—CS—5—82标准中作了明确的指标规定)。这种超光滑性除与工艺有关外,还与半导电料配方有关,即与炭黑量、炭黑颗粒尺寸有关。这在加工半导电料时都有明确的配方要求,配方设计最主要的是要求半导电层电阻率ρ值达到标准值。显然,炭黑含量少了,电阻率高了,从而加工光滑性也就下降。炭黑颗粒尺寸大了,表面尖凸,粗糙度也大。那是因为半导电的导电机理是炭黑颗粒与聚合物链挢的串并联等值电路传导模式。明显影响半导电层电阻率ρ值的因素有以下几种[8] : 1)、炭黑浓度,如32 %(重量)时,半导电层电阻率ρ值为7.44Ω·m ;39 % 时ρ值为0.57Ω·m ; 2)、炭黑分布均匀度,与半导电料加工工艺有关; 3)、炭黑颗粒形状与炭黑颗粒品种产地及加工有关; 4)、炭黑颗粒平均直径与炭黑加工有关; 5)、导电链的长度与1 CM 长导电链中的间隙数有关; 6)、与单位截面上的导电链数有关。 设计配方有效控制半导电电阻率ρ值后,再加上有效控制电缆加工工艺以达到超光滑性界面加工,就可获得优良的局部放电特性。 三、 半导电料的第二层次的材质要求对半导电料的材质要求,首要的当然是其电阻率,已在上面论述过了。这里称为第二层次的要求,也就是与电缆本体局部放电特性、树枝放电特性密切相关的,这就是气隙、杂质的含量及其尺寸大小。气隙、杂质包括绝缘和半导电层中的气隙、杂质含量及其尺寸大小。在日本、美国相关资料和标准中[1]、[2]、[7]、[8] ,都提出了有关气隙、杂质含量及其尺寸大小限定的要求,特别是美国AEIC—CS—5—82标准中,条文1.4 明确提出要解剖观察包括绝缘和半导电层中的气隙、杂质含量及其尺寸大小和分布,以及半导电层界面上凹凸不平现象。前面已提到还要测定半导电电阻率ρ值及进行ρ值的稳定性试验,如果不合格必将由于电阻率ρ值太大或不稳定而导致附加损耗增加,它将促进电缆本体局部放电特性、树枝放电特性的恶化。在美国爱迪生照明公司联合会AEIC技术规范, AEIC CS 5—82 关于5 ~ 46 KV PE和 XLPE 绝缘屏蔽电力电缆技术规范中(作为ICEA—NEMA标准的补充),第1.4 条明确了半导电屏蔽、微孔和凸起物的规定,它提出: 1)、导体内屏蔽不能有大于3 m i l (76.2 μm )的任何微孔,内屏蔽中大于2 m i l (50.8μm )的微孔在每立方英寸体积的内屏蔽内不能超过30个。 2)、绝缘外屏蔽内不能有大于5 m i l (127μm ) 的任何微孔,大于3 m i l 的不能超过30个。 3)、内屏蔽不能有伸向绝缘超过5 m i l 的凸起物或超过10 m i l 的凹陷,或绝缘屏蔽离开绝缘层超过10 m i l 的凹陷。 这些规定有助于改善XLPE力缆的运行质量(即提高局放和树枝放电特性)。其实,气隙尺寸实际上既受半导电电阻率ρ值的影响,又受炭黑含量、炭黑颗粒分布均匀度的影响。在相同炭黑含量下,受温度的变化,热变形、热应力、半导电层热胀冷缩都会影响气隙大小的变化。所以一定要控制半导电层ρ值在上限之内,超过这个上限,外界各种因素将会极大影响气隙大小的变化,从而影响局放特性。 四、 结论 这一分析的初步结论有如下几条,进一步的工作是研制不同半导电电阻率ρ值的同一型号、同一规格、相同加工条件下获得的电缆。用同一种测试方法取得局放参数,以验证这一现象,获取最后结论。(1)半导电层电阻率ρ值的大小直接影响电缆局放特性; (2)半导电层电阻率ρ值对局放特性的影响是通过半导电层在电缆中的功能效应而起作用的;(3)半导电层电阻率ρ值对局放特性的影响与半导电层中的微孔、杂质及半导电层界面的凹凸对局放特性的影响同等重要;(4)控制半导电层最高电阻率ρ值是必要的,除采用合适的配方料之外,应加强工艺的监控,才能保证不同批量生产的同一型号、同一规格的电缆的局放特性的稳定性。参考文献 [1]、WIRE JOURNAL INTERNATIONAL 1986 。11 。 [2]、“電 力ケーブルに用いろれゐ導體 遮蔽の意義( (續 報)))”,“日立评论”第41卷第8号。 [3]、吴炯等“高压塑力缆半导电层界面现象的研究”,电工技术学报1989年2月。P。31。 [4]、李永祥等“局放参数与绝缘电老化关系的研究”, 电工技术学报1989年2月。P。36。 [5]、吴炯等“橡塑力缆半导电层电阻率稳定性的试验研究”《电线电缆》1990(4),P。20。 [6]、杨黎明等“半导电层电阻测量的研究”中国电工技术学会 95年学术会论文。 [7]、”500 KV XLPE Cable electrical trees and water trees the design of cable insulation lifetime exponent applied research” IEEE—EI Vol 5, No 5 , P。695 ,1998.10. [8]、娄尔康“现代电缆工程”1989 辽宁科技出版社。 查看更多 1个回答 . 2人已关注
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这个阀门到底用不用开?+? 空分开车,现在准备送蒸汽,考虑到水锤,所以沿途的导淋都开了。现在怕水量过大,导淋无法实现排净冷凝液,在管道尾部有一个放空阀,这个阀门有没有必要打开?为什么? 希望大家积极讨论哦~~!学习一下!!! 查看更多 38个回答 . 5人已关注
二甲醚精馏塔传质传热? 化工原理书上有吧,传热传质过程同时进行的。 原料液自塔的中部适当的位置进料,塔顶 冷凝器 将上升的蒸汽冷凝成液体,一部分作为塔顶产品采出,即馏出液,另一部分引入塔顶作为回流液,塔底的 再沸器 加热液体产生的蒸汽沿塔上升,在塔的每层板上,气相和液相密切接触,在温度差和浓度差的存在下,也就是传热传质的推动力的作用下,气相进行部分冷凝,使其中的部分难挥发的组分转入液相,同时气相冷凝时释放的潜热使液体部分汽化,部分易挥发组分进入气相, 简单的说就是多次部分汽化部分冷凝的过程。经过每层塔板后,气相中易挥发组分含量增加,液相中难挥发组分增浓。 具体的自己分析吧。一般沸点低的从塔顶出来,易挥发嘛查看更多 2个回答 . 3人已关注
LH化肥有限公司尿素车间管理经验? LH 化肥有限公司 尿素 车间管理经验 2007 年 LH 化肥有限公司建厂至今,车间管理始终主导着公司经营计划实施的命脉,我尿素车间也是在不断地探索、实践、整合、创新,一贯坚持以安全生产为前提,以人性化管理模式为主线,以增产保量为目标,以科学发展为契机,总结了一些符合我尿素车间实际的管理经验,可归纳为对 “ 人、机、料、境、法 ” 五大要素的管理和规范。 ① “ 人 ” ,即人的管理。我尿素车间始终坚持“以人为本”的管理模式,每月两次对车间员工进行工艺、设备等方面的业务培训;对生产过程中临时出现的问题和故障,由工艺主任和设备主任组织员工一边维护一边培训,当场询问、实地操作、就地解决,切实提高全车间职工的业务技能,整实了岗位职能。并在每月月底根据每位员工的责任强弱、操作技能水平、熟练程度等情况进行总评,然后根据评比的结果适当奖勤罚懒、调整岗位、优化组合,形成能者上、庸者下的竞争意识和用人机制,充分发挥每位员工的潜能,从而达到我尿素车间的生产和谐化和产量最大化。 ② “ 机 ” ,即机器设备的管理。设备管理是车间顺利生产的物质基础,对此我尿素车间定制 “ 设备责任牌 ” ,实行每班专人维护、责任到人,检查设备完好无损后方可交接班。并由设备主任牵头,每天到现场巡查、监督、指导,第一时间掌握、了解车间机器设备的运行情况,按照生产流程从前到后对各种设备进行排查,该维护的及时维护,该检修的及时检修,对排查出的安全薄弱环节及时上报,并做好机器设备检查记录。同时培养设备责任人形成自觉保养设备的良好习惯,做好机器设备运行情况的交接记录,一旦发现机器设备运行异常便可及时报告、及时维护,以保证所有机器设备的正常运行,保障尿素生产的 流水线 作业。 ③ “ 料 ” ,即物料的管理。由于尿素生产的特殊性, 物料性能的转换相当快,也就是说,从低温到高温,从低压到高压,由原料的投入到尿素成品的产出,要经过一系列的化学反应。我尿素车间从领料人员开始着手,进行专业的培训,使他们熟悉尿素生产的工艺流程,通晓每种物料的化学性质、物理性质,对一天所需物料能做到计算精确、按量投料,对于不适存放的物料,严禁在车间停留,并做到现领现用。领料人员必须对仓库原料进行及时检验,严禁将不合格原料领进车间。每月进行成本核算,严禁物料的浪费和损坏,从而保证我尿素生产的高效率和大利益。 ④ “ 境 ” ,即环境的管理。我尿素车间坚持 “ 整理、整顿、清扫、清洁、保养 ” 的环境管理理念,每天对车间卫生进行大扫除,并且由班与班之间实行卫生交接,规范各种用品、工具的摆放,保障各种机器设备的清洁,并正确引导员工成为一种良好的卫生习惯。对于不讲卫生的班组和个人进行批评扣分惩罚,树立“环境卫生标兵”,倡导我尿素车间环境的净化、齐化、美化。与此同时,根据不断变化的市场经济和尿素营销的大环境,我车间鼓励员工积极参加 “ 合理化建议 ” 活动,不断发现、探索各类提高车间管理的有效建议,并对相关建议进行分析,完善,付诸实施,以达到不断改进我尿素生产的目的。 ⑤ “ 法 ” ,即操作法,规章制度。规章制度是我尿素车间的标尺,在长期的实际操作过程中,我车间不断细化员工的行为规范,起草文件注重可操作性,尽量使每一项行动都有明确的规定,并根据使用反馈情况及时更新,变无规定可依为有规定可依,从各个方面规范员工的行为。并通过日常的检查督促,逐步培养员工良好的工作习惯,鼓励员工自觉按规程去做,固化良好行为,改正错误行为,为车间管理的正规化打下了坚实的基础。继续坚持车间班组和员工月评比制度,以此激励广大员工爱岗敬业;对优秀班组和最差班组进行公示,以激发班组长和班组成员的竞争意识,在全车间掀起“比、学、赶、超、帮”的工作热潮;继续落实公司的各项规章制度,对工资进行公正合理的二次分配,增强透明度和合理化,使我车间有法可依、有章可循,切实提高尿素生产的行为规范。 总之,车间管理是一项长期而坚巨的任务,我尿素车间将不断的扬长避短、承前启后、再接再厉,把我尿素车间的管理做实、做大、做强! 尿素车间 2011 年 2 月 23 日 查看更多 2个回答 . 3人已关注
简介
职业:上海北卡医药技术有限公司 - 设备维修
学校:黄冈广播电视大学 - 会计电算化
地区:青海省
个人简介:无论是朋友 闺蜜还是姐妹 我们都应该珍惜这份友情 这是来之不易的查看更多
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