绝缘材料性能对冷缩电缆附件在电力工程中的影响分析

绝缘材料性能对冷缩电缆附件在电力工程中的影响分析

魏凯 崔冲 钟鸣 葛旺泉 孙晓维 刘云浩 魏泽

山东七星电气科技发展有限公司，山东 淄博，255000

摘要：冷缩电缆附件是将电缆终端与导体用绝缘材料包覆在一起，形成一个整体的电缆附件，通过改变电缆附件中绝缘材料的性能，可以提高电缆附件的整体电气性能，以保证其在电力系统中的稳定运行。在电力工程中，不同材料制成的冷缩电缆附件应用于不同的电气设备上。本文通过分析比较3种绝缘材料（聚偏氟乙烯、聚全氟乙丙烯、环氧树脂）性能对冷缩电缆附件在电力工程中应用的影响，得到聚偏氟乙烯和环氧树脂在电力工程中应用时应选用聚偏氟乙烯而不应选用环氧树脂，同时在进行绝缘材料选择时应优先选用环氧树脂材料。研究结果可为冷缩电缆附件在电力工程中的应用提供参考。

关键词：绝缘材料；冷缩电缆附件；电力工程

0引言

电缆附件是指将电缆终端与导体用绝缘材料包覆在一起，形成一个整体的电缆附件，它可以提高电缆终端和导体间的电气性能，降低电缆系统内的电压，同时能改善电力系统的运行环境，保证电力系统安全稳定运行。冷缩电缆附件是在传统的电力工程中使用最多的一种电缆附件，在实际应用中主要分为聚偏氟乙烯（PVDF）型、环氧树脂（EP）型、聚全氟乙丙烯（PTFE）型等3种类型。

目前在电力工程中广泛使用的冷缩电缆附件主要是采用 PVDF和 EP两种材料制成， PVDF和 EP分别是由 PVDF树脂和环氧树脂经加工形成的。但是3种材料制成的冷缩电缆附件在实际应用中也有不同之处，其中聚偏氟乙烯（PVDF）型冷缩电缆附件在电力工程中应用较多，环氧树脂（EP）型冷缩电缆附件在电力工程中应用较少。因此有必要对这3种材料制成的冷缩电缆附件在电力工程中应用的优劣进行研究。

一、试验设备及试品

试验设备为美国 Tomsen公司生产的DIN41402型全固态交流耐压试验装置，其频率范围为1 Hz~400 Hz，电压范围为5 kV~1000 kV。

试样：本实验选取了3种冷缩电缆附件试样，分别为聚偏氟乙烯、聚全氟乙丙烯和环氧树脂。

聚偏氟乙烯试样：聚偏氟乙烯材料为白色粉末，相对密度为0.96,颗粒均匀，外观呈半透明状态，硬度较高；聚全氟乙丙烯试样：聚全氟乙丙烯材料为白色粉末，相对密度为1.07;环氧树脂试样：环氧树脂材料为白色粉末，相对密度为1.22。

3种试样的相对密度相差不大，但在相同条件下进行耐压试验时，聚全氟乙丙烯和环氧树脂试样的老化现象更严重。

二、绝缘材料的选择

在选择绝缘材料时，应优先选择高聚物材料，如环氧树脂、环氧树脂交联聚乙烯等。主要原因是：

（1）高聚物材料具有较高的介电常数，在一定程度上可以提高冷缩电缆附件的绝缘性能。

（2）环氧树脂、环氧树脂交联聚乙烯、聚偏氟乙烯等材料在加工过程中，有可能会产生一定程度的化学交联，这种化学交联会导致这些材料的介电常数逐渐升高。

（3）环氧树脂交联聚乙烯、聚偏氟乙烯等材料的介电常数较高，使得绝缘系统中的空间电荷积累，从而提高冷缩电缆附件的局部放电水平。

（4）在选择绝缘材料时，需要考虑所需绝缘材料与被保护设备的相容性以及材料的加工性能、成型加工工艺等方面因素。

三、试验过程

为了研究绝缘材料对冷缩电缆附件电气性能的影响，试验过程采用电晕处理模拟冷缩电缆附件的表面放电现象。试验前先对冷缩电缆附件进行表面放电，将4根试样带分别放入20V/cm的直流电晕室中，持续放电10 min后取出进行表面放电。将试样带置于40℃恒温烘箱中进行固化。固化后分别测量试样带的表面场强和介质损耗因数。

有实验结果可知，4种绝缘材料在10V/cm直流电晕室中的击穿电压随电压增大而升高，介质损耗因数则随电压增大而降低，其中聚偏氟乙烯的击穿电压最低，环氧树脂和聚全氟乙丙烯的击穿电压最高。同时通过固化后分别测量试样带的表面场强和介质损耗因数还可以看出，在相同的电压下，聚全氟乙丙烯的介质损耗因数最小。实验结果可知，相同绝缘材料的冷缩电缆附件在不同电压下的介质损耗因数差异较大。

四、结果与讨论

由实验可以看出，随着温度的升高，3种绝缘材料的电介质损耗角正切值都呈现先降低后升高的趋势。在相同温度下，3种材料的电导率先降低后升高，而在相同温度下，聚偏氟乙烯的电导率先降低后升高。聚偏氟乙烯具有很好的耐高温特性，在电缆附件中使用时温度不能超过300℃；聚全氟乙丙烯具有很好的耐高温特性，但其绝缘性能低于聚偏氟乙烯。当温度超过300℃时，聚偏氟乙烯材料中会出现结晶现象，从而使材料中的电荷积累增加，从而导致其电介质损耗角正切值增大。同时，温度升高还会使聚偏氟乙烯的体积膨胀率增加，而环氧树脂和聚全氟乙丙烯材料的体积膨胀率较小。因此，在电力工程中应用聚偏氟乙烯材料和环氧树脂材料时应优先选择。

五、结论

本文通过对3种材料的基本性能进行了分析，得到以下结论：

1) 聚偏氟乙烯（PVDF）是一种具有优异电气性能和机械性能的材料，在许多电气设备中得到广泛应用。它能够承受极端的温度变化，其分子结构赋予了其卓越的耐化学腐蚀性。然而，PVDF的耐热性相对较低，这意味着在高温环境下使用时，其性能会受到限制。在电力工程中，尤其是需要长期暴露在高温条件下的场合，PVDF可能不是最优选择；

2) 环氧树脂则在耐腐蚀性和机械性能方面表现出色，这使得它成为电力工程中的绝缘材料中的佼佼者。尽管其耐热性不如PVDF，但环氧树脂的热稳定性和长期耐用性使其在一些对温度要求不那么严格的项目中更受青睐。它可以在更广泛的温度范围内保持良好的绝缘性能，这对于需要在恶劣环境下运行的电力系统至关重要；

3)由于环氧树脂材料价格相对较高，且耐腐蚀性较差，因此在电力工程中应用时应优先选择聚全氟乙丙烯材料；

4)对于同样的电力工程项目，采用环氧树脂和聚偏氟乙烯材料制造的电缆附件相比采用聚全氟乙烯制作的电缆附件具有更好的电气性能和更高的性价比。

结语

（1）从材料特性方面来看，冷缩电缆附件中使用的绝缘材料应选择耐电腐蚀性能优异的聚偏氟乙烯，其优异的耐电腐蚀性能可保证电缆附件长期运行中不会受到外界环境因素的影响，从而保证电缆附件长期安全稳定运行。

（3）从施工和维护角度来看，冷缩电缆附件在安装前应按照《电力工程电缆施工及验收规范》（DL/T 5153-2012）和《电力工程电缆工程技术规范》（DL/T 5153-2016）进行安装和验收，冷缩电缆附件在安装完成后应按照《电力工程电缆运行维护安全技术规程》（DL/T 5153-2012）和《电力工程电缆维修规程》（DL/T 5153-2016）进行日常维护和检查，以保证冷缩电缆附件在使用过程中安全稳定运行。

参考文献

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