電線電纜絕緣材料及護套材料的老化分析

于麗麗 王玉堂

摘要：電線電纜絕緣材料以及護套材料性能直接影響了電線電纜的質(zhì)量問題、應用范圍以及應用時間。文章便結(jié)合電線電纜絕緣材料及護套材料常出現(xiàn)的質(zhì)量問題，特別是針對于電線電纜絕緣材料及護套材料的老化問題進行探討與分析。

關(guān)鍵詞：電線電纜;絕緣材料;護套材料;老化;質(zhì)量

中圖分類號：TQ171.79文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）07-0078-03

隨著近幾年時代的發(fā)展，電線電纜企業(yè)數(shù)量逐漸上升，企業(yè)之間產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴重。因此，如果想要在提升質(zhì)量的基礎上有效地控制成本，合法的獲得競爭的優(yōu)勢，有效的根據(jù)標準要求材料控制成本，降低廢品率是目前最有效的手段。電線電纜在長期使用后，絕緣材料的絕緣性能便會由于各種各樣的因素出現(xiàn)劣化，這種現(xiàn)象便是絕緣老化。而發(fā)生絕緣老化的原因的多樣化的。在這多樣化的中最常見的原因有三種，分別是熱老化，機械老化和光老化。而護套材料的老化原因則是表現(xiàn)在電老化、熱老化以及光老化。本文便從電線電纜的絕緣材料以及護套材料的重要性以及優(yōu)缺點方面進行簡要分析，并著重于材料的老化分析。

1 電線電纜絕緣材料及護套材料的重要性

在電線電纜企業(yè)的實際生產(chǎn)過程當中，由于電線電纜絕緣材料以及護套材料在整個材料的總成本不到20%，因此很多電線電纜企業(yè)往往都忽視了絕緣材料以及護套材料的重要性，那么質(zhì)量也極其容易被忽視，從而便導致了在供應商的選擇上，材料型號的選擇以及檢驗標準方面存在著很大的漏洞。實際上，絕緣材料以及護套材料質(zhì)量決定了電線電纜的絕緣性能，耐環(huán)境條件性能以及抗老化性能。因此，在電信電纜的產(chǎn)品檢驗標準中，70%的檢驗應在電線電纜絕緣材料以及護套材料的質(zhì)量檢驗相關(guān)。而絕緣材料以及護套材料的質(zhì)量不易控制。電線電纜絕緣材料以及護套材料的檢驗需要用專門的設備來進行，而樣品的制備過程也相當復雜，而且部分的性能測試檢驗長達十天左右。因此，絕緣材料以及護套材料的質(zhì)量問題不易控制。而實際上若是能夠做好成品的檢驗以及供應商的管理工作后，絕緣材料以及護套材料的質(zhì)量問題是可以得到有效的控制的。所以有效的提高絕緣材料以及護套材料的質(zhì)量問題是提高電線電纜質(zhì)量的重要基礎。

2 電線電纜絕緣材料老化分析

在我國歷年的火災統(tǒng)計當中，電氣火災占據(jù)了大多數(shù)。而電信電纜絕緣體的老化便是電氣火災的最主要的原因。電氣火災的原因從表面上來看，大多數(shù)都是因為電器安裝不當，違反操作規(guī)定或者是電器產(chǎn)品的質(zhì)量達不到標準所引起的。把這眾多問題總結(jié)出來便可歸根到導線上，因為主要是導線的短路和漏電現(xiàn)象的出現(xiàn)所引起的火災。那么保護導線的絕緣材料便是引起火災的重要原因之一。因此，若能夠強化電線電纜絕緣材料的質(zhì)量問題便可有效地減少電氣火災的發(fā)生。

2.1絕緣材料需要經(jīng)受的考驗

在電線電纜傳導電流主要是銅蕊線，起隔墊作用的主要是包在電線電纜外的絕緣材料。絕緣材料的作用便是將兩個帶電體或是將帶電體與導電的物體以及地面隔開，包裹住帶電部位，防止被人體接觸發(fā)生觸電意外。因此，絕緣材料一方面?zhèn)鲗щ娏鞣较?，防止了電流的外泄，另一方面則是對金屬帶電體起到了保護作用。因此在電出現(xiàn)之后，首先便是要尋找不導電的絕緣材料。在電線電纜當中，絕緣材料含長時間連續(xù)性的進行散熱冷卻來支撐和固定電線電纜的正常運作。在電線電纜的制造過程當中，絕緣材料便是第一道考驗。由于一些客觀上的因素，例如電工安裝電線電纜的過程當中進行粗暴的對待，胡亂的拉扯，擠壓，便可造成電線電纜的絕緣材料的磨損。這邊要求電線電纜的絕緣材料具有較強的抗扭拉抗磨損能力。

電信電纜的絕緣材料需要長時間的應用。因此，絕緣材料需要具有長時間承受電流的能力。電線電纜長期曝光在空氣當中，需要經(jīng)受四季以及天氣的腐蝕，所以，電線電纜的絕緣材料需要具有抗腐蝕的能力。絕緣材料老化的原因也包括熱電磁場，光線長期的照射，機械力以及氧化反應等眾多的因素，這些因素都會使電線電纜的絕緣材料日漸老化。老化后的絕緣材料不能夠抵抗電磁場，也不能有效地阻斷電流。因此便容易造成短路和漏電現(xiàn)象。而在現(xiàn)實生活中由于很多人不懂或是不重視電線電纜的絕緣材料的保護，長時間超負荷的運用電線電纜便直接導致加速了電線電纜絕緣材料的老化進度。所以為保證電線電纜的質(zhì)量問題以及安全性，研究絕緣檢查以及診斷技術(shù)是非常重要的。

2.2絕緣材料的熱老化

絕緣材料的化學結(jié)構(gòu)長期在熱的環(huán)境作用下而產(chǎn)生變化，使節(jié)原材料的絕緣性能有所降低現(xiàn)象是熱老化。電線電纜的熱老化產(chǎn)生的原因就是絕緣材料長期在高熱的溫度下自身產(chǎn)生了化學變化。通常溫度越高，其化學反應便越快。長期高溫下，絕緣材料的高分子會發(fā)生熱降解。熱老化是絕緣材料由于長期高溫發(fā)生了劣化，絕緣材料的使用時長也會縮短。但最顯著的變化是材料的拉伸方面的機械性特征。一般溫度較為穩(wěn)定地區(qū)對于絕緣材料的熱老化現(xiàn)象不太明顯。相對于一般地區(qū)，炎熱地區(qū)的溫度對于絕緣材料的作用大些，但這并不是主要的因素。熱老化的現(xiàn)象產(chǎn)生主要是電線電纜自身產(chǎn)生的較大熱量所導致的。通常是局部放電漏電的現(xiàn)象導致的溫度上升。實際情況中，絕緣材料老化最主要的還是氧化反應，為了防止氧化反應的發(fā)生，必須采用抗氧化劑來防止。通過大量的實驗以及現(xiàn)實運用證明，絕緣材料的熱老化與環(huán)境溫度是絕對相關(guān)的。

2.3絕緣材料的機械老化

絕緣材料在運行，安裝制作以及運行的過程當中受到機械力的作用發(fā)生的變化是機械老化。電線電纜的絕緣材料會因為外界的機械力產(chǎn)生缺陷變化，這些缺陷會伴隨著時間的流逝以及機械力的大小而進一步的惡化，直到破壞絕緣材料出現(xiàn)漏電的現(xiàn)象。因此，絕緣材料的機械老化因為產(chǎn)生機制也被稱為電擊穿。

2.4絕緣材料的電老化

電線電纜在運作過程當中，會長期處在通電狀態(tài)，絕緣材料因為高強度的電流發(fā)生的老化現(xiàn)象便是電老化。電老化的產(chǎn)生機制是復雜的，不僅是絕緣材料被電流擊穿后產(chǎn)生的物理變化，其中還發(fā)生了化學變化。

電老化的絕緣擊穿分為兩種。首先是經(jīng)過電線電纜的電流過于強大，電流強度不在絕緣材料的承受范圍之內(nèi)，導致絕緣材料被強大的電流擊穿，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。其次便是電流在絕緣材料的承受范圍之內(nèi)，可是微電流集中在一處，導致集中住溫度上升，從而導致絕緣材料被擊穿。這種現(xiàn)象也被稱為熱擊穿。

3 絕緣老化的樹枝結(jié)構(gòu)

3.1電樹枝

根據(jù)絕緣材料被高壓電擊穿的研究得知，強大的電流擊穿絕緣材料后便形成了類似于樹枝樣的痕跡，因此被稱這一現(xiàn)象為樹枝。電流擊穿絕緣材料的過程被稱為樹枝形成。由于絕緣材料是被強大電流擊穿形成的樹枝，便稱這一現(xiàn)象為電樹枝。電樹枝的產(chǎn)生理論有多種原因，但目前并沒有準確的直接原因。電樹枝形成后會不斷地發(fā)展，這也是引起絕緣材料局部放電的原因之一。

3.2水樹枝

水樹枝是電線電纜浸水后再施加電壓與不浸水施加電壓的對比所得出的水樹枝現(xiàn)象。浸水后施加電壓其絕緣介質(zhì)相對較低。對這一浸水實驗的詳細觀察發(fā)現(xiàn)了和電樹枝相似結(jié)構(gòu)的存在，由于這一實驗與浸水有關(guān)，這種被發(fā)現(xiàn)的樹枝便被成為水樹枝。雖然水樹枝與電樹枝都是由低強度的電壓長時間形成的，但是這種樹枝與電樹枝是存在區(qū)別的。水樹枝在干燥情況下不易被觀察，因此只有在浸水后才可呈白色顯現(xiàn)出來。水樹枝的產(chǎn)生最基本的三個條件：水，起點與電場。這最基本的三個條件為防止水樹枝的產(chǎn)生提供了指導。首先便是要盡量避免電線電纜和水的接觸。與水的接觸不能完全防止，其次便要做到清除絕緣材料中的雜質(zhì)或者是凸起等作為起點的物質(zhì)。這是目前防止水樹枝產(chǎn)生的最有效的方法。

3.3化學樹枝

在電線電纜的絕緣物質(zhì)當中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)中還有化學樹枝?；瘜W樹枝的產(chǎn)生主要是硫化物穿透絕緣材料與銅相遇形成了硫化銅，二硫化銅滲入到了電線電纜的缺陷部位，形成了樹枝狀的結(jié)晶?；瘜W樹枝以紅褐色或是黑色的顏色呈現(xiàn)，即使是在無電場的情況下也可發(fā)生。

4 電線電纜護套材料的老化

電線電纜在生產(chǎn)和使用的過程當中經(jīng)常會遇到護套開裂的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，不僅給用戶以及企業(yè)帶來巨大的損失，還有可能對人身安全造成威脅。

4.1電線電纜護套材料的開裂現(xiàn)象

電信電纜絕緣護套材料采用的是高分子聚合物。高分子主要是依靠強大的化學鍵來保持相互的固定位置。一旦化學鍵受到外界的損傷或者是老化破壞，主要是氧化反應，那么聚合鏈就會大量的斷裂，最終使護套材料開裂。

4.2電線電纜護套材料的開裂類型

電線電纜護套材料的開裂類型主要分為三種。一是機械性損傷開裂;機械性損傷開裂主要是分為外部損傷和內(nèi)部缺陷。外部損傷主要是由于外力作用所導致的碰傷，刮傷，加工時的切傷等。而內(nèi)部缺陷在使用過程當中經(jīng)過電流作用進一步的惡化。二是電線電纜護套材料的化學開裂;化學性的開裂其原理主要是腐蝕性的化學物質(zhì)與高分子材料產(chǎn)生了化學反應，從而造成了化學鍵高分子膨脹，在護套材料的整體結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

最后一種便是老化開裂。電線電纜護套材料的老化開裂又分為電老化、熱老化、光老化。老化開裂的主要原理便是光、電、熱對高分子進行長期的侵擾，從而導致高分子內(nèi)部產(chǎn)生了氧化反應，導致了高分子化學鍵的斷裂，分子降解，從而導致整體結(jié)構(gòu)上呈開裂現(xiàn)象。

5 結(jié)語

電線電纜在運行的過程當中會由于各種各樣的原因而突發(fā)故障，這種現(xiàn)象為電力系統(tǒng)的安全性帶來影響。電線電纜的故障通常是由于各種原因?qū)е陆^緣材料及護套老化最終導致絕緣擊穿。電線電纜絕緣材料及護套材料老化原因是各方面因素綜合造成的。文章便是分析電線電纜絕緣材料及護套材料的老化類型，根據(jù)這些老化類型，在實際情況中若出現(xiàn)，便可根據(jù)產(chǎn)生原因及因素采取相應處理。