水树枝的产生

来源：扬州国浩电气有限公司 2025年05月13日 07:06

水树枝的产生可以分为两个阶段。个阶段：绝缘体中不规则部分的水产生局部的凝缩。在电缆制造过程中和从外部环境侵入的少量水在绝缘物中是均匀分布的，但水分子在电场作用下，因极化而产生极化迁移，被不规则部分所吸引，逐渐积累产生水气的局部过饱和状态。第二阶段：在不规则部分的微空隙和多孔性不纯物的自由空间产生液态的水。这个阶段为水树枝的成长阶段，其过程是由一种机理造成还是几种不同机理综合作用的结果，至今没有确切的定论，但极化迁移的作用是存在的。其次某种“泵浦效应”使局部压力上升，微孔扩大和引起机械损伤。除此之外，还有Maxwell应力(电磁应力)，电气渗透的电化学机理以及微放电等其他重要因素。在以上因素的共同作用下，水树枝会持续生长，从显微镜下，我们可以看到充满水的细小裂缝，直径为0.1至几个um，并在水树枝的呈现高电场，进一步促使水树枝的延伸，最后水树枝逐渐向电树枝转化，形成大面积的贯穿整个主绝缘的树枝使绝缘击穿。以上过程如图1所示。

水树枝产生和发展机理框图

但是，水树枝的产生是一个缓慢发展的过程，发展速度受多种因素影响。一般来说，电缆要运行8年以上才会发生由于水树枝原因而造成的电击穿故障。

加速老化试验的研究发现，影响水树枝的发生和生长的因素主要有：施加交流电压的幅值、交流电压的频率、针尖曲率半径、水质、温度等：

1）外施电压

当电源频率为50Hz，针尖曲率半径为10um，水树枝长度与施加电压、时间的关系如图2所示，随着外施交流电压的提高和老化时间的增长，水树的发展较为明显。山图3还可以看出，水树枝生长过程中存在缓慢上升区间和快速上升区间。

不同交流电压下水树枝氏度与老化时间的关系

2）外施电压频率

电源频率对水树枝的生长的影响如图3所示。表明频率对绝缘的老化也有促进作用。

水树枝的长度与频率的关系

3）针尖曲率半径

针尖曲率半径越小，针尖处的局部场强越大，则水树枝的生长越快。试验结果如图4所示。

水树枝长度与针尖曲率半径的关系

4）温度

温度对水树枝的生长关系没有统一的认识，但一般认为温度越高，XLPE绝缘材料中特别小的水树的数量越多。并且在实际运行过程中，电缆的负荷是不断变化的，电缆绝缘处于热循环的状态中，这种状态比温度恒定时更能促进水树的生长。

5）水质

水质对产生水树枝影响的次序为：
NaCl水溶液>自来水>去离子水

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