塑料电力电缆的运行寿命与其绝缘中树枝化老化的现象密切相关，这是在20世纪60 〜70年代被发现的。由于发现了塑料电缆击穿前的这种“预击穿”现象，引起世界各国 电缆制造界的极大兴趣。从21世纪70年代至今，包括电线电缆行业、有机材料高分子化 学行业、高分子物理、电介子物理、高压工程等有关学科和工程技术部门掀起了树枝化研 究热潮.并取得了很大的进展。树枝化的研究不仅具有极大的工程使用价值，而且充实了 电介质物理的击穿理论，并推动微观结构形态学与宏观性能关系的研究。

（-）树枝化老化简介

事实上，树枝化放电早已被人们所熟悉。早年，油浸纸绝缘电力电缆中沿油浸纸层间 的表面移滑放电亦是树枝状的，但这是沿面放电后留下的树枝状炭化痕迹，痕迹尖端不断 延伸，数年后可能引起电缆绝缘击穿，亦可能树枝状爬电停止发展，不引起电缆绝缘击 穿。但是，有机材料的树枝化却是另外一回事，它是由于材料内部细微开裂造成的，开裂 的细小通道如同冬天无树叶的树枝状，有枝干、分枝、枝芽。“树枝”就是这种中空开裂 现象的统称。实际上，它的形状已大大地超越了 “树枝”的概念。随不同电压的种类，不 同加压方式，不同环境与条件，树枝形状会发生很大的变化。

塑料电缆的树枝化放电现象也是固体介质击穿前漫长的先导击穿过程，在引发树枝萌 芽之前已有漫长的诱导（诱发）期。树枝引发后，或者很快发展到固体击穿，或者经漫长 的发展（老化）过程，最后导致固体介质击穿（电老化击穿）。树枝的主干（主茎）直径 在实际电工产品中很小，一般为几微米至上百微米，必须借助光学仪器才能观察到。树枝 放电通常指树枝的发生、发展的全过程，也有特指管道细微开裂中的气体的局部放电。

各种有机材料中，管道状细微开裂的引发，可以是原有亚微观裂纹的存在；或气隙、水

分、化学杂质的存在；或者无任何裂纹存在，只是极高的场强导致冷发射电子，引发裂缝. 这是很复杂的物理化学过程。从岛场强处、气隙、含水的空洞、杂质等处引发树枝核心后， 向三个方向的立体空间发展。一般是沿电力线方向，也有因材料的各向异性而出现垂直电力 线方向的树枝。这興树枝延伸发展到场强所至的对极(整个绝缘厚度)，最后发生整体击穿。 从引发树枝萌芽，到发展至对极的时间可以是几分钟、几十分钟、几年或十几年。

1. 树枝放电的形成

树枝引发和发展的过程可分为以下四个阶段。

(1) 引发期。又称潜伏期或诱导期.它的长短表征树枝发牛的难易程度。这是抑制树 枝的主要阶段。

(2) 成长期。又称发展期.它表明树枝引发后的成长速度。耐树枝发展特性好的材 料，树枝发展慢，即成长期长。

(3) 饱和期。当树枝发展到一定长度后，树枝停止发展，这段时间称为饱和期。饱和 期的存在是由于树枝管道中有局部放电及高能电子轰击高聚物分子链，致使材料分解产生 大M气体。随着这种效应的增强.细管中内部压力加大，按巴申定律.管道中放电电压将 要提高。因而，在外界电压不变的情况下，树枝发展就可能停止。设法延长饱和期，是抑 制树枝的另一重要方法。

(4) 间隙击穿前期。经过饱和期以后，气隙或树枝管道中因放电分解出的气体逐渐通 过材料本身渗透、扩散而逸出，使管道中气体压力下降，按巴申定律，这时气隙的击穿电 压下降.因而树枝乂迅速发展。

2. 树枝放电的分类与特点

在实际中存在的多种树枝放电形式可分为三大类：即电树枝、水树枝和化学树枝。

(1) 

电树枝。处于高场强的不连续材料界面(气隙、杂质、电缆内外半导电层界面) 特别容易引发电树枝，电树枝往往在高场强集中的微裂纹转变为裂缝或开裂处形成树枝萌 芽，树枝管道连续、内空，有的材料树枝管道壁上附有炭粒。通常在长而细的电树枝管道 中伴随着局部放电。典型的几种电树枝如图1-3-15所示。

(2) 水树枝。引发树枝的空隙中含有水分。水中运行的电缆、线芯进水的电缆、绝 缘中含有水分的电缆很容易引发水树枝。水树枝是在电场和水分同时存在的条件下产 生的。但是，水树枝在比电树枝低得多的场强情况下就能引发。水树枝中没有局部放 电现象。

水树枝的种类很多，对电缆的危害也很大。但是，水树枝具有消失和重现的特点。有 的水树枝受热、干燥、抽真空等会消失形态，浸入热水中又会重现，水树枝消失时表明管 道发生闭合，材料细微龟裂后又回弹，但未使结构分解。在实际电缆中，干法制造的交联 聚乙烯电缆中很少发现水树枝，而湿法制造的交联聚乙烯电缆中却常常见到水树枝。几种 常见的水树枝如图1-3-16所示。

图1-3-16水树枝 图1-3-17化学树枝

(3) 化学树枝。又称电化学树枝。有的研究者把纯化学因素造成的材料细微开裂称之 为化学树枝，有的将化学杂质引起的树枝也归并为这一类或称之为电化学树枝。几种常见 的化学树枝如图1-3-17所示。

3. 树枝生成的条件

运行中产生树枝的电缆经实际解剖和实验室中培养的树枝图像都证明了树枝产生的条 件是：

(1) 局部极不均勻的高场强。在金属突出物，半导电层的尖刺、缺陷和节疤，以及有 尖刺边角的杂质(杂质的介电常数较大或电阻率极小)附近，很容易形成局部的电场 集中。

(2) 有微小的空隙或亚微观裂纹。

(3) 有内部机械应力、热应力、不完善界面应力。

(4) 水分的存在是水树枝生成的引发剂。

(5) 化学物质的存在是化学树枝生成的引发剂。

以上条件，只要具备其一，电缆屮就会不同程度地产生树枝。下面绘制了树枝生成条 件的图解，如图1-3-18所示。

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