19. 6 实验室测试
直到 20 世纪 70 年代， 树被认为是实验室的 “ 把戏”。 最早 Simplex Wire ＆
Cable 公司做了许多工作。 Kitchens、 Pratt、 Ware、 Crowdes 和其他人[19-21] 报道了于
1956 年开始做的工作， 使用针尖嵌入聚乙烯的小厚片。 从这项工作中， 他们开发出第一个商业化抗树 HMWPE 绝缘。 1958 年他们报道水分是树生长的抑制剂。 当时不知道处于何种原因， 他们仅仅考虑电树。 1958 年他们自信地预言 “ HMWPE可在水中持续 40 年以上， 工作场强可达 45V / mil”。 他们既没有像我们现在一样了解水树的存在， 也没有出现如他们第一篇论文中重复的说法 “…在 40 年后， 一半长度的电缆将失效” 这一状况。
在那个相同时期， 其他研究者开始使用两个嵌入针尖。 图 19- 13 显示的是双针尖测试系统的测试示意图。 这个 “ 标准的缺陷” 由特别尖锐的缝纫针尖组成， 该针尖是嵌在一个小压缩模制塑料块的内部，该模块大小为 1in × 1in × 0. 25in； 与普通
（ 钝的） 针尖相比， 该尖锐针尖是少了
0. 5in。 这些针尖是精密控制退火条件下嵌入的。 在 1960 年 McMahon 和 Perkins 得到
了相似的结论和报告， 即 “ HMWPE 的样
品在空气中的电晕寿命是湿度的强函数，在 95% ～ 100% 的相对湿度下， 其寿命大约是在干燥空气中的 15 倍”。 他们也是仅仅考虑电树。
图 19- 13 双针尖测试样品
（ 由美国威斯康星大学麦迪逊分校提供）
在 Lawson 和 Vahlstrom[5，6] 的报告和 Tabata 等在 1972 年关于从现场移除的电缆中的 “ 硫化树枝”[7] 的报告之后， 实验室工作移向绝缘材料在潮湿环境下的性能测试， 如 McMahon 和 Perkins 开发的测试。 水树的样品测试一般在 “ 圆形盘” 中做。这是个压缩模型， 有 24 个锥形凹陷的盘状样品塑造在底部 （ 见图 19- 14）。 把样品盘放进接地的充满电解液的容器里———通常加 0. 01N 的 NaCl 到蒸馏水中制成。 一个铂丝用来连接电源供应到盘的上部。 应用交流从 2kV 到 8kV。 低密度聚乙烯
（ LDPE） 样品在锥形的顶部将生长水树， 长度从 120μm 到 240μm； 在施加 5kV /
24h 后即可测试水树长度。
图 19- 15 的照片是在一个圆形盘凹陷处生长的水树。
到 1975 年， 美国爱迪生照明公司协会 （ AEIC） 开发了一种加速水树测试
（ AWTT）， 即在充满水的管子里的实际全尺寸电缆样品中进行试验。 该测试是
AEIC 技术规范的鉴定试验的一部分。
1981 年 Lyle 和 Kirkland 在位于德克萨斯州 Marshall 的 Alcoa 工厂上开发了水箱测试方法[9] 。 在 Alcoa 工厂的水箱试验开展了超过 20 年， 即使所有的名称和命名方法都已发生改变。
图 19- 14 水树测试样品——— “ 圆形盘”
（ 美国威斯康星大学麦迪逊分校提供）
图 19- 15 水树在圆形盘凹陷处
（ 美国威斯康星大学麦迪逊分校提供）
测试方法： 实际全尺寸电缆样品形成一个圈， 放进充满水的槽里； 也要在 30ft长的电缆样品的导体绞线中保持一定的水。 每天 24h 电压持续施加， 电流每天内连续 8h 施加。 测试样品共 12 个， 实验一直进行直到其中一个发生故障； 这个故障样品被模拟电缆代替而剩下的有效样品继续通电直到另一个发生故障。 当 12 个样品中的 8 个发生故障后， 剩下的 4 个样品用交流逐级升高电压击穿。
在最初工作中， 施加 9 种不同电压应力/ 温度的组合： 60℃ ， 75℃ 和 90℃ ； 对地电压为 2 倍、 3 倍和 4 倍额定电压。 这 9 种条件的结果通过数学分析可获得一个寿命曲线模型， 用来论证在其他如实际运行应力/ 电压水平的寿命。