IEC TS 61956:1999

SPÉCIFICATION CEI
TECHNIQUE IEC
TS 61956
TECHNICAL
Première édition
SPECIFICATION
First edition
1999-09
Méthodes d’essai pour l’évaluation de
la formation des arborescences d’eau
dans les matériaux isolants
Methods of test for the evaluation of
water treeing in insulating materials
Numéro de référence
Reference number
IEC/TS 61956:1999
Numéros des publications Numbering
Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are
sont numérotées à partir de 60000. issued with a designation in the 60000 series.
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Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications
la CEI incorporant les amendements sont disponibles. including amendments are available. For example,
Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to
indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication incor-
publication de base incorporant l’amendement 1, et la porating amendment 1 and the base publication
publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.
et 2.
Validité de la présente publication Validity of this publication
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. the content reflects current technology.
Des renseignements relatifs à la date de reconfir- Information relating to the date of the reconfirmation
mation de la publication sont disponibles dans le of the publication is available in the IEC catalogue.
Catalogue de la CEI.
Les renseignements relatifs à des questions à l’étude et Information on the subjects under consideration and
des travaux en cours entrepris par le comité technique work in progress undertaken by the technical
qui a établi cette publication, ainsi que la liste des committee which has prepared this publication, as well
publications établies, se trouvent dans les documents ci- as the list of publications issued, is to be found at the
dessous: following IEC sources:
• «Site web» de la CEI*
•
IEC web site*
• Catalogue des publications de la CEI
Publié annuellement et mis à jour • Catalogue of IEC publications
régulièrement Published yearly with regular updates
(Catalogue en ligne)* (On-line catalogue)*
• Bulletin de la CEI • IEC Bulletin
Disponible à la fois au «site web» de la CEI* Available both at the IEC web site* and
et comme périodique imprimé as a printed periodical
Terminologie, symboles graphiques Terminology, graphical and letter
et littéraux symbols
En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur For general terminology, readers are referred to
se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro- IEC 60050: International Electrotechnical Vocabulary
technique International (VEI). (IEV).
Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux For graphical symbols, and letter symbols and signs
et les signes d'usage général approuvés par la CEI, le approved by the IEC for general use, readers are
lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à referred to publications IEC 60027: Letter symbols to
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et symbols for use on equipment. Index, survey and
compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617: compilation of the single sheets and IEC 60617:
Symboles graphiques pour schémas. Graphical symbols for diagrams.
* Voir adresse «site web» sur la page de titre. * See web site address on title page.

SPÉCIFICATION CEI
TECHNIQUE IEC
TS 61956
TECHNICAL
Première édition
SPECIFICATION
First edition
1999-09
Méthodes d’essai pour l’évaluation de
la formation des arborescences d’eau
dans les matériaux isolants
Methods of test for the evaluation of
water treeing in insulating materials
 IEC 1999 Droits de reproduction réservés  Copyright - all rights reserved
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électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les including photocopying and microfilm, without permission in
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CODE PRIX
Commission Electrotechnique Internationale
V
PRICE CODE
International Electrotechnical Commission
Pour prix, voir catalogue en vigueur
For price, see current catalogue

– 2 – TS 61956 © CEI:1999
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 4
INTRODUCTION .8
Articles
1 Généralités .10
1.1 Domaine d'application. 10
1.2 Références normatives . 10
1.3 Définitions . 10
2 Méthode d’essai I (essai sur plaques) . 12
2.1 Principe . 12
2.2 Eprouvettes . 12
2.3 Appareillage d'essai. 14
2.3.1 Cellule d'essai. 14
2.3.2 Electrodes. 14
2.3.3 Liquide d'essai . 14
2.3.4 Ensemble support d'aiguilles/piston . 14
2.4 Mode opératoire (essai de vieillissement) . 16
2.4.1 Mode opératoire sous champ électrique uniforme (variante B) . 16
2.4.2 Mode opératoire avec concentration de champ électrique (variante A) . 16
2.5 Examen après vieillissement. 16
2.5.1 Examen microscopique des arborescences de type nœud papillon
(variante B). 16
2.5.2 Examen microscopique des arborescences ouvertes et nœud papillon
(variante A). 18
2.6 Rapport d'essai. 18
3 Méthode d’essai II (essai sur coupelle) . 18
3.1 Objet et principe de l'essai. 18
3.2 Eprouvette d’essai . 20
3.2.1 Homogénéisation . 20
3.2.2 Fabrication. 22
3.2.3 Montage des éléments préfabriqués. 22
3.3 Appareillage d'essai. 24
3.3.1 Installation électrique . 24
3.3.2 Installation thermique. 26
3.3.3 Liquide d’essai. 26
3.3.4 Equipement pour l'essai jusqu'au claquage . 26
3.4 Mode opératoire (essai de vieillissement) . 26
3.5 Examen des éprouvettes vieillies et non vieillies. 28
3.5.1 Essai de claquage. 28
3.5.2 Examen des arborescences d'eau. 28
3.6 Rapport d’essai. 30
Annexe A (informative) Résultats et discussion des essais interlaboratoires . 32
Figures.46 – 58
Bibliographie . 60

TS 61956 © IEC:1999 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD . 5
INTRODUCTION .9
Clause
1 General. 11
1.1 Scope . 11
1.2 Normative references. 11
1.3 Definitions. 11
2 Test method I (plaque test). 13
2.1 Principle. 13
2.2 Test specimen . 13
2.3 Test apparatus. 15
2.3.1 Test cell . 15
2.3.2 Electrodes. 15
2.3.3 Test liquid . 15
2.3.4 Needle holder – plunger assembly. 15
2.4 Test procedure (ageing test) . 17
2.4.1 Test procedure with uniform field stress (variant B). 17
2.4.2 Test procedure with stress concentration (variant A). 17
2.5 Examination after ageing. 17
2.5.1 Microscopic inspection regarding bow tie trees (variant B) . 17
2.5.2 Microscopic inspection regarding vented and bow tie trees (variant A) . 19
2.6 Test report . 19
3 Test method II (cup test) . 19
3.1 Object and principle of test. 19
3.2 Test specimen . 21
3.2.1 Homogenizing . 21
3.2.2 Preshaping. 23
3.2.3 Assembling all preshaped parts . 23
3.3 Test apparatus. 25
3.3.1 Electrical set-up . 25
3.3.2 Thermal test set-up . 27
3.3.3 Test liquid . 27
3.3.4 Breakdown voltage test equipment . 27
3.4 Test procedure (ageing test) . 27
3.5 Examinations of unaged and aged test specimens. 29
3.5.1 Breakdown tests. 29
3.5.2 Water tree examinations. 29
3.6 Test report . 31
Annex A (informative) Results and discussion of round robin tests . 33
Figures.47 – 59
Bibliography . 61

– 4 – TS 61956 © CEI:1999
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
MÉTHODES D’ESSAI POUR L’ÉVALUATION DE LA FORMATION DES
ARBORESCENCES D’EAU DANS LES MATÉRIAUX ISOLANTS
AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Électrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes
internationales. Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national
intéressé par le sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement
avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les
deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les
Comités nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente spécification technique peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La tâche principale des comités d’études de la CEI est l’élaboration des Normes internationales.
Exceptionnellement, un comité d’études peut proposer la publication d’une spécification technique
lorsqu’en dépit de maints efforts, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur de la
publication d’une Norme internationale, ou
lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique ou quand,
pour une raison quelconque, la possibilité d’un accord pour la publication d’une Norme
internationale peut être envisagée pour l’avenir mais pas dans l’immédiat.
Les spécifications techniques font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard après leur
publication afin de décider éventuellement de leur transformation en Normes internationales.
La CEI 61956 qui est une spécification technique, a été établie par le sous-comité 15E:
Méthodes d’essais, du comité d'études 15 de la CEI: Matériaux isolants.
Le texte de cette spécification technique est issu des documents suivants:
Projet d’enquête Rapport de vote
15E/106/CDV 15E/123/RVC
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette spécification technique.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.

TS 61956 © IEC:1999 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
METHODS OF TEST FOR THE EVALUATION OF WATER TREEING
IN INSULATING MATERIALS
FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International Organization
for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two
organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this technical specification may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
The main task of IEC technical committees is to prepare International Standards. In
exceptional circumstances, a technical committee may propose the publication of a technical
specification when
the required support cannot be obtained for the publication of an International Standard,
despite repeated efforts, or
the subject is still under technical development or where, for any other reason, there is the
future but no immediate possibility of an agreement on an International Standard.
Technical specifications are subject to review within three years of publication to decide
whether they can be transformed into International Standards.
IEC 61956, which is a technical specification, has been prepared by subcommittee 15E:
Methods of test, of IEC technical committee 15: Insulating materials.
The text of this technical specification is based on the following documents:
Enquiry draft Report on voting
15E/106/CDV 15E/123/RVC
Full information on the voting for the approval of this technical specification can be found in the
report on voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.

– 6 – TS 61956 © CEI:1999
L’annexe A est donnée uniquement à titre d’information.
Le comité a décidé que cette publication reste valable jusqu’en 2005.
A cette date, selon décision préalable du comité, la publication sera
reconduite;
supprimée;
remplacée par une édition révisée, ou
amendée.
TS 61956 © IEC:1999 – 7 –
Annex A is for information only.
The committee has decided that this publication remains valid until 2005.
At this date, in accordance with the committee’s decision, the publication will be
reconfirmed;
withdrawn;
replaced by a revised edition, or
amended.
– 8 – TS 61956 © CEI:1999
INTRODUCTION
Les arborescences d’eau constituent l’une des causes principales de vieillissement prématuré
et de défaillance des câbles extrudés moyenne tension ne possédant pas de barrière
d’étanchéité à l’eau. Outre les efforts technologiques continus effectués dans ce domaine,
nous nous sommes efforcés jusqu’à présent de remédier à de telles défaillances grâce à des
composés isolants améliorés, principalement à base de polyéthylène faible densité, réticulé
chimiquement (XPLE). De là est né le besoin de méthodes d'essai sur matériaux appropriées,
pour réaliser d’une part des essais de présélection significatifs afin d’évaluer la propension
des matériaux à générer des arborescences d’eau, et pour réduire, d'autre part, le besoin de
mettre en œuvre des essais sur câbles pour la comparaison et la présélection des matériaux.
Cependant, un essai sur matériau ne peut généralement pas simuler toutes les influences des
paramètres de fabrication du système d'isolation du câble extrudé. Les essais sur câbles
demeurent ainsi nécessaires pour l'évaluation finale des nouvelles compositions isolantes.
Le groupe de travail de la CIGRÉ «Matériaux isolants solides» a examiné les qualités des
*
essais existants sur matériaux [3] à [8] , en particulier leur aspect pratique et leur précision.
Le groupe d’action «Essais d’arborescences d’eau sur matériaux» a été créé pour évaluer les
méthodes d'essai de présélection [6], [7] et [8] basées sur différentes philosophies et pour
préparer une proposition destinée à la CEI, servant de base à une méthode d'essai
appropriée. Des experts dans le domaine des arborescences d’eau issus de laboratoires
industriels et scientifiques du monde entier ont participé à ce travail [1] et [2]. Le rapport final
du groupe d’action a été publié dans Electra [17]. Un résumé de ce rapport est fourni à
l’annexe A.
Bien que trois variantes de l'essai aient été évaluées, améliorées et partiellement combinées,
elles ne sont pas encore prêtes pour être publiées en tant que Norme internationale. Elles
sont présentées dans la présente spécification technique pour les laboratoires qui souhaitent
se forger une expérience dans ce domaine.
Dans la méthode I, on soumet des éprouvettes sous forme de plaques de fabrication aisée à
une contrainte diélectrique alternative divergente (variante A) ou uniforme (variante B), tout
en les immergeant dans un milieu humide. Une cellule d'essai nouvellement développée
permet d'évaluer aussi bien les arborescences d’eau ouvertes (vt) générées en vis-à-vis
d’empreintes (A) que celles de type nœud papillon (btt) observées au niveau des défauts
internes de l’éprouvette (B) ou encore les deux simultanément.
Dans la méthode II, on fait vieillir dans un environnement humide et sous une contrainte
électrique alternative uniforme des éprouvettes en forme de coupelle, constituées d’un
matériau isolant pris en sandwich entre deux couches de matériau écran semiconducteur. Au-
delà de l'examen microscopique des arborescences d’eau (vt et btt), cette méthode permet
d'effectuer une évaluation par essai de rigidité diélectrique.
Ces deux méthodes sont complémentaires car elles permettent la comparaison de la
tendance à générer des arborescences d’eau, qu’il s’agisse de l'isolation seule ou de la
combinaison isolation/écran. Les résultats des essais interlaboratoires effectués selon ces
méthodes par le groupe d’action de la CIGRÉ sont indiqués à l’annexe A.
________
*
Les chiffres entre crochets renvoient à la bibliographie.

TS 61956 © IEC:1999 – 9 –
INTRODUCTION
Water treeing is one of the major causes of premature ageing and failure of extruded medium
voltage cables which do not have water-impervious barriers. Besides technological efforts, it
has been a challenge up to now to overcome such failures by improved insulating compounds,
mainly on the basis of chemically crosslinked low density polyethylene (XLPE). Consequently, a
need for suitable material test methods has arisen; primarily for a meaningful screening test to
evaluate the water tree propensity of such materials, and thus reduce the need of cable testing
to compare and preselect materials.
On the other hand, a material test generally cannot simulate all the influences of the
manufacturing parameters on the extruded cable insulation system. Therefore, cable tests will
still remain necessary for the final assessment of new insulating compounds.
The CIGRE Working Group "Solid insulating materials" considered the merits of existing
*
material tests [3] to [8] concerning their practicability and reliability. The Task Force on "Water
tree testing of materials" was set up to evaluate pre-selected test methods [6], [7], [8] based on
different philosophies and to prepare a proposal to the IEC as a basis for a test method.
Experts in the field of water treeing, coming from industrial and scientific laboratories
worldwide, participated in this work [1], [2]. A final report of the Task Group is published in
Electra [17]. A summary of this report is given in annex A.
Although the evaluated three test variants, which were improved and partly combined, are not
yet ready for international standardization, they are made available by this technical
specification to enable interested laboratories to gain experience with them.
Method I subjects easily producible plaque type test specimens to a divergent (variant A) or a
uniform (variant B) a.c. electric stress while immersed in a wet environment. A newly
developed test cell allows to evaluate either vented water trees (vt) in front of indentations (A)
or bow tie water trees (btt) at imperfections (B) within the test specimen, or both types
simultaneously.
Method II ages cup-shaped test specimens, made of insulating material sandwiched between
two layers of semiconducting screen material, under uniform a.c. electric stress while exposed
to a wet environment. In addition to microscopic inspection of water trees (vt and btt), this
method enables an evaluation by electrical breakdown tests.
The two methods are mutually complementary as they permit the relative assessment of water
treeing propensity to be determined for either the insulation alone or for the insulation/screen
combination. In annex A, results of round robin tests achieved with these methods by the
CIGRE Task Force are reported.
________
*
Figures in square brackets refer to the bibliography.

– 10 – TS 61956 © CEI:1999
MÉTHODES D’ESSAI POUR L’ÉVALUATION DE LA FORMATION DES
ARBORESCENCES D’EAU DANS LES MATÉRIAUX ISOLANTS
1 Généralités
1.1 Domaine d'application
La présente spécification technique décrit des méthodes d'essai permettant l'évaluation des
compositions à base de polyéthylène (PE) et de polyéthylène réticulé (PRC) par rapport aux
arborescences d’eau afin d’estimer leurs performances sous contrainte électrique alternative
en présence d'eau. Deux méthodes sont décrites: la méthode I, permettant l'évaluation des
matériaux isolants seuls, et la méthode II, celle de «sandwiches» comportant un matériau
isolant en contact intime avec des écrans semiconducteurs.
1.2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence
qui y est faite, constituent des dispositions valables pour la présente spécification technique.
Pour les références datées, les amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications
ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords fondés sur la présente
spécification technique sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les
plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la
dernière édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de la CEI et de
l'ISO possèdent le registre des Normes internationales en vigueur.
CEI 60243-1:1998, Rigidité diélectrique des matériaux isolants – Méthodes d’essai – Partie 1:
Essais aux fréquences industrielles
CEI 61072:1991, Méthodes d'essais pour évaluer la résistance des matériaux isolants à la
formation d'arborescences électriques
1.3 Définitions
La formation des arborescences d’eau résulte d’un processus de dégradation [11], observé
notamment dans le polyéthylène basse densité (PEBD) et le PRC sous contrainte alternative
et dans des conditions humides, qui entraîne la formation de zones diélectriquement affaiblies
que constituent les arborescences d’eau.
Les arborescences d’eau sont caractérisées par leur forme ressemblant à un arbre avec des
dendrites hydrophiles (spécifiquement, elles apparaissent initialement sous forme de chaînes
de cavités remplies d'eau qui constituent ultérieurement un ensemble de canaux micro-
scopiques aux surfaces hydrophiles). Elles se développent typiquement en fonctionnement
électrique sous conditions humides et peuvent atteindre des longueurs de l'ordre du
millimètre après plusieurs années. On peut distinguer deux types d'arborescences d’eau:
a) Une arborescence de type nœud papillon, comparable dans sa forme à un nœud papillon,
est constituée de branches droites rayonnant dans des directions opposées à partir d'un
point central. Les arborescences de type nœud papillon, contenues dans la masse de
l'isolation, sont généralement orientées dans la direction du champ électrique.
b) Une arborescence ouverte ressemble dans sa forme à un arbre dont le tronc atteint la
surface de l'isolation ou de l'interface isolation/écran. Les branches sont généralement
orientées dans la direction du champ électrique depuis la surface de l'isolation ou de
l'interface.
TS 61956 © IEC:1999 – 11 –
METHODS OF TEST FOR THE EVALUATION OF WATER TREEING
IN INSULATING MATERIALS
1 General
1.1 Scope
This technical specification describes methods of test for the evaluation of water treeing in
polyethylene (PE) and crosslinked polyethylene (XLPE) compounds, as a means to assess
their relative performance under alternating (a.c.) electric stress, in the presence of water. Two
methods are described, method I covering the evaluation of insulating materials alone, and
method II covering the evaluation of insulating sandwiches consisting of an insulating material
in intimate contact with semiconducting screens.
1.2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text,
constitute provisions of this technical specification. For dated references, subsequent
amendments to, or revisions of, any of these publications do not apply. However, parties to
agreements based on this technical specification are encouraged to investigate the possibility
of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of IEC
and ISO maintain registers of currently valid International Standards.
IEC 60243-1:1998, Electrical strength of insulating materials – Test methods – Part 1: Tests at
power frequencies
IEC 61072:1991, Methods of test for evaluating the resistance of insulating materials against
the initiation of electrical trees
1.3 Definitions
Water treeing is a degradation process [11] as observed in low density polyethylene (LDPE)
and XLPE under a.c. stress and moist conditions, which results in the formation of dielectrically
weakened areas of so-called water trees.
Water trees are hydrophilic dendritic, tree-like features (specifically, they appear initially to be
chains of water-filled cavities which later become bushes of microscopic channels with
hydrophilic surfaces), which grow typically under wet and electrical operating conditions and
may reach lengths of the order of 1 mm within several years. Two different types of water trees
can be distinguished:
a) Bow tie tree resembles a bow tie and consists of divergent straight branches radiating in
opposite directions from a central point. The bow tie trees, contained within the bulk of the
insulation, are generally lined up in the direction of the electric field.
b) Vented tree resembles a tree whose trunk is vented to the surface of the insulation or the
insulation/screen interface. The branches are generally oriented in the direction of the
electric field, away from the insulation surface or the interface.

– 12 – TS 61956 © CEI:1999
2 Méthode d’essai I (essai sur plaques)
2.1 Principe
Les essais sur plaques (variante A et variante B) ont pour but d'évaluer le développement
d'arborescences d’eau dans les matériaux isolants à base de polyéthylène basse densité
(PEBD) et de polyéthylène réticulé (PRC).
Les deux variantes d'essai utilisent des éprouvettes en forme de plaque et la même cellule
d'essai. Les deux essais sont des essais de présélection destinés à différencier et à
sélectionner les isolants par rapport à la formation des arborescences d’eau.
L'essai avec concentration des contraintes (variante A) est principalement destiné à évaluer
le développement des arborescences ouvertes à partir de l’extrémité de protrusions de l'écran
ou de pénétrations dans l'isolant à l'interface isolant/écran, simulées par des empreintes en
forme d'aiguilles remplies d'eau. Une plaque avec un certain nombre d'empreintes identiques
est soumise, dans une cellule d'essai selon 2.3.1, à un champ électrique en présence d'eau
provoquant une concentration de champ électrique en ces points.
Par le biais de cet essai, la formation des arborescences de type nœud papillon peut
également être évaluée dans la masse même de l'éprouvette, en se plaçant loin des zones de
concentration de champ électrique.
L'essai sous champ électrique uniforme (variante B) est destiné à évaluer le développement
des arborescences de type nœud papillon lorsqu'une plaque est mise en présence d'eau et
simultanément soumise à un champ électrique uniforme dans une cellule d'essai telle que
celle décrite en 2.3.1.
2.2 Eprouvettes
Les éprouvettes sous forme de lamelles circulaires de (35 ± 1) mm de diamètre peuvent être
obtenues par découpe à l'aide d'un emporte-pièce, à partir d'une plaque de l'une des
épaisseurs suivantes: (4,0 ± 0,1) mm, (3,0 ± 0,1) mm, (2,0 ± 0,1) mm. Il convient que la
comparaison entre matériaux ne soit réalisée qu'à partir d'éprouvettes d'épaisseur identique.
Pour les essais concernant les arborescences ouvertes, les plaques peuvent être fabriquées
par moulage de granulés à la presse. Pour les essais concernant les arborescences de type
nœud papillon, il est recommandé d'homogénéiser la composition par extrusion, de façon à
éviter la concentration d'additifs ou d'impuretés à la surface des granulés. Dans tous les cas
de figure, il convient de prendre d'extrêmes précautions pour éviter la contamination des
matériaux et, par voie de conséquence, celle des plaques et des lamelles.
Dans le cas de compositions à base de PRC (utilisant du peroxyde de dicumyle) les plaques
sont préformées à la presse à environ 130 °C. Elles sont chauffées jusqu'à 180 °C,
maintenues pendant 30 min à cette température et refroidies à 70 °C, l'ensemble du cycle
étant réalisé sous pression. Les plaques sorties de la presse sont dégazées durant 72 h à
(90 ± 2) °C pour l'élimination des résidus volatiles.
Dans le cas de matériaux à base de PEBD (sans agent de réticulation), les plaques sont
aussi préformées à environ 130 °C dans la presse, puis chauffées jusqu'à environ 200 °C et
refroidies, toujours sous pression, jusqu'à environ 70 °C.
L'expérience a montré que lorsque l'on moule des plaques avec des compositions à base
de PE ou de PRC, une pression exercée d'au moins 5 N/mm conduit à des résultats
satisfaisants.
TS 61956 © IEC:1999 – 13 –
2 Test method I (plaque test)
2.1 Principle
The plaque tests (variant A and variant B) are intended to assess the development of water
trees in low density polyethylene (LDPE) and crosslinked polyethylene (XLPE) based insulating
materials.
Both test variants make use of plaque-shaped test specimens and of the same test cell. Both
tests are screening tests to differentiate and to preselect insulating compounds with regard to
water treeing.
The test with stress concentrations (variant A) is primarily intended to assess the development
of vented trees from the tips of protrusions of the screen or intrusions in the insulation at the
insulation/screen interface, simulated by needle-shaped and water-filled indentations. A plaque
with a number of identical indentations is exposed simultaneously to water and to an electric
field, producing electric field stress concentration at those points, within a test cell according
to 2.3.1.
By means of this test, bow tie treeing can be additionally assessed within the bulk of the test
specimen, away from the stress concentration areas.
The test with uniform field stress (variant B) is intended to assess the development of bow tie
trees, when a plaque is exposed simultaneously to water and to a uniform electric field within a
test cell described in 2.3.1.
2.2 Test specimen
Test specimens in the form of disc-shaped slabs with a diameter of (35 ± 1) mm
can be achieved by punching them out from plaques of one of the following thicknesses:
(4,0 ± 0,1) mm; (3,0 ± 0,1) mm; (2,0 ± 0,1) mm. Comparison between materials should be
made at equal thicknesses only.
For vented tree testing, plaques may be manufactured from pellets by pressmolding. For bow
tie tree testing, it is recommended to homogenize the compound by extrusion in order to avoid
concentration of additives and impurities on the surface of the pellets. In every case extreme
care should be taken to prevent contamination of the materials as well as of the resulting
plaques and slabs.
In the case of XLPE based compounds (using dicumyl-peroxide) the plaques are preformed
within the press frame at circa 130 °C. They are heated up to 180 °C, maintained for 30 min
and cooled down, all under pressure, to circa 70 °C. The plaques taken out of the frame are
annealed for 72 h at (90 ± 2) °C to evaporate the volatile by-products.
In the case of LDPE based materials (without crosslinking agent) the plaques are also pre-
formed at circa 130 °C within the press frame, heated up to circa 200 °C and then cooled
down, both under pressure, to circa 70 °C.
Experience shows that when making plaques from XLPE or PE based compounds, a press
force of at least 5 N/mm of plaque gives satisfactory results.

– 14 – TS 61956 © CEI:1999
2.3 Appareillage d'essai
2.3.1 Cellule d'essai
La cellule d'essai [10], représentée à la figure 1, comprend:
– une coupelle en polyéthylène haute densité (PEHD) avec, dans son fond, une ouverture circulaire;
– une électrode de terre, incluant une base support en PEHD.
– six vis en nylon pour comprimer l'éprouvette entre la coupelle et l'électrode de terre;
– un couvercle en plastique transparent à travers lequel l'électrode haute tension est
installée. Cette électrode doit être constituée d'un métal inoxydable, comme le palladium,
le platine ou un métal équivalent.
Une illustration cotée de la cellule d'essai est représentée à la figure 2 (des constructions et
des matériaux différents peuvent être utilisés à condition de préserver le principe de l'essai; il
convient de prendre des précautions quant au choix des matériaux pour éviter la présence de
contaminants solubles issus des matériaux de construction dans la solution d'essai).
2.3.2 Electrodes
La coupelle de la cellule d'essai contient une solution de NaCl (voir 2.3.3) devant constituer
l'électrode haute tension. Il convient que l'électrode d’arrivée à immerger dans la solution de
NaCl soit faite d’un métal noble comme le platine ou le palladium.
L'électrode de terre est une électrode circulaire en laiton ayant une surface supérieure plate,
de 20 mm à 25 mm de diamètre, dont les bords sont arrondis selon la figure 1.
2.3.3 Liquide d'essai
La solution de NaCl (1,8 mmol/litre) est obtenue en dissolvant 0,1 g de NaCl dans 1 l d’eau
distillée et désionisée.
Cette eau est préparée par distillation dans un appareil exempt de verre; elle passe ensuite
au travers d'une colonne de désionisation à lit mélangé et est stockée dans un récipient
hermétique en polyéthylène. L'eau doit être vérifiée avant utilisation; son pH doit être de
(7 ± 0,1) et sa conductivité telle que (σ ≤ 100 μS/m).
2.3.4 Ensemble support d'aiguilles/piston
L'ensemble support d'aiguilles/piston est représenté à la figure 3. Ce montage est utilisé
spécialement pour l'essai sous concentration de champ électrique pour effectuer
simultanément huit empreintes de pointe d'aiguille avec, en parallèle, deux rangées de quatre
aiguilles situées au milieu de la face supérieure de l'éprouvette. Les huit pointes d'aiguille
dépassent de (0,5 ± 0,05) mm de la surface du support d'aiguilles où elles sont fixées
chacune par un ensemble de deux vis afin d'assurer un positionnement correct.
Conformément à la CEI 61072, les aiguilles doivent être en acier inoxydable et le rayon de
courbure de la pointe des aiguilles doit être de (4 ± 1) μm avec un angle de 30°. Le diamètre
1)
préférentiel hors tout est de 0,7 mm à 1,0 mm .
Avant utilisation, les aiguilles doivent être nettoyées et séchées en prenant soin de ne pas
endommager leur pointe. La forme et le rayon de courbure de la pointe de chaque aiguille
doivent être vérifiés après nettoyage ainsi qu'avant et après montage sur le support. De
grandes précautions doivent être prises pour s'assurer que les pointes des aiguilles sont
exemptes de toute trace de corrosion.
________
1)
Des aiguilles de ce type peuvent être obtenues auprès de Ogura Juwel Industry Co Ltd. 7-12 Omori Kita 5,
Chome, Ota-ku, Tokyo 143, Japon.

TS 61956 © IEC:1999 – 15 –
2.3 Test apparatus
2.3.1 Test cell
The test cell [10], shown in figure 1, comprises:
– a cup, made of high density polyethylene (HDPE), with a circular opening at
...