低压交联聚乙烯电缆热老化试验及寿命评定

1、低压交联聚乙烯电缆热老化试验及寿命评定郭茜(国家电线电缆质量监督检验中心, 上海200093)摘要: 本文介绍低压交联聚乙烯绝缘电力电缆热老化评定的基本原理和试验方法, 以及使 用寿命的推算及评定。关键词: 交联聚乙烯; 低压电力电缆; 热老化; 试验; 寿命; 评定证有效, 在设定的工作温度下, 通过试验和推前言交联聚乙烯电线电缆已有 40 多年的发展史, 大多数电缆的长期工作温度定为 90°C , 虽然极少数电缆发生过绝缘开裂, 分析其 原因是工艺问题所致, 并非热老化因素造成, 当前无论是制造者或使用者, 均认为电缆线 芯长期在 90 °C 温度下使用是可靠的。近年来

2、 核电站建设的增加, 希望核电站用 1EK3 级 电缆尽量实现国产化。我国核电站规范 (H F) 规定电缆应进行热老化试验并提出寿命评定 报告, 为此国家电线电缆质量监督检验中心, 对交联聚乙烯(或交联聚烯烃) 绝缘进行了长 期热老化试验, 以证明该类电缆绝缘的热寿 命评定可以超过 40 年。导, 可计算出待定系数 a 和 b, 利用式 (1) 可 算出寿命 , 若 的数值大于期望值, 也就满 足了设计寿命要求。核电站用 1E 级电缆寿命试验方案1. 试验方案设计本试验方案参考 IEC 216 标准确定热 老化试验程序和评定试验结果的一般规程 和 EBA SCO 火力发电站设计规范等文件制 订

3、。 交联聚乙烯电缆的加速老化试验温度为 135 °C 168 h, 可取 135 °C 为最低试验温度, 以后每级增温 15 °C。 实际试验时, 先投入最 高试验温度试样, 观察变化趋势, 调整取样时 间(表 1)。热老化评定的基本原理几十年来, 根据国际上对电线电缆用高 分子材料的试验研究和运行经验, 得出这样 的结论, 即电线电缆在一定工作温度范围内, 热寿命的化学反应, 大多数情况符合下面的 经验公式表 1(h)16896483633616816848504336336729605047209620009601000120 试验温度°C 135

4、150 165 180 近似取样时间 40002000 2. 试样ln= a + bT(1)试样制取是影响试验结果的主要因素之式中 产品在温度 T 条件下工作的寿 命(h)T 工作温度 (K)a , b待定系数 此公式已应用了几十年, 很多情况下验一, 结合国内试验标准, 本试验采用电缆绝缘 线芯为试验对象, 绝缘线芯的制造工艺与生 产电缆工艺完全一致, 具有实际代表性, 从绝 缘线芯上剥取管状试样, 管壁厚约 1 mm , 外 径约 3 mm。在进行热老化试验之前, 先进行其他有关试验, 如热延伸试验等, 以确认试样 的工艺和性能正常, 这样才能保证热老化试 验的正确性。3. 寿命终止参数的

5、选择绝缘材料热老化过程中有 n 个特征参 数, 即抗张强度和断裂伸长率。在本试验过程 中, 断裂伸长率的下降速率比抗张强度快, 因 此取断裂伸长率作为寿命评定参数。 核电站 用 1EK 3 级电缆为固定敷设运行, 电缆处于 静弯曲状态, 故绝缘的伸长状态稳定, 按照敷 设弯曲半径计算, 实际伸长率数值不超过 10%。 本 试 验 的 试 样 原 始 断 裂 伸 长 率 为260% , 通常取断裂伸长率保留率 50% 作为 寿命终止点, 此时断裂伸长率仍有 130% , 有足够的安全系数。数据处理及寿命推算按 IEC 21621 导则及相关数学原理进行 处理, 首先应用作图法, 分别绘出 4 个

6、温度的 断裂伸长率保留率与时间的关系, 并根据假 设的寿命终止点标出时间。 其结果见表 2。表 2 试验温度°C 180 165 150 135 终止时间h 75 380 1000 4000 设 x = lT , y = lo g并代入式 (1)得方程式 y = a+ bx(2)用最小二乘法计算系数 (见表 3)表 3编号1234平均值(p )试验温度°C180165150135绝对温度 T K453438423408终止时间h7538010004000x ·1032. 20752. 28312. 36412. 45109. 30572. 3264x 2·

7、;1064. 87315. 21265. 58906. 007421. 6821y1. 87512. 57983. 00003. 602111. 05702. 7643y 23. 51596. 65549. 000012. 975132. 1464xy ·1034. 13935. 88997. 09238. 828825. 9503计算出L xx = x 2 - (x ) 2 4= 21. 6821- (9. 3057) 2 4 ·10- 6得方程式a = y p - bx p = - 13. 1902y = - 13. 1902+ 6858. 0x= 0. 0331

8、83;10- 6L yy= y 2 - (y ) 2 4= 32. 1464- (11. 0570) 2 4当温度为 90 °C即x = 2. 7548·10- 3y = 5. 70222= 1. 5821L xy= xy - (x ) (y ) 4= 25. 9503 - 9. 3057 ·11. 05704 ·10- 3= 0. 2270·10- 3热寿命方程式y = a+ bxb= L x y L x x = 6858. 0lo g= 5. 70222= 503756 (h) 57. 5 (y)相关性检验 (简便法)r = L x y (

9、L x x ·L y y ) 12= 0. 22700. 2288= 0. 992当 n 等于 4 时 , r> 0. 95 说明有明显相关性。(下转第 48 页)·43· 比较稳了。 图 4 是缆芯扎纱软件控制的流程 图, 图中 X 4 和 X 5 是输入信号, 它们状态决 定着显示不同的扎纱节距和电机转速。结束语电缆生产线的控制系统中采样了可编程 控制器, 使得控制系统简单可靠性高、体积 小、维护方便, 并且也能很方便地修改控制过 程。 此控制系统被应用于电缆成缆设备的缆 芯扎纱系统中, 收到了良好的效果, 事实证明 此方法是很成功的, 它使性能价格比达

10、到了 最优。参 考 文 献图 4 控制系统软件流程图1 朱善君等. 可编程序控制系统原理. 应用和维护. 北 京: 清华大学出版社, 19922 钟肇新 彭 侃 编译. 可编程控制器原理及应用(第二版). 广州: 华南理工大学出版社, 19913 耿文学 华 熔 编著. 微机可编程序控制器原 理. 使用及应用实例. 北京: 电子工业出版社, 19934 李晓明 陈万国. 可编程序控制器在火电厂翻车机 卸煤系统中的应用. 基础自动化. 1995 年(5)5 IP 21612PL C 应用及编程技巧. 美国 IP 可编程控 制器中国技术报服务中心出版, 1991(上接第 43 页)结论本文虽只列举了一种交联聚乙烯的试验 数据, 实际上检验中心对国内外几种交联聚 乙烯 (或交联聚烯烃) 绝缘线芯进行了长期热 老化试验, 结果是推算的寿命评定均在 4060y (年) 范围内。核电站用 1EK 3 电缆主要种 类有电力电缆、控制电