低壓交聯(lián)聚乙烯電纜熱老化試驗及壽命評定

低壓交聯(lián)聚乙烯電纜熱老化試驗及壽命評定

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1、低壓交聯(lián)聚乙烯電纜熱老化試驗及壽命評定郭茜(國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,上海200093)摘要:本文介紹低壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜熱老化評定的基本原理和試驗方法,以及使用壽命的推算及評定。關(guān)鍵詞:交聯(lián)聚乙烯;低壓電力電纜;熱老化;試驗;壽命;評定證有效,在設(shè)定的工作溫度下,通過試驗和推前言交聯(lián)聚乙烯電線電纜已有40多年的發(fā)展史,大多數(shù)電纜的長期工作溫度定為90°C,雖然極少數(shù)電纜發(fā)生過絕緣開裂,分析其原因是工藝問題所致,并非熱老化因素造成,當(dāng)前無論是制造者或使用者,均認(rèn)為電纜線芯長期在90°C

2、溫度下使用是可靠的。近年來核電站建設(shè)的增加,希望核電站用1EK3級電纜盡量實現(xiàn)國產(chǎn)化。我國核電站規(guī)范(HF)規(guī)定電纜應(yīng)進(jìn)行熱老化試驗并提出壽命評定報告,為此國家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,對交聯(lián)聚乙烯(或交聯(lián)聚烯烴)絕緣進(jìn)行了長期熱老化試驗,以證明該類電纜絕緣的熱壽命評定可以超過40年。導(dǎo),可計算出待定系數(shù)a和b,利用式(1)可算出壽命Σ,若Σ的數(shù)值大于期望值,也就滿足了設(shè)計壽命要求。核電站用1E級電纜壽命試驗方案1.試驗方案設(shè)計本試驗方案參考IEC216標(biāo)準(zhǔn)《確定熱老化試驗程序和評定試驗結(jié)果的

3、一般規(guī)程》和EBASCO火力發(fā)電站設(shè)計規(guī)范等文件制訂。交聯(lián)聚乙烯電纜的加速老化試驗溫度為135°C168h,可取135°C為最低試驗溫度,以后每級增溫15°C。實際試驗時,先投入最高試驗溫度試樣,觀察變化趨勢,調(diào)整取樣時間(表1)。熱老化評定的基本原理幾十年來,根據(jù)國際上對電線電纜用高分子材料的試驗研究和運(yùn)行經(jīng)驗,得出這樣的結(jié)論,即電線電纜在一定工作溫度范圍內(nèi),熱壽命的化學(xué)反應(yīng),大多數(shù)情況符合下面的經(jīng)驗公式表1(h)168964836336168168485043363367296050472

4、09620009601000120試驗溫度?°C135150165180近似取樣時間400020002.試樣lnΣ=a+bT(1)試樣制取是影響試驗結(jié)果的主要因素之式中Σ——產(chǎn)品在溫度T條件下工作的壽命(h)T——工作溫度(K)a,b——待定系數(shù)此公式已應(yīng)用了幾十年,很多情況下驗一,結(jié)合國內(nèi)試驗標(biāo)準(zhǔn),本試驗采用電纜絕緣線芯為試驗對象,絕緣線芯的制造工藝與生產(chǎn)電纜工藝完全一致,具有實際代表性,從絕緣線芯上剝?nèi)」軤钤嚇?管壁厚約1mm,外徑約3mm。在進(jìn)行熱老化試驗之前,先進(jìn)行其他有關(guān)試驗,如

5、熱延伸試驗等,以確認(rèn)試樣的工藝和性能正常,這樣才能保證熱老化試驗的正確性。3.壽命終止參數(shù)的選擇絕緣材料熱老化過程中有n個特征參數(shù),即抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率。在本試驗過程中,斷裂伸長率的下降速率比抗張強(qiáng)度快,因此取斷裂伸長率作為壽命評定參數(shù)。核電站用1EK3級電纜為固定敷設(shè)運(yùn)行,電纜處于靜彎曲狀態(tài),故絕緣的伸長狀態(tài)穩(wěn)定,按照敷設(shè)彎曲半徑計算,實際伸長率數(shù)值不超過10%。本試驗的試樣原始斷裂伸長率為260%,通常取斷裂伸長率保留率50%作為壽命終止點,此時斷裂伸長率仍有130%,有足夠的安全系數(shù)。

6、數(shù)據(jù)處理及壽命推算按IEC21621導(dǎo)則及相關(guān)數(shù)學(xué)原理進(jìn)行處理,首先應(yīng)用作圖法,分別繪出4個溫度的斷裂伸長率保留率與時間的關(guān)系,并根據(jù)假設(shè)的壽命終止點標(biāo)出時間。其結(jié)果見表2。表2試驗溫度?°C180165150135終止時間?h7538010004000設(shè)x=l?T,y=logΣ并代入式(1)得方程式y(tǒng)=a+bx(2)用最小二乘法計算系數(shù)(見表3)表3編號1234∑平均值(p)試驗溫度?°C180165150135絕對溫度T?K453438423408終止時間?h7538010004000x·1

7、032.20752.28312.36412.45109.30572.3264x2·1064.87315.21265.58906.007421.6821y1.87512.57983.00003.602111.05702.7643y23.51596.65549.000012.975132.1464xy·1034.13935.88997.09238.828825.9503計算出Lxx=∑x2-(∑x)2?4=[21.6821-(9.3057)2?4]·10-6得方程式a=yp-bxp=-13.19

8、02y=-13.1902+6858.0x=0.0331·10-6Lyy=∑y2-(∑y)2?4=32.1464-(11.0570)2?4當(dāng)溫度為90°C即x=2.7548·10-3y=5.70222=1.5821Lxy=∑xy-(∑x)(∑y)?4=[25.9503-9.3057·11.0570?4]·10-3=0.2270·10-3熱壽命方程式y(tǒng)=a+bxb=Lxy?Lxx=6858.0logΣ=5.70222Σ=503756(h)≈57.5(y)相關(guān)性檢驗(簡便法)r=Lxy?(Lxx

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