電線電纜絕緣高溫壓力試驗研究

季 紅

(江蘇省產品質量監督檢驗研究院，江蘇 南京210007)

0 引言

高溫壓力試驗是電線電纜較為常見的檢驗項目之一，是指電線電纜絕緣或護套在一定溫度下受外界機械力(或自重)而變形后，當除去外力，溫度降低時能否恢復的能力，用于考核電線電纜絕緣材料在高溫狀態下的抗壓性能。雖然該項目合格率較高，但在試驗中我們經常發現試驗數據較為離散。本文通過對60227 IEC 01(BV)450/750V 1×2.5電線進行多次試驗，找到了其試驗結果離散性的規律。這對提高高溫壓力試驗結果的準確性具有現實意義。

1 高溫壓力試驗方法及試驗準備

試驗按照GB/T 2951.31—2008/IEC 60811-3-1:1985規定要求進行。主要測試設備有空氣烘箱、壓痕裝置、測溫裝置、投影儀等。其他輔助用設備和物質有電子天平、游標卡尺、金屬垂直面校準塊、冷水等。本次用于測量高溫壓力裝置刀口參數(刀口寬度)為0.702 mm、0.700 mm、0.702 mm。

2 試驗過程中的注意事項及其措施

2.1 試樣的軸線方向與刀口的垂直

GB/T 2951.31—2008中8.1.3規定“刀片應與試樣軸線垂直”。目前國內高溫壓力試驗裝置大都與圖1類似，在試驗過程中如何保證被試樣品的軸線方向和刀口垂直是關系到試驗成功與否的關鍵點之一。它取決于兩個方面的因素:一是試樣與試樣支架盡量保持平行放置;二是刀具壓載試樣時不能向一邊傾斜。

圖1 高溫壓力試驗裝置

這兩個方面的因素相互關聯，必須要同時滿足。試驗過程中我們采用了如下的方法來盡量保證試驗的準確性。

針對試樣與試樣支架盡量保持平行放置的這個因素，我們首先校直試樣，并在試樣支架上做好標記線，將試樣按標記線位置與支架平行放置;針對刀具壓載試樣時不能向一邊傾斜這個因素，由于刀具結構及質量呈對稱分布狀，我們采用游標卡尺測量出刀口的中部位置，并做好標記線。

2.2 試驗過程中箱體防振

標準中8.1.5規定“試驗設備和試樣在烘箱中不應振動”。本次試驗過程中選用常熟環境試驗儀器廠生產的RL100型空氣烘箱，屬于自然通風，設備本身不帶鼓風機，箱體周圍環境也沒有其他振動設施。

此外在試樣支架的接口處采用了防振墊片，進一步減少了試驗過程中極其微小的振動帶來的影響，確保試驗的高度準確性。

2.3 試樣在刀片壓力下是否彎曲

標準中8.1.3規定“小直徑試樣在支撐板上的固定方式不應使試樣在刀片壓力下發生彎曲”。由于刀片材質選用不銹鋼質材料，刀口與試樣接觸并未和剛性支架接觸，是符合標準要求的。

2.4 空氣烘箱溫度及溫場監控

標準中8.1.5規定“試驗中空氣溫度應一直保持在有關電纜產品標準規定的溫度”。為確保空氣烘箱溫度及溫場的穩定性，采用刻度值為2℃水銀溫度計及分辨率為0.05℃溫度巡檢儀對其進行了16h監控，1、2號巡檢儀探頭在箱體的有效溫場內呈對角分布，監控數據如下圖2。

圖2 空氣烘箱的溫場監控數據

本次試驗溫度為80℃，從溫度監控圖2可以看出烘箱溫度是滿足標準規定要求的。

此外，我們還采用冰水、自來水來對試樣進行冷卻，并放置不同的時間。試驗結果表明，冰水、自來水以及冷卻時間長短對高溫壓力值的變化無明顯影響。

3 試驗數據

按照標準試驗方法要求，我們選取了兩根60227 IEC 01(BV)450/750V 1×2.5電線，截取了多段樣品，每段長度為300 mm左右，試驗時分別記為:模擬樣品1，模擬樣品2。每段樣品我們都進行了厚度測量，并繪制了絕緣厚度和高溫壓力值之間關系圖，見圖3。

圖3 絕緣厚度與高溫壓力值關系圖

模擬樣品1:絕緣厚度從0.771～0.888 mm，高溫壓力值分布在24%～36%之間;

模擬樣品2:絕緣厚度從0.715～0.900mm，高溫壓力值分布在31%～44%之間。

從試驗數據可以得出:高溫壓力試驗結果數據較為離散，試驗結果與樣品厚度的關聯性不大，并沒有明顯的變化趨勢。厚度并不是影響高溫壓力數據離散性的主要原因。

如果我們對高溫壓力試驗再做精細化，試驗結果將出現截然不同的結果。所謂精細化的做法，即在模擬樣品1上連續截取多段300 mm的樣品，用標記線在軸線方向預先做好壓痕點的位置，如圖4所示。

圖4 壓痕標記線

試驗結果就會相對比較集中，如圖5高溫壓力精細化試驗圖所示。

圖5 高溫壓力精細化試驗圖

模擬樣品1:絕緣厚度從0.771～0.888mm，高溫壓力值分布在29%～31%;采用該方法，高溫壓力試驗結果出現比較好的一致性，詳見表1。

表1 模擬樣品的高溫壓力試驗結果分布

從上述數據表明，高溫壓力值并不隨著絕緣厚度呈有規律的變化，高溫壓力值分布比較離散，與絕緣厚度之間無必然的關聯，但當我們采用精細化做法時，高溫壓力試驗結果表現出了較好的一致性。

4 理論分析

精細化做法和隨機做法的主要區別在于:刀口需要壓在畫有標記線的地方，因為沿著標記線的方向，這段樣品有著比較統一的圓曲面。

假設試驗過程中:刀口的寬度為0.70mm，對于規則圓形截面，圖6所示樣品計算負重為F1;對于非規則圓形截面，圖7所示樣品計算負重為F2。

圖6 規則圓形截面

圖7 非規則圓形截面

根據力的平衡原理，壓在絕緣上的F1力值要處于平衡狀態，必須要有相反方向的同等大小的力與其相抵，即F1=F2。

如圖6所示，負重為F1刀具在規定的試驗時間內達到了平衡，則在A、B點必然存在如下關系:0.70×L1=0.70×L2，即刀口下的壓痕面積相等。故L1=L2。

由于被試樣品是規則圓形截面，所以壓痕的深度h也是一致的。理論上也說明了在同等試驗條件下，高溫壓力值與絕緣的厚薄是沒有關系的。

同理，圖7為非規則圓形截面，F2平衡時，壓痕的面積應相等，即0.70×L1=0.70×L2。L1=L2，壓痕在D處的深度必須要增加。

所以在D點的高溫壓力值必然要比C點的大。

由此我們可以初步得出一個結論，高溫壓力值與被測樣品圓形規整度有關，即橢圓度。

對于圓形試樣而言，橢圓度小，高溫壓力值集中，橢圓度大的，高溫壓力值離散。

由于生產工藝的局限性，要保證在整根電線上高溫壓力值具有一致性是很難的，它必然是一個離散的分布，它的離散程度與電線的橢圓度相關。

5 結束語

本文系統介紹了GB/T 2951.31—2008高溫壓力試驗方法以及標準中注意事項的解決辦法。通過隨機和精細兩種試驗手段，解釋了高溫壓力試驗數據存在離散性的客觀因素。并通過力學分析，從理論上解釋了這一現象，即高溫壓力值與樣品橢圓度有關。希望通過本文試驗及分析對線纜檢測工作者提供一些借鑒和幫助。

［1］GB/T 2951.31—2008電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法第31部分:聚氯乙烯混合料專用試驗方法——高溫壓力試驗——抗開裂試驗［S］.

［2］GB/T 5023.3—2008額定電壓450/750 V及以下聚氯乙烯絕緣電纜第3部分:固定布線用無護套電纜［S］.

［3］王春江等主編.電線電纜手冊［M］.北京:機械工業出版社，2002.

［4］蔡泰信.理論力學［M］.北京:機械工業出版社，2007.