端頭固定方式對架空絕緣電纜拉斷力的影響

劉 磊,荔建榮,孔 凱

(1.江蘇珠影特種電纜有限公司,宜興 214200;2.廣東堅寶電纜有限公司,廣州 511300;3.江蘇省產品質量監督檢驗研究院,宜興 214205)

0 引 言

架空絕緣電纜在進行拉力試驗時,需要對端頭進行固定。 目前,國內架空絕緣電纜常用的固定方式包括低熔點合金澆注法、夾具法、預絞絲固定法及金具壓接法等[1]。 在不同的固定方式下,架空絕緣電纜拉斷力的試驗結果通常會有一定的差異。 另外,標準中對架空絕緣電纜拉斷力試驗方法的描述比較簡單,部分試驗細節和參數并未涉及,導致拉斷力試驗結果易受操作的影響。

針對以上問題,本工作對現有的試驗方法進行了梳理,分別開展了低熔點合金澆注法、夾具法、預絞絲固定法及金具壓接法等4 種端頭固定方式下的架空絕緣電纜拉斷力試驗。 其中,低熔點合金澆注法分別使用了柱體和錐體端頭模具。 對架空絕緣電纜拉斷力的試驗結果進行了對比分析,綜合考慮操作難度、試驗設備成本等因素,分析了4 種端頭固定方式的優缺點,確定了最佳的端頭固定方式,并對拉斷力試驗的細節要求等進行了研究及完善。

1 試驗部分

1.1 試驗樣品

試驗用架空絕緣電纜以JKLYJ-1 kV 1×70 為主,同時對 JKLYJ-1 kV 1×95、JKLYJ-1 kV 1×120、JKLYJ-1 kV 1×150、JKLYJ-1 kV 1×185 和JKLYJ-1 kV 1×240 等5 種型號的絕緣電纜進行了部分驗證性試驗。 試驗用架空絕緣電纜為同一廠家生產的同一批次電纜,保證試驗結果具有可比較性。

1.2 試驗方案

采用不同端頭固定方式,分別開展JKLYJ-1 kV 1 × 70、JKLYJ-1 kV 1 × 95、JKLYJ-1 kV 1 × 120、JKLYJ-1 kV 1×150、JKLYJ-1 kV 1×185 和JKLYJ-1 kV 1×240 等6 種不同規格的架空絕緣電纜的拉斷力試驗,并對試驗結果進行分析。

根據不同端頭固定方式的特點,對拉斷力試驗的細節要求等進行研究并完善。 例如,夾具法將著重研究夾持比率和夾持推力、低熔點合金澆注法將著重研究模具的尺寸等。

1.3 架空絕緣電纜拉斷力試驗方法

根據GB/T 12527—2008《額定電壓1 kV 及以下架空絕緣電纜》中表6[2]、GB/T 14049—2008《額定電壓10 kV 架空絕緣電纜》中表11 的規定,架空絕緣電纜導體拉斷力試驗方法按照GB/T 4909.3—2009《裸電線試驗方法 第3 部分:拉力試驗》執行。

表1 JKLYJ-1 kV 1×70 架空絕緣電纜拉斷力試驗結果

拉斷力試驗的操作步驟如下。 ①取樣。 從外觀檢查合格的樣品中截取3 根試件,標稱截面面積不大于50 mm2者不小于0.5 m,標稱截面面積大于50 mm2者不小于5 m。 ②端頭固定。 解開試件兩端的股線,分開并彎成圓鉤形,清洗后,用低熔點合金或樹脂澆灌錐體端頭,也可用金具壓接法或夾具法制作。 ③加載。 試件拉伸速率為100 mm·min-1。④記錄。 記錄最大負荷。

2 試驗結果與討論

2.1 JKLYJ-1 kV 1×70 架空絕緣電纜試驗結果

針對JKLYJ-1 kV 1×70 架空絕緣電纜,分別開展低熔點合金澆注法、夾具法、預絞絲固定法和金具壓接法等4 種端頭固定方式下的架空絕緣電纜拉斷力試驗。 其中,低熔點合金澆注法分別使用了柱體和錐體端頭模具。 試驗方法參照GB/T 4909.3—2009 執行。 對拉斷力試驗結果進行分析,并綜合考慮操作難度、試驗設備成本等因素,確定推薦端頭固定方式。

不同端頭固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×70 架空絕緣電纜拉斷力的技術要求不小于10.354 kN,試驗結果見表1。

由表1 可以看出,不同端頭固定方式下,電纜的拉斷力是不同的。 采用金具壓接方式固定的電纜拉斷力最小,為9.89 kN,且所有拉斷力均小于標準要求,即采用金具壓接固定的電纜拉斷力均不合格。采用預絞絲固定法的電纜拉斷力為10.45 kN,略高于標準要求。 在15 組試驗中,共兩組試驗不合格,不合格率為13.3%。 采用低熔點合金澆注形式固定的電纜拉斷力為10.86 kN;采用柱體端頭澆注的電纜拉斷力要略高于采用錐體端頭澆注,但兩種端頭固定方式的電纜拉斷力均出現了不合格項。 采用柱體端頭的電纜拉斷力12 組試驗中,共2 組試驗不合格;采用錐體端頭的電纜拉斷力15 組試驗中,共1 組試驗不合格,不合格率為6.7%。 采用夾具法固定的電纜拉斷力最大,為13 kN,且未出現拉斷力不合格項。

夾具法操作簡便,自動化程度較高,且拉斷力較大,未出現不合格項。 因此,在接下來的試驗中,將考慮作為一種主要的固定方式進行研究。 根據GB/T 4909.3—2009 要求,低熔點合金澆注法應使用錐體端頭。 使用錐體端頭僅需要一種模具,即可完成多種型號電纜的澆注,若使用柱體端頭,則每種型號電纜均需要制作對應尺寸的模具,經濟性較差。因此,在接下來的試驗中,對于低熔點合金澆注法,均使用錐體端頭模具。 預絞絲固定法成本較高,且易受操作規范性影響,因此不再進行研究。 采用金具壓接法的電纜拉斷力均不合格,故在接下來的試驗中將不再進行研究。

2.2 不同標稱截面面積架空絕緣電纜試驗結果

綜合考慮操作難度、試驗設備成本等因素,試驗采用夾具法開展電纜拉斷力試驗,并同時開展低熔點合金澆注(錐體端頭)固定方式的拉斷力試驗,作為夾具法試驗結果與分析的對比參照。

采用低熔點合金澆注法(錐體端頭)固定方式,標稱截面面積分別為95,120,150,185,240 mm2的JKLYJ-1 kV 架空絕緣電纜拉斷力的試驗結果見表2。

表2 不同標稱截面面積的JKLYJ-1 kV 架空絕緣電纜拉斷力的試驗結果(n=15)

由表2 可以看出,①對于JKLYJ-1 kV 1×95 架空絕緣電纜,采用夾具法的架空絕緣電纜拉斷力比低熔點合金澆注法(錐體端頭)的拉斷力更大,兩者相差2 kN,占標準要求的14.6%。 另外,采用低熔點合金澆注形式固定的電纜拉斷力出現了5 項不合格(其測定結果分別為13.61,13.69,13.51,13.54,13.39 kN),不合格率高達33.3%。 這可能是由于電纜截面面積較小,線比較細,澆注后端頭比較重,導致在澆注和搬運時容易對樣品造成一定的損傷。②不同端頭固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×120 架空絕緣電纜的試驗結果與2.1 的結論一致,采用夾具法的電纜拉斷力更大,為20.2 kN。 采用低熔點合金澆注形式固定的電纜拉斷力較小,為18.6 kN。 兩者相差1.6 kN,占標準要求的9.2%。 兩種固定方式的電纜拉斷力均未出現不合格項。 ③不同端頭固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×150 架空絕緣電纜的試驗結果與2.1 的結論一致,采用夾具法的電纜拉斷力更大,為25.7 kN。 采用低熔點合金澆注形式固定的電纜拉斷力較小,為23.8 kN。 兩者相差2 kN,占標準要求的9.5%。 兩種固定方式的電纜拉斷力均未出現不合格。 ④不同端頭固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×185 架空絕緣電纜的試驗結果與2.1 的結論一致,采用夾具法的電纜拉斷力更大,為31.6 kN。 采用低熔點合金澆注形式固定的電纜拉斷力較小,為30.1 kN。 兩者相差1.5 kN,占標準要求的5.6%。 兩種固定方式的電纜拉斷力均未出現不合格。 ⑤不同端頭固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×240的試驗結果與2.1 的結論一致,采用夾具法的電纜拉斷力更大,為39.9 kN。 采用低熔點合金澆注形式固定的電纜拉斷力較小,為38.7 kN。 兩種固定方式的拉斷力相差1.2 kN,占標準要求的3.5%。兩種固定方式的電纜拉斷力均符合GB/T 12527—2008 的要求。

3 結束語

不同端頭固定方式下,架空絕緣電纜拉斷力是不同的。 采用金具壓接法固定的架空絕緣電纜拉斷力最小,采用夾具法固定的架空絕緣電纜拉斷力最大。 采用金具壓接法固定的架空絕緣電纜拉斷力均小于標準要求,均不合格,故不作為端頭的推薦固定方式。 預絞絲固定法成本較高,易受操作規范性影響,導致出現拉斷力不合格項,建議不作為端頭的推薦固定方式。 針對低熔點合金澆注法,與柱體端頭相比,使用錐體端頭需要的模具較少,經濟性好,且符合GB/T 4909.3—2009 中的規定。 對于低熔點合金澆注法,推薦使用錐體端頭模具。 采用低熔點合金澆注形式固定,70 mm2及90 mm2兩種小截面電纜均出現了多組拉斷力不合格項。 這是由于電纜截面面積較小,線比較細,澆注后端頭比較重,導致在澆注和搬運時容易對樣品造成一定的損傷。 120 mm2以上截面的電纜拉斷力未出現不合格項。

夾具法操作簡便,自動化程度較高,且試驗拉斷力最大,未出現不合格項。 因此,推薦采用夾具法固定電纜,試驗方法依照GB/T 4909.3—2009 執行。若采用低熔點合金澆注法、預絞絲固定法的電纜拉斷力試驗結果出現爭議情況,推薦采用夾具法進行仲裁試驗。