额定电压35kV(Um=40.5kV)铝合金芯挤包绝缘电力电缆老化后护套的机械性能检测

额定电压35kV (Um=40.5kV) 铝合金芯挤包绝缘电力电缆老化后护套机械性能检测

电缆护套是保护电缆绝缘线芯免受外界环境因素（如机械应力、水分、化学物质和光照）侵害的第一道屏障。对于额定电压35kV的铝合金导体挤包绝缘电力电缆，其护套，通常为聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）或无卤低烟阻燃聚烯烃（LSZH）等材料，在经过长期运行或模拟老化后，其机械性能的完整性至关重要，直接关系到电缆系统的长期可靠性与使用寿命。

1. 检测项目与方法原理

老化后护套的机械性能检测主要围绕材料的拉伸性能与抗撕裂能力展开，通常在护套样品经过规定条件的热老化后进行。

1.1 热老化处理

• 原理：模拟电缆在长期运行过程中，因导体发热导致护套材料在持续高温环境下性能的演变规律。通过加速老化试验，在高于正常运行温度的特定条件下暴露一定时间，以评估材料的长期热稳定性。

• 方法：将制备好的护套哑铃试片或管状试件置于强制通风的热老化试验箱中。根据电缆标准规定的温度（如PVC护套通常为100±2℃或80±2℃，具体取决于标准要求）和时间（通常为7 x 24小时）进行老化。老化结束后，试件应在环境温度下静置至少16小时，方可进行后续机械性能测试。

1.2 拉伸性能测试

• 原理：评估护套材料在单向拉伸应力作用下直至断裂时的强度与变形能力。这是衡量材料韧性和耐久性的核心指标。

• 检测项目：

  • 老化后抗张强度：试件在拉伸过程中承受的大拉力除以试件原始横截面积。它反映了材料抵抗拉伸破坏的能力。

  • 老化后断裂伸长率：试件断裂时标线间的伸长量与原始标距的百分比。它反映了材料的韧性和塑性变形能力。

• 方法：使用万能材料试验机，将经过老化的标准哑铃状试片（类型通常为GB/T 2951.11中规定的IVA型或EN 60811-501中规定的F型）夹持在夹具上，以恒定的速度（如PVC护套通常为250±50 mm/min）进行拉伸，直至试片断裂。试验机自动记录大拉力和对应的伸长量，并计算抗张强度和断裂伸长率。

1.3 热老化后性能保留率

• 原理：通过比较护套材料老化前后抗张强度和断裂伸长率的变化，定量评估其耐热老化能力。

• 方法：

  • 抗张强度变化率 (TS%) = [(老化后抗张强度 - 老化前抗张强度) / 老化前抗张强度] × 100%

  • 断裂伸长率变化率 (EB%) = [(老化后断裂伸长率 - 老化前断裂伸长率) / 老化前断裂伸长率] × 100%

  • 标准通常对变化率的大允许值（正负偏差）有明确规定。

1.4 抗撕裂性能测试（适用于特定护套类型，如PE、LSZH）

• 原理：评估护套材料抵抗裂纹扩展的能力，模拟电缆在安装或运行中可能遇到的尖锐物体刮擦或切割风险。

• 方法：常用方法为“裤形撕裂法”。制备特定形状的试片，中间有预制的切口。在万能材料试验机上，以恒定速度拉伸试片的两个“裤腿”，使裂纹从切口处扩展直至试片完全撕裂。记录大撕裂力，计算抗撕裂强度。

2. 检测范围与应用领域

35kV铝合金芯电缆因其重量轻、成本效益高和良好的电气机械性能，广泛应用于中压配电网络。其护套机械性能检测需求贯穿于以下领域：

• 电力系统：城市电网改造、地下输电线路、变电站内部连接。检测确保电缆在管道敷设、直埋敷设时能承受土壤压力、拖拉应力及长期运行热量下的护套完整性。

• 工业设施：大型工厂、矿山、石油化工基地的动力配电。检测需考虑护套对油污、化学品腐蚀的耐受性以及老化后的机械稳定性。

• 新能源领域：风电场和光伏电站的集电线路。检测需关注护套在频繁温差变化、紫外线辐射（对于架空或暴露部分）及湿热环境下的耐老化性能。

• 轨道交通：地铁、铁路的牵引供电和辅助供电系统。检测要求护套具备低烟无卤阻燃特性，并在火灾后或长期振动下仍能保持一定的机械性能。

• 建筑工程：大型商业综合体、医院、机场等关键场所的供电主干线。检测侧重于护套的耐火性能、寿命期内机械性能的稳定性。

3. 检测标准与规范

检测活动严格遵循国内外标准，确保结果的准确性与可比性。

• 标准：

  • IEC 60502-2：额定电压1kV到30kV的挤包绝缘电力电缆及附件 - 第2部分：额定电压6kV到30kV的电缆。该标准对电缆的型式试验，包括护套的热老化后机械性能试验，提出了具体要求和方法引用。

  • IEC 60811-501 & -502：电缆和光缆的非金属材料试验方法 - 第501部分：机械性能试验 - 测定绝缘和护套的机械性能；第502部分：机械性能试验 - 测定绝缘和护套的拉伸强度和断裂伸长率。详细规定了试片制备、老化条件和拉伸试验方法。

  • IEC 60811-413：抗撕裂试验。

• 中国标准 (GB)：

  • GB/T 12706.3：额定电压1kV到35kV挤包绝缘电力电缆及附件 - 第3部分：额定电压35kV电缆。等效采用IEC 60502-2，是国内35kV电缆生产和检验的核心依据。

  • GB/T 2951.11：电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 - 第11部分：通用试验方法 - 厚度和外形尺寸测量 - 机械性能试验。等效采用IEC 60811-501/502系列，规定了详细的试验步骤和合格判据。

• 其他地区标准：如EN 50525系列（欧洲）、UL / ANSI标准（北美）等，在相应市场区域具有约束力。

4. 检测仪器与设备功能

完成上述检测需要一系列精密的实验室仪器。

• 热老化试验箱：

  • 功能：提供稳定、均匀且可控的高温环境。具备强制空气循环系统，确保箱内温度波动和温度梯度符合标准要求（如±2℃以内）。配备超温保护和计时装置。

• 万能材料试验机：

  • 功能：用于进行拉伸试验和撕裂试验的核心设备。能够以恒定的速度对试件施加拉伸载荷。其主要组成部分包括：

    • 负荷框架：提供机械结构。

    • 驱动系统：控制横梁移动速度。

    • 力值传感器：精确测量施加在试件上的力。

    • 伸长测量装置（引伸计）：精确测量试件在拉伸过程中的变形量。

    • 数据采集与控制系统：实时记录力-位移曲线，并自动计算抗张强度、断裂伸长率等结果。

• 哑铃试片冲片机：

  • 功能：从平整的电缆护套样品上冲裁出标准尺寸的哑铃状试片，确保试片尺寸精确、边缘光滑无缺陷，以保证测试结果的重复性。

• 厚度测量仪：

  • 功能：精确测量哑铃试片标距内的小厚度，或管状试件的平均厚度。该数据是计算抗张强度所必需的。通常使用手持式千分尺或光学测厚仪。

• 标线器：

  • 功能：在哑铃试片上标记出标准的原始标距（如20mm或25mm），用于准确计算断裂伸长率。

通过系统性地执行上述检测项目，并严格遵循标准规范使用精密仪器，可以全面、准确地评估额定电压35kV铝合金芯挤包绝缘电力电缆护套在经过热老化后的机械性能状态，为电缆的产品质量验证、寿命评估及安全运行提供关键的技术依据。