额定电压35kV(Um=40.5kV)铝合金芯挤包绝缘电力电缆高温压力试验检测

额定电压35kV (Um=40.5kV) 铝合金芯挤包绝缘电力电缆高温压力试验检测技术研究

高温压力试验是评估额定电压35kV (Um=40.5kV) 铝合金芯挤包绝缘电力电缆绝缘材料和护套材料在热和机械应力共同作用下抗变形能力的关键项目。该试验模拟了电缆在长期运行过程中，因导体发热导致绝缘层和护套层温度升高，并在自身重量或外部压力下可能产生的永久变形情况，对于确保电缆长期运行的安全性与稳定性具有至关重要的意义。

1. 检测项目：方法与原理

高温压力试验主要针对电缆的绝缘层和护套层。其核心是通过在特定高温和恒定压力下，对试样施加一定时间的压痕，随后卸除压力并在常温下恢复，通过测量压痕深度来评价材料的抗变形能力。

• 1.1 绝缘层高温压力试验

  • 原理： 该试验基于材料在热态下的粘弹性行为。当绝缘材料（如交联聚乙烯XLPE）处于高温（通常高于其额定工作温度）时，分子链段运动能力增强，材料变软。此时对其施加一个恒定的机械压力，材料会产生压缩变形。维持一段时间后卸去载荷，由于高分子材料的弹性回复不完全，会留下一个永久的压痕。通过测量此压痕深度，可以量化材料在热和应力条件下的抗永久变形能力。

  • 方法：

    1. 试样制备： 从成品电缆上截取一段长约150mm的样品，小心地剥除其外护套、金属屏蔽和任何垫层，使绝缘芯线暴露。

    2. 加热： 将试样置于空气烘箱中，加热至标准规定的试验温度。对于35kV XLPE绝缘电缆，试验温度通常为（135±3）℃或依据相关标准。

    3. 施压： 待试样在试验温度下达到热平衡后，使用一个特定尺寸和形状的钝头刀口（例如，宽度为0.7mm±0.01mm的矩形刀口），垂直于绝缘线芯轴线方向，施加一个恒定的压力。压力值根据绝缘芯线的假设直径计算，标准中通常给出计算公式或直接规定力值（例如，对于圆形导体电缆，F = k × √(2Dδ - δ²)，其中k为常数，D为试样外径，δ为绝缘厚度规定值）。

    4. 保压与冷却： 在试验温度下保持压力规定的时间（例如，4小时或8小时）。到达时间后，在不移除压力的情况下，将试样在烘箱内冷却至接近室温。

    5. 测量： 小心移除压力装置，用合适的测量仪器（如光学测量仪或带探针的千分表）测量绝缘表面上留下的压痕深度。

    6. 结果评定： 计算压痕深度与绝缘层平均厚度的百分比。此百分比不得超过标准规定的大值（例如，50%）。

• 1.2 护套层高温压力试验

  • 原理： 与绝缘层试验原理相同，旨在评估电缆外护套材料（如聚氯乙烯PVC、无卤低烟聚烯烃等）在高温下的抗压性能。

  • 方法： 流程与绝缘层试验类似，主要区别在于：

    • 试样： 为带有护套的完整电缆段。

    • 试验温度： 根据护套材料的类型确定（例如，PVC护套为（80±2）℃，无卤聚烯烃护套可能为（115±2）℃）。

    • 压力装置与力值： 使用的刀口尺寸和施加的力值根据护套的标称厚度确定，具体数值参照相应标准。

    • 评定： 同样计算压痕深度与护套平均厚度的百分比，并与标准限值比较。

2. 检测范围与应用领域

高温压力试验是电力电缆，特别是中高压电缆质量控制的核心项目之一，其检测需求广泛存在于以下领域：

• 输配电系统： 作为主干电网和城市配电网的重要组成部分，35kV电缆广泛应用于变电站出线、工业园区供电、城市地下管廊等场合。确保其绝缘和护套在长期负荷电流导致的热效应下不发生有害变形，是防止绝缘减薄、局部放电乃至击穿的关键。

• 新能源领域： 在风电场和光伏电站中，大量使用35kV电压等级的集电线路电缆。这些电缆常面临昼夜温差、机械振动等复杂工况，对材料的热机械稳定性要求极高。

• 工业与建筑业： 大型工业厂房、高层建筑、轨道交通等项目的供电系统中，35kV电缆常用于区域配电。高温压力试验可验证其在密集敷设、桥架支撑点等可能产生长期机械应力环境下的适用性。

• 电缆材料研发与认证： 对于电缆制造商和材料供应商，该试验是开发和筛选新型绝缘料、护套料（如抗形变性能更优的XLPE、热塑性弹性体等）的必备评估手段，也是产品取得认证的必要环节。

3. 检测标准与规范

高温压力试验的实施严格遵循国内外标准，确保检测结果的性和可比性。

• 标准：

  • IEC 60811-507: 《电缆和光缆 非金属材料的试验方法 第507部分：机械试验-聚乙烯和聚丙烯化合物高温压力试验》对聚烯烃类绝缘和护套的试验方法、试样、试验条件等作出了详细规定。

  • IEC 60502-2: 《额定电压1kV(Um=1.2kV)到30kV(Um=36kV)的挤包绝缘电力电缆及附件 第2部分：额定电压6kV(Um=7.2kV)到30kV(Um=36kV)的电缆》中引用了对电缆绝缘进行高温压力试验的要求。

• 标准（中国）：

  • GB/T 12706.2-2020: 《额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件 第2部分：额定电压6kV(Um=7.2kV)到30kV(Um=36kV)电缆》及针对35kV电缆的相应部分。该标准等效或修改采用IEC标准，明确规定了35kV电缆绝缘高温压力试验的试验温度、压力保持时间、压痕深度百分比等具体要求。

  • GB/T 2951.31-2008/IEC 60811-3-1:1985: 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第31部分：聚氯乙烯混合料专用试验方法—高温压力试验—抗开裂试验》针对PVC护套。

  • GB/T 2951.41-2008/IEC 60811-4-1:1985: 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第41部分：聚乙烯和聚丙烯混合料专用试验方法—耐环境应力开裂试验—熔体指数测量方法—直接燃烧法测量聚乙烯中碳黑和/或矿物质填料含量—热重分析法测量碳黑含量—显微镜法评估聚乙烯中碳黑分散度》中包含了聚烯烃材料的高温压力试验方法。

4. 检测仪器与设备

完成高温压力试验需要一套精密的专用设备。

• 高温压力试验装置： 这是核心设备，通常包括：

  • 压力刀口： 由硬质金属制成，具有规定的几何形状和精确尺寸（如宽度、圆角半径），确保施加压力的准确性。

  • 加载机构： 提供稳定、可精确控制的垂直向下作用力。通常采用砝码、杠杆系统或气动/电动加载方式，力值需可调且能长期保持恒定。

  • 试样支架： 用于稳固支撑电缆试样，确保压力施加过程中试样不发生移动或偏转。

• 循环空气烘箱：

  • 必须具备强制空气循环功能，以保证箱内温度均匀性，温控精度高（通常为±1℃或更高）。

  • 内部容积需足够容纳压力试验装置和多个试样。

  • 应具备超温保护和安全联锁装置。

• 测量显微镜或数字式测厚仪：

  • 用于精确测量压痕深度。测量显微镜带有刻度标尺，分辨率至少达到0.01mm。

  • 数字式测厚仪通常配备尖形探针，具有数据存储和输出功能，测量更为便捷精确。

• 试样制备工具：

  • 包括电缆切割刀、剥皮工具、厚度测量仪（用于测量绝缘和护套的平均厚度）等，确保试样制备符合标准要求。

综上所述，额定电压35kV铝合金芯挤包绝缘电力电缆的高温压力试验是一项综合性强的检测技术。通过严格遵循标准方法，使用精密仪器，对电缆绝缘和护套材料的热机械性能进行量化评价，为电缆的设计、生产、选型及长期安全运行提供了至关重要的技术依据。