额定电压1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)电力电缆热延伸试验检测

额定电压1kV (Um=1.2kV) 和 3kV (Um=3.6kV) 电力电缆热延伸试验检测技术

热延伸试验是评估交联聚乙烯（XLPE）、乙丙橡胶（EPR）等热固性绝缘和护套材料在高温和负重条件下抗永久变形能力和交联程度的关键质量控制项目。该试验对于确保电缆在长期运行温度及短期过载温度下保持结构稳定性和电气性能至关重要。

1. 检测项目：方法与原理

热延伸试验主要包含两个相互关联的测试项目：负荷下伸长率和冷却后永久变形率。

1.1 负荷下伸长率

• 原理：将制备好的哑铃状或管状试样置于规定温度的烘箱中，在试样下端施加一个基于材料截面积计算的恒定负重。在高温环境下，材料分子链段运动能力增强，在恒定应力下会产生蠕变伸长。测量试样在负重下保持规定时间后的伸长量，并计算其相对于原始标距的百分比。

• 方法：

  1. 试样制备：从成品电缆的绝缘或护套上切取哑铃状试片或管状试片。对于哑铃试片，需精确测量其狭窄处的宽度和厚度以计算截面积。对于管状试片，需测量其平均外径和平均内径。

  2. 标距标记：在试样上标记一个初始标距长度，通常为20mm或25mm。

  3. 加载与加热：将试样垂直悬挂于已预热至规定温度（如200℃±3℃）的空气烘箱内。在试样下端挂上计算好的重物，使试样承受规定的机械应力（如20 N/cm²）。

  4. 测量与记录：在试样放入烘箱并加载开始计时，到达规定时间（通常为15分钟）后，立即测量标距间的伸长量，并计算负荷下的伸长率。

  5. 计算公式：负荷下伸长率 (%) = (L - L₀) / L₀ × 100%
     其中，L₀为原始标距，L为加载规定时间后的标距。

1.2 冷却后永久变形率

• 原理：在完成负荷下伸长率测试后，从烘箱中取出试样（仍保持负重），在室温下自然冷却至环境温度。随后解除负重，让试样静置恢复一段时间。测量此时标距的剩余变形量。此项目用于评估材料在解除应力后恢复其原始形状的能力，反映了材料交联网络结构的完整性和弹性。

• 方法：

  1. 连续操作：此试验紧接着负荷下伸长率试验进行。

  2. 冷却与卸载：完成15分钟的负重加热后，将带有重物的试样从烘箱中取出，在室温下悬挂冷却至室温。然后小心地取下重物。

  3. 恢复与测量：让卸载后的试样静置恢复规定时间（如通常为5分钟或更长），然后测量终的标距长度。

  4. 计算公式：永久变形率 (%) = (L₂ - L₀) / L₀ × 100%
     其中，L₀为原始标距，L₂为卸载并恢复后的标距。

2. 检测范围与应用领域

额定电压1kV和3kV的电缆广泛应用于中低压配电网络，其热延伸试验的需求覆盖以下领域：

• 建筑配电：商业楼宇、住宅小区、医院、学校的内部配电干线及支线。

• 工业应用：工厂、矿山的动力配电，以及风机、水泵等设备的连接电缆。

• 基础设施：地铁、铁路、机场、港口等公共交通设施的供电系统。

• 新能源领域：光伏电站、风电场内部的汇集和输电线路。

• 控制与辅助系统：用于电力系统、工业自动化中的控制、测量和信号传输电缆。

对于这些应用领域的电缆，其绝缘（如XLPE, EPR）和护套（如PVC, LSZH, HEPR）材料通常都需要进行热延伸试验，以验证其在预期工作温度（如90℃）及短路温度下不会发生导致电气性能劣化的过度变形。

3. 检测标准：国内外规范

热延伸试验严格遵循、及行业标准，确保了测试结果的一致性和可比性。

• 标准：

  • IEC 60811-507: 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第507部分：机械性能试验 聚乙烯和聚丙烯化合物专用方法 热延伸试验》

  • IEC 60502-1: 《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1部分：额定电压1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)的电缆》——其中引用了对绝缘和护套材料的热延伸要求。

• 标准：

  • GB/T 2951.21: 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第21部分：弹性体混合料专用试验方法—耐臭氧试验—热延伸试验—浸矿物油试验》——此标准适用于EPR等弹性体。

  • GB/T 2951.12: 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第12部分：通用试验方法—热老化试验方法》——其中包含了对聚烯烃材料的热延伸试验方法，与IEC 60811-507等效。

  • GB/T 12706.1: 《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1部分：额定电压1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)的电缆》——作为产品标准，规定了材料热延伸性能的合格判据。

标准典型要求示例（以XLPE绝缘为例）：

• 负荷下伸长率：不大于175%

• 永久变形率：不大于15%
  试验条件通常为200℃±3℃，15分钟，机械应力20 N/cm²。

4. 检测仪器：主要设备及功能

完成热延伸试验需要一套专用的检测系统。

• 热延伸试验箱：

  • 功能：核心设备，提供稳定、均匀的高温环境。

  • 技术要求：

    • 温度范围：至少能达到200℃以上，并能在试验温度（如200℃）下长期稳定工作。

    • 温度均匀性：箱内各点温度波动应控制在标准规定范围内（如±3℃）。

    • 空气循环：采用强制对流方式，确保箱内温度均匀。

    • 观察窗：便于在试验过程中观察试样状态和读取标尺数据，通常配有刻度尺。

    • 试样悬挂架：箱内设有用于悬挂试样的支架。

• 砝码与加载装置：

  • 功能：对试样施加精确的恒定拉力。

  • 技术要求：

    • 砝码重量需根据试样的截面积和标准规定的机械应力（如20 N/cm²）精确计算和配置。

    • 加载机构应确保重力垂直作用于试样，避免偏心。

• 制样设备：

  • 功能：制备标准规定的哑铃状或管状试样。

  • 类型：

    • 哑铃冲片机：用于从平整的电缆切片上冲裁出标准尺寸的哑铃试片。

    • 切片机/制样机：用于将电缆样品切割成可用于测量厚度或冲裁试片的薄片。

    • 测厚仪：千分尺或激光测厚仪，用于精确测量试片的厚度，以计算截面积。

• 测量工具：

  • 功能：精确测量试样的原始标距和试验过程中的伸长量。

  • 类型：

    • 标距划线器：用于在试样上精确标记初始标距。

    • 读数显微镜或高清摄像头与图像分析系统：传统方法是使用带刻度的观察窗和目视读取。现代设备常配备高清摄像系统和图像分析软件，可自动跟踪和记录试样的伸长变化，提高测量精度和效率。

通过上述仪器设备的协同工作，能够准确、可靠地完成对1kV和3kV电力电缆绝缘及护套材料的热延伸性能评价，为电缆产品的质量控制和安全运行提供关键数据支撑。