XLPE绝缘电力电缆半导电屏蔽电阻率的试验.pdf

2005年第6期 No.6 2005 电 线 电 缆 Electric Wire 半导电屏蔽电阻率;试验;检验及控制 中图分类号:TM206;TM247.1文献标识码:A文章编号:167226901(2005)0620034204 Testing of Resistivity of the Semi2Conductive Shield in XLPE Power Cables HUANG Chang2hua (Five 2G oat Cable Mfg Co , Ltd. , Panyu , Guangzhou , Guangzhou 511495 , China) Abstract: The resistivityof semi2conductive shield material and the semi2conductive shield in 6～30 kV X LPEpower cables made from the material was tested and the results were analysed. Finally , the suggestions about the inspection and control of semi2conductive shield material are put forward. Key words: 6～30 kV X LPE powe cables; resistivity of semi2conductive shield; test ; inspection and control 收稿日期:2005204206 作者简介:黄昌华(1937 - ) ,男,广东翁源人,高级工程 师,副总经理。 作者地址:广东广州市番禺区钟村镇中兴工业区 [511495]. 1 引 言 G BΠT 12706.2 - 2002《额定电压6～30 kV挤包 绝缘电力电缆》 中,新增了对半导电屏蔽层电阻率的 要求。规定在老化前和老化后,导体屏蔽电阻率在 90C时应不大于1 000 Ω m;绝缘屏蔽电阻率在90C 时应不大于500 Ω mm。其作用及机理在文献[1～ 3]中已有论述。电缆制造者如何确保产品符合国家 标准的规定,是其关注的焦点,尤其是选择适宜的材 料至关重要。笔者曾发现各厂材料的电阻率ρ值 按G BΠT3048.3 - 1994试验方法测量,都符合材料采 购规范的规定,但生产成电缆后,按G BΠT 12706. 2 - 2002规定的方法测量,电缆半导电屏蔽电阻率ρ值 分散性却很大,有的已不符合G BΠT 12706. 2的要求 了。这样就提出了一个问题,如何控制屏蔽料电阻 率的质量水平,以保证电缆质量?为此,笔者做了一 些简易、 模拟、 比较性的试验,在此将试验情况与同 行交流,或许是有益的。 2 试验方法 2.1 试样的制备 2.1.1 片状试样 (1)将粒料在热压机上以175CΠ15 min及14 MPa的压制成长约130 mm ,宽约75 mm ,厚约2 mm 的片状试样,经热延伸试验合格后,再做电阻率测试 的试验。 (2)测电阻率电极的制作。在片状试样的其中 一面模拟G BΠT 12706. 222002中图C1a或图C1b或 图C1b电极间的尺寸做成电极,电极用含有银粉的 胶液涂制成。 2.1.2 电缆试样 取电缆绝缘线芯,按G BΠT 12706. 2 - 2002的规 定制作导体屏蔽和绝缘屏蔽试样。 2.2 电阻的测量 (1)用电流电压法测量,读取电位电极之间的 电压值U和通过电流电极的电流值I,计算电阻值 R=UΠI。 (2)用数字多用表接在试样的电位电极之间, 直接读出被测电阻R。 用这两种方法测得的电阻基本一致,但用数字 多用表较方便,本文试验结果是用这种方法测试的。 将试样及连接线路放入老化箱中加热,从室温 入箱后开始升温至恒温 (90 C或110C) ;或在其降 温过程中,每隔两分钟测一次电阻R。当被测电阻 趋于稳定时,测试间隔的时间可延长。每次测量都 记录温度、 电阻和时间。 2.3 计算半导电屏蔽电阻率ρ值 (1)片状试样的电阻率ρ( Ω m) 计算: ρ=RABΠL 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 式中,R为实测的电阻(Ω ) ; A为电位电极的长度 (m) ; B为片状试样的平均厚度 (m) ; L为电位电极 间的距离,0.05m。 (2)电缆导体屏蔽(以下简称为内屏)和绝缘屏 蔽(以下简称为外屏)电阻率的计算按G BΠT 12706. 2 - 2002的规定。 3 试验结果 不论内屏蔽还是外屏蔽,所有试样,在升温过程 和恒温结束后的降温过程,测量的ρ值随时间的变 化都出现峰值。 图1 片状试样在升温过程的ρ值 (1)图1为片状试样从室温开始升至90C并恒 温 (90 C) 一段时间,再从90C升至100C ,测量的ρ 值曲线。结果显示,从室温至90C ,ρ值有峰值出 现。当温度急剧变化(从90C至100 C) 时,ρ值又出 现峰值。图中的 A( 或 B) 内屏、 A( 或 B) 外屏为A厂 (或B厂)生产的半导电屏蔽料制成的内屏或外屏 片状试样。 (2)图2为B厂材料的片状试样及用其制成电 缆试样从室温升至100C,保温7天后,在降温过程 测得的ρ值曲线,亦出现峰值。图中B缆内屏(或 外屏)为B厂生产材料制成电缆的内屏或外屏试 样,其他均为片状试样的测试结果。 (3)图3为B厂材料的片状试样及用此材料生 产的短段的成品电缆经附加老化试验 (100 C7天) 后,在升温至90C过程中测量的ρ值曲线。结果表 明,用B厂材料生产的电缆ρ值峰值仍符合标准要 求,且有相当的裕度。与之对应的片状试样的ρ值 峰值很小。 (4)图4为用不同厂家的内屏蔽材料生产的电 缆,经短段的成品电缆附加老化试验后,在升温至 90C的过程中测量的内屏蔽ρ值曲线。结果表明, 用F厂材料生产的内屏蔽ρ值峰值为2 480 Ω m ,不 符合标准的要求。 图2 B厂材料在降温过程的ρ值 图3 B厂材料升温至90C的ρ值 图4 电缆内屏蔽升温至90C的ρ值 (5)图5为用不同厂家的外屏蔽材料生产的电 缆,经短段的电缆附加老化试验后,在升温至90C的 53 2005年第6期 No.6 2005 电 线 电 缆 Electric Wire “隧 道效应” 有利于增强传导电流,表观电阻减小。这是 矛盾的两个方面,具体结果,则视矛盾的哪个方面占 主导而定。矛盾的转化点,即ρ值峰值点。半导电 屏蔽电阻率出现峰值,按上述理论可得到解释:在室 温时,其传导电流主要是靠炭黑粒子的接触传导,所 以ρ值比较稳定。随着温度的升高,一方面是高分 子材料受热膨胀,拉大了炭黑粒子间的距离,传导电 流受到的阻抗增大;另一方面是热激发电子跃迁的 隧道效应虽随温度的升高而增大,引起阻抗下降,但 较前者稍逊,所以总的结果,还是阻抗迅速增大,即 ρ值增大。在某温度(例如90C或100 C) 下热平衡 后,高分子材料因膨胀引起的炭黑粒子之间的距离 趋于稳定,热激发电子跃迁的隧道效应仍在增强,传 导电流的能力增强,表现为阻抗下降,ρ值减小,所 以出现电阻率ρ值的峰值。由于这个原因,虽在同 一恒定温度,阻抗仍会下降,使ρ值趋于一个平稳 值。这就是图1～图5的ρ值随时间变化所表现的 特征。出现ρ值峰值的时间、 温度和数值,则与半 导电材料的材质和工艺过程有关。配方中的炭黑粒 子的数量、 平均尺寸(或粒度)及混合均匀性(炭粒间 的平均距离)应是对ρ值影响最大的因素。 (2)电缆试样的ρ值与片状试样的ρ值差异问 题,与试样的制作工艺有关。制备片状试样时的最 大压力为14 MPa ,而电缆导体屏蔽层挤制时的压力 达35MPa ,电缆绝缘屏蔽层挤制时的压力达17 MPa。 压力大,试样的结构更密实,但在老化过程中,材料 受热膨胀,又有自由伸缩空间,则塑料分子间的距离 拉得更大,表现为电阻更大。而且,在挤塑机挤制电 缆内屏蔽或外屏蔽时,半导电屏蔽料还受到强烈的 剪切应力的作用,其压力是动态的,但压片试样所受 的压力是静态的。所以电缆的内屏蔽或外屏蔽的ρ 值都比片状试样的ρ值要大的多。不同厂家的材 料,具体差异值将不同,本文B厂的材料片状试样 的ρ值约为电缆试样ρ值的5 %～10 %。 (3)内屏蔽的ρ值与外屏蔽的ρ值差异问题。 试验结果显示,内屏蔽的ρ值比外屏蔽的ρ值大得 多,不同厂家材料的ρ值也有明显的差异,显然是 与其配方或生产工艺不同有关。诚然,电缆制造厂 选用ρ值较低而且峰值不明显的屏蔽料,才是放心 的,如B材料。 (4)测量时间不同对 ρ值测量结果的影响。 G BΠT 12706.2 - 2002规定的ρ值的试验方法:“将组 装好的试样放入预热到规定温度 (90 C) 的烘箱中, 30 min后用测试线路测量(电位)电极间的电阻。 ”, 因为半导电屏蔽的ρ值有出现峰值的特性,假如正 好在出现峰值时测量电阻,那么,将有可能导致电缆 的ρ值不符合标准要求,例如图4中的F缆内屏曲 线在30 min时测得的ρ值为2 264 Ω m ,超过标准 (不大于1 000 Ω m) 的规定了。又假如测量电阻的 时间已远离ρ值峰值,那么,虽然半导电屏蔽的ρ 值峰值很大,但其测量的电阻率也可能是仍符合标 准的规定。还是以图4中的F缆内屏曲线为例,在 147 min时测量,其ρ值已下降为996 Ω m了,是符 合标准的规定。就是说,同一试样,不同的测量时 间,对ρ值的评定是不同的,从检验产品质量的符 合性来说,结果可能相反。 因此,就提出一个问题, G BΠT 12706. 2规定的 “30 min后用测量线路测量电极间电阻”,这 “30 min 后”,后到何时?笔者认为,上述图4中的F缆内屏 曲线的例子,两个测量值都是符合标准规定的测量 方法的有效测量值。一般来说,考虑到试验成本,测 量者往往在30 min时动手测量。显然,这是电缆制 造商因选用的材料质量不稳定所带来的风险。为了 避免这种风险,确保在任何时间测量时ρ值都符合 63 2005年第6期 No.6 2005 电 线 电 缆 Electric Wire (2)选择适当的中间退火温度,控制导体的退 火程度,并选择合理工艺路线; (3)采用退火炉上层比下层高的退火温度,适 度控制漆膜固化程度; (4)综合考虑拉丝速度和冷加工度; (5)改进漆包线表面润滑效果等。 在改进了以上工艺措施后,可以改善漆包线的 柔软度,获得了满意的漆包线质量。 参考文献: [1] 林幼琴,周维山.铜导体性能对漆包线质量的影响[A].绕组线 行业论坛论文集[C].中国电器工业协会电线电缆分会,2003. 902102. [2] 林年福.退火工艺对漆包线质量的影响[A].绕组线用铜工艺 技术研讨会论文集[C ].中国电器工业协会电线电缆分会, 2001.29235. [3] 邢本仁,姚必全.论电磁线用铜[A].绕组线用铜工艺技术研讨 会论文等[C].中国电器工业协会电线电缆分会,2001.63270. 73 2005年第6期 No.6 2005 电 线 电 缆 Electric Wire &Cable 2005年12月 Dec. ,2005 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.