中压交联聚乙烯绝缘电力电缆鉴定试验.pdf

2 0 0 2年第 5 期 No5 2 002 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 0 2年 1 O月 0C t ， 2 0 0 2 中压交联聚乙烯绝缘 电力 电缆鉴定试验 黄淑 贞 ( 广东 电缆 厂 ， 广东 南海5 2 8 2 5 1 ) 摘要 ： 本文介 绍 了 5 4 6 k V 交联 聚 乙烯绝缘 电缆鉴定试验 ( Qu a l i f i c a t i o n t e s t ) 的试 验程序 、 性 能要 求及 试验 方 法 。 关键词 ： 中压 交联 聚 乙烯绝缘 电力电缆 ； 鉴 定试验 ； 程序 ； 方法 ； 性能要 求 中图分类号 ： T M2 0 6 ； T M2 4 7 1 文献标识码 ： B 文章编号 ： 3 1 1 3 9 2 ( 2 0 0 2 ) 0 5 0 0 4 1 0 4 Qu a l i f i c a t i o n t e s t o f me d i u m v o l t a g e XL PE p o we r c a b l e s HUAN G Shu z h e n ( Gu a n g d o n g Ca b l e W o r k s ，Na n h a i 5 2 8 2 5 1 ，Gu a n g d o n g P r o v i n c e，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th i s p a p e r p r e s e n t s t h e t e s t p r o g r a mme，p e r f o r ma n c e r e q u i r e me n t s a n d t e s t me t h o d s f o r t h e q u a l i f i c at i on t e s t of 5 - 46 kV XLPE c a bl e s Ke y wor ds： c r os s l i nke d c a bl e s； me di um v ol t a g e XLPE powe r c abl e s； qu al i f i c a t i on t es t； pr og r a mme； me t ho d；p e r f or ma nc e r e qu i r e me nt s l 前 言 自从第一条交联聚乙烯绝缘电缆在美 国安装运 行 以来 ， 在世 界各 地得 以迅速 发展 。 交 联 聚 乙烯绝 缘 电缆的优点众所周知 ， 其预期的使用寿命为四十年。 然而 由于电缆 的设计、 绝缘及半导电屏蔽材料 的质 量 、 制造工艺和安装操作等多方面的原因， 都会引起 电缆 比预 期过 早击 穿 。 随着交联 电缆的不断发展和应用 ， 电缆 的长期 可靠性已越来越受到人们的重视 。国外早在上世纪 6 0 、 7 0年代就对交联 电缆进行可靠性研 究， 以改进 绝缘 材料 、 产 品结 构和 工艺性 能 。电缆 鉴定试 验 ( q u a l i f i c a t i o n t e s t ) 是一项可靠性研究试验项 目。在 美 国 ， 对于 5 4 6 k V 中压交 联 聚 乙烯 ( XL P E) 绝 缘 和乙丙橡胶( E P R) 绝缘电力电缆， 规定要进行鉴定 试 验 ， 通 常也 称 为 加 速水 树试 验 ( Aw T T) 。鉴 定 试 验 的 目的是 提 供 一 个 标 准 的 试 验方 法 ， 以验 证 中压 电缆在潮湿的环境下运行时， 能否满足最低性能要 求 。 电缆 鉴定 试验 是 在一 系 列预 处理 程 序前 后进 行 一 系列 电气试验 。试验项 目包括 高电压一 时 间试验 ( 交流击穿试验) 、 热冲击试验和几千小 时加速水树 试验 ， 并对加速老化后 的电缆样品进行水树检查和 收稿 日期 ： 2 0 0 2 0 3 1 8 作者 简介 ： 黄淑贞 ( 1 9 5 6 一) ， 女 ， 福 建 莆 田人 ， 高级工程 师 作者地址 ： 广东南海市 平洲区永安 中路 2 6号 5 2 8 2 5 1 统计。这些试验都在 1 5 k V级 电缆样品上进行 ， 所 需 时 间约 1 2 年 。 在我 国， 尚未有电缆厂家或检测部门开展过 中 压交联电缆 的鉴定试验项 目的报导 。因此我们希望 能够与有关检测部 门一起开展这项可靠 性研究工 作 。 2 试验 程序 鉴定试验的程序流程 图如图 1所示 ， 由 7 个基 本试 验 组成 ， 共 需 2 1 个 样 品 。试 验分 别在 未 老化 的 样品和经受过热预处理及湿老化的样品上进行高电 压一 时间试验 和热 冲击试验 ， 同时对样品 1 3 2 1 进 行水树的统计。7个试验概述如下 ： 1号试验 ： 样 品 1 ， 2和 3是未老化样品， 经受高 电压一 时间试验 ( HVTT) ， 也称为交流击穿试验 。样 品 1在进 行 HVTT 试验 之 前 要 进 行 局 放 和介 损 试 验 。 2号试 验 ： 样 品 4 ， 5和 6是未 老 化样 品 ， 经 受 热 冲击 试 验 。 3号试验 ： 样品 7 ， 8和 9在进行 1 4 d负载循环 ( 热 预处 理 ) 之后 ， 进 行 HVTT试 验 。样 品 7在进 行 HVT T 试 验之 前还 要进 行 局放 和介 损 试验 。 4号试验 ： 样品 1 0 ， 1 1 和 1 2在进行 1 4 d负载循 环之后 ， 进行热冲击试验。 5号试验 ： 样品 1 3 ， 1 4和 1 5在进行 1 4 d负载循 环 之 后 ， 再 浸 入 水 中 1 2 0 d进 行 湿 老 化 ， 然 后 进 行 HVT T 试验 ， 并统计水树。样 品 1 3在进 行 HVTT 维普资讯 2 0 0 2年第 5期 No 5 2 00 2 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 0 2年 1 O月 0c t 2 0 0 2 图 1 鉴定试验程序流程 图 试验之前还要进行局放和介损试验 。 6号试验 ： 样品 1 6 ， 1 7和 1 8在进行 1 4 d负载循 环 之后 ， 再 浸入 水 中 1 8 0 d ， 然后 进 行 HVTT试 验 ， 并统计水树 。 7号试验 ： 样品 1 9 ， 2 0和 2 1 在进行 1 4 d负载循 环 之 后 ， 再 浸 入 水 中 3 6 0 d ， 然 后 进行 HVTT试 验 ， 并统计水树。 如果 电缆符合第 5号试验 的规定 ， 则 已符合鉴 定试验 ( AwTT) 的要求 。第 6号试验与第 7号试验 仅为获取相关试验数据 ， 供技术参考。 4 2 3性能要 求 鉴定试验所需进行的 7 个试验的性能要求可见 表 1 。每一次试验样 品数为 3个。 4试验 方法 4 1 高 电压一 时 间试 验 ( HVn ) 应在流程图中所示的第 1 ， 3 ， 5 ， 6和 7号试验的 电缆样品( 即样品 1 ， 2 ， 3 ， 7 ， 8 ， 9 ， 1 3 2 1 ) 上进行高 电压 一 时 间试 验 。试验 在 室温 下 的 电缆样 品上 进行 。 维普资讯 2 0 0 2年第 5期 No5 20 02 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& C a b l e 2 0 0 2年 l O月 0c t 20 02 表 1 鉴定试 验的性能 要求 试 验 开始 后 给 电 缆 施 加 试 验 电 压 1 7 5 k V 并 保持 5 mi n 。然后电压按每级 7 k V 速度逐级升压 ， 并在每个 电压级保持 5 mi n ， 直 到除终端外 的电缆 被 击 穿 。 如 果在 终 端 处 发 生 击 穿 ， 并 且 击 穿 电压 还 没 有 达到 1 9 2 5 k V， 则 电缆样 品必须重接终端并重复试 验 。重接终端后 ， 在电缆样 品上施加 的电压仍然 由 1 7 5 k V 开始 ， 持续 3 0 S 。然后 电压按每级 7 k V 的 速度逐级增加， 并在每级保持 3 0 S ， 持续到发生终端 击穿时的那一级 电压。 在该电压级时， 应保持电压 5 mi n ， 然 后 继 续 按 每 级 7 k V 的速 度 逐 级 升 压 ， 并 在 每个 电压级保持 5 mi n， 直到电缆击穿 。 进行第 5 7号试验时 ， 样 品从水中取出后， 应 在 2 4 h内进行 HVTT试验 。否则样 品仍应保存在 水 中 。 电缆击穿后 ， 应切断击穿点 ， 切片检查击穿点的 缺陷， 并且测量最接近击穿点的绝缘厚度。 样 品 1 ， 7和 1 3在 进行 HVTT 试验 之 前必 须 进 行局放和介损试验。 同时在完成 HVT T试验后必须 测量 这 些 样 品 的半 导 电屏 蔽 和 绝 缘 层 厚 度 ， 以及 绝 缘屏蔽剥离强度 。在室温下将绝缘屏蔽从绝缘上剥 离所 需 的力 应不 小 于 1 3 4 N， 但 不 大于 1 0 7 N。 4 2热 冲 击试 验 热冲击试验是在流程 图中所示 的第 2号和第 4 号试 验 的电缆 样 品 ( 即样 品 4 - 6和 1 0 - - 1 2 ) 上 进行 的 。 将 电缆样 品放置在 直径为 7 6 2 mm 的 P E或 P VC塑料管道 中， 管道两端密封。在电缆样 品导体 上通 以电流加热( 注 ： 国外通常使用电流互感器 ， 使 电缆样 品导体上产生感应 电流来加热 ， 以下相同) ， 使位于管道 内电缆 的导体温度达 到1 3 0 。 C的稳定状 态 。 试验时对 电缆样品施加 冲击电压( 1 1 0 k V) ， 正 负极性各 1 O次。 最后一次 1 1 0 k V 负极性冲击后 ， 再 升高电压 ， 每一级升压约 2 7 5 k V， 并在每一级进行 三次负极性冲击 ， 直至除终端外的电缆击穿 。 4 3 1 4 d负载 循环 试 验 负载循环试验 旨在对流程 图中所列 的第 3 7 号试验提供预处理 ， 因此通常也称为热预处理 。 电 缆 样 品 安 装 在 直 径 为 7 6 2 mm 的 P E 或 P V C管道 中， 两端封闭。通过对 电缆导体通以加热 电流( 金属屏蔽中无 电流) 使导体达到规定的温度。 负载循环试验由 1 4个热负载循环组成 。 一个负 载循环 2 4 h规定为一个周期 ， 在此期间 的前 8 h加 电流 ， 后 1 6 h不 加 电流 。在 每次 加 电流 的最 后 4 h 中 ， 管 道 内 的电缆 导 体 温度 应 为1 3 0 。 C。在 不 加 电流 的周期中， 电缆的导体温度应降至为环境温度 5 o C 的范围内。负载循环试验期间电缆上不加 电压 。 在进行 负载循环试验之前 ， 通常设立一个模拟 电缆 回路 ， 以建立导体电流 、 导体温度和绝缘屏蔽温 度 之 间 的关 系 。 负载循 环试验完成后 ， 取 出样 品 7 ， 8 ， 9进行高 电压一 时间试验 ， 样 品 1 O ， 1 1 ， 1 2 进行热 冲击试验 。 剩 余的样 品 1 3 2 1在管道 中继续进行 AwTT试验 。 4 4加 速水 树试 验 ( AWTT) 在完成 1 4 d负载循环试 验后 ， 将经受 AWTT 试验的电缆样 品( 样 品 1 3 2 1 ) 放置在一个充满水 的 P E或 P VC管 道 中 ， 同时 在整 个 试 验期 间导 体 间 隙都 充满 水 。每 根 电缆 在试 验 电压 下 老化 。 三个 样 品老 化 1 2 0 d， 然后 经受 HVT T 试验 ( 第 5号试 验 ) 。 三个 样 品老 化 1 8 0 d后经 受 HVT T 试 验 ( 第 6号试 验 ) ， 三个 样 品老 化 3 6 0 d后 经 受 HVTT 试 验 ( 第 7号 试验 ) 。 在整个 AwT T试 验期 间中， 对 电缆持续施 加 2 6 3 k V( 5 O或 6 0 Hz) 交 流 电 压 。在 老 化 1 d之 内 规 定 必须 2 4 h持 续施 加 电压 。 在每个 星期 内， 电缆样品应进行持续 5 d的热 负载循环 ， 以及随后持续 2 d的无负载循环 ， 为一个 循环周期 。 在 5 d连续的负载循环周期中， 在样品的 导体中加电流 8 h ， 停止 1 6 h 。 在加电流的最后一段 时 间里水 中电缆 的绝 缘 屏蔽 温 度要 达 到 4 5 o C3 。 C； 此后进行不 加电流 2 d ， 在整个 AwT T试验 期间 ， 重复着这样的循环周期 。 负载循环 的天数和无负载循环的天数合计作为 老化 的天数。值得注意的是 AwTT试验期间的温 度分布不 同于负载循环试验期间的温度分布。 与上述相 同， 为了建立导体电流 、 导体温度和绝 缘 屏 蔽 温 度 之 间 的关 系 ， 在 进 行 AW T T 试 验 前 要 测 试 一根 模 拟 电缆 。 、 4 5水树 统计 在 完 成 三 个 AWT T 老 化 周 期 并 进 行 HVTT 43 。 维普资讯 2 0 0 2 年第 5期 NO5 2 0 02 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e& Ca b l e 2 0 0 2年 1 O月 oC t 。 2 0 0 2 试验之后 ， 在电缆样 品 1 3 2 1 上靠近击穿处切取薄 试片进行染色并检查和统计水树数量及尺寸 。此试 验数据仅供技术参考。 4 6局 放 及介 损试 验 为了监测老化期 间电缆样 品电气性能的变化 ， 样品 1 ， 7和 1 3在进行 HVTT试 验之前 ， 必须进行 局放试验 和介损试验。样品 1的试验结果应符合规 定要求 ， 样 品 7和样 品 1 3的试验数 据仅供技 术参 考 。 局 放 试 验 时 ， 电 压 升 高 至 3 5 k V， 应 维 持 至 少 1 0 S ， 但不超过 3 mi n， 测试此 时的局放值应不超过 5 p C； 介质损耗应不大于 0 1 。 4 7 模 拟 电缆 的建 立 为了建立负载循环和 AWT T试验 中电流和温 度之 间 的关 系 ， 需 要 配置 模 拟 电缆 。 在管道安装好之后但在电缆样品安装之前 ， 在 管道 内放入 一 根模 拟 电缆 。 为 了监 测样 品 的温 度 ， 在 模拟 电缆管道外 的导体上 、 管道 内中间位置的导体 上、 管道 内中间位置的绝缘屏蔽上分别安装热电偶 。 在模拟 电缆 的导体 中加电流 8 h ， 随后 1 6 h不 加电流( 一个循环周期) ， 但模拟电缆上不加电压。 为了建立负载循环试验 中导体电流、 导体温度 和绝缘屏蔽表 面温度之间 的关 系， 升高模拟电缆 的 导体电流使导体温度稳定在1 3 0 。 C。 记 录最终的绝缘 屏 蔽 的 温度 和 电流值 。 为了建 立 AWT T试 验 中导体 电流、 导体 温度 和绝缘屏蔽表面温度之 间的关系 ， 在管道和模拟电 缆的导体 中充满水。 在加 电流的 8 h中， 电流应使水 中绝 缘屏蔽温度在加 电流的最后一段 时间里达 到 4 5 。 C士3 。 C。记录最终的导体温度 、 绝缘屏蔽温度和 电流 值 。 一 旦这些 温度一 电流关 系确定 后 ， 移走 模拟 电 缆 ， 开始 负载 循环 和 AWTT 试验 。 5结束语 交联电缆 的鉴定试验旨在证明一个制造厂提供 具备规定性能的高质量电缆的能力 。该试验是在相 对短的时间内， 为判别 电缆能否长期运行提供依据 ， 同时也是鉴别绝缘 和屏蔽材料的质量和制造工艺优 劣的一个 比较好的手段。 该试验工作量大 ， 技术要求 高 ， 试验时间长。我们期望通过这项试验和研究 ， 能 够 了解鉴定试验前后绝缘材料的性能参数变化 ， 分 析和推断电缆 的可靠性指标 ， 为综合评价 电缆的性 能提供数据 。 参考 文献 ： 1 I CE A S - 9 4 6 4 9 1 9 9 7 ， S t a n d a r d f o r C o n c e n t r i c Ne u t r a l C a b l e s Ra t e d 5 0 0 0 4 6 0 0 0 Vo l t s S 2 AE I C C S 8 - 2 0 0 0 ， S p e c i f i c a t i o n for E x t r u d e d D i e l e c t r i c ， S h ie l d e d P o w e r C a b l e s R a t e d 5 t h r o u g h 4 6 k V S 郑州 电缆厂职工大学开办电缆工艺 实用人才培训班 郑州电缆厂职工大学拥有一 支由电线电缆专业高级讲 师、 高级工程师、 工人 技师等组成的师资队伍 ， 理论 、 实践经验丰富， 教学、 实验设施齐全 ， 能有效开展针 对性 、 实用性 强的技 术培训 。 现 面向全 国线缆 企业开展 电缆 工艺 实用培 训 ， 培训 时 间四 个 月 。 主要培训 内容： 电缆制造工艺、 电缆设备、 电缆检验 、 计算机应用等。 学校也可根据企业需求开展其他 实用性技 术培训 ， 学校建有 学生公寓和餐 厅， 欢迎来人、 来电联 系协商。学校备有简章 ， 来函即寄。 校址 ： 郑州市 中原区颖河路 7 O号 邮编 ： 4 5 0 0 0 6 电话 ： ( 0 3 7 1 ) 7 8 7 8 6 9 1 传真 ： ( 0 3 7 1 ) 7 8 7 8 7 9 8 联 系人 ： 李建有 手 机 ： 1 3 8 3 8 3 3 1 2 9 5 维普资讯