額定電壓1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)鋁合金芯擠包絕緣電力電纜抗開(kāi)裂試驗(yàn)（熱沖擊試驗(yàn)）檢測(cè)技術(shù)研究

抗開(kāi)裂試驗(yàn)，亦稱(chēng)熱沖擊試驗(yàn)，是評(píng)估額定電壓1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)鋁合金芯擠包絕緣電力電纜絕緣層和護(hù)套層在高溫環(huán)境下抗熱開(kāi)裂能力的關(guān)鍵質(zhì)量控制項(xiàng)目。該試驗(yàn)旨在模擬電纜在運(yùn)行過(guò)程中因過(guò)載或短路產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，或暴露于高溫環(huán)境后，其聚合物材料耐受熱應(yīng)力的性能，防止因材料劣化導(dǎo)致絕緣失效，保障電網(wǎng)安全。

1. 檢測(cè)項(xiàng)目：方法與原理

抗開(kāi)裂試驗(yàn)的核心是通過(guò)施加特定的高溫條件，加速評(píng)估電纜擠包絕緣（如XLPE、PVC等）和護(hù)套（如PVC、PE、無(wú)鹵低煙聚烯烴等）的抗熱裂化能力。主要方法及原理如下：

1.1 絕緣熱沖擊試驗(yàn)

• 原理：將一段規(guī)定長(zhǎng)度的電纜試樣緊密地繞在規(guī)定直徑的試棒上，隨后置于一個(gè)持續(xù)特定時(shí)間的高溫環(huán)境中。高溫會(huì)加速聚合物材料的老化，而繞在試棒上的彎曲狀態(tài)則施加了持續(xù)的機(jī)械應(yīng)力。試驗(yàn)后，檢查試樣絕緣層表面是否出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的裂紋。若未出現(xiàn)，則判定材料在該條件下具備足夠的抗熱開(kāi)裂性。

• 關(guān)鍵參數(shù)：

  • 試驗(yàn)溫度：依據(jù)電纜絕緣材料的類(lèi)型和額定電壓等級(jí)確定。通常高于電纜長(zhǎng)期允許工作溫度，以加速測(cè)試。例如，對(duì)于交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣，試驗(yàn)溫度常設(shè)定為（150±3）℃。

  • 試驗(yàn)時(shí)間：標(biāo)準(zhǔn)通常規(guī)定為1小時(shí)或4小時(shí)。

  • 試棒直徑：與電纜的標(biāo)稱(chēng)外徑相關(guān)，以確保施加的彎曲應(yīng)力是標(biāo)準(zhǔn)化的。例如，標(biāo)準(zhǔn)可能規(guī)定試棒直徑為電纜試樣外徑的4~5倍（具體倍數(shù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定）。

  • 繞繞方式：通常要求緊密纏繞，圈數(shù)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如至少5圈）。

1.2 護(hù)套熱沖擊試驗(yàn)

• 原理：與絕緣熱沖擊試驗(yàn)類(lèi)似，但試驗(yàn)對(duì)象是電纜的護(hù)套。通常采用啞鈴片或管狀試樣進(jìn)行。對(duì)于啞鈴片法，將沖裁好的護(hù)套啞鈴試片置于規(guī)定溫度的烘箱中，在規(guī)定時(shí)間后檢查是否開(kāi)裂。對(duì)于管狀試樣法，則是將一段護(hù)套（可從完整電纜上剝?nèi)。┨自诮饘僭嚢羯希缓筮M(jìn)行高溫試驗(yàn)。

• 關(guān)鍵參數(shù)：同樣包括試驗(yàn)溫度（依據(jù)護(hù)套材料確定，如PVC護(hù)套可能為（80±2）℃或更高）、試驗(yàn)時(shí)間（如168小時(shí)）和試棒直徑。

1.3 原理深度解析
該試驗(yàn)的本質(zhì)是評(píng)估聚合物材料的熱彈性和熱氧化穩(wěn)定性。在高溫下，聚合物分子鏈段運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，同時(shí)可能發(fā)生氧化交聯(lián)或降解。當(dāng)材料處于彎曲應(yīng)力狀態(tài)下，其內(nèi)部應(yīng)力分布不均，若材料的熱穩(wěn)定性不足或彈性恢復(fù)能力差，在熱和應(yīng)力的共同作用下，分子鏈容易發(fā)生斷裂，宏觀上即表現(xiàn)為開(kāi)裂。開(kāi)裂會(huì)嚴(yán)重?fù)p害電纜的電氣絕緣性能和機(jī)械保護(hù)性能。

2. 檢測(cè)范圍：應(yīng)用領(lǐng)域需求

抗開(kāi)裂試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于以下領(lǐng)域，以滿足不同工況對(duì)電纜耐熱性能的嚴(yán)苛要求：

• 固定敷設(shè)電力傳輸系統(tǒng)：用于工頻額定電壓1kV和3kV的輸配電線路，確保在正常負(fù)荷電流及可能的過(guò)載情況下，電纜絕緣不會(huì)因?qū)w發(fā)熱而開(kāi)裂。

• 建筑內(nèi)部配電系統(tǒng)：在高層建筑、大型商業(yè)綜合體等場(chǎng)所，電纜密集敷設(shè)，散熱條件較差，且可能靠近熱源，要求電纜具備良好的長(zhǎng)期耐熱性。

• 工業(yè)應(yīng)用環(huán)境：如冶金、化工、礦山、電站等，環(huán)境溫度高或存在周期性熱源，電纜需承受持續(xù)或間歇性的高溫考驗(yàn)。

• 軌道交通：地鐵、輕軌等車(chē)輛用電纜及地面供電電纜，需耐受運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量以及設(shè)備艙內(nèi)的高溫環(huán)境。

• 新能源領(lǐng)域：光伏電站、風(fēng)電場(chǎng)中使用的集電線路電纜，暴露于戶(hù)外，需承受日光輻射導(dǎo)致的高溫。

• 船舶及海上設(shè)施：船艙內(nèi)環(huán)境溫度較高，電纜需通過(guò)嚴(yán)格的耐熱和阻燃測(cè)試。

3. 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)內(nèi)外規(guī)范引用

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電纜抗開(kāi)裂試驗(yàn)均有明確規(guī)定，確保了測(cè)試的一致性和可比性。

• 標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）：

  • GB/T 12706.1-2020《額定電壓1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)擠包絕緣電力電纜及附件 第1部分：額定電壓1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)電纜》：該標(biāo)準(zhǔn)是1kV和3kV電纜的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。其第18.4條（絕緣熱沖擊試驗(yàn)）和第19.10條（ST2型PVC護(hù)套熱沖擊試驗(yàn)）詳細(xì)規(guī)定了試驗(yàn)方法、試樣制備、試驗(yàn)條件（如溫度、時(shí)間、試棒直徑）和合格判據(jù)。例如，規(guī)定XLPE絕緣熱沖擊試驗(yàn)溫度為（150±3）℃，持續(xù)時(shí)間1h；PVC護(hù)套熱沖擊試驗(yàn)為（150±3）℃，持續(xù)時(shí)間1h（對(duì)非電鍍線導(dǎo)體）或（130±3）℃，持續(xù)時(shí)間1h（對(duì)電鍍線導(dǎo)體）。

  • GB/T 2951.31-2008《電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法 第31部分：聚氯乙烯混合料專(zhuān)用試驗(yàn)方法 高溫壓力試驗(yàn)-抗開(kāi)裂試驗(yàn)》：詳細(xì)規(guī)定了PVC護(hù)套的抗開(kāi)裂試驗(yàn)方法。

  • GB/T 2951.32-2008《電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法 第32部分：聚氯乙烯混合料專(zhuān)用試驗(yàn)方法 失重試驗(yàn)-熱穩(wěn)定性試驗(yàn)》：雖然主要測(cè)熱穩(wěn)定性，但與之相關(guān)。

• 電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（IEC）：

  • IEC 60502-1:2021《額定電壓1kV(Um=1.2kV)到30kV(Um=36kV)擠包絕緣電力電纜及附件 第1部分：額定電壓1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)電纜》：內(nèi)容與GB/T 12706.1等效，是通用的標(biāo)準(zhǔn)。

  • IEC 60811-509:2012《電纜和光纜-非金屬材料的試驗(yàn)方法-第509部分：機(jī)械試驗(yàn)-絕緣和護(hù)套的熱沖擊試驗(yàn)》：提供了絕緣和護(hù)套熱沖擊試驗(yàn)的通用方法。

• 其他標(biāo)準(zhǔn)：

  • UL標(biāo)準(zhǔn)（如UL 44, UL 83）、BS標(biāo)準(zhǔn)、EN標(biāo)準(zhǔn)（如EN 50395等） 均有相應(yīng)的熱老化或熱沖擊測(cè)試要求，具體參數(shù)可能因材料和應(yīng)用而異。

4. 檢測(cè)儀器：主要設(shè)備及功能

完成抗開(kāi)裂試驗(yàn)需依賴(lài)一系列專(zhuān)用設(shè)備，構(gòu)成完整的測(cè)試系統(tǒng)。

• 熱沖擊試驗(yàn)箱（烘箱）：

  • 功能：提供并精確維持試驗(yàn)所需的高溫環(huán)境。

  • 技術(shù)要求：

    • 溫度范圍：室溫至300℃以上，以滿足不同材料的測(cè)試需求。

    • 溫度均勻性：箱內(nèi)各點(diǎn)溫度與設(shè)定溫度的偏差應(yīng)小于±2℃（如±1.5℃），確保試樣受熱均勻。

    • 控溫精度：通常要求優(yōu)于±1℃。

    • 空氣循環(huán)系統(tǒng)：強(qiáng)制對(duì)流系統(tǒng)，以保證溫度均勻性和熱交換效率。

    • 測(cè)溫系統(tǒng)：配備經(jīng)校準(zhǔn)的鉑電阻或熱電偶，實(shí)時(shí)監(jiān)控并記錄箱內(nèi)實(shí)際溫度。

    • 安全裝置：超溫保護(hù)、定時(shí)器、觀察窗等。

• 試棒組：

  • 功能：作為電纜試樣纏繞的芯軸，提供標(biāo)準(zhǔn)化的彎曲曲率。

  • 技術(shù)要求：

    • 材質(zhì)：通常為金屬（如黃銅、鋼），表面光滑，無(wú)毛刺，以免損傷試樣。

    • 直徑系列：需配備一系列不同直徑的試棒，以適應(yīng)不同外徑的電纜試樣，直徑精度應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

    • 結(jié)構(gòu)：應(yīng)有足夠的剛性和長(zhǎng)度，便于固定纏繞的電纜試樣。

• 試樣制備工具：

  • 功能：用于截取和制備標(biāo)準(zhǔn)要求的電纜段或啞鈴試片。

  • 包括：電纜切割刀、啞鈴刀（用于沖裁護(hù)套啞鈴試片）、游標(biāo)卡尺（用于精確測(cè)量電纜外徑和試片厚度）。

• 觀察與測(cè)量設(shè)備：

  • 功能：試驗(yàn)后對(duì)試樣進(jìn)行檢查和評(píng)判。

  • 包括：

    • 照明放大鏡或體視顯微鏡：用于仔細(xì)觀察絕緣或護(hù)套表面，識(shí)別微小的裂紋。放大倍數(shù)通常為2~10倍。

    • 正常視力檢查：在良好光線下，用肉眼從各個(gè)角度觀察試樣。

綜上所述，抗開(kāi)裂試驗(yàn)（熱沖擊試驗(yàn)）是評(píng)價(jià)1kV和3kV鋁合金芯擠包絕緣電力電纜材料性能和制造工藝可靠性的重要手段。通過(guò)嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)方法，使用精密的檢測(cè)儀器，可以有效把控電纜產(chǎn)品質(zhì)量，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)保障。