电线电缆绝缘高温压力试验研究

季 红

(江苏省产品质量监督检验研究院，江苏 南京210007)

0 引言

高温压力试验是电线电缆较为常见的检验项目之一，是指电线电缆绝缘或护套在一定温度下受外界机械力(或自重)而变形后，当除去外力，温度降低时能否恢复的能力，用于考核电线电缆绝缘材料在高温状态下的抗压性能。虽然该项目合格率较高，但在试验中我们经常发现试验数据较为离散。本文通过对60227 IEC 01(BV)450/750V 1×2.5电线进行多次试验，找到了其试验结果离散性的规律。这对提高高温压力试验结果的准确性具有现实意义。

1 高温压力试验方法及试验准备

试验按照GB/T 2951.31—2008/IEC 60811-3-1:1985规定要求进行。主要测试设备有空气烘箱、压痕装置、测温装置、投影仪等。其他辅助用设备和物质有电子天平、游标卡尺、金属垂直面校准块、冷水等。本次用于测量高温压力装置刀口参数(刀口宽度)为0.702 mm、0.700 mm、0.702 mm。

2 试验过程中的注意事项及其措施

2.1 试样的轴线方向与刀口的垂直

GB/T 2951.31—2008中8.1.3规定“刀片应与试样轴线垂直”。目前国内高温压力试验装置大都与图1类似，在试验过程中如何保证被试样品的轴线方向和刀口垂直是关系到试验成功与否的关键点之一。它取决于两个方面的因素:一是试样与试样支架尽量保持平行放置;二是刀具压载试样时不能向一边倾斜。

图1 高温压力试验装置

这两个方面的因素相互关联，必须要同时满足。试验过程中我们采用了如下的方法来尽量保证试验的准确性。

针对试样与试样支架尽量保持平行放置的这个因素，我们首先校直试样，并在试样支架上做好标记线，将试样按标记线位置与支架平行放置;针对刀具压载试样时不能向一边倾斜这个因素，由于刀具结构及质量呈对称分布状，我们采用游标卡尺测量出刀口的中部位置，并做好标记线。

2.2 试验过程中箱体防振

标准中8.1.5规定“试验设备和试样在烘箱中不应振动”。本次试验过程中选用常熟环境试验仪器厂生产的RL100型空气烘箱，属于自然通风，设备本身不带鼓风机，箱体周围环境也没有其他振动设施。

此外在试样支架的接口处采用了防振垫片，进一步减少了试验过程中极其微小的振动带来的影响，确保试验的高度准确性。

2.3 试样在刀片压力下是否弯曲

标准中8.1.3规定“小直径试样在支撑板上的固定方式不应使试样在刀片压力下发生弯曲”。由于刀片材质选用不锈钢质材料，刀口与试样接触并未和刚性支架接触，是符合标准要求的。

2.4 空气烘箱温度及温场监控

标准中8.1.5规定“试验中空气温度应一直保持在有关电缆产品标准规定的温度”。为确保空气烘箱温度及温场的稳定性，采用刻度值为2℃水银温度计及分辨率为0.05℃温度巡检仪对其进行了16h监控，1、2号巡检仪探头在箱体的有效温场内呈对角分布，监控数据如下图2。

图2 空气烘箱的温场监控数据

本次试验温度为80℃，从温度监控图2可以看出烘箱温度是满足标准规定要求的。

此外，我们还采用冰水、自来水来对试样进行冷却，并放置不同的时间。试验结果表明，冰水、自来水以及冷却时间长短对高温压力值的变化无明显影响。

3 试验数据

按照标准试验方法要求，我们选取了两根60227 IEC 01(BV)450/750V 1×2.5电线，截取了多段样品，每段长度为300 mm左右，试验时分别记为:模拟样品1，模拟样品2。每段样品我们都进行了厚度测量，并绘制了绝缘厚度和高温压力值之间关系图，见图3。

图3 绝缘厚度与高温压力值关系图

模拟样品1:绝缘厚度从0.771～0.888 mm，高温压力值分布在24%～36%之间;

模拟样品2:绝缘厚度从0.715～0.900mm，高温压力值分布在31%～44%之间。

从试验数据可以得出:高温压力试验结果数据较为离散，试验结果与样品厚度的关联性不大，并没有明显的变化趋势。厚度并不是影响高温压力数据离散性的主要原因。

如果我们对高温压力试验再做精细化，试验结果将出现截然不同的结果。所谓精细化的做法，即在模拟样品1上连续截取多段300 mm的样品，用标记线在轴线方向预先做好压痕点的位置，如图4所示。

图4 压痕标记线

试验结果就会相对比较集中，如图5高温压力精细化试验图所示。

图5 高温压力精细化试验图

模拟样品1:绝缘厚度从0.771～0.888mm，高温压力值分布在29%～31%;采用该方法，高温压力试验结果出现比较好的一致性，详见表1。

表1 模拟样品的高温压力试验结果分布

从上述数据表明，高温压力值并不随着绝缘厚度呈有规律的变化，高温压力值分布比较离散，与绝缘厚度之间无必然的关联，但当我们采用精细化做法时，高温压力试验结果表现出了较好的一致性。

4 理论分析

精细化做法和随机做法的主要区别在于:刀口需要压在画有标记线的地方，因为沿着标记线的方向，这段样品有着比较统一的圆曲面。

假设试验过程中:刀口的宽度为0.70mm，对于规则圆形截面，图6所示样品计算负重为F1;对于非规则圆形截面，图7所示样品计算负重为F2。

图6 规则圆形截面

图7 非规则圆形截面

根据力的平衡原理，压在绝缘上的F1力值要处于平衡状态，必须要有相反方向的同等大小的力与其相抵，即F1=F2。

如图6所示，负重为F1刀具在规定的试验时间内达到了平衡，则在A、B点必然存在如下关系:0.70×L1=0.70×L2，即刀口下的压痕面积相等。故L1=L2。

由于被试样品是规则圆形截面，所以压痕的深度h也是一致的。理论上也说明了在同等试验条件下，高温压力值与绝缘的厚薄是没有关系的。

同理，图7为非规则圆形截面，F2平衡时，压痕的面积应相等，即0.70×L1=0.70×L2。L1=L2，压痕在D处的深度必须要增加。

所以在D点的高温压力值必然要比C点的大。

由此我们可以初步得出一个结论，高温压力值与被测样品圆形规整度有关，即椭圆度。

对于圆形试样而言，椭圆度小，高温压力值集中，椭圆度大的，高温压力值离散。

由于生产工艺的局限性，要保证在整根电线上高温压力值具有一致性是很难的，它必然是一个离散的分布，它的离散程度与电线的椭圆度相关。

5 结束语

本文系统介绍了GB/T 2951.31—2008高温压力试验方法以及标准中注意事项的解决办法。通过随机和精细两种试验手段，解释了高温压力试验数据存在离散性的客观因素。并通过力学分析，从理论上解释了这一现象，即高温压力值与样品椭圆度有关。希望通过本文试验及分析对线缆检测工作者提供一些借鉴和帮助。

［1］GB/T 2951.31—2008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［S］.

［2］GB/T 5023.3—2008额定电压450/750 V及以下聚氯乙烯绝缘电缆第3部分:固定布线用无护套电缆［S］.

［3］王春江等主编.电线电缆手册［M］.北京:机械工业出版社，2002.

［4］蔡泰信.理论力学［M］.北京:机械工业出版社，2007.