电线电缆高温压力试验的研究

季伟 刘晓晖 刘皓

（沧州出入境检验检疫局河北沧州061001）

电线电缆高温压力试验的研究

季伟 刘晓晖 刘皓

（沧州出入境检验检疫局河北沧州061001）

电线电缆高温压力试验是考核PVC材料在高温状态下的抗压性能、评判电线电缆产品质量的常用指标，试验过程按照国家标准GB/T 2951.31-2008进行。以外径6 mm及以下的不同规格型号试样高温压力试验为例，通过控制压痕处切片形状、厚度测量点位置选择等关键细节，达到控制试验结果离散性的目的。

电线电缆；绝缘；高温压力试验

1 前言

电线电缆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而变形后，当除去外力、温度降低时的恢复能力，用于考核电线电缆绝缘材料在高温状态下的抗压性能，它是评判电线电缆产品质量的常用指标之一。

现行国家标准GB/T 2951.31-2008[1]中，规定了电线电缆高温压力试验的相关方法，但在实际工作中发现，不同人员操作细节上差别很大。如有的在试样上画上标记线，有的不画线；压痕处切片方式不同，获得的薄片形状不同等等。最终造成了检测结果不一致。

已有许多研究者对电线电缆高温压力试验进行了研究[2-4]，但这些研究集中于小截面硬导体的样品，适用面窄；比较强调检测数据的计算与分析，对于有关薄片测量细节的描述较少。本研究针对外径6 mm及以下不同规格型号试样高温压力试验操作与分析，提出了对压痕处切片形状、厚度测量点位置选择等关键细节的理解。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 仪器设备

自然通风老化箱（YH-8736，温度偏差≤±2℃）、高温压力试验装置（YH-8849A）、影像测量仪（VMS-1510F，读数精确至0.01 mm）：东莞市常平锐铧电子仪器厂，所有设备均检定合格，且在试验过程中均处于受控状态。

其他辅助用设备和物质有：电子天平、游标卡尺、冷水、锋利的剃刀刀片等。

2.1.2 被测样品

以下被测样品均来自河北新宝丰电线电缆有限公司。

（1）小截面硬导体样品：60227IEC 01（BV）450/750V 6 mm2；（2）小截面绞合导体样品：BVR 450/750V2.5 mm2；（3）特殊样品：60227IEC01（BV）450/750V10mm2。

2.2 方法

2.2.1 检测依据

按照GB/T 2951.31-2008/IEC 60811-3-1：1985《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法—高温压力试验—抗开裂试验》进行。

2.2.2 环境条件

（23±1）℃，（25-65）%RH。

2.2.3 试验过程

2.2.3.1 样品制备与厚度尺寸测量

对于每个被试绝缘线芯，从每个长度约300 mm样段上截取3个相邻的试样，试样长度约为100mm，在每个试样端头分别切取一个薄片供绝缘平均厚度和外径尺寸的测量。

绝缘平均厚度的测量：将试片置于投影仪的工作面上，切割面与光轴垂直，第一次测量应在绝缘最薄处进行，依次在试片径向测量6点，6个测量值的平均值作为该样段的绝缘平均厚度。

外径尺寸的测量：将试片置于投影仪的工作面上，切割面与光轴垂直，在互相垂直的两个方向上分别测量，2个测量值的平均值作为该样段的外径平均值。

2.2.3.2 试样施加压力计算

刀片作用于试样上的压力F，按照公式（1）计算：

式中：k-有关电缆产品标准中规定的系数，本试验中取k=0.6；

δ-试样绝缘厚度的平均值（mm，保留2位小数）；

D-试样外径平均值（mm，保留2位小数）；

D、δ按2.2.3.1的步骤在试样端头切取的薄片上测得。

F-刀片作用于试样上的压力（g），其计算值可以向较小值化整，但舍去的值应不超过3%。

2.2.3.3 样品的处理与放置

压痕装置由刀口厚度为（0.70±0.01）mm的矩形刀片组成，刀片可对试样加压。每个试样放置在支撑板上，试样的固定方式不应使试样在刀片压力下发生弯曲。刀片也应与试样轴线垂直，并沿垂直于试样轴线的方向施加上述计算出的压力。

（1）测试前首先对约300 mm的样段进行校直，用细墨水笔在试样外表面沿轴线方向画上标记线，预先画好压痕点的位置。试样用手拧成s型，使其在支撑的平面上固定不滚动。

（2）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；使用游标卡尺测量并标记刀口的中部位置，避免刀具压载试样时向一边倾斜。

（3）高温压力值与被测样品圆整度有关，对于圆形试样而言，椭圆度小，高温压力值集中；椭圆度大，高温压力值离散。将线芯看成一个椭圆，椭圆的长轴平行于支架放置，这样操作能使试样重心降低，提高操作稳定性。

2.2.3.4 试样加热

试样在温度为80℃的空气烘箱中放置4 h。整个加热过程中，试验设备和试样放在烘箱中不应振动，任何可能引起试样振动的设备诸如鼓风机等，不允许直接与烘箱接触。烘箱温度稳定后，迅速平稳放入装置，整个试验期间烘箱温度波动不能超过±2℃。

2.2.3.5 冷却

规定的加热时间结束后，用冷水喷射压在刀口下的试样使其在烘箱中及压力作用下迅速冷却。绝缘试样冷却至室温并不再继续变形后，从试验装置中取出，然后浸入冷水中进一步冷却。试样冷却后应立即进行压痕深度的测量。

2.2.4 厚度尺寸测量与数据结果计算

按照标准GB/T 2951.31-2008要求，进行压痕深度的测量：抽出导体留下管状绝缘试样，在压痕处和压痕附近（离开压痕处3-5 mm）的位置横向切取两个试片，压痕深度应是剖面图1和剖面图2的测量值之差。全部测量值均应以mm计，精确到小数点后两位（简称方法一），如图1所示。

图1 标准GB/T 2951.31-2008中小试样的压痕测量方法

每个试样测得的压痕深度与该试样绝缘平均厚度的比值作为测试结果，以%计算，保留1位小数。绝缘高温压力试验测量结果取3个试样测试结果的中间值（下称“压深率”）。

3 结果分析

3.1 小截面硬导体样品绝缘高温压力试验

许多研究者[2-4]在进行小截面硬导体样品的绝缘高温压力试验时，获取的压痕典型图像如图2、图3所示。在图2中，两个平面交汇处有明显的阴影（或者亮光）干扰测量，对最终结果产生或大或小的影响。分析阴影/亮光的产生有两个来源，一是矩形刀片的倒角，经过长时间的使用，变得圆滑；二是使用刀片切试片，无法做到理论上的垂直于轴线，影像仪光线投射在样品上产生阴影/亮光。

图2 压痕测量剖面图1

图3 压痕测量剖面图2

本研究测的是立体图形，在影像仪上显示的是平面图形，试验过程中采用以下的处理办法——在压痕试片切取时按照图4所示获取，这样进行测定时，能有效规避阴影/亮光的干扰。

图4 改进的压痕测量剖面图1

由于要切取的试片非常小，操作一定要精细，测量前可以用极细的笔在试件上做好记号。

按照以下试验参数（绝缘厚度0.96 mm、外径4.22 mm、温度80℃、时间4 h）进行了10次重复试验，压深率分别为38.5%、39.6%、39.6%、38.5%、37.5%、38.5%、37.5%、38.5%、36.5%、39.6%。按照标准GB/T 2951.31-2008进行判定，均为合格；按照本实验室对该项目的不确定度评定结果，该值为38.5%±4.4%，（包含因子k=2），以上10组数据均满足要求。

3.2 小截面绞合导体样品绝缘高温压力试验

样品BVR 450/750V 2.5 mm2中导体由19根直径为0.40 mm的单线绞合而成，绝缘高温压力试验获得的压痕典型图像如图5所示。

图5 BVR 450/750V 2.5 mm2压痕测量剖面图1和剖面图2

由于导体绞合扭转，造成压痕处与压痕附近对应位置的两个图像不一致，难于选择与压痕对应的测量点进行厚度测量，为试验带来了困难。

这时候要充分考虑标准中测量方法的本质，压痕处厚度与压痕附近处厚度相减，就是排除其他因素的影响，最大程度体现出高温与机械压力对于试样的复合影响。处理办法是测量导体线芯绞合节距，按照绞合情况、绞合方向在绝缘外表面受力处做好标记，与某一条导体单线上下垂直对齐。在本例中，线芯绞合节距为100 mm，在离压痕处3-5 mm的地方，单线的旋转角度为10°-18°，按照绞合方向旋转相应角度，选择压痕对应测量点位置进行测量。图5中十字线的水平线与试片图像相交的位置即为测量位。

按照以下试验参数（绝缘厚度0.77 mm、外径3.73 mm、温度80℃、时间4 h）进行5次重复试验，压深率分别为35.0%、37.6%、39.8%、38.5%、34.2%，按照标准GB/T 2951.31-2008进行判定，均为合格。

3.3 一种特殊样品的试验数据分析

在实际测试中碰到一种比较特殊的样品，60227IEC 01（BV）450/750V 10 mm2，在标准GB/T5023.3-2008[5]中，该产品导体为第二类导体，绝缘厚度规定值为1.0 mm，平均外径上限6.7 mm，下限5.6 mm。有的试验员测得的外径平均值为6.0 mm，按照方法一进行检测；有的试验员测得的外径平均值为6.1 mm，按照图6中方法（标准GB/T 2951.31-2008中大尺寸试样压痕测量方法）进行检测：沿着试样的轴线方向，垂直于压痕从试样上切取一窄条试片。将窄条试片平放在读数显微镜或测量投影仪下，并将十字线调到压痕底部和试片外侧（简称方法二）。不同方法获得的图形如图7、图8所示。

图6 标准GB/T 2951.31-2008中大尺寸试样压痕测量示意图

图760227 IEC 01（BV）450/750V 10 mm2压痕测量1

图860227 IEC 01（BV）450/750V 10 mm2压痕测量2

按照图7试验参数（绝缘厚度1.08 mm、外径6.03 mm、温度80℃、时间4 h）进行5次重复试验，压深率分别为35.2%、31.5%、36.1%、36.1%、37.0%；按照图8试验参数（绝缘厚度1.11mm、外径6.08 mm、温度80℃、时间4 h）进行5次重复试验，压深率分别为25.2%、25.2%、27.0%、27.9%、28.8%。按照标准GB/T 2951.31-2008进行判定，均为合格。

同一个试样，不同的压痕测量方法获得的结果差别很大，笔者分析其原因：一是由于各种因素的影响，导致试验冷却后样品的形状不规则，测量时不能按照理想、规则的圆柱体进行简化处理；二是试样直径越小，绝缘层张力越大，试样切开后变形越明显，这涉及到更为复杂的力学问题。

厚度尺寸恰好在6 mm边缘的试样高温压力实验，在笔者所能查阅到的论文资料中，均未谈到；历年的能力验证样品的选择，均明显的远离这一区域，笔者认为这是为了避免分歧。因此，笔者认为，面对这种特殊的情况，两种方法各有各的含义，没有必要划分谁对谁错。

4 结论

本研究介绍了外径6 mm及以下不同规格型号试样高温压力试验操作中对压痕处切片形状、厚度测量点位置选择等关键细节的理解，应首先观察试样的结构特点，按照本研究提供的办法对试样进行分类处理，再进行正式试验。通过精细化试验操作，控制高温压力试验数据的离散性，获得高质量的数据，希望能为线缆检测工作者提供一些借鉴和帮助。

[1]GB/T 2951.31-2008/IEC 60811-3-1：1985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]季红.电线电缆绝缘高温压力试验研究[J].电线电缆，2012，8（04）：32-34.

[3]何兰君，夏锡彬，叶东东.电线电缆绝缘高温压力试验测量不确定度分析及评定[J].科技信息，2014，7：288-289.

[4]陈鼎.电缆PVC绝缘层高温压力试验结果的不确定度评估[J].电线电缆，2015，3：31-35.

[5]GB/T 5023.3-2008/IEC 60227-3：1997额定电压450∕750V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].

Research on High-Temperature Press Test of Insulation of Wires and Cables

JI Wei，LIU Xiaohui，LIU Hao
（Cangzhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Cangzhou，Hebei，061001）

High-temperature press test is concerned on resistance crushed performance of insulation materials，and the experiment is accorded with GB/T 2951.31-2008.The article studied measurement on pressure test at high temperature of insulations of wires and cables no more than 6mm in outside diameter.The results showed that the dispersion depends on the test measurement factors such as section shape and thickness measurement location.

Wires and Cables；Insulation；High-Temperature Press Test

TM247

E-mail：jiweidawang@126.com

2016-08-17