CN103439611B - 一种电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置 - Google Patents

Abstract

一种电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置，包括测试控制系统、分析天平、带夹具的电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机、高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机、气体分析装置以及测试控制系统。该装置可一次性测量电线电缆的机械、电学以及在环境影响下的性能；能有效减少电线电缆的测量工作量，使得电线电缆的机械、电学以及在环境影响下的性能测量更集中、更有效，还可在老化过程中同步测量带护套电缆的释出气体组分。

Description

一种电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置

技术领域

本发明涉及一种电导率及抗拉与老化测试装置，特别涉及电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置。

背景技术

电线电缆广泛应用于各种生活和生产场所。由于其供应渠道多，因而产品质量差异较大，如为了降低成本，人为地将铜材缩水使截面积减小、或使用含杂质过高的再生铜，生产出电阻严重超标的产品，增大了电流在线路上通过时的损耗使发热加剧，对于架空高压线路用裸电线，其后果是线损增加、谐波传输复杂化；而对于带绝缘护套的电缆，不仅会增大线损和使谐波传输复杂化，更会因加速包覆绝缘层的老化而引发火灾。

据消防部门资料，近年来，我国发生的火灾有一半左右是电气火灾，其中电线电缆故障引起的火灾约占电气火灾的40%，由电缆引起的火灾尤其在民用领域居高不下。电线电缆引起火灾的根本原因是绝缘层和护套材料如塑料、橡胶、油浸渍纸等具有可燃性，电线电缆的铜芯熔点为1083℃，铝芯熔点为658℃，而电缆绝缘层的熔点远低于此，如聚乙烯的熔点仅为200℃，当密集敷设时熔点会更低。同时，电缆的使用寿命一般为15～20年，绝缘层在正常运行中会逐步自然老化使得电缆绝缘层容易被引燃，若使用时间过长、经常过负荷或过电压、加上绝缘层厚度不达标或安装不当(如电缆的弯曲半径太小、电线保护管管径偏小)等，绝缘层将加速老化，引发火灾的可能性将大大增加。另外，带绝缘护套电缆在生产工艺中的不达标，也是火灾隐患，护套的绝缘厚度不达标，会严重降低其耐电气强度、起不到正常的保护作用，缩短其使用寿命，甚至会被击穿从而发生电气短路或火灾。护套式绝缘的抗张强度及伸长率不合格，直接大大缩短其使用寿命，而且在施工或在长时间通电且温度较高的环境中，极易出现绝缘体断裂，使带电导体裸露，发生触电式短路。因此，加强对电线电缆的机械及电学性能检测，是提高电线电缆的运行可靠性、降低线损、减少电气火灾及人身伤亡和财产损失的重要手段。

同时，电缆护套用绝缘材料在受热时会因热解而释出气体，气体中的有毒成分会加重对人员的危害。比如材料中含碳会热解产生CO，含氯可能会产生Cl₂、HCl，含氮、氢可能会产生NH₃，含硫则可能会产生H₂S，这些都是电线电缆护套用绝缘材料在燃烧前可能因温度升高而热解的典型气体，通过对典型气体的定性定量测量，可判断电线电缆在运行时的温度状态或反推护套材料的大致成份。

市售电线电缆测试仪器一般只做单一性能项目的测试。如测裸电线导体的电导率，用分析天平称重样品后手工记录重量，换算成截面积，再通过电桥测出其电阻并人工记录后换算成电导率。测裸电线的抗拉，通过金属拉力试验机简单测出最大力，人工记录后利用公式换算出抗拉强度；对于护套绝缘材料的抗拉、老化、绝缘电阻的测量，也是通过拉力试验机、老化试验机、绝缘电阻试验机等逐个测量得出单个的数据。若要获取众多测量数据，需要不停地将试样放置于不同的试验台架上，且数据不能自动采集、换算、记录和保存，人为因素造成误差的可能性很大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述不足，提供一种电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置。为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置，包括测试控制系统、分析天平、带夹具的电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机、高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机、气体分析装置以及测试控制系统；

所述分析天平，用于测量电线电缆试样的重量。

所述带夹具的电桥，用于测量电线电缆试样的电阻率，包括直流电桥、复射式检流计、放大式检流计、恒流电源、标准电阻和电桥夹具，电桥夹具用于测量电线电缆电阻时对试样固定，包括一套适用于630mm²以下的裸圆型导线和圆型绞线导体的电桥夹具，和一套适用于1200mm²以下的裸圆型和圆型绞线导体的电桥夹具，以便于对不同截面电线电缆的测量。

所述绝缘电阻测试仪，用于测量普通电线电缆及交联聚乙烯电缆、绝缘材料试样的绝缘电阻。

所述拉力试验机，用于测量电线电缆试样的抗拉强度和伸长率。

所述高低温湿热循环试验机，对带护套电缆试样进行高温、低温、高低温循环试验、恒定湿热试验和交变湿热试验，判定其耐候性。

所述换气式老化试验机，采集带护套电缆试样在受热前、后的变化特性；换气式老化试验机的试样老化腔带气体采样接口。

所述耐臭氧老化试验机，对带护套电缆在静态拉伸或动态拉伸变形下，或在间断的动态拉伸与静态拉伸交替的变形下，按预定时间对试样进行暴露于密闭臭氧环境下的检测，从试样表面发生的龟裂的变化程度，以评定其耐臭氧老化性，耐臭氧老化试验机的试样老化腔带气体采样接口。

所述氙灯耐气候试验机，采用能模拟全阳光光谱的氙弧灯来再现不同环境下的破坏性光波，作为光照条件下的环境模拟和加速老化试验，评定带护套电缆在光照环境下的抗老化功能，氙灯耐气候试验机的试样老化腔带气体采样接口。

利用分析天平、电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机，对不同环境工况下老化后的带护套电缆进行电导率、绝缘电阻及抗拉强度测量；通过与老化试验机老化腔连接的气体分析装置，分析各种老化工况下的释出气体组分；测试控制系统实时采集试验过程中的试样质量、导体电阻、绝缘电阻、试样拉断时所承受的最大力、试样拉断时的长度、试样的老化时间及老化温度数据，保存并集中形成报表。

另外，测试控制系统采用RS485或RS232通讯接口，与分析天平、带夹具的电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机、高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机相连接，用于实时采集试验过程中的试样质量、电导率、绝缘电阻、试样拉断时所承受的最大力、试样拉断时的长度、试样的各种老化时间及老化温度数据，保存并集中形成报表。

优选地，所述气体分析装置是一个独立的装置，通过装置自带的取样接口，分别与高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机等环境试验机的试样老化腔的采样接口相连接，用以采集电线电缆试样在上述试验过程中析出的气体，并作出CO、Cl₂、HCl、H₂S、NH₃等典型热解气体组分的定性定量分析。

本发明的电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置可一次性测量架空用裸电线的电导率、抗拉强度和伸长率；一次性测量带护套电缆的电导率、抗拉强度和伸长率、绝缘电阻。通过不同环境下的老化模拟试验，对带护套电缆老化前后的电导率、抗拉强度和伸长率性能数据进行比较。能有效减少电线电缆的测量工作量，使得电线电缆的机械、电学以及在环境影响下的性能测量更集中、更有效，还可在老化过程中同步测量带护套电缆的释出气体组分。因此，能为入网电线电缆提供集中式检测手段，也能为在役电线电缆的性能评估及安全防护应对提供技术支持。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对发明实施例描述中需要使用的附图作简单的介绍，其中

图1为本发明的装置的组成示意图；

图2为本发明的电线电缆机械与电学性能测量流程图；

图3为本发明带护套电缆环境试验流程图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置，包括测试控制系统、电导率与电阻测量装置，机械测量装置，气体分析装置以及环境试验装置，其中，电导率与电阻测量装置包括分析天平、带夹具的电桥、绝缘电阻测试仪；机械测量装置包括拉力试验机；环境试验装置包括高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机。

测试控制系统采用RS485(或RS232)通讯接口，与分析天平、带夹具的电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机、高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机等装置相连接，用于实时采集试验过程中的试样质量、电导率、绝缘电阻、试样拉断时所承受的最大力、试样拉断时的长度、试样的各种老化时间及老化温度等数据，保存并集中形成报表。

分析天平，用于测量电线电缆试样的重量，符合GB/T7724-2008《电子称重仪表》要求，为市售标准产品。最大称重量500g，显示精度1mg，可读性0.001g，重复性±0.001g，线性±0.002g。

带夹具的电桥，用于测量电线电缆试样的电阻率，符合GB/T3048.2-2007《电线电缆电性能试验方法第2部分：金属材料电阻率试验》、GB/T3048.4-2007《第4部分：导体直流电阻试验》要求。测量范围0～200Ω，最小分辨率10mΩ，准确度0.05%。

电桥由直流电桥、复射式检流计、放大式检流计、恒流电源和标准电阻等组成，为市售标准产品。电桥无需剪断电线或电缆即可实现在线测试，根据测温仪测出的温度，自动换算成20℃标准电阻值。并根据需要，换算成出1m的电阻率或1km的电阻率。

电桥夹具用于测量电线电缆电阻时的试样固定，为市售标准产品。共有两套，一套适用于630mm²以下的裸圆型导线和圆型绞线导体，一套适用于1200mm²以下的裸圆型和圆型绞线导体，以便于对不同截面电线电缆的测量。

绝缘电阻测试仪，用于测量普通电线电缆及交联聚乙烯电缆、绝缘材料试样的绝缘电阻，符合GB/T3048.5-2007《第5部分：绝缘电阻试验》要求，为市售标准产品。电流0.1A，量程10⁵～2×10¹⁴Ω，基本误差1%。

拉力试验机，用于测量电线电缆试样的抗拉强度和伸长率，符合GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》要求，为市售标准产品。最大试验力20kN，位移分辨率0.01mm，试验力示值相对误差≤±1%。

高低温湿热循环试验机，对带护套电缆试样进行高温、低温、高低温循环试验、恒定湿热试验和交变湿热试验，判定其耐候性，符合GB/T2423.1-2008《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温》、GB/T2423.2-2008《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温》、GB/T2423.3-2006《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ca：恒定湿热试验》、GB/T2423.4-2008《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Db：交变湿热试验》要求，为市售标准产品。温度范围-40～150℃，温度波动度≤1℃，温度均匀度≤2℃，温度偏差±2℃，湿度范围30%～98%(相对湿度)，湿度偏差+2～-3%，升温时间(室温→150℃)≤65min，降温时间(室温→-40℃)≤75min。

换气式老化试验机，采集带护套电缆试样在受热前、后的变化特性；符合GB/T2951.12-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第12部分：通用试验方法热老化试验方法》要求，为市售标准产品。温度范围为常温～250℃，温度波动±0.5℃，温度均匀度±2℃，升温时间为自常温至250℃约40min，空气换气在10～200次/h范围内自由设定，换气式老化试验机的试样老化腔带气体采样接口。

耐臭氧老化试验机，对带护套电缆在静态拉伸或动态拉伸变形下，或在间断的动态拉伸与静态拉伸交替的变形下，按预定时间对试样进行暴露于密闭臭氧环境下的检测，从试样表面发生的龟裂的变化程度，以评定其耐臭氧老化性。符合GB/T2951.21-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第21部分：弹性体混合料专用试验方法耐臭氧试验热延伸试验浸矿物油试验》、GB/T7762-2003《臭氧静态试验方法》要求，为市售标准产品。温度范围为室温～60℃，温度波动度±0.5℃，温度偏差≤±2℃，升温速率0.7～1℃/min，臭氧浓度50～500ppm，夹具伸长率5%～35%，耐臭氧老化试验机的试样老化腔带气体采样接口。

氙灯耐气候试验机，采用能模拟全阳光光谱的氙弧灯来再现不同环境下的破坏性光波，作为光照条件下的环境模拟和加速老化试验，评定带护套电缆在光照环境下的抗老化功能，符合GB/T1865-2009《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射》、GB/T2423.24-1995《电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Sa：模拟地面上的太阳辐射》、GB/T16422.2-1999《塑料实验室光源暴露试验方法第2部分：氙弧灯》要求，为市售标准产品。温度范围为常温～80℃可调，湿度范围为45～90%(相对湿度)可调，温度波动度±0.5℃，温度偏差度±2.0℃，湿度偏差≤±2%，降雨时间0～9999min、连续降雨可调，降雨周期0～240min、间隔(断)降雨可调，黑板温度100℃，黑板温度误差±3℃，样品架与灯距离230～280mm，光照波长290～800nm，辐照度290nm～800nm，波长辐照度550W/m²，氙灯耐气候试验机的试样老化腔带气体采样接口。

气体分析装置可以是一个独立的装置，采用美国ARI公司生产的毒性气体分析仪。通过装置自带的取样接口，分别与高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机等环境试验机的试样老化腔的采样接口相连接，用以采集电线电缆试样在上述各种试验过程中析出的气体，并作出CO、Cl₂、HCl、H₂S、NH₃等典型热解气体组分的定性定量分析。

下面具体描述本发明实施例中对电线电缆的机械与电学性能测量，以及带护套电缆环境试验。

电线电缆的机械与电学性能测量，包括对裸电线和带护套电缆的机械与电学性能测量，工作流程见图2。其具体步骤包括：

截取特定长度试样，通过查表可以得到试样的材料密度，用分析天平采集特定长度的试样质量，根据公式：

截面积=质量/(长度×材料密度)(1)

可得到电线电缆试样的平均截面积。

材料制成的长1m、横截面积1mm²的导线的电阻为其电阻率，单位是欧姆·米(Ω·m)。电导率是电阻率的倒数，单位是西门子每米(S/m)，表示物质导电的性能，电导率越大则导电性能越强，反之越小。依据公式：

电导率=1/电阻率=长度/(电阻×截面积)(2)

将电线电缆试样放入电桥夹具夹紧(当截面积<630mm²时采用630mm²的夹具，当630mm²<截面积<1200mm²时采用1200mm²以下的夹具)，通过电桥即可采集试样的电阻数据。

由公式(1)、(2)计算出电导率，传送到测试控制系统保存数据。

抗拉强度指材料在拉断前承受的最大应力值。试样在拉伸过程中，经过屈服阶段进入强化阶段后，随着横向截面尺寸明显缩小在拉断时所承受的最大力，除以试样原截面积所得的应力，称为抗拉强度或者强度极限，单位为MPa(N/mm²)，表示金属材料在拉力作用下抵抗破坏的最大能力。

伸长率指在受拉力作用断裂时，试样被拉伸长的长度与初始长度的百分比。

通过拉力试验机，采集试样拉断前最大应力和拉断时长度数据，即可演算出电线电缆的抗拉强度和伸长率，传送到测试控制系统保存数据。

绝缘电阻指加直流电压于电介质，经过一定时间的极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻，单位为欧姆(Ω)。通过绝缘电阻测试仪，直接得到电线电缆试样的绝缘电阻，也可换算成1km长电线电缆的电阻，传送到测试控制系统保存数据。

带护套电缆的环境试验包括：高低温湿热循环模拟老化试验、换气式老化试验、耐臭氧老化试验和氙灯耐气候试验，其工作流程见图3。

高低温湿热循环模拟老化试验及对比的步骤包括：利用高低温湿热循环试验机，对带护套电缆试样进行高温、低温、高低温循环试验、恒定湿热试验和交变湿热等五种试验，可得到其不同温度与湿度及循环交变工况下的老化性能，传送到测试控制系统保存数据。

利用分析天平、电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机等仪器，对不同工况下老化后的带护套电缆进行相关机械、电学性能参数测量，输送到测试控制系统保存数据。结合环境老化试验前的机械、电学测试数据，可比对该环境工况对电缆的影响。

换气式老化试验及对比的步骤包括：利用换气式老化试验机将试样老化，以便于比较带护套电缆试样受热前后的抗拉强度和伸长率。

利用分析天平、电桥、绝缘电阻测试仪等仪器，对换气老化后的带护套电缆进行相关机械、电学性能参数测量，输送到测试控制系统保存数据。结合环境老化试验前的机械、电学测试数据，可比对该环境工况对电缆的影响。

臭氧在大气中的含量虽然少，但却是橡胶龟裂的主要因素，橡胶龟裂可使带电导体裸露进而发生触电式短路。耐臭氧老化试验及对比的步骤包括：利用耐臭氧老化试验机，对带护套电缆在静态拉伸或动态拉伸变形下，或在间断的动态拉伸与静态拉伸交替的变形下，按预定时间对试样进行暴露于密闭、无光照的、含恒定臭氧浓度的空气和恒温环境下，从试样表面发生的龟裂或其它性能的变化程度，以评定其耐臭氧老化性，实时采集并输送到测试控制系统保存数据。

利用分析天平、电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机等仪器，对臭氧老化后的带护套电缆进行相关机械、电学性能参数测量，输送到测试控制系统保存数据。结合环境老化试验前的机械、电学测试数据，可比对该环境工况对电缆的影响。

氙灯耐气候试验及对比的步骤包括：利用氙灯耐气候试验机，采用能模拟全阳光光谱的氙弧灯再现不同环境下的破坏性光波，作为光照条件下的环境模拟和加速老化试验，评定带护套电缆在光照环境模拟和加速老化下的抗老化功能，实时采集并输送到测试控制系统保存数据。

利用分析天平、电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机等仪器，对氙灯老化后的带护套电缆进行相关机械、电学性能参数测量，输送到测试控制系统保存数据。结合环境老化试验前的机械、电学测试数据，可比对该环境工况对电缆的影响。

老化过程中的热解析出气体分析的步骤包括：将气体分析装置的取样口，连接到高低温湿热循环试验(或换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机)老化腔的气体采样接口，即可定性定量分析高低温湿热循环试验老化(含高温、低温、高低温循环试验、恒定湿热试验和交变湿热试验等五种工况)、换气式老化、耐臭氧老化、氙灯耐气候老化)过程中因热解而析出的气体组分数据。

Claims (6)

1.一种电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置，包括测试控制系统、分析天平、带夹具的电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机、高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机以及气体分析装置；

所述分析天平，用于测量电线电缆试样的重量；

所述带夹具的电桥，用于测量电线电缆试样的电阻率，包括直流电桥、复射式检流计、放大式检流计、恒流电源、标准电阻和电桥夹具，电桥夹具用于测量电线电缆电阻率时对电线电缆试样固定；

所述绝缘电阻测试仪，用于测量电线电缆试样的绝缘电阻；

所述拉力试验机，用于测量电线电缆试样的抗拉强度和伸长率；

所述高低温湿热循环试验机，用于对电线电缆试样进行高温、低温、高低温循环试验、恒定湿热试验和交变湿热试验，判定其耐候性；

所述换气式老化试验机，用于采集电线电缆试样在受热前、后的变化特性；

所述耐臭氧老化试验机，对电线电缆试样在静态拉伸或动态拉伸变形下，或在间断的动态拉伸与静态拉伸交替的变形下，按预定时间对电线电缆试样进行暴露于密闭臭氧环境下的检测，从电线电缆试样表面发生的龟裂的变化程度，以评定其耐臭氧老化性；

所述氙灯耐气候试验机，采用能模拟全阳光光谱的氙弧灯来再现不同环境下的破坏性光波，作为光照条件下的环境模拟和加速老化试验，评定电线电缆试样在光照环境下的抗老化功能；

其特征在于：

利用分析天平、带夹具的电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机，对不同环境工况下老化后的电线电缆试样进行重量、电阻率、绝缘电阻及抗拉强度和伸长率测量；通过与老化试验机老化腔连接的气体分析装置，分析各种老化工况下的释出气体组分；测试控制系统实时采集试验过程中的电线电缆试样质量、电阻率、绝缘电阻、电线电缆试样拉断时所承受的最大力、电线电缆试样拉断时的长度、电线电缆试样的老化时间及老化温度数据，保存并集中形成报表。

2.根据权利要求1所述的电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置，其中所述电桥夹具包括一套适用于630mm²以下的裸圆型导线和圆型绞线导体的电桥夹具，和一套适用于大于630mm²且小于1200mm²的裸圆型导线和圆型绞线导体的电桥夹具，以便于对不同截面电线电缆的测量。

3.根据权利要求1所述的电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置，其中所述测试控制系统采用RS485或RS232通讯接口，与分析天平、带夹具的电桥、绝缘电阻测试仪、拉力试验机、高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机相连接。

4.根据权利要求1所述的电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置，其中所述高低温湿热循环试验机的试样老化腔带气体采样接口，所述换气式老化试验机的试样老化腔带气体采样接口，所述耐臭氧老化试验机的试样老化腔带气体采样接口，所述氙灯耐气候试验机的试样老化腔带气体采样接口。

5.根据权利要求4所述的电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置，其中所述气体分析装置是一个独立的装置，通过其自带的取样接口，分别与高低温湿热循环试验机、换气式老化试验机、耐臭氧老化试验机、氙灯耐气候试验机的电线电缆试样老化腔的气体采样接口相连接，用以采集电线电缆试样在试验过程中析出的气体，并对析出的气体的组分进行定性定量分析。

6.根据权利要求4所述的电线电缆电导率及抗拉与老化综合测试装置，其中析出的气体包括CO、Cl₂、HCl、H₂S和NH₃。