CN104089838B - 基于硬度的电缆绝缘寿命快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于硬度的电缆绝缘寿命快速检测方法，具有如下步骤：—对多种不同电缆进行老化实验，通过获取老化实验过程中不同温度和时间点下电缆绝缘层硬度的数据，建立对应所述的多种不同电缆的老化模型；—分析待检测电缆绝缘层的硬度和使用温度，带入所述的老化模型，得到待检测电缆绝缘层的使用寿命。由于采用了上述技术方案，本发明提供的基于硬度的电缆绝缘寿命快速检测方法，在实船检验时只需对要检验的船舶电缆绝缘部位进行硬度测试，以剩余硬度保留率F＝45％为电缆的失效标准，带入相应温度下的老化模型便可得知其剩余使用寿命。这意味着检验人员可以在船上随时对不同部位的船舶电缆进行检验，不需再反复进行取样以及漫长的老化实验过程。

Description

基于硬度的电缆绝缘寿命快速检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于硬度的电缆绝缘寿命快速检测方法。涉及专利分类号G01测量；测试G01N借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料。

背景技术

随着船舶自动化程度的逐步提高以及电力推进船舶的出现，船舶电气系统也随之日益复杂，船舶电缆在船舶电气系统中担任着传输能量和信号的重要任务。众所周知，船舶电缆的工作环境复杂，在温度、湿度、机械振动等众多因素的综合影响下，电缆绝缘层材料容易老化，进而导致电缆的绝缘性能下降甚至失效，从而导致船舶电气系统失效，甚至引起船舶火灾。可见，船舶电缆绝缘状态和老化程度直接影响着整个船舶的安全和生产。另外，我国正在服役的老旧船舶众多，其上使用的依然是最初的船舶电缆(丁苯橡胶)，其绝缘性能的好坏无从知晓。为消除船舶电缆稳定运行中的安全隐患，明确电缆更换时机，就迫切需要对其绝缘老化寿命进行快速检测。

在影响绝缘材料的众多老化因素中，温度占主导地位。目前对船舶电缆绝缘寿命进行预测主要是依据GB/T 11026和IEC 60216标准，在实验室对船舶电缆开展高温加速老化实验，通过测量老化试样的断裂伸长率来推断其在实际使用温度下的寿命。这种方法是破坏性的实验，在实验过程中需要从船舶电网中截取待检测电缆；同时需要很长的实验周期才能得到实验结果；另外，船舶电缆穿越不同舱室，其工作环境必然存在差异，这意味着所截取的样品只能代表局部，无法对全船电缆的绝缘寿命进行检测。

硬度是指材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。对于材料来说，硬度是一个非常容易进行快速检测的物理量，对材料进行硬度检测具有方便快捷、简单精确等优点。目前，对材料硬度检测的主要检测范围在金属和非金属材料领域，通过对材料的硬度检测，可以大概了解材料在加工过程中的内部结构变化，可以得到材料的许多物理性质(如刚度、强度)，可以了解到材料加工后的应力情况，可以间接判断材料的热处理是否符合要求，也可以了解材料的大致金相结构。

对于电缆绝缘层来说，其老化作用主要是由其上发生的热氧老化作用所引起的，随着其老化作用的加深，也就是失效的加剧，其硬度将逐渐增加。显然，若能建立起电缆老化程度与其硬度变化之间的联系，则就可以通过检测电缆绝缘层的硬度变化来检测其老化程度，从而实现电缆绝缘寿命的快速检测。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种基于硬度的电缆绝缘寿命快速检测方法，具有如下步骤：

—对多种不同电缆进行老化实验，通过获取老化实验过程中不同温度和时间点下电缆绝缘层硬度的数据，建立对应所述的多种不同电缆的老化模型；

—分析待检测电缆绝缘层的硬度和使用温度，带入所述的老化模型，得到待检测电缆绝缘层的使用寿命。

建立所述老化模型的步骤具体为：

—对新电缆进行老化试验，设定多个老化温度和每个老化温度对应的多个时间段；获取每个时间段的电缆绝缘层的硬度；

—计算所述电缆绝缘层在老化试验过程中不同温度和不同时刻剩余硬度保留率；

—对得到的所述剩余硬度保留率数据进行处理，得到的电缆绝缘层在不同温度和不同失效标准下的使用寿命数据；

—对温度、失效标准和使用寿命数据进行多项式拟合，得到在不同温度条件下使用时间与剩余硬度保留率的老化模型；

—分析待检测目标电缆绝缘层的硬度，带入相应温度下的老化模型，得到该电缆绝缘层的使用寿命；

所述的剩余硬度保留率为：

F_Q＝100-H_Q

F′＝100-H′

其中：F为剩余硬度保留率；F₀为试样初始剩余硬度；H₀为试样的初始硬度；F’老化试样的剩余硬度；H’老化试样的硬度。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的基于硬度的电缆绝缘寿命快速检测方法，在实船检验时只需对要检验的船舶电缆绝缘部位进行硬度测试，以剩余硬度保留率F＝45％为电缆的失效标准，带入相应温度下的老化模型便可得知其剩余使用寿命。这意味着检验人员可以在船上随时对不同部位的船舶电缆进行检验，不需再反复进行取样以及漫长的老化实验过程。

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

为应用本发明所提出的基于硬度的电缆绝缘老化寿命快速检测方法，首先要应用新电缆开展快速老化实验。以某丁苯橡胶电缆为例，依据IEC 60216、IEEE383标准，选择在180℃、165℃、150℃、135℃温度下对其开展快速老化实验，所测得的硬度数据如下表1所示。

表1 试样硬度测试数据

依据剩余硬度保留率的定义计算剩余硬度保留率如下表2所示。

表2 剩余硬度保留率

按照GB/T 11026.3—2006第3部分和IEC 60216相应的计算程序对所获得的剩余硬度保留率数据进行计算处理，最终获得所测电缆绝缘层在不同温度下不同失效标准水平的使用寿命，如表3所示。

表3 不同温度和不同终点水平下船用丁苯橡胶电缆老化寿命

随后对表3中数据进行多项式拟合：表三中以不同的终点水平(即所述剩余硬度保留率)为横坐标，以电缆绝缘层在不同终点水平下的老化寿命为纵坐标，按照三次多项式进行拟合，得下表4中剩余硬度保留率与使用年限之间的映射关系。

表4 不同条件下电缆绝缘使用时间与剩余硬度保留率映射关系

在对船用丁苯橡胶电缆进行快速评估时，只需用硬度计测量电缆的绝缘层硬度(至少测5处)，取其平均值后计算出剩余硬度保留率F。根据电缆的具体使用条件从表4中选取合适模型，计算出已老化时间，再选取适当的终点水平Pe(F)从表3中查出相应条件下新电缆的使用寿命，这样便可快速的计算出该电缆的剩余使用寿命。下面通过一个例子来说明如何进行快速检测。

若从某船所选取的丁苯橡胶电缆经过硬度测试并计算得出其绝缘材料的剩余硬度保留率F＝68％，船用丁苯橡胶电缆实际工作温度约为75℃，因此，选择表4中75℃条件下的寿命预测模型。

t＝-1.15*F3+219*F2-17463.3*F+702925.5

将F＝68代入上述映射关系可得电缆从装船到现在所使用的年限：t＝166480.3小时＝19年。查表3可知，按照Pe(F)＝45％为寿命终点时，75℃(加湿)条件下船用丁苯橡胶电缆的使用寿命为：26.72年，则该电缆的剩余使用寿命为：26.72-19＝7.72年。可见，针对不同型号电缆一旦老化模型建立完毕，就可非常方便地对其开展快速检测，而无需再开展采样、快速老化以及拉伸测试等复杂的测试工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于硬度的电缆绝缘寿命快速检测方法，具有如下步骤：

—对多种不同电缆进行老化实验，通过获取老化实验过程中不同温度和时间点下电缆绝缘层硬度的数据，建立对应所述的多种不同电缆的老化模型；

—分析待检测电缆绝缘层的硬度和使用温度，带入所述的老化模型，得到待检测电缆绝缘层的使用寿命；

建立所述老化模型的步骤具体为：

—对新电缆进行老化试验，设定多个老化温度和每个老化温度对应的多个时间段；获取每个时间段的电缆绝缘层的硬度；

—计算所述电缆绝缘层在老化试验过程中不同温度和不同时刻剩余硬度保留率；

—对得到的所述剩余硬度保留率数据进行处理，得到的电缆绝缘层在不同温度和不同失效标准下的使用寿命数据；

—对温度、失效标准和使用寿命数据进行多项式拟合，得到在不同温度条件下使用时间与剩余硬度保留率的老化模型；

—分析待检测目标电缆绝缘层的硬度，带入相应温度下的老化模型，得到该电缆绝缘层的使用寿命；

所述的剩余硬度保留率为：

F₀＝100-H₀

F′＝100-H′

其中：F为剩余硬度保留率；F₀为试样初始剩余硬度；H₀为试样的初始硬度；F’老化试样的剩余硬度；H’老化试样的硬度；

不同条件下电缆绝缘使用时间与剩余硬度保留率映射关系，即老化模型如下，

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