CN109557431A - 一种基于xlpe电缆绝缘压片试样的浸水测量方法 - Google Patents

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徐兴全
于钦学
胡则剑
陶贺香
任志刚
桂媛
郭卫
杨亚奇
李邦彦
姚玉海
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Abstract

本发明公开了一种基于XLPE电缆绝缘压片试样的浸水测量方法，涉及电力设备测量领域，所述方法包括以下步骤：步骤1、制作XLPE电缆压片试样并进行热处理；步骤2、对XLPE电缆压片试样表面进行洁净处理，称重和编号；步骤3、对XLPE电缆压片试样进行浸水和测量。本发明提供了一种基于XLPE电缆绝缘压片试样的浸水测量方法进而可以研究试样在0.1Hz和50Hz时的的损耗因数和相对介电常数随试样吸水率变化的关系，进而深入研究它们之间的相关性。

Description

一种基于XLPE电缆绝缘压片试样的浸水测量方法
技术领域
本发明涉及电力设备检测领域，尤其涉及一种基于XLPE电缆绝缘压片试样的浸水测量方法。
背景技术
交联聚乙烯(XLPE)电缆结构简单、重量轻，具有良好的电、机、热性能，被广泛用于电力电缆行业。但现场水分会严重影响电缆性能及安全运行，因此研究XLPE电缆绝缘材料的吸水率，以及不同吸水率下的相对介电常数、损耗因数的变化情况具有极其重要的意义。电缆直流耐压现场会产生空间电荷，对电缆造成损害；用工频电压做试验时，需要很大的电源和试验设备容量而使现场试验十分困难。0.1Hz超低频性能测试容量小，理论上仅为工频电压的1/500，其设备重量轻，便于移动，是目前比较有效的XLPE电缆的现场试验新方法。但目前超低频测试技术还不成熟，有必要研究0.1Hz和50Hz时测得的tanδ之间的相关性。相比现场测试成品电缆，片状试样浸水法可以降低测量仪器对电压幅值的要求，而且可以采用介电谱仪和电桥重点研究试样在0.1Hz和50Hz时的的损耗因数和相对介电常数随水分的变化，深入研究它们之间的相关性。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于XLPE电缆绝缘压片试样的浸水测量方法并研究试样在0.1Hz和50Hz时的损耗因数和相对介电常数随试样吸水率变化的关系，进而深入研究它们之间的相关性。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于XLPE电缆绝缘压片试样的浸水测量方法并研究试样在0.1Hz和50Hz时的损耗因数和相对介电常数随试样吸水率变化的关系，进而深入研究它们之间的相关性。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于XLPE电缆绝缘压片试样的浸水测量方法包括以下步骤：
步骤1、制作XLPE电缆压片试样并对其进行热处理；
步骤2、对XLPE电缆压片试样表面进行洁净处理，称重和编号；
步骤3、对XLPE电缆压片试样进行浸水、测量XLPE电缆绝缘片状试样在不同吸水率时的相对介电常数εr和损耗因数tanδ。
进一步地，所述步骤1包括：
步骤1.1、称取XLPE电缆颗粒料，放入硫化机模具中，将所述模具放入硫化机中，设置硫化机温度在130℃-150℃，预加热8-12mins；
步骤1.2、升高硫化机温度到170℃-180℃，设置压力在10—15Mpa，持续时间18-22mins；
步骤1.3、取出模具，冷却到室温即制得压片试样；
步骤1.4、将试样放入烘箱中，设置温度80℃-90℃干燥45h-50h。
进一步地，所述步骤2包括：用酒精对XLPE电缆绝缘片状试样表面进行擦拭晾干后称重并记录其质量m0，然后在试样上挂编号牌对其进行编号。
进一步地，所述步骤3包括：
步骤3.1、将编号试样放在定制试样架上，然后将试样架放在水浴腔内，设置水浴温度分别为第一温度25℃、第二温度45℃、第三温度65℃和第四温度85℃；
步骤3.2、试样第一天第一次在第一温度25℃水浴腔内浸水时，分别在1h、4h、9h、16h、24h后取出试样，摘除编号牌用吸水纸擦干称重记录其质量mt；
步骤3.3、隔1-2天或3-4天称重一次，直到试样吸水达到饱和，重量不再变化并计算其吸水率ω；
步骤3.4、按照测量XLPE电缆试样在第一温度25℃时的吸水率ω方法依次计算试样在第二温度45℃、第三温度65℃、第四温度85℃时的吸水率ω。
进一步地，吸水率ω的表达式为：
式中：m0-试样干燥时的质量；mt-试样吸水时间t后的质量。
进一步地，所述步骤3包括：试样两面喷涂直径为34-36mm金电极。
进一步地，所述步骤3包括：用宽带介电谱仪测量XLPE电缆绝缘片状试样在不同吸水率时的相对介电常数εr和损耗因数tanδ，可获得0.1Hz和50Hz下XLPE电缆绝缘片状试样的相对介电常数εr和损耗因数tanδ随吸水率的变化规律，以及0.1Hz和50Hz下XLPE电缆绝缘片状试样损耗因数tanδ之间的相关性。
现有技术中只讨论了在超低频0.1Hz下测量XLPE电缆的相对介电常数和损耗因数，而本发明可以研究XLPE电缆在50Hz下的相对介电常数和损耗因数，并为探讨在不同吸水率下其相关性提供理论和实验支持。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的流程图；
图2是本发明定制的试样架示意图；
图3是本发明采用宽带介电谱仪测量XLPE试样的损耗因数tanδ和相对介电常数εr原理图。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的一个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
如图1本发明的一个较佳实施例的流程图所示，一种基于XLPE电缆绝缘压片试样的浸水测量方法，包括以下步骤：步骤1、制作XLPE电缆试样，具体包括：
步骤1.1、称取XLPE电缆颗粒料，放入硫化机模具中，将所述模具放入硫化机中，设置硫化机温度在130℃-150℃，预加热8-12mins；
步骤1.2、升高硫化机温度到170℃-180℃，设置压力在10-15Mpa，持续时间18-22mins；
步骤1.3、取出模具，冷却到室温即制得压片试样；
步骤1.4、将试样放入烘箱中，设置温度80℃-90℃干燥45h-50h。
步骤2、对XLPE电缆压片试样表面进行洁净处理，称重和编号，具体包括：
用酒精对XLPE电缆绝缘片状试样表面进行擦拭晾干后称重并记录其质量m0，然后在试样上挂编号牌对其进行试样编号。
步骤3、对XLPE电缆压片试样进行浸水、测量，具体包括：
步骤3.1、为避免试样在水中重叠，特别定制如图2所示的试样架，其中1是试样，2是试管架，将干燥试样均匀摆放在定制试样架上，然后将试样架放在水浴腔内，设置水浴温度分别为第一温度25℃、第二温度45℃、第三温度65℃和第四温度85℃；
步骤3.2、试样第一天第一次在第一温度25℃水浴腔内浸水时，分别在1h、4h、9h、16h、24h后取出试样，摘除编号牌用吸水纸擦干称重记录其质量mt；在试验过程中挥发的水分忽略不计，然后分别在4h、9h、24h后称重；之后试验前期1-2天进行一次称重，待后期吸水率变化不再显著时候，3-4天进行一次称重即可。试样重量不再发生明显变化，说明其达到吸水饱和，并计算其吸水率ω，然后按照测量XLPE电缆试样在第一温度25℃时的吸水率ω方法依次测量试样在第二温度45℃、第三温度65℃、第四温度85℃时的吸水率ω。
其中，吸水率ω的表达式为：
式中：m0为试样干燥时的质量；mt为试样吸水时间t后的质量。
基于上述内容中试样吸水率的计算，用宽带介电谱仪测量XLPE电缆绝缘片状试样在不同吸水率时的相对介电常数εr和损耗因数tanδ，可获得0.1Hz和50Hz下XLPE电缆绝缘片状试样的相对介电常数εr和损耗因数tanδ随吸水率的变化规律，以及0.1Hz和50Hz下XLPE电缆绝缘片状试样损耗因数tanδ之间的相关性。
下面是本发明的一个具体应用实施例
试样通常是安装在两电极系统，形成一个电容器的样品单元。将某一固定ω/2π的电压U0施加在样品电容器上，在样品中产生一个同频率的电流I0，一般在电压和电流之间会存在一个相位差，用相位角表示。U0与I0的比值和相位角取决于试样的电性能和平面形状。复介电常数可由U0与I0推导得到。随时间变化的电压Ut与电流It可表示为：
Ut＝U0COS(ωt)＝Re(U*ejωt) (2)
U*＝U0 (4)
I*＝I′+jI″ (5)
所测量的试样电容器的阻抗为：
与试样介电函数的关系为：
式(8)中的实部即为相对介电常数，其中C0是空试样电容器的电容，损耗因数可表示为：
测试前对XLPE试样进行前处理：
按照Concept 80宽带介电谱测试系统的对试样尺寸的要求，实验前需要对试样进行喷涂直径为34-36mm的金电极。采用Q150T溅射仪，对试样喷金时，打开仪器电源，正确放置样品在样品台上，盖好腔体顶盖；按照要求设置实验参数，选择相应的程序，点击“runprofile”命令开始溅射，等待仪器回到初始界面后打开顶盖，更换试样。
下面是试验过程和结果分析：
1、采用宽带介电谱仪测量XLPE试样的损耗因数tanδ和相对介电常数εr
其测量原理如图3所示，其中1为带有数据分析软件的PC机，2为电压源。3为试样。具体地，采用Concept 80宽带介电谱测试系统用于材料介电谱的精确测量，选用低频试样腔BDS1200和直径为40mm的镀金圆板电极，试验时将试样夹在两个镀金电极之间放入试样腔中。在WinDETA软件中填写试样参数如试样名称、试样厚度、试样直径等，设置频率为0.001Hz～1000Hz。放置加持好试样，打开液氮瓶阀门，开始测量损耗因数tanδ和相对介电常数εr随频率的变化，可以获得不同吸水率下的εr和tanδ以及它们之间的相关性。
2、研究水分对XLPE试样0.1Hz和50Hz损耗因数的影响
通过上面试验研究可获得水分对XLPE试样在0.1Hz和50Hz时损耗因数的影响规律。从而列出0.1Hz下的损耗因数和相对介电常数以及50Hz下的损耗因数和相对介电常数，并求出它们的比值。从表中数据可以发现：对于损耗因数，0.1Hz频率下的损耗因数均大于50Hz频率的损耗因数，二者比值位于2.36～3.28之间；对于相对介电常数，0.1Hz频率下的相对介电常数与50Hz频率的相对介电常数相等，随着浸水时间增加，相对介电常数呈增大趋势，但是损耗因数随水分的变化不明显。
0.1Hz和50Hz损耗因数和相对介电常数与浸水时间的关系
从上表中对XLPE试样0.1Hz和50Hz损耗因数和相对介电常数与浸水时间的关系相关性分析可以看出0.1Hz频率下的损耗因数均大于50Hz频率的损耗因数，二者比值位于2.36～3.28之间。由此，可得它们之间相关关系，从而得出0.1Hz损耗因数可以替代50Hz损耗因数的可行性。
以上详细描述了本发明的一个较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于XLPE电缆绝缘压片试样的浸水测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、制作XLPE电缆压片试样并对其进行热处理；
步骤2、对XLPE电缆压片试样表面进行洁净处理，称重和编号；
步骤3、对XLPE电缆压片试样进行浸水、测量XLPE电缆绝缘片状试样在不同吸水率时的相对介电常数εr和损耗因数tanδ。
2.如权利要求1所述的基于XLPE电缆绝缘片状试样的浸水测量方法，优选的，所述步骤1包括：
步骤1.1、称取XLPE电缆颗粒料，放入硫化机模具中，将所述模具放入硫化机中，设置硫化机温度在130℃-150℃，预加热8-12mins；
步骤1.2、升高硫化机温度到170℃-180℃，设置压力在10-15Mpa，持续时间18-22mins；
步骤1.3、取出模具，冷却到室温即制得压片试样；
步骤1.4、将试样放入烘箱中，设置温度80℃-90℃干燥45h-50h。
3.如权利要求1所述的基于XLPE电缆绝缘片状试样的浸水测量方法，所述步骤2包括：用酒精对XLPE电缆绝缘片状试样表面进行擦拭晾干后称重并记录其质量m0，然后在试样上挂编号牌对其进行编号。
4.如权利要求1所述的基于XLPE电缆绝缘片状试样的浸水测量方法，所述步骤3包括：
步骤3.1、将编号试样放在定制试样架上，然后将试样架放在水浴腔内，设置水浴温度分别为第一温度25℃、第二温度45℃、第三温度65℃和第四温度85℃；
步骤3.2、试样第一天第一次在第一温度25℃水浴腔内浸水时，分别在1h、4h、9h、16h、24h后取出试样，摘除编号牌用吸水纸擦干称重记录其质量mt；
步骤3.3、隔1-2天或3-4天称重一次，直到试样吸水达到饱和，重量不再变化并计算其吸水率ω；
步骤3.4、按照测量XLPE电缆试样在第一温度25℃时的吸水率ω方法依次计算试样在第二温度45℃、第三温度65℃、第四温度85℃时的吸水率ω。
5.如权利要求4所述的基于XLPE电缆绝缘片状试样的浸水测量方法，吸水率ω的表达式为：
式中：m0-试样干燥时的质量；mt-试样吸水时间t后的质量。
6.如权利要求1所述的基于XLPE电缆绝缘片状试样的浸水测量方法，所述步骤3包括试样两面喷涂直径为34-36mm金电极。
7.如权利要求1所述的基于XLPE电缆绝缘片状试样的浸水测量方法，所述步骤3包括：用宽带介电谱仪测量XLPE电缆绝缘片状试样在不同吸水率时的相对介电常数εr和损耗因数tanδ，可获得0.1Hz和50Hz下XLPE电缆绝缘片状试样的相对介电常数εr和损耗因数tanδ随吸水率的变化规律，以及0.1Hz和50Hz下XLPE电缆绝缘片状试样损耗因数tanδ之间的相关性。
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CN113125222A (zh) * 2021-04-09 2021-07-16 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 一种电缆缓冲层白斑缺陷制造方法

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