CN112964951A - 一种交通电缆老化寿命评估系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交通电缆老化寿命评估系统，包括，计算单元：先基于评估试样的加速热老化试验数据，外推得到电缆在工作温度下老化时间t1，再基于待评估试样的击穿场强试验数据，外推得到电缆在工作温度下老化时间t2；比对评估单元：将老化时间t1和老化时间t2进行对比，满足其差值在预设值范围内条件后，取老化时间t1和老化时间t2的平均值。本发明利用阿累尼乌斯方程拟合得出老化时间对数与老化温度倒数线性关系，依据加速热老化试验及评估条件，先获取断裂伸长率，选出符合条件试样并获取击穿场强，得到断裂伸长率及击穿场强两种性能类别数据，进而分别通过该两种性能数据计算外推电缆在工作温度下老化寿命，所评估老化寿命数值更为准确。

Description

一种交通电缆老化寿命评估系统
技术领域
本发明涉及电缆的测试技术领域，特别是一种交通电缆老化寿命评估系统。
背景技术
电力电缆是用于传输和分配电能的电缆，电力电缆常用于城市地下电网、发电站引出线路、工矿企业内部供电及过江海水下输电线。随着我国轨道交通事业的高速发展，地铁和轻轨交通方式已相当普遍，轨道交通用电缆的需求量也不断增加，在交通系统中所采用的电缆应具备高阻燃防火性能，且其交流额定电压一般为500V、750V、1.5kV和3kV，例如4平方的DCEH/3-100型750V耐矿物油和燃料油铜芯耐热100℃乙丙橡胶混合物绝缘氯磺化聚乙烯混合物护套电缆。
电缆在使用过程中，电缆绝缘受到热、电等环境作用而发生老化，导致其机械性能及电气性能劣化，严重时将可能引发安全事故。因此，行业内规定通过评估电缆老化寿命以有针对性地维护和更换电缆。
电缆老化寿命是评估值，一般是通过加速热老化试验建立阿累尼乌斯模型，将电缆绝缘样本在几个较高的温度下进行加速老化实验，以电缆绝缘的断裂伸长率下降为原来的50％作为标准，根据在较高温度下测算的老化寿命外推至电缆实际运行温度下的老化寿命时间(如电缆在90℃工作时的老化寿命)。然而，仅考虑加速热老化并依据断裂伸长率判断，影响其老化寿命评估准确性。
发明内容
本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种交通电缆老化寿命评估系统，采用两个两种性能数据类别计算外推电缆在工作温度下老化寿命，所评估老化寿命数值更为准确。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种交通电缆老化寿命评估系统，包括以下内容，
配置单元：用于选择相同规格的未使用的电缆截取待评估试样，将待评估试样固定在支架上；
老化试验单元：用于将配置好的待评估试样及支架放入老化箱，以断裂伸长率下降为原来的50％为目标，在不同老化温度下进行多组加速热老化试验；
获取参数单元：用于对完成加速热老化试验的待评估试样进行参数试验，选出在不同老化温度条件评估试样并获取包括断裂伸长率及击穿场强的状态参数；
计算单元：用于基于评估试样的加速热老化试验数据，利用阿累尼乌斯方程拟合得出老化时间对数与老化温度倒数的拟合曲线，外推得到电缆在工作温度下老化时间t1；基于待评估试样的击穿场强试验数据，利用阿累尼乌斯方程拟合得出老化时间对数与老化温度倒数的拟合曲线，外推得到电缆在工作温度下老化时间t2；
比对评估单元：用于将老化时间t1和老化时间t2进行对比，满足其差值在预设值范围内条件后，取老化时间t1和老化时间t2的平均值作为老化寿命。
作为一选项，配置单元中待评估试样的固定方式如下，a、夹持固定待评估试样I端，扭转待评估试样，夹持固定待评估试样II端，且使其两端在圆周向上保持相互扭转一定角度a1。其中，扭转一定角度a1是指扭转电缆使其一端相对于另一端发生错位的角度。电缆在展开布置及使用过程中，在其圆周向上会有一定程度的扭转，试验时在其圆周向配置错位扭转角度，加入扭转因素，使其更贴近于实际使用过程，以便得出更为符合实际的老化寿命。
作为一选项，配置单元中待评估试样的固定方式还包括以下内容，b、设置待评估试样的弯折形状，使其以一定角度a2弯折；c、对其两端配置施加并保持一定拉伸作用力F。电缆在展开布置及使用过程中，会有一定弯折及轴向拉伸作用，加入弯折及拉伸因素，使其更贴近于实际使用过程，以便得出更为符合实际的老化寿命。
作为一选项，老化试验单元中，加速热老化试验的老化温度T为至少三个均匀增高的温度值，且在每个老化温度下进行多组加速热老化试验。作为一选项，加速热老化试验的老化温度T为100、110、120及130℃。如此，可以得到至少3点的老化时间对数与老化温度倒数，进而做出拟合曲线，以便外推得出在工作温度下老化时间。由于呈线性的关系，采用均匀增大的老化温度，利于得到更为准确的拟合曲线；当然数据越多则拟合曲线也越准确。
作为一选项，计算单元中，阿累尼乌斯方程拟合成的拟合曲线的公式为，lnt＝ln|C2-C1|-lnA+E/RT，其中，t是老化时间，C1为未老化时的初始性能值，C2为老化时间t时的性能值，E为活化能，R为摩尔气体常数(8.314J/mol﹒K)，T为老化温度(单位为K)，A为指前因子。基于阿累尼乌斯方程v＝A exp(-E/RT)，而在老化温度T下对应的化学反应速率v＝|C-C|/t，如此可得到前述拟合曲线公式，进而根据各个试验数据得出拟合曲线，再外推得出工作温度下(如50℃)老化时间，即为老化寿命。
作为一选项，获取参数单元的获取参数流程为，先对待评估试样进行拉伸实验获取断裂伸长率，以断裂伸长率下降为原来的50％为准选出在不同老化温度条件评估试样，再对评估试样进行交流击穿实验获取击穿场强。如此，可以得出断裂伸长率及击穿场强两种性能类别数据，进而分别通过该两种数据计算外推电缆在工作温度下老化寿命，所评估老化寿命数值更为准确。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明利用阿累尼乌斯方程拟合得出老化时间对数与老化温度倒数线性关系，依据加速热老化试验及评估条件，先获取断裂伸长率，选出符合条件试样并获取击穿场强，得到断裂伸长率及击穿场强两种性能类别数据，进而分别通过该两种性能数据计算外推电缆在工作温度下老化寿命，所评估老化寿命数值更为准确。
2.本发明在其圆周向配置错位扭转角度，加入扭转因素，加入弯折及拉伸因素，使其更贴近于实际使用过程，以便得出更为符合实际的老化寿命。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
具体实施方式
以下结合附图对发明的具体实施进一步说明。
如图1所示，本实施例的一种交通电缆老化寿命评估系统，包括以下内容，
配置单元：用于选择相同规格的未使用的电缆截取待评估试样，将待评估试样固定在支架上；
老化试验单元：用于将配置好的待评估试样及支架放入老化箱，以断裂伸长率下降为原来的50％为目标，在不同老化温度下进行多组加速热老化试验；
获取参数单元：用于对完成加速热老化试验的待评估试样进行参数试验，选出在不同老化温度条件评估试样并获取包括断裂伸长率及击穿场强的状态参数；
计算单元：用于基于评估试样的加速热老化试验数据，利用阿累尼乌斯方程拟合得出老化时间对数与老化温度倒数的拟合曲线，外推得到电缆在工作温度下老化时间t1；基于待评估试样的击穿场强试验数据，利用阿累尼乌斯方程拟合得出老化时间对数与老化温度倒数的拟合曲线，外推得到电缆在工作温度下老化时间t2；
比对评估单元：用于将老化时间t1和老化时间t2进行对比，满足其差值在预设值范围内条件后，取老化时间t1和老化时间t2的平均值作为老化寿命。
其中，老化箱、支架及试样固定结构均采用既有技术，可根据既有技术完成试样固定及加速热老化试验，在此不再赘述。
获取参数单元中，获取参数流程为，先对待评估试样进行拉伸实验获取断裂伸长率，以断裂伸长率下降为原来的50％为准选出在不同老化温度条件评估试样，再对评估试样进行交流击穿实验获取击穿场强。
如上述，该评估系统，利用阿累尼乌斯方程拟合得出老化时间对数与老化温度倒数线性关系，依据加速热老化试验及评估条件，先获取断裂伸长率，选出符合条件试样并获取击穿场强，得到断裂伸长率及击穿场强两种性能类别数据，进而分别通过该两种性能数据计算外推电缆在工作温度下老化寿命，所评估老化寿命数值更为准确。
下述将具体说明。
作为一选项，在一实例中，配置单元中待评估试样的固定方式如下，a、夹持固定待评估试样I端，扭转待评估试样，夹持固定待评估试样II端，且使其两端在圆周向上保持相互扭转一定角度a1。其中，扭转一定角度a1是指扭转电缆使其一端相对于另一端发生错位的角度，具体角度参数可根据实际情况结合试样长度进行设定，如1°或5°等。电缆在展开布置及使用过程中，在其圆周向上会有一定程度的扭转，试验时在其圆周向配置错位扭转角度，加入扭转因素，使其更贴近于实际使用过程，以便得出更为符合实际的老化寿命。当然，待评估试样也可以采用其两端不错位的普通固定方式。
作为一选项，在又一实例中，配置单元中待评估试样的固定方式还包括以下内容，b、设置待评估试样的弯折形状，使其以一定角度a2弯折；c、对其两端配置施加并保持一定拉伸作用力F。电缆在展开布置及使用过程中，会有一定弯折及轴向拉伸作用，加入弯折及拉伸因素，使其更贴近于实际使用过程，以便得出更为符合实际的老化寿命。
作为一选项，在一实例中，老化试验单元中，加速热老化试验的老化温度T为至少三个均匀增高的温度值，且在每个老化温度下进行多组加速热老化试验。作为一选项，加速热老化试验的老化温度T为100、110、120及130℃，再如90、100、110、120及130℃。如此，可以得到至少3点的老化时间对数与老化温度倒数，进而做出拟合曲线，以便外推得出在工作温度下老化时间。由于呈线性的关系，采用均匀增大的老化温度，利于得到更为准确的拟合曲线；当然数据越多则拟合曲线也越准确。
作为一选项，在一实例中，计算单元中，阿累尼乌斯方程拟合成的拟合曲线的公式为，lnt＝ln|C2-C1|-lnA+E/RT，其中，t是老化时间，C1为未老化时的初始性能值，C2为老化时间t时的性能值，E为活化能，R为摩尔气体常数(8.314J/mol﹒K)，T为老化温度(单位为K)，A为指前因子。基于阿累尼乌斯方程v＝A exp(-E/RT)，而在老化温度T下对应的化学反应速率v＝|C2-C1|/t，如此可得到前述拟合曲线公式，进而根据各个试验数据得出拟合曲线，再外推得出工作温度下(如50℃)老化时间，即为老化寿命。计算过程示例如下：
S1、进行加速热老化试验，分别在100、110、120及130℃下，每个温度配置5组试验；
S2、先对待评估试样进行拉伸实验获取断裂伸长率，以断裂伸长率下降为原来的50％为准选出在不同老化温度条件评估试样，再对评估试样进行交流击穿实验获取击穿场强；如此，可以得到各组相应温度及老化时间、断裂伸长率及击穿场强等试验数据；
S3、利用前述老化时间对数与老化温度倒数的拟合曲线，先基于评估试样的加速热老化试验数据，得出相应的ln|C2-C1|、lnA及E/R等，再据此外推得到电缆在工作温度下(如50℃)老化时间t1；再基于待评估试样的击穿场强试验数据，得出相应的ln|C2-C1|、lnA及E/R等，再据此外推得到电缆在工作温度下老化时间t2；
S4、将老化时间t1和老化时间t2进行对比，满足其差值(如0.1、0.3或0.5年)在预设值范围内条件后，取老化时间t1和老化时间t2的平均值作为老化寿命。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明和例证，但这些描述并非用以限定本发明所要求保护范围，凡本发明所提示的技术教导下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利保护范围。

Claims (7)

1.一种交通电缆老化寿命评估系统，其特征在于：包括以下内容，
配置单元：用于选择相同规格的未使用的电缆截取待评估试样，将待评估试样固定在支架上；
老化试验单元：用于将配置好的待评估试样及支架放入老化箱，以断裂伸长率下降为原来的50％为目标，在不同老化温度下进行多组加速热老化试验；
获取参数单元：用于对完成加速热老化试验的待评估试样进行参数试验，选出在不同老化温度条件评估试样并获取包括断裂伸长率及击穿场强的状态参数；
计算单元：用于基于评估试样的加速热老化试验数据，利用阿累尼乌斯方程拟合得出老化时间对数与老化温度倒数的拟合曲线，外推得到电缆在工作温度下老化时间t1；基于待评估试样的击穿场强试验数据，利用阿累尼乌斯方程拟合得出老化时间对数与老化温度倒数的拟合曲线，外推得到电缆在工作温度下老化时间t2；
比对评估单元：用于将老化时间t1和老化时间t2进行对比，满足其差值在预设值范围内条件后，取老化时间t1和老化时间t2的平均值作为老化寿命。
2.根据权利要求1所述的一种交通电缆老化寿命评估系统，其特征在于：所述配置单元中待评估试样的固定方式如下，a、夹持固定待评估试样I端，扭转待评估试样，夹持固定待评估试样II端，且使其两端在圆周向上保持相互扭转一定角度a1。
3.根据权利要求2所述的一种交通电缆老化寿命评估系统，其特征在于：所述配置单元中待评估试样的固定方式还包括以下内容，b、设置待评估试样的弯折形状，使其以一定角度a2弯折；c、对其两端配置施加并保持一定拉伸作用力F。
4.根据权利要求1所述的一种交通电缆老化寿命评估系统，其特征在于：所述老化试验单元中，加速热老化试验的老化温度T为至少三个均匀增高的温度值，且在每个老化温度下进行多组加速热老化试验。
5.根据权利要求4所述的一种交通电缆老化寿命评估系统，其特征在于：所述加速热老化试验的老化温度T为100、110、120及130℃。
6.根据权利要求5所述的一种交通电缆老化寿命评估系统，其特征在于：所述计算单元中，阿累尼乌斯方程拟合成的拟合曲线的公式为，lnt＝ln|C2-C1|-lnA+E/RT，其中，t是老化时间，C1为未老化时的初始性能值，C2为老化时间t时的性能值，E为活化能，R为摩尔气体常数，T为老化温度，A为指前因子。
7.根据权利要求1所述的一种交通电缆老化寿命评估系统，其特征在于：所述获取参数单元的获取参数流程为，先对待评估试样进行拉伸实验获取断裂伸长率，以断裂伸长率下降为原来的50％为准选出在不同老化温度条件评估试样，再对评估试样进行交流击穿实验获取击穿场强。
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