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哑铃试件厚度对电缆热塑性护套机械性能测试影响

2025-03-27 61 上传者：管理员

摘要：电缆护套是确保电缆在安装敷设及使用时不受机械和环境损伤的关键元件。对电缆护套老化前后机械性能（抗张强度和断裂伸长率）准确测试是评判电缆产品性能的重要依据。通过对哑铃试件厚度对热塑性护套（ST2聚氯乙烯护套、ST7聚乙烯护套、ST8无卤低烟阻燃聚烯烃护套）老化前后机械性能测试结果影响的研究试验发现：在额定电压35 kV电缆产品ST2、ST7、ST8护套进行制样测试老化前后机械性能时，将哑铃试件厚度控制在0.8～2.0 mm,相关测试结果波动基本在10%以内，均满足电缆产品标准要求且余量较大；相对于ST2、ST8护套，哑铃试件厚度对ST7护套机械性能测试结果有一定影响，其厚度0.8～0.9 mm哑铃试件老化前后抗张强度和断裂伸长率测试结果均为最大值。

关键词：
哑铃试件
抗张强度
断裂伸长率
电缆护套
电缆热塑性护套
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电缆最外层护套主要用于保护电缆绝缘及其他内层结构的安全,确保电缆在安装敷设及使用阶段不受机械和环境损伤影响其使用寿命,因此电缆护套应具有优异的机械性能､防水､防化学､防紫外线､防油等性能｡电缆护套的拉伸性能是护套机械(力学)性能中非常重要且基本的性能,其可表征护套在使用环境中抗拉､抗压等性能｡通常根据标准Gb/T2951.11—2008[1]中规定的机械性能试验方法和Gb/T2951.12—2008[2]中规定的老化试验方法进行护套老化前后拉伸性能测试｡相关试验方法标准对护套拉伸性能测试时用于制作哑铃试件的试条厚度Hts范围规定较宽,即要求0.8Mm≤Hts≤2.0Mm,如果Hts<0.8mm,则允许Hts,Min=0.6mm;对于Pe护套,如果护套较厚且两面均较光滑,则哑铃试件厚度不需要削到2.0mm｡较高的Hts虽便于相关测试人员采用磨平或削平方式制取护套试条并制作哑铃试件,但也可能对热塑性护套老化前后机械性能测试结果产生影响｡为此,本文对哑铃试件厚度对常用的正常运行时导体最高温度90℃的聚氯乙烯(Pvc)护套､聚乙烯(Pe)护套､无卤低烟阻燃聚烯烃(阻燃Lszh-Po)护套(即St2､St7､St8热塑性护套)老化前后机械性能测试结果的影响展开了试验研究｡

1、试验设计

1.1试验样品选择及制备

为了研究哑铃试件厚度对St2､St7､St8热塑性护套老化前后机械性能测试结果的影响,分别选用由市售的St2､St7､St8热塑性护套材料制作的电压等级35kv､护套厚度Hs≫2.0mm的Zc-Yjv26/35kv1×300Mm2交联聚乙烯(Xlpe)绝缘Pvc护套电缆､Zc-Yjly2326/35kv3×95mm2Xlpe绝缘Pe护套电缆､Wdzb-Yje26/35kv1×50mm2Xlpe绝缘阻燃Lszh-Po护套电缆作为电缆试样｡为提高试验结果的可靠性,在同一实验室由同一测试人员采用相同方法,从各约1m长的电缆试样段上通过削平制取不同厚度(Hts=0.8~0.9Mm､1.1~1.3Mm､1.5~1.7Mm､1.8~1.9Mm)St2､St7､St8热塑性护套试条,并用同一哑铃刀冲切制作哑铃试件(如图1所示)｡根据标准Gb/T2951.11—2008中规定,需老化处理的试件应取自紧靠试验用试件后面一段,老化和未老化试件的拉伸试验应连续进行,故在同一厚度范围试条及其后面试条上分别至少制取5个哑铃试件(以确保测得的有效数据为5个)｡

图1哑铃试件

1.2测试项目及试验设备选择

通常拉伸性能测试主要包括抗拉强度和断裂伸长率测试｡抗拉强度是指拉伸试件至断裂时记录的最大抗拉应力,断裂伸长率是指试件拉伸至断裂时标记距离的增量与未拉伸试样标记距离的百分比[3]｡护套老化后拉伸性能测试是采用模拟电缆使用过程加速护套老化,进而对老化后护套机械性能评估｡因此,本文在哑铃试件厚度对St2､St7､St8热塑性护套老化前后机械性能测试结果影响研究试验时设计的具体测试项目包括老化前St2､St7､St8热塑性护套试样厚度h0和h0a､老化前后抗张强度σ0和Σa､老化前后断裂伸长率ε0和Εa｡同时,根据上述护套老化前后拉伸性能测试数据获得老化前后抗张强度中间值Mσ0和Mσa､老化前后断裂伸长率中间值Mε0和Mεa､老化前后抗张强度变化率Δσ=(Mσa-Mσ0)/Mσ0､老化前后断裂伸长率变化率Δε=(Mεa-Mε0)/Mε0｡在研究试验中选用的主要设备和工具包括:电子式拉力试验机､热老化试验箱､测厚仪､钢直尺､钢卷尺｡

1.3试验过程设计

为提高本研究试验结果的可靠性,在同一实验室同一台拉力机上由同一测试人员采用相同测试方法进行St2､St7､St8热塑性护套各哑铃试件老化前后拉伸试验｡同时,根据电缆产品标准Gb/T12706.3—2020[4]设置老化试验条件,即St2护套为100℃､168h,St7护套为110℃､240h,St8护套为100℃､168h;在老化试验时测试人员采用同一老化试验箱放置老化样品｡本研究试验在同一实验室由同一测试人员完成,相关试验步骤为:a.在试验环境温度(23±2)℃下测量St2､St7､St8热塑性护套各不老化和需老化哑铃试件厚度h0和h0a,并计算其截面积A0和A0a｡b.空气烘箱老化试验处理,即打开空气烘箱并调好温度,待温度稳定后将St2､St7､St8热塑性护套各哑铃试件放入烘箱｡c.从空气烘箱中拿出St2､St7､St8热塑性护套各老化后哑铃试件,和老化前哑铃试件一起放在相同的符合标准要求的条件下处理24h,而后测试人员在同一台拉力机上采用相同测试方法进行St2､St7､St8热塑性护套各哑铃试件老化前后拉伸试验;试验期间测量并记录最大拉力Fmax和试件断裂时试件20mm标线之间的距离以计算抗拉强度σ0和Σa､断裂伸长率ε0和Εa｡d.获得中间值Mσ0和Mσa､Mε0和Mεa,计算变化率Δσ和Δε;根据标准Gb/T12706.3—2020规定(如表1所示)对St2､St7､St8热塑性护套老化前后机械性能测试结果进行评判｡

表1额定电压35kv电缆热塑性护套机械性能标准要求

表2不同厚度时St2护套哑铃试件老化前后机械性能测试结果

表3不同厚度时St7护套哑铃试件老化前后机械性能测试结果

表4不同厚度时St8护套哑铃试件老化前后机械性能测试结

2、试验结果与分析

不同厚度时ST2､ST7､ST8热塑性护套哑铃试件老化前后机械性能测试结果如表2~表4所示,相关统计结果如表5所示｡可见:a.对于ST2､ST7､ST8热塑性护套,从0.8mm≤hts≤2.0mm厚度试条上所制得的不同厚度哑铃试件并未对老化前后机械性能测试结果产生较大影响而造成误判,相关测试结果波动基本在10%以内,均满足表1中的标准要求且余量较大｡b.相对于ST2PVC护套､ST8阻燃LSZH-PO护套,哑铃试件厚度对ST7PE护套机械性能测试结果有一定影响,其厚度0.8~0.9mm哑铃试件老化前后抗张强度和断裂伸长率测试结果均为最大值｡

表5不同厚度时ST2､ST7､ST8护套哑铃试件老化前后机械性能测试结果统计

由此可得,测试人员按照标准GB/T2951.11—2008和GB/T2951.12—2008规定在对额定电压35kV电缆产品ST2､ST7､ST8热塑性护套进行制样测试老化前后机械性能时,可将哑铃试件厚度控制在0.8~2.0mm｡但为避免出现因不同人员制样而导致电缆护套老化前后机械性能测试结果差异,影响对电缆产品的评判,建议在今后标准修订时可对此进行详细规定,以指导测试人员实际操作｡

3、结论

为了确保电缆的使用寿命,避免电缆在安装敷设过程中容易因受力而出现护套破损､断裂甚至损坏绝缘,以及在电缆正常运行时因护套老化变脆､破裂,进而导致绝缘老化损坏,引起短路､触电等危险,甚至引发火灾事故,对电缆护套老化前后机械性能(抗张强度和断裂伸长率)的准确评估非常重要,相关测试结果将左右对电缆产品合格与否的评判｡通过对哑铃试件厚度对ST2､ST7､ST8热塑性护套老化前后机械性能测试结果影响的研究试验发现,在额定电压35kV电缆产品ST2､ST7､ST8热塑性护套进行制样测试老化前后机械性能时,将哑铃试件厚度控制在0.8~2.0mm,相关测试结果波动基本在10%以内,均满足电缆产品标准要求且余量较大;相对于ST2PVC护套､ST8阻燃LSZH-PO护套,哑铃试件厚度对ST7PE护套机械性能测试结果有一定影响,厚度0.8~0.9mm哑铃试件老化前后抗张强度和断裂伸长率测试结果为最大值｡

参考文献:

[1]中国电器工业协会.电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第11部分:通用试验方法—厚度和外形尺寸测量—机械性能试验:GB/T2951.11—2008[S].北京:中国标准出版社,2008.

[2]中国电器工业协会.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:GB/T2951.12—2008[S].北京:中国标准出版社,2008.

[3]杨丽,章庆科,李培娴,等.电线电缆拉力试验中ST2护套的哑铃片厚度对试验结果的影响[J].价值工程,2022(21):149-152.

[4]中国电器工业协会.额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件第3部分:额定电压35kV(Um=40.5kV)电缆:GB/T12706.3—2020[S].北京:中国标准出版社,2020.

文章来源:刘涛,沈智飞,张恒玮,等.哑铃试件厚度对电缆热塑性护套机械性能测试影响[J].光纤与电缆及其应用技术,2025,(02):35-37+40.