当前位置：文档之家 › 基于DSC法电缆热老化寿命的研究_刘方哲

基于DSC法电缆热老化寿命的研究_刘方哲

  • 格式：pdf
  • 大小：733.48 KB
  • 文档页数：1

第25卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.25,No.5 2009年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2009 文章编号：1007-984X(2009)05-0094-01
基于DSC 法电缆热老化寿命的研究
刘方哲
（齐齐哈尔德恩电力集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）
绝缘电缆在使用过程中，由于橡胶的氧化分解作用，使橡胶的电物理和机械性能发生变化，它们逐渐变硬、变脆，在橡皮上形成裂纹，空气和水分将填充裂纹中。

在温度升高、阳光照射、可燃性油及其它因素作用下，绝缘将发生强烈老化。

若电缆包皮的温度高于设计值达8℃，电缆寿命则减少1/2。

电缆绝缘的过热不仅发生在环境温度升高的时候，而且也发生在电力设备正常使用时可能的经常性反复的电流过载时侯。

例如，当电动机起动的时候，起动电流可以为额定值的5-7倍，此时，导电线缆承受过流负载，在堵转、断相等情况下将导致更大的过热，容易引发重大事故。

因此，对常用电缆绝缘材料的寿命进行研究有着重要意义。

作者通过采用常规法对电缆的寿命进行了预测外，还采用了差示扫描量热法DSC （DSC 法是通过程序控制温度的变化，在温度变化的同时，测量试样和参比物的功率差(热流率)与温度的关系）结合常规法对电缆的寿命进行快速评定，发现2种方法所得结果非常接近，从而验证了应用DSC 分析快速评定绝缘材料寿命方法的可行性。

1 用DSC 对老化程度的分析
热老化的本质是绝缘材料在热量的影响下发生了化学变化，所以热老化也被称为化学老化。

一般情况下，化学反应的速度随着环境温度的升高而加快。

热老化是一种不可逆的化学过程，所以物质结构和成分的变化也是单向的。

不同的物质结构和成分决定着不同的老化程度。

热老化使得绝缘材料的电气和机械性能同时产生劣化，绝缘寿命减少，但是最显著的表现还是材料的伸长率、拉伸强度等机械特性的变化。

例如，XLPE 材料被认为当拉伸率从初始的400%～600%降低到100%时寿命终止。

一般地区，大气的温度对热老化的作用不明显，炎热高温的工作环境作用相对大些，但不是主要因素，热老化主要是电力设备自身产生的比较大的热量所致，如电能损耗、局部放电等引起的较大的升温。

为了防止绝缘材料被氧化，减缓连锁反应的速度，一般都是采用添加抗氧化剂的方法。

聚乙烯的抗氧化剂常使用苯酚系化合物，其主要作用是提供H -，与氧化老化连锁反应中产生的COO -结合，以阻止连锁反应继续进行。

基于以上原理，在相同的升温速率和其它的试验条件下，对在某温度下经过不同老化时间的试样进行了DSC 测试。

曲线出峰温度与老化时间的变化关系，见表1。

表1 曲线出峰温度与老化时间的变化关系
老化时间/d
原始 5 101419242732出峰温度/℃ 299289283277271268264258
从表1可以看出，不同的出峰温度能反映出不同的老化程度，这种规律性归结为引起老化的热氧降解反应的进行程度。

根据材料的这种性质，首先进行加速热老化试验，同时测得各老化阶段的DSC 图谱。

在电缆的使用期间，如果想了解该电缆的老化情况，只需取少量电缆试样，在同等条件下进行DSC 测试，将结果与图谱比较,即可确定该电缆的老化程度。

2 热老化寿命的评估 如果能够测得电缆实际运行中一年四季的的温度，然后将温度值代入⎥⎥
⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=∑=n i i P RT E n R E
T 1exp 1ln ln ，求出线缆的等效
温度值p T 。

式中：E 为活化能；R 为气体常数，R =8.314 5 J/mol；T i 为绝缘层外表温度。

再计算求得电缆的平均使用电流I ，
这样将得到的p T 和I 值代入p c T KI T +=2，
就这样得到线缆的线芯温度T c 。

式中：K 为与电缆绝缘层及护套热阻有关的系数，这里称为负载系数。

再由上述DSC 法确定老化方程式的斜率b =5 346 ，将斜率b 和线芯温度T c 代入 b a +=τlg ，可得该线缆的热老化方程为⎩⎨⎧+=+=c
i T T T T a max max 3465lg τ。

式中：τ为材料的寿命，h；T 为老化温度，K；a 为与规定失效性能相关的常数；b 是与活化能E 有关的常数，表示为0.401×E /R 。

该热老化方程与以往不同的是考虑了线芯温度c T 和环境温度T p ，这样更加贴近实际工况，使计算数值更加准确。

3 结论
用DSC 法可分别求得阻燃线缆热老化寿命预测公式。

（1）新型线缆在使用期间，可取少量线缆根据DSC 法测试，即可得到其寿命预测结果；（2）上述热老化在概念上是指在绝缘材料的氧化降解过程，该化学反应的速度和温度有着直接的关系；
（3）在实际电缆使用过程中，老化过程是一个复杂的多种化学反应过程。

以上结论只适用于温度为主的热老化问题，而且电缆在工作时的电流不会恒定不变，因此在应用上述结论时存在着一定的误差，这个问题还有待进一步研究。

合集下载

cable123[1]cn- 电线电缆绝缘检测技术的研究_第三章电缆的绝缘诊断

cable123[1]cn- 电线电缆绝缘检测技术的研究_第三章电缆的绝缘诊断

东南大学硕士论文第三章电缆的绝缘诊断技术第三章电缆的绝缘诊断技术为了确保电力设备安全运行，电力设备在运行前和运行中要进行交接试验、预防性试验和在线监测。

通过这些试验和监测，及早的发现绝缘缺陷，从而进行相应的维护与检修，以保证设备的正常、安全的运行，减少事故发生。

预防性试验可以分为两大类：破坏性试验和非破坏性试验。

破坏性试验又称绝缘耐压试验，是指在高于设备工作电压下进行的试验。

它主要有交流耐压和直流耐压两种试验，旨在揭露危险性大的集中性绝缘缺陷，保证绝缘有一定的裕度。

需要指出的是，耐压试验可能会对试品产生某些损坏，从而影响绝缘寿命。

非破坏性试验又称为绝缘特性试验，是指在较低电压下用其它不会损伤绝缘的方法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。

据日本方面的统计数据，在1985～1989年之间事故波及的设备中有47.8% 与电线、电缆有关，几乎占了一半，国内的情况也是如此。

此外，据日本的经验，凡敷设10年以上的电缆，绝缘不良的占10%。

因此，定期对电缆进行绝缘预防性试验显得尤为重要。

据《电力设备预防性试验规程》，针对电缆的预防性试验主要有：绝缘电阻测量、直流泄漏电流测量、介质损耗角正切值测量、直流耐压试验等。

此外，根据测量、试验时电缆是否出于带电运行状态可分为停止运行诊断法和在线诊断法两种。

3.1 电缆绝缘停止运行诊断法3.1.1 绝缘电阻的测量测量绝缘电阻的仪表被称为兆欧表，传统的有靠手摇动产生电压的摇表，随着数字技术的发展，出现了各种性能优良数字兆欧表。

对于采用多层绝缘的电力电缆而言，是测量线芯导体与屏蔽层之间的绝缘电阻，接线方式如图3.1所示，测量电压在1000V以上。

对于一般低压配电网各种电线而言，可以采取测量两相间或相线对地线之间的绝缘电阻的方法，测量电压为500V或者1000V。

金属图3.1 电缆绝缘电阻测量接线图绝缘电阻的判定标准根据电缆种类、电压等级、应用场合等条件不同而不同，同时也因测试电压等级不同而不同。

219402677_不同种类聚丙烯加速老化性能对比

219402677_不同种类聚丙烯加速老化性能对比

结构与性能CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2023， 40（3）： 40DOI：10.19825/j.issn.1002-1396.2023.03.10近几十年来，聚丙烯（PP）在消费品领域的用量日益增长。

随着新型催化剂的开发及对PP结构与性能关系的研究日益深入，各种改性PP受到了学术界和工业界的广泛关注［1］。

按照分子结构形态的不同，PP可分为无规共聚PP（PPR）、均聚PP （PPH）和嵌段共聚PP（PPB）。

通过丙烯和乙烯单体的共聚，丙烯序列的结晶结构被随机嵌入的乙烯单元破坏，导致PPR的结晶度、刚性和熔点降低，同时使其热稳定性、抗老化性能和力学性能等有不同于PPB和PPH的特性，并因此广泛应用于家庭和工业管道系统［2］。

然而，由于PPR的价格偏高，有些不法原料供应商采用PPH或PPB冒充PPR，虽然这类产品价格较低，但实际热氧使用情况下可能存在不少安全隐患［3-4］，因此有必要研究不同种类PP的加速老化性能［5］。

本工作选取PPR，PPH，PPB开展基于差示扫描量热法（DSC）不同种类聚丙烯加速老化性能对比孙梦捷，刘 峻（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）摘要：采用差示扫描量热仪及热重分析仪对无规共聚聚丙烯（PPR）、均聚聚丙烯（PPH）和嵌段共聚聚丙烯（PPB）进行原位热氧加速老化特性研究，分析了老化温度对PPR，PPB，PPH熔点和热稳定性能的影响，并采用傅里叶变换红外光谱仪探究了老化温度与分子结构的关系。

结果表明：随着热氧老化温度的上升，试样的老化作用逐渐加剧，总体氧化稳定性变差。

在典型供应热水70 ℃条件下，PPR的使用寿命远大于PPB和PPH，说明PPB和PPH不适用于作为热水管材的材料。

关键词：聚丙烯 差示扫描量热法 加速老化 寿命评估中图分类号：TQ 325.1+4文献标志码：B 文章编号：1002-1396（2023）03-0040-04Comparative study on accelerated aging performance ofdifferent kinds of polypropyleneSun Mengjie，Liu Jun（Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research，Shanghai 201114，China）Abstract：Differential scanning calorimeter（DSC） and thermogravimetric analyzer（TG） in-situ thermal oxygen acceleration were performed on random copolymer polypropylene （PPR），homopolymer polypropylene （PPH） and block copolymer polypropylene （PPB） about their aging characteristics to analyze the effects of aging temperature on the melting point and thermal stability of PPR，PPB and PPH. The relationship between aging temperature and molecular structure were explored by Fourier transform infrared spectroscope（FTIR）. The results show that as the thermal oxygen aging temperature increases，the aging effect of the samples gradually increases，and the overall oxidation stability deteriorates. Under the condition of a typical supply of hot water at 70 ℃，the service life of PPR is much longer than that of PPB and PPH，indicating that PPB and PPH are not suitable for hot water pipe materials.Keywords：polypropylene； differential scanning calorimetry； accelerated aging； life assessment收稿日期：2022-11-27；修回日期：2023-02-26。

变压器绝缘材料老化的特征及分析方法研究进展

变压器绝缘材料老化的特征及分析方法研究进展

变压器绝缘材料老化的特征及分析方法研究进展随着电力系统的迅速发展，变压器作为电力传输和分配中的关键设备，其可靠性和稳定性对于保障电力系统的正常运行至关重要。

而变压器绝缘材料的老化问题直接影响着变压器的性能和寿命。

因此，对于变压器绝缘材料老化特征及分析方法的深入研究具有重要意义。

一、变压器绝缘材料老化的特征1. 绝缘材料物理性能的退化：随着时间推移，绝缘材料的物理性能会逐渐退化，比如机械强度下降、电介质常数增加、热稳定性降低等。

2. 绝缘材料表面老化现象：老化绝缘材料的表面会出现颜色变化、龟裂、氧化等现象，并逐渐形成炭化层，影响绝缘材料的绝缘性能。

3. 绝缘材料内部老化现象：老化绝缘材料内部会出现分子链断裂、氧化反应、剪切松弛等现象，导致绝缘材料介电强度下降。

4. 老化产物的积聚：绝缘材料老化产生的有害物质会积聚在绝缘材料内部或周围，进一步加速绝缘材料老化的过程。

二、变压器绝缘材料老化的分析方法1. 物理测试方法：通过测量绝缘材料物理性能的退化程度，如机械强度测试、热稳定性测试等，来评估绝缘材料的老化程度。

2. 表面检测方法：通过表面观察、红外热像仪等工具，检测绝缘材料表面是否存在老化现象，并评估老化程度。

3. 化学分析方法：利用化学分析技术，检测绝缘材料老化产物中的有害物质成分，如有机酸、醛类等，从而判断绝缘材料的老化情况。

4. 电气性能测试方法：通过测量绝缘材料的介电强度、介电损耗等指标，评估绝缘材料的老化程度。

三、研究进展1. 绝缘材料老化机理的研究：通过分析绝缘材料老化的原因和机制，深入理解老化过程中的化学反应、分子链断裂等基础原理，为老化特征的准确判断提供理论依据。

2. 老化特征监测技术的进展：随着科技的发展，新的老化特征监测技术不断涌现，如红外热像仪、高频电压法等，这些技术的应用为变压器绝缘材料的老化分析提供了更加准确和便捷的手段。

3. 机器学习在老化分析中的应用：机器学习技术的兴起为变压器绝缘材料老化特征的分析提供了新的思路。

基于多维介电参数雷达谱图的XLPE电缆老化状态综合评估

基于多维介电参数雷达谱图的XLPE电缆老化状态综合评估

基于多维介电参数雷达谱图的XLPE电缆老化状态综合评估王尉军;陈旻;殷慧;李原
【期刊名称】《绝缘材料》
【年(卷),期】2024(57)2
【摘要】极化-去极化电流(PDC)法被广泛用于评估交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘状态,但现有研究倾向于采用单一介电特征参数反映绝缘的老化情况,未充分利用PDC结果中丰富的介电响应信息,且单一介电参数难以适用于不同的老化类型。

为解决上述问题,本文提出了一种改进的雷达谱图评估方法,以综合利用多维介电参数,全面评估XLPE电缆的绝缘状态。

为验证所提方法的有效性,对人工加速热老化与水树老化的XLPE短电缆试样进行了PDC测试,并利用提出的多维介电参数雷达谱图方法对PDC测试结果进行分析。

结果表明:雷达谱图中多边形面积参数能够较好地反映两种老化XLPE电缆的老化程度。

【总页数】8页(P72-79)
【作者】王尉军;陈旻;殷慧;李原
【作者单位】贵州电网有限责任公司贵阳供电局;四川大学电气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM215;TM247
【相关文献】
1.介电谱用于评估XLPE电缆绝缘劣化状态的研究
2.高压频域介电谱诊断XLPE电缆局部绝缘老化缺陷的研究
3.基于高温介电谱测量的XLPE老化状态评估
4.XLPE
电缆绝缘热老化的高压频域介电谱诊断方法5.基于低频高压频域介电谱的XLPE电缆电树枝老化状态评估
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。