專利名稱：一種測試中壓電纜抗老化及抗水樹性能的設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電纜試驗設備，具體是一種測試中壓電纜抗老化及抗水樹性 能的設備。
背景技術：
隨著電纜產業的迅猛發展，我國電纜逐漸從滿足自身需求向瞄準海外市場邁進， 由于各國對電纜性能要求的差異及測試條件的不同，對我國能否制造出符合不同國家標準 的電纜，并成功登陸海外市場帶來了新的挑戰，根據南非產品標準SANS1339:2003要求，產品制造商應證明其所生產的中壓電纜 (三層共擠交聯聚乙烯絕緣電纜)的線芯所用的材料的長期可靠性和抗水樹性。為此該標準 提供了工頻(50HZ3UJ年)和中頻(500泡3隊3000小時)兩套試驗方案。試驗方法按SABS SM 1284-5:2000標準要求執行。SABS SM 1觀4_5:2000標準對從試驗儀器，供電設備，試驗試 樣，測試步驟，結果評估以及水樹實驗六大項18小項的內容進行了規定。本申請人在咨詢 了國內知名的檢測站，結果是目前國內無該類檢測設備，無法實施檢測。中壓電纜長期老化試驗的目的是證明三層共擠絕緣材料的長期可靠性且能阻止 水樹的產生。長期老化試驗的基本原理是在樣品兩端頭的絕緣和屏蔽之間安裝一不間斷 的水源，且樣品外部浸泡在溫度為50°C的水中1000小時后，再在室溫下對該試樣加3Uq的 電壓3000小時，耐壓3000小時的期間總停機時間不能超過M小時且停機時間要補足，通 過預處理的試樣做擊穿耐壓試驗，要求對試驗過程作全程監視，提供有效性記錄數據。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種滿足中壓電纜長期老化及抗水樹試 驗的設備。本實用新型所述的測試中壓電纜抗老化及抗水樹性能的設備，其包括中頻發電機 組、控制柜、測試頻率控制臺、恒溫控制臺、電源控制柜、三相交流變壓器、分壓電容器、電抗 器和恒溫水浴箱，所述中頻發電機組依次連接控制柜和測試頻率控制臺，市電依次通過電 源控制柜、三相交流變壓器連接測試頻率控制臺，測試頻率控制臺依次連接分壓電容器、電 抗器至恒溫水浴箱內的測試電纜接頭，恒溫水浴箱內的溫控設備連接恒溫控制臺，恒溫控 制臺連接計算機數據采集系統。上述測試頻率控制臺及其分壓電容器、電抗器共有2套，且并聯至恒溫水浴箱內 的測試電纜接頭，兩套測試頻率控制臺及其分壓電容器、電抗器分別對應50 Hz和500 Hz 測試頻率。在恒溫水浴箱內設有測試電纜安裝支架。本實用新型成功解決了中壓電纜老化試驗的問題，測試數據準確，設備結構簡單， 成本低廉，為中壓電纜抗老化及抗水樹性能測試提供一套可用、可靠的測試設備。
圖1是本實用新型的結構示意圖，圖2是水終端的結構示意圖，圖3是測試電纜安裝支架的主視圖，圖4是測試電纜安裝支架的側視圖。
具體實施方式
1、本實用新型的主體結構如圖1所示，本實用新型的一種測試中壓電纜抗老化及抗水樹性能的設備，主要 包括中頻發電機組、控制柜、測試頻率控制臺、恒溫控制臺、電源控制柜、三相交流變壓器、 分壓電容器、電抗器和恒溫水浴箱，其中中頻發電機組依次連接控制柜和測試頻率控制臺，市電依次通過電源控制柜、三 相交流變壓器連接測試頻率控制臺，測試頻率控制臺依次連接分壓電容器、電抗器至恒溫 水浴箱內的測試電纜接頭，恒溫水浴箱內的溫控設備連接恒溫控制臺，恒溫控制臺連接計 算機數據采集系統，在恒溫水浴箱內設有測試電纜安裝支架。測試頻率控制臺及其分壓電容器、電抗器共有2套，且并聯至恒溫水浴箱內的測 試電纜接頭，兩套測試頻率控制臺及其分壓電容器、電抗器分別對應50 Hz和500 Hz測試頻率。2、設備配備(1)恒溫水浴系統根據標準要求樣品應不少于10米為1卷，每卷繞二到三圈，末端必須在水線以上 且底部至少在水箱頂端50厘米以上，每一卷和終端必須固定使其在測試中無法移動，加熱 階段，水箱水溫控制在50°C 士5°C然后保持1000小時。本實用新型設計了一個高度為2. 5 米的恒溫水浴箱溫控制精度士 1°C和一個三角形支架(內接于外徑3米的圓)來滿足以上要 求，但是老化實驗過程中要求加壓3000小時整個過程中系統停機時間不允許超過M小 時，且一旦中間短暫的停止，實驗時間必須延長，以補足損失的時間。為此將所有實驗數據 納入計算機，由計算機每分鐘記錄，為防止意外斷電造成計算機數據的遺失和實驗數據的 漏記，將計算機安裝了不間斷電源。(2)中頻耐壓試驗系統試驗過程中需要將工頻50Hz轉換成500Hz，由于電纜是電容性阻抗，為保證功率 因素COS0)=1，必須選擇一個合適的電感性阻抗來補償，因為功率因素超前或滯后的話都 會帶來負載增加，而發電機的功率是一定的，如果補償電感器選擇不當，會造成系統過載， 甚至會使發電機過熱而燒毀，但是實驗過程中樣品的長度由200米逐漸減至168米。為此 我們在高壓電壓器上安裝了過流保護裝置，并安裝了兩個補償電抗器。經反復調試后中頻 耐壓系統最終定型為以下四個部分組成，一、由中頻發電機組及控制柜，二、中頻控制柜，三、中頻高壓試驗變壓器，四、電抗器兩只。[0027]3.整個系統的調試，為保證調試階段發現問題，調試時采用的是全真模擬試驗， 具體操作如下。(1)試樣的選取按SABS SM 1觀4_5:2000要求規定，試驗應在額定電壓6. 35/llkV三層共擠的絕 緣線芯上進行，且芯線應是銅或鋁導體，規格在95到400mm2范圍內的任一規格內進行試 驗，所有試樣應從局部放電試驗判定合格的產品上抽取。抽樣長度500Hz時，分15段，每段14米，其中的12段用于最終的耐壓試驗和水樹 試驗，3段，分750小時、1500小時、2250小時時，各取出一段進行耐壓試驗或水樹試驗。而 剩下的12段，在3000小時后全部取出進行耐壓和水樹試驗。(2)試驗進行1)高壓終端及水終端的制作，與國外專家介紹的等離子水終端相比，本實用新型 自制的高壓終端在性價比上要更加適用。其具體做法如下在每單根試樣的兩端，剝除距端頭1.2米內的絕緣外屏，用玻璃修整下絕緣的表 面，將可能出現的劃痕、外屏殘余物刮除，在用細砂紙將電纜絕緣表面打光，并用擦凈紙擦 凈，然后在絕緣上涂上絕緣密封膠，并安裝高壓終端。而后，切除距端頭0.55米內的絕緣， 在距切除面0.1米處制作一個阻水端子，后安裝水終端。本實用新型的水終端采用常規的 塑料套管，并在電纜上制作一個阻水的端子，實現同樣的功效，且在1年多的運行中，并未 出現問題，見圖2，圖中中段是絕緣1，上部漏斗狀塑料套管內裝有水2，下部是高壓終端3。SHAPE \* MERGEFORMAT 2)試樣的安裝，用一個三角形的支架或是四邊行的支 架(內接于外徑3米的圓，以達到繞三圈約10米的長度要求)，將電纜繞在上面，然后放在 水箱中，切忌在進行試樣的安裝時，將絕緣破損，如果絕緣因為操作過程中造成損傷，在樣 品做擊穿試驗前應標記清楚，以免無效數據影響檢測結果。一般情況下，會在單根絕緣線芯 的外面繞包一層銅帶，一是在耐壓過程中直接接地起到低電位作用，另一作用就是防止在 安裝過程中對絕緣線芯有所損傷。但實際操作中我們發現繞過銅帶的線芯不容易繞到支架 上，本實用新型實驗時采用了第二種方法即不是整段地繞銅帶，只是在高壓終端到水下0. 5 米的地方繞包一層銅帶，再另外用一根接地棒將水和地連接起來。安裝的示意圖見圖3和 圖4。3)預處理將水注入水箱，并加溫到50士5°C，將電纜放入水箱中，并保持1000小時，在此期 間對水箱里的溫度進行監控，并將此溫度變化的情況通過電腦采集形成溫度波動曲線，以 作為該電纜經過預熱的依據。預4)老化試驗先關閉恒溫水浴將水溫冷卻至室溫，打開計算機開啟500Hz采集系統，啟動采集 程序，然后啟動耐壓系統，此時，通過以前安裝好的模數轉換器將輸出的電壓信號通過電腦 采集，并在電腦上形成連續的電壓采集圖形，并同時將頻率的信號采集出來，并在電腦上形 成連續的電壓采集圖形。當然，這些信號的采集都是為了表征電纜在相應的試驗期間所處 的狀態，是進行試驗的依據。在上面提到的另外3段樣品，是為開發過程做試驗用的，主要是判斷試驗的有效 性的，比如說試樣材質不好，還未到時間就達不到要求了，就要評估這個試驗還有沒有做下去的必要。主要操作如下在老化進行750個小時時，將第一段拿出來做擊穿試驗；如果結 果合格，試驗將正常進行下去，如果結果不合格，要評估是否再繼續做試驗還是重新取樣做 試驗，在老化進行到1500小時時，將第二段拿出來進行試驗；在老化進行到2250小時時，將 第三段拿出來進行試驗，如果全部結果合格，將對滿3000小時的所有試樣進行測試，對整 個試驗結果進行有效性評估，并以有效的結果對試樣的質量進行評估。4、電壓試驗(試樣質量的評估方法)將線芯從水箱中取出，按要求分成12段，每段10米(因工頻逐級擊穿試驗的樣品 需要至少7. 93米的有效電纜長度)，并將電纜上繞包一層銅帶或是銅絲編制以便接地，兩端 使用裝入350kV的去離子水終端或是其他可以進行高壓試驗的終端，先給電纜施加3 的 電壓5分鐘，然后把電壓提高到4 持續5分種，依次遞增，每次增加lU0/5分鐘次直至擊 穿。用同樣的方法依次測試剩下的11個樣品，并記錄其可以承受的電壓值。該項試驗我們 委托國家電線電纜質量監督檢測中心并經南非國家標標準局專家現場確認。5、水樹試驗將從經過上述電壓試驗的樣品上，靠近擊穿位置附近，切取30個圓片，在250毫升 的燒杯中準備6g±0. Ig的亞甲藍和0. 5士0. Ig碳酸鈉，然后加200毫升的蒸餾水制成溶 液。加熱溶液到70士2°C并保持4小時，不斷攪動溶液，并用聚乙烯薄膜封住燒杯口防止蒸 發。在首次使用溶液之前，將溶液放在加熱柜中加熱，使溫度達到70士2°C，保持這一溫度至 少10個小時，然后小心的將試樣浸泡在70士2°C亞甲藍溶液中4小時，后將其取出，用水沖 洗并甩干，在用酒精清洗，后涼干。任何的小孔或者蝴蝶結般的樹狀物都可以目測和3倍的 放大鏡下清晰看見。然后對觀察到的小孔和水樹的情況就尺寸大小和數量進行記錄。6.試驗結果分析(1)絕緣層水樹的含量越高，會導致電纜交流擊穿強度下降，縮短電纜運行的使用 壽命。水樹在一定的環境條件下會生長非常迅速，并最終導致電纜的擊穿。(2)交聯電纜的壽命方程為Unt=C其中U是電纜上施加的電壓，t是電纜的使用壽 命，η是壽命指數，C是常數。而壽命指數是一大關鍵，知道了 η值，就可以通過升高電壓在 較短的時間內測得其耐壓時間，從而求得壽命方程，從而可估算其電纜的使用壽命。通過采 用逐級升壓可以近似簡潔的求壽命指數。
權利要求1.一種測試中壓電纜抗老化及抗水樹性能的設備，其特征是包括中頻發電機組、控 制柜、測試頻率控制臺、恒溫控制臺、電源控制柜、三相交流變壓器、分壓電容器、電抗器和 恒溫水浴箱，所述中頻發電機組依次連接控制柜和測試頻率控制臺，市電依次通過電源控 制柜、三相交流變壓器連接測試頻率控制臺，測試頻率控制臺依次連接分壓電容器、電抗器 至恒溫水浴箱內的測試電纜接頭，恒溫水浴箱內的溫控設備連接恒溫控制臺，恒溫控制臺 連接計算機數據采集系統。
2.根據權利要求1所述的測試中壓電纜抗老化及抗水樹性能的設備，其特征是所述 測試頻率控制臺及其分壓電容器、電抗器共有2套，且并聯至恒溫水浴箱內的測試電纜接 頭，兩套測試頻率控制臺及其分壓電容器、電抗器分別對應50 Hz和500 Hz測試頻率。
3.根據權利要求1或2所述的測試中壓電纜抗老化及抗水樹性能的設備，其特征是 在恒溫水浴箱內設有測試電纜安裝支架。
專利摘要本實用新型公開了一種測試中壓電纜抗老化及抗水樹性能的設備，其包括中頻發電機組、控制柜、測試頻率控制臺、恒溫控制臺、電源控制柜、三相交流變壓器、分壓電容器、電抗器和恒溫水浴箱，所述中頻發電機組依次連接控制柜和測試頻率控制臺，市電依次通過電源控制柜、三相交流變壓器連接測試頻率控制臺，測試頻率控制臺依次連接分壓電容器、電抗器至恒溫水浴箱內的測試電纜接頭，恒溫水浴箱內的溫控設備連接恒溫控制臺，恒溫控制臺連接計算機數據采集系統。本實用新型成功解決了中壓電纜老化試驗的問題，測試數據準確，設備結構簡單，成本低廉，為中壓電纜抗老化及抗水樹性能測試提供一套可用、可靠的測試設備。
文檔編號G01R31/00GK201886100SQ20102066771
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者吳麗芳, 夏亞芳, 趙文明, 陳曉軍, 鮑啟偉 申請人:無錫江南電纜有限公司