用于評估交聯(lián)聚乙烯電纜銅芯與絕緣層間松動程度的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電工測量技術，特別涉及一種可考核高壓交聯(lián)聚乙烯電纜承受電、熱、機械應力及外部環(huán)境作用下老化后電纜銅芯與絕緣層脫殼松動的裝置和方法，具體是指用于評估交聯(lián)聚乙烯電纜銅芯與絕緣層間松動程度的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜在電力傳輸過程中起著非常重要的作用，在其投入運行過程中必須承受電、熱、機械應力以及外部環(huán)境條件的作用，同時由于在制造過程中電纜絕緣中存在氣隙和雜質以及銅芯毛刺、半導電層凸起和界面裂隙等因素影響，這些都會導致電纜絕緣的老化。
[0003]電纜絕緣材料老化后，其物理化學性能、電氣性能、力學性能、內(nèi)應力和界面特性等發(fā)生變化，從而使得電纜銅芯和電纜絕緣之間的黏著力減小，產(chǎn)生松動，引起局部放電，導致電纜電氣絕緣性能失效，影響電力電纜的安全可靠運行。
[0004]因此，建立測量電力電纜銅芯和絕緣層間脫殼松動的方法，對考察電力電纜的不同老化狀態(tài)，評估電纜的安全使用壽命，具有非常重要的作用。但目前還沒有可以有效測量以及評定電力電纜銅芯與絕緣層間脫殼松動的測量方法以及裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是提供用于評估交聯(lián)聚乙烯電纜銅芯與絕緣層間松動程度的裝置，該裝置結構簡單，操作方便，能夠準確獲得交聯(lián)聚乙烯電纜銅芯與絕緣層之間的靜摩檫力，通過靜摩擦力的大小來評估電纜不同老化狀態(tài)下銅芯與絕緣層間松動程度。
[0006]本發(fā)明的上述目的通過如下技術方案來實現(xiàn)的:用于評估交聯(lián)聚乙烯電纜銅芯與絕緣層間松動程度的裝置，其特征在于:該裝置包括底座、立柱、壓力傳感器、空心座筒、連接導板、壓桿組件、壓力機和計算機，所述壓力傳感器安裝在底座中部，所述空心座筒設置在所述壓力傳感器上，由壓力傳感器承托，空心座筒用于放置待測的電纜試樣，該電纜試樣由圓柱形的銅芯以及包覆銅芯的圓筒形的絕緣層組成，電纜試樣的銅芯以及絕緣層與電力行業(yè)中實際使用的交聯(lián)聚乙烯電纜的銅芯以及絕緣層的材質和光潔度均相同，空心座筒具有尺寸大于銅芯的豎向設置的中心孔道，所述的連接導板橫向設置，所述立柱為豎向設置的兩根柱，立柱的底部安裝在底座上，立柱的頂部插裝在連接導板上，所述連接導板在外力作用下能夠沿立柱軸向豎直上下移動，所述壓桿組件豎向穿插在所述連接導板的中部，壓桿組件的底端為壓頭，壓頭位于電纜試樣的銅芯的正上方，壓頭的尺寸小于銅芯的尺寸，壓頭與電纜試樣的銅芯相抵觸，壓桿組件的頂端與壓力機相連接，所述壓桿組件在壓力機壓力作用下能夠豎直向下移動，通過壓頭向電纜試樣的銅芯施加壓力直至將銅芯壓出，在此過程中電纜試樣的銅芯以及絕緣層之間的摩擦力通過空心座筒反作用于壓力傳感器，并且通過壓力傳感器獲得，所述的壓力傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡與計算機相連接，壓力傳感器將測量獲得的摩擦力信息傳輸給計算機，計算機根據(jù)接收的信息繪制出摩擦力一時間關系曲線圖，并通過顯示屏顯示出來。
[0007]本發(fā)明的裝置能夠準確獲得交聯(lián)聚乙烯電纜銅芯與絕緣層之間的靜摩檫力，通過獲得的靜摩擦力的大小，用來評估電纜不同老化狀態(tài)下銅芯與絕緣層間松動程度。
[0008]本發(fā)明的裝置在使用時，首先，壓桿組件在壓力機的作用下，慢慢擠壓電纜試樣的銅芯，在電纜試樣正下方有一壓力傳感器，可以將壓力機施加給電纜試樣銅芯的力，通過數(shù)據(jù)采集卡采集在計算機上反映出來，從而可以實現(xiàn)對施加力的實時測量采集。其次，在整個施加力測量的過程中，電纜試樣銅芯從一開始受到力的作用，以及到電纜試樣銅芯在外施力的作用下發(fā)生運動，這是從銅芯與絕緣層間的靜摩擦力到最大靜摩擦力再到滑動摩擦力的過程。在這一過程中，通過最大靜摩擦力可以來反映電纜試樣銅芯與絕緣層間的松動程度，由于電纜試樣的銅芯以及絕緣層與電力行業(yè)中實際使用的交聯(lián)聚乙烯電纜的銅芯以及絕緣層的材質和光潔度均相同，所獲得的最大靜摩檫力能夠替代電力行業(yè)中實際使用的交聯(lián)聚乙烯電纜的銅芯以及絕緣層之間的最大靜摩檫力，從而反映出電力行業(yè)中實際使用的交聯(lián)聚乙烯電纜的老化程度。
[0009]通過作用力與反作用力定律得摩擦力f與施加的外力等大反向，而由摩擦力的定義f=yF可知，摩擦力的大小可以反映正壓力F的大小。在整個測量過程中，正壓力來自于絕緣層對銅芯的包裹力。包裹力的大小和絕緣層與銅芯之間的接觸面積是成正比的。當絕緣層與銅芯之間的包裹良好，兩者之間的接觸面積相對來說較大，此時的包裹力較大，即通過測量出來的力也較大;但隨著電纜老化，絕緣層與銅芯之間出現(xiàn)了松動，兩者之間的接觸面積減小，此時包裹力隨之減小，即通過測量出來的力也較小，從而可以通過測量將電纜銅芯從電纜中擠壓出來所需要施加的最大外力值來反映電纜的老化程度。
[0010]然而，在電纜老化過程中，絕緣層與銅芯之間的摩擦系數(shù)可能隨之改變。為了消除這一可能影響因素，采用將一塊銅塊(與電纜銅芯的材質，光潔度相同)和一塊矩形XLPE塑料板(與XLPE電纜材質相同)同電纜在同一實驗條件下進行老化。老化前后，分別將銅塊置于XLPE塑料板上，拉動銅塊，測量拉動銅塊滑行時所需要的力，由于銅塊質量可以測量得出，通過F=ymg，其中g為重力加速度，從而可以計算得出老化前后摩擦因數(shù)的值，可以有效的避免由于老化前后摩擦因數(shù)帶來的影響。
[0011]整個裝置由定位鍵以及螺釘固定，整體穩(wěn)定性良好。組成裝置的零部件均由硬度達到HRC28°C的鋼制材料制成，保證整個測試過程施加壓力時具有足夠的硬度。
[0012]本發(fā)明中，所述的壓桿組件還包括壓桿體、彈簧軟節(jié)和鋼珠，所述的壓桿體、彈簧軟節(jié)和壓頭自上而下設置，鋼珠位于壓桿體與壓頭之間，與壓桿體與壓頭均緊密接觸并壓緊，所述的彈簧軟節(jié)纏套壓桿體的下端以及壓頭的上端，所述壓桿組件穿插在所述連接導板的中部時，壓頭、鋼珠和部分彈簧軟節(jié)均位于連接導板的下方。
[0013]由于電纜試樣在裁切的過程中不能完全做到上下兩個底面平行，因此本發(fā)明中的壓桿組件中由于鋼珠以及彈簧軟節(jié)的存在，使得壓頭可以轉動，從而保證壓頭與電纜銅芯很好的接觸，避免由于銅芯表面存在一定斜度而使得壓頭與銅芯不能充分接觸。
[0014]本發(fā)明中，所述壓頭為圓形，壓頭的直徑比電纜試樣銅芯的直徑小2mm，保證壓桿組件將電纜銅芯壓出電纜。壓頭水平截面尺寸可對應不同規(guī)格的測試電纜制作。
[0015]本發(fā)明中，所述空心座筒的中心孔道為圓孔，中心孔道的直徑比電纜試樣銅芯的直徑大4mm。中心孔道的絕對深度(上表面至底面螺釘上表面)要大于電纜試樣的截取長度，用以承接被壓出的電纜銅芯。空心座筒有一階梯孔洞，用一座筒螺釘可以將空心座筒與壓力傳感器連接起來。空心座筒的輪廓尺寸可對應不同規(guī)格的測試電纜制作。
[0016]本發(fā)明中，所述壓力傳感器通過連接螺釘安裝在底座中部。
[0017]本發(fā)明中，所述立柱的底部通過壓蓋安裝在底座上，所述壓蓋嵌裝在底座內(nèi)，壓蓋通過壓蓋螺釘與立柱的底部相連接。
[0018]本發(fā)明中，所述空心座筒具有中空的下底板，下底板通過座筒螺釘安裝在所述壓力傳感器的中心處。
[0019]本發(fā)明中，所述連接導板具有立柱孔、旋轉鎖扣以及鎖緊螺釘，所述的旋轉鎖扣鉸接在立柱孔具有開口的一側，并且能夠繞鉸接軸轉動，所述鎖緊螺釘用于立柱穿過立柱孔后將旋轉鎖扣鎖緊。
[0020]電纜試樣的截取長度不可過長，過長則對脫殼松動的測量敏感性降低，也不能過短，過短則會使得測試結果分散性過大。本測量方法中選取電纜試樣長度為50_左右，兩個截面的平行度不大于0.5_且與外層絕緣的外周輪廓垂直。
[0021]本發(fā)明的目的之二是提供一種通過測量交聯(lián)聚乙烯電纜銅芯與絕緣層之間靜摩檫力來評估電纜