電纜絕緣電阻溫度換算系數(shù)的確定

王立梅，趙素敏，竹航波，彭 雄，陶瑞祥

(浙江正泰電纜有限公司，浙江 嘉興314006)

0 引言

絕緣電阻，也就是我們通常所說的絕緣材料在沒有被擊穿前的電阻值，是電線電纜最基本的電氣性能，它是反映電線電纜產(chǎn)品絕緣電氣特性的重要指標(biāo)。在實(shí)際測試中，絕緣電阻與溫度的關(guān)系較大，因此，正確確定絕緣電阻溫度換算系數(shù)很重要。

目前國家標(biāo)準(zhǔn)中還沒有規(guī)定礦用電纜成品絕緣(XJ-30A)以20℃時(shí)的絕緣電阻值作為基準(zhǔn)值的溫度換算系數(shù)。我公司曾出現(xiàn)幾起因絕緣電阻偏低而遭退貨的情況，為此，我們查閱很多國內(nèi)外資料，決定研究絕緣電阻溫度換算系數(shù)。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 取樣

取二組試樣(每組2個(gè)試樣)進(jìn)行試驗(yàn)，見表1。

表1 樣品規(guī)格

1.2 測試儀器

(1)ZC－90絕緣電阻測試儀，上海遠(yuǎn)中電子儀器廠生產(chǎn)，數(shù)字式顯示，讀數(shù)方便準(zhǔn)確。其基本參數(shù)見表2。

表2 ZC－90絕緣電阻測試儀基本參數(shù)

(2)RTS—0A制冷恒溫槽，湖州唯立儀表廠，溫度范圍0～95℃，精度為0.01。

(3)水銀溫度計(jì)，0～50℃，精度為0.1。

1.3 測試環(huán)境溫濕度

測試環(huán)境溫度25～27℃。測量環(huán)境濕度≤80%。

2 試驗(yàn)過程

2.1 水浴槽的恒溫和樣品溫度的確定

通過水浴恒溫槽溫度設(shè)定，將水溫設(shè)定為需要測試的溫度，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度后，恒定10 min，然后采用水銀溫度計(jì)測量水浴恒溫槽的中心位置及隨機(jī)幾個(gè)位置的水溫，當(dāng)水銀溫度計(jì)顯示溫度與設(shè)定的溫度一致時(shí)，認(rèn)為水溫已達(dá)到要測量的溫度點(diǎn)，然后恒定10 min。

將樣品放置在已達(dá)到測試溫度且恒定的水浴中。當(dāng)水銀溫度計(jì)溫度恒定在設(shè)置的測試溫度時(shí)，進(jìn)行絕緣電阻的測量，并每隔10 min測量樣品絕緣電阻一次。當(dāng)連續(xù)兩次測量的絕緣電阻讀數(shù)誤差小于1%時(shí)，可認(rèn)為該樣品的溫度已達(dá)到預(yù)設(shè)置的測試溫度，并將最后一次測試值作為測試結(jié)果。

2.2 測試

電纜取樣后，放置在室溫水中16 h，然后把樣品成圈盤繞放置在10℃水浴恒溫槽中心位置。按圖1方法把樣品和絕緣電阻測量儀連接起來。為了防止漏電，試樣的末端伸出水面至少600 mm。

圖1 試驗(yàn)連接

在測試過程中，在樣品線芯中心位置放置水銀溫度計(jì)，然后升溫或降溫至測試溫度。

把樣品置于恒溫槽中，水溫逐步上升為10℃、13℃、16.1℃、22.2℃、27.8℃、32℃及35℃，并讀取在每一溫度達(dá)到平衡后的絕緣電阻值，求出同組樣品在同一溫度下獲得的絕緣電阻的平均值，并畫出絕緣電阻與溫度的曲線圖，然后再求出同一溫度下的絕緣電阻的平均值的對數(shù)，畫出絕緣電阻平均值對數(shù)與溫度的曲線圖。從絕緣電阻與溫度的曲線圖中取得20℃、21℃時(shí)的絕緣電阻，將20℃和21℃的絕緣電阻值代入式(1)，求出絕緣電阻溫度系數(shù)β，將β代入式(2)中，求出絕緣電阻溫度校正系數(shù)K。

式中，R20為20℃時(shí)每公里長度的絕緣電阻(MΩ·km);Rv為溫度為t時(shí)的絕緣電阻(MΩ·km);β為絕緣電阻溫度系數(shù);t為測試時(shí)的溫度(℃);K為絕緣電阻溫度校正系數(shù)。

3 絕緣電阻測量值及其曲線圖

3.1 絕緣電阻測量值

根據(jù)試驗(yàn)方法，對絕緣線芯進(jìn)行絕緣電阻測量，其測量值的平均值見表3。

3.2 絕緣電阻對數(shù)值

根據(jù)測得的絕緣電阻平均值，計(jì)算出其在不同溫度下的對數(shù)值，見表4。

表3 絕緣電阻測量值的平均值 (單位:MΩ·km)

表4 絕緣電阻對數(shù)值lg

表4 絕緣電阻對數(shù)值lg

項(xiàng) 目10℃ 13℃ 16.1℃ 20℃ 22.2℃ 27.8℃ 32℃ 35℃PVC 1.86－1.43－1.02 0.64－0.28 XJ-30A 3.51 3.44 3.37 3.29 3.24 3.11 3.01 2.93

3.3 繪制曲線圖

根據(jù)表3、表4中的數(shù)據(jù)，繪制絕緣電阻平均值與溫度曲線圖和絕緣電阻對數(shù)值與溫度曲線圖，見圖2～圖5，并進(jìn)行分析。

圖2 PVC線芯絕緣電阻平均值與溫度曲線

圖3 PVC線芯絕緣電阻對數(shù)值與溫度曲線

圖4 XJ-30A線芯絕緣電阻平均值與溫度曲線

圖5 XJ-30A線芯絕緣電阻對數(shù)值與溫度曲線

4 絕緣電阻溫度校正系數(shù)

4.1 理論計(jì)算值

從圖2和圖4中分別得出PVC線芯、XJ-30A線芯在20℃、21℃時(shí)的絕緣電阻，求出β分別為0.1473、0.0529，用式(2)計(jì)算出絕緣電阻溫度校正系數(shù)K值，見表5。

4.2 實(shí)際測量后的換算值

用20℃的絕緣電阻值除以不同溫度下測得的電阻值，求出絕緣電阻溫度校正系數(shù)K，見表6。

4.3 絕緣電阻溫度校正系數(shù)參考值

綜合測試數(shù)據(jù)和UL 1581—2008的試驗(yàn)方法，把絕緣電阻溫度系數(shù)β代入式(2)中，理論計(jì)算出兩種材料的絕緣電阻溫度校正系數(shù)K，見表7。表中的數(shù)據(jù)可以作為今后實(shí)際出廠檢測參考。

表5 理論計(jì)算的絕緣電阻溫度校正系數(shù)(以20℃為基準(zhǔn))

表6 實(shí)際測量后換算的絕緣電阻溫度校正系數(shù)(以20℃為基準(zhǔn))

表7 絕緣電阻溫度校正系數(shù)K

5 結(jié)論

(1)從圖3和圖5可知，PVC、XJ-30A線芯絕緣電阻對數(shù)值與溫度的關(guān)系曲線基本為一條直線，線性關(guān)系較好，表明采用的試驗(yàn)方法是可以用來確定PVC、XJ-30A絕緣電阻的溫度校正系數(shù)的。

(2)UL 1581—2008標(biāo)準(zhǔn)采用的是以15.6℃時(shí)的絕緣電阻值作為基準(zhǔn)值，而國內(nèi)采用的基準(zhǔn)溫度是20℃，本文采用UL 1581—2008的試驗(yàn)方法，通過式(2)得出以20℃時(shí)的絕緣電阻值作為基準(zhǔn)值的不同溫度下的K值。通過理論計(jì)算和實(shí)際測量后換算值比較可知，理論計(jì)算和實(shí)際測量得出的絕緣電阻溫度校正系數(shù)值是比較接近的，但還是存在著一定的誤差。這是由于試驗(yàn)中采用恒溫槽自身的溫度調(diào)節(jié)和外置溫度計(jì)相結(jié)合來校正測試溫度時(shí)，保持溫度平衡的時(shí)間較長，以及線芯長時(shí)間浸沒于水中，均會影響測量值;其次，材料自身的添加劑和雜質(zhì)也會影響測量值。

(3)不同的廠家配方不同，絕緣電阻也不相同，可以根據(jù)本試驗(yàn)方法得出自己公司絕緣的溫度換算系數(shù)。

［1］ANSI/UL 1581—2008 Reference standard for electrical wire cable，and flexible cords［S］.

［2］GB/T 3048—2007電線電纜電性能實(shí)驗(yàn)方法 第五部分:絕緣電阻試驗(yàn)［S］.

［3］王春江主編.電線電纜手冊 第8章:電力電纜的性能測試［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.