三元乙丙橡膠絕緣電纜絕緣電阻溫度系數的確定

安徽渡江電纜集團有限公司 徐志敏 萬長東 張家文

引言

煤礦用電纜因為涉及到生命財產安全而被廣泛關注，煤礦用電纜必須經過嚴格的檢驗，所檢項目應全部符合標準要求方可出廠。絕緣電阻試驗項目是反映電纜絕緣特性的重要指標，所以也是出廠檢驗不可缺少的檢驗項目之一。

在實際檢測過程中絕緣電阻受溫度影響很大，產品出廠時的絕緣電阻均以20℃絕緣電阻值（或絕緣電阻常數）考核，而這類產品在夏季檢測的實測絕緣電阻往往會比標準規定的電阻小很多，目前國內外還沒有相關電纜產品標準中給出三元乙丙橡膠絕緣電纜的溫度換算系數[2]，國內可以檢索相關論文中UL 1581-2008標準提供的試驗方法[1]得出其公司內三元乙丙橡膠絕緣電阻溫度換算系數[2]（見表1廠家1），以及電線電纜手冊中給出了以DCP 為交聯劑，含膠量為40%的三元乙丙橡膠絕緣電阻溫度換算系數[2]（見表1手冊給定），對比這兩者差別較大，詳細數據見表1，為了準確掌握我公司自制的三元乙丙橡膠絕緣電阻溫度換算系數[2]，對準確、快速檢驗出成品電纜的絕緣電阻有著重要意義。

表1 廠家1與電線電纜手冊中給出的三元乙丙橡膠絕緣電阻溫度換算系數對比

1 試驗準備

取樣。取二組試樣（每組2個試樣）進行試驗，見表2。說明：后續文中XJ-30-1，表示三元乙丙橡膠，DCP 硫化，含膠量32%；XJ-30-2，表示三元乙丙橡膠，DCP 硫化，含膠量37%。

表2 樣品規格

測試儀器。ZC-90絕緣電阻測試儀，上海遠中電子儀器廠、數顯，基本參數如下：型號ZC-90，測量范圍0～1016Ω，額定電壓100、250、500、1000V，測定時間1～7min；SYY-Ⅱ型恒溫水浴槽，呼和浩特市德塔線纜測試儀器研究所，溫度調節范圍為0～100℃，溫度測試精度為0.1℃；水銀溫度計，溫度范圍0～100℃，精度0.1℃。

測試環境溫度5～8℃（冬季）。

2 試驗過程

2.1 溫度設置

水浴槽的恒溫和樣品溫度的確定：根據試驗需求設定水浴槽溫度；當水浴槽溫度達到試驗需求溫度時，恒溫10min,同時用溫度計測量水浴槽中心位置及其它位置的水溫，當測量的溫度與設定的溫度保持一致時，然后再恒溫15min；將試樣放入到恒溫水浴槽中，待水溫再次達到試驗需求溫度時，可以進行絕緣電阻測量；每間隔10～15min 對試樣進行一次絕緣電阻測量，當連續兩次測量結果值偏差小于1%時，將最后一次測量結果值作為該試驗的最終測試結果。

2.2 測試

將試樣圈成合適的小圈（圈的大小應能非常方便地置于水浴槽中），放入水浴槽中(室溫)或其它合適的室溫水中16h 進行預處理，試樣的末端露出水面。測試時，依據本文方法將試樣置于恒溫水浴槽中，按圖1方法將絕緣電阻測試儀和試樣連接起來，試樣的末端應露出水面不小于600mm。圖1中1為絕緣電阻測試儀、2為試樣、3為恒溫水浴槽。

圖1 試樣連接

把樣品置于恒溫水浴槽中，水溫逐步上升為10.0℃、13.0℃、16.1℃、19.0℃、22.2℃、25.0℃、27.8℃、30.0℃、32.0 ℃、34.0℃、35.0℃、37.0℃，并讀取在每個溫度時達到平衡后的絕緣電阻值，然后將水溫逐步下降為35.0℃、34.0℃、32.0℃、30.0℃、27.8℃、25.0℃、22.2℃、19.0℃、16.1℃13.0℃和10℃，依據本文方法讀取絕緣電阻值，求出各溫度點下的絕緣電阻平均值，畫出溫度與絕緣電阻關系的曲線圖；然后求出同一溫度下絕緣電阻平均值的對數，并畫出絕緣電阻平均值對數與溫度關系的曲線圖。

從絕緣電阻與溫度的曲線圖中取得20℃、21℃時的絕緣電阻，將20℃和21℃的絕緣電阻值代入式R20=eβ(t-20)R，求出絕緣電阻溫度系數β，將β代入式k=eβ(t-20)中，求出絕緣電阻溫度校正系數K[3]。式中：R20為20℃時每公里長度的絕緣電阻，單位MΩ·km；R 為溫度為t 時的絕緣電阻，單位MΩ·km；β 為絕緣電阻溫度系數；t 為測試時的溫度，單位℃；k 為絕緣電阻溫度校正系數。

3 絕緣電阻測量值

絕緣電阻測量值。根據試驗方法對絕緣線芯進行絕緣電阻測量，其測量值的平均值見表3。

表3 絕緣電阻測量值的平均值（單位:MΩ·km）

絕緣電阻對數值。根據試樣在不同溫度下測得的絕緣電阻值，計算出不同溫度下絕緣電阻對數值，計算結果見表4，其中項目1為XJ-30（含膠量32%，DCP 硫化）、項目2為XJ-30（含膠量37%，DCP 硫化）。

表4 不同溫度下絕緣電阻對數值lg

表4 不同溫度下絕緣電阻對數值lg

37℃1 3.59 3.47 3.38 3.26 3.22 3.14 3.05 2.91 2.83 2.75 2.69 2.64 2 3.89 3.77 3.66 3.55 3.42 3.33 3.2 3.11 3.03 2.97 2.93 2.85項目10℃13℃16.1℃19℃22.2℃25℃27.8℃30℃32℃34℃35℃

4 絕緣電阻溫度校正系數

理論計算值。測得試樣XJ-30-1和試樣XJ-30-2在20℃時和21℃的絕緣電阻，然后計算出試樣XJ-30-1和試樣XJ-30-1的絕緣電阻溫度系數分別為0.088和0.089，用公式k=eβ(t-20)分別計算絕緣電阻溫度系數k（以20℃為基準）,計算結果見表5。

表5 理論計算的絕緣電阻溫度系數k

實際測量后的換算值。用20℃實際測量的絕緣電阻值除以不同溫度下測得的絕緣電阻值，求出其溫度校正系數k[3]（以20℃為基準），見表6。

表6 絕緣電阻實測值換算后的絕緣電阻溫度系數k

絕緣電阻溫度系數校正參考值。將絕緣電阻溫度系數代入公式k=eβ(t-20)中，計算出XJ-30-1和XJ-30-2的絕緣電阻溫度校正系數k，計算結果見表7。其中表7中的絕緣電阻溫度校正系數k 可以作為三元乙丙橡膠絕緣電纜絕緣電阻測試時的溫度校正系數。

表7 絕緣電阻溫度校正系數k

5 結論

最后得知，含膠量為32%與37%的三元乙丙橡皮絕緣線芯的絕緣電阻對數值與溫度的關系曲線基本為一條直線，線性關系較好，表明采用的試驗方法是可以用來確定三元乙丙橡膠絕緣電阻的溫度校正系數[3]的；依據UL 1581—2008標準的試驗方法得出：以DCP 為硫化劑、含膠量分別為32%和37%的三元乙丙橡膠的絕緣電阻溫度換算系數，兩者數據差別不大，因此本次試驗數據可以作為我公司橡皮絕緣的溫度換算系數依據。

與表1中的給出的三元乙丙橡膠絕緣電阻溫度換算系數對比，與廠家1測得的溫度換算系數在30℃及以上時存在較大的差別，與電纜手冊中給定的溫度換算系數非常接近；鑒于各個廠家的配方不同及所采用的三元乙丙橡膠牌號不同，因此需要通過測試來確定自己的絕緣電阻溫度常數。