一種交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣內(nèi)應(yīng)力的表征方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣內(nèi)應(yīng)力的表征方法，包括(1)在室溫下截取一段交聯(lián)聚乙烯電纜，將電纜的絕緣層分成內(nèi)層絕緣層、中層絕緣層和外層絕緣層三層；(2)得到內(nèi)層絕緣切片試樣、中層絕緣切片試樣和外層絕緣切片試樣(3)將每片切片試樣放入X射線衍射儀中進(jìn)行晶面間距測(cè)試，獲得熱處理前切片絕緣晶面間距值，然后將所有切片試樣在90℃溫度下加熱6天后冷卻至室溫，再次進(jìn)行晶面間距測(cè)試，獲得加熱處理后切片絕緣晶面間距值(4)將所有不同位置切片試樣的切片絕緣晶面間距變化值分別進(jìn)行相加求和，然后求其平均值，獲得電纜絕緣不同位置晶面間距變化值。該方法操作簡(jiǎn)單，能夠準(zhǔn)確表征交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣內(nèi)應(yīng)力。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及電力行業(yè)中電纜內(nèi)應(yīng)力的表征方法，具體是指一種交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣內(nèi)應(yīng)力的表征方法。
技術(shù)介紹
交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電力電纜由于電氣性能、理化性能優(yōu)良，傳輸容量大，結(jié)構(gòu)輕便，附件接頭制作相對(duì)簡(jiǎn)單，安裝敷設(shè)方便，不受高度落差限制等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代架空線、油紙絕緣電纜和乙丙橡膠(EPR)絕緣電纜，得到日益廣泛的應(yīng)用。然而對(duì)于中高壓XLPE電纜，常常出現(xiàn)的問(wèn)題有新安裝的電纜在較低直流電壓下較快擊穿的問(wèn)題；電纜連接附件沿絕緣界面放電擊穿問(wèn)題；在電纜試驗(yàn)前是否應(yīng)進(jìn)行熱處理的問(wèn)題；還有電纜絕緣老化試驗(yàn)后絕緣的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率超標(biāo)問(wèn)題等。很多研究表明，應(yīng)力會(huì)對(duì)XLPE電纜絕緣性能產(chǎn)生很大的影響。XLPE電纜安裝與敷設(shè)(在安放過(guò)程中，XLPE電纜不可避免的被彎曲，這也會(huì)導(dǎo)致XLPE電纜絕緣面向和背對(duì)彎曲中心的兩側(cè)絕緣也會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中的狀況)以及運(yùn)行(在運(yùn)行過(guò)程中，線芯溫度高，而且絕緣層和線芯的導(dǎo)熱系數(shù)又不同，在XLPE電纜絕緣中會(huì)產(chǎn)生溫度分布的不均勻，這也會(huì)導(dǎo)致XLPE電纜絕緣中的應(yīng)力集中)過(guò)程中會(huì)受到應(yīng)力的作用。一般研究表明，拉應(yīng)力會(huì)對(duì)XLPE絕緣中的電樹(shù)枝特性以及擊穿特性產(chǎn)生很大的影響。研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力的存在會(huì)導(dǎo)致電樹(shù)枝的起始電壓顯著降低，由樹(shù)枝發(fā)展為擊穿的時(shí)間顯著縮短；機(jī)械應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致電樹(shù)枝的生長(zhǎng)速度加快；拉應(yīng)力導(dǎo)致沿著外施電場(chǎng)方向發(fā)展的電樹(shù)枝單枝。這種樹(shù)枝發(fā)展速度快、擴(kuò)展范圍廣，對(duì)于高壓XLPE電纜的安全運(yùn)行具有極大的危險(xiǎn)性。此外，具有熱應(yīng)力的XLPE電纜的局部放電水平可高達(dá)20～100pC，待熱應(yīng)力釋放后，可恢復(fù)至5～10pC；存在熱應(yīng)力的XLPE電纜在進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，在較低的電壓下就會(huì)發(fā)生擊穿。因此，如何有效表征應(yīng)力具有很重要的意義。殘余內(nèi)應(yīng)力是指當(dāng)外部載荷去掉以后，仍然殘存在物體內(nèi)部的應(yīng)力。它是由于材料內(nèi)部宏觀或者微觀的組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。XLPE絕緣是利用化學(xué)方法或者物理方法，在交聯(lián)管道中，使聚乙烯分子由線型分子結(jié)構(gòu)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，工作溫度從70℃提高到90℃，顯著提高了材料的性能。XLPE電纜在生產(chǎn)過(guò)程中，高分子材料要經(jīng)過(guò)玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。然而在生產(chǎn)XLPE電纜過(guò)程中，交聯(lián)聚乙烯在粘流態(tài)時(shí)在管道中冷卻，此時(shí)交聯(lián)聚乙烯絕緣材料受到的應(yīng)力同化在材料中，使得XLPE電纜中殘存內(nèi)應(yīng)力。XLPE材料由結(jié)晶部分和非晶的無(wú)定型部分組成，而其中的晶體部分可以用XRD觀測(cè)。由于XLPE材料的結(jié)晶是由高分子鏈的相對(duì)有序排列形成的，其晶面間多為分子間作用力(范德華力，弱結(jié)合)結(jié)合，在受力時(shí)，晶面間距易發(fā)生變化，X-射線通過(guò)結(jié)晶高聚物時(shí)，用光的衍射而形成的衍射峰的位置和高低來(lái)確定晶型和結(jié)晶度，通過(guò)峰值位移和峰寬變化可以用來(lái)分析晶面間距與晶體的內(nèi)應(yīng)力。假設(shè)無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下某晶粒中的(hkl)晶面間距為d0，在垂直于此晶面的應(yīng)力σ的作用下，晶面間距d0擴(kuò)張為dn，晶面間距的變化值Δd＝dn-d0，則應(yīng)變?chǔ)牛溅/d0，根據(jù)彈性力學(xué)原理，應(yīng)力σ可以由下式進(jìn)行計(jì)算σ＝Eε＝EΔd/d0(1-1)其中，E為材料的彈性模量。公式1-1中，當(dāng)σ>0，即Δd＝dn-d0為正時(shí)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力類型為拉應(yīng)力；當(dāng)σ<0，即Δd＝dn-d0為負(fù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力類型為壓應(yīng)力。而應(yīng)力σ的大小跟Δd的絕對(duì)值成正比。材料中的內(nèi)應(yīng)力具有一定抵御外施應(yīng)力的作用，對(duì)于內(nèi)應(yīng)力最為典型的應(yīng)用為鋼化玻璃，利用熱處理預(yù)制內(nèi)拉應(yīng)力于材料中，從而使性能大幅提升。高壓XLPE電纜在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)引入內(nèi)應(yīng)力，而通過(guò)熱處理法進(jìn)行脫氣等過(guò)程中，XLPE絕緣中的內(nèi)應(yīng)力會(huì)得到一定的釋放，這是由于在熱處理過(guò)程中，原本凍結(jié)的高聚物分子鏈段會(huì)獲得一定的自由度，從而使內(nèi)應(yīng)力得到一定的釋放(如果在自由空間，高聚物熔融，即分子鏈段完全自由，則內(nèi)應(yīng)力完全釋放)。脫氣處理時(shí)，XLPE電纜絕緣在熱的作用下，使得內(nèi)應(yīng)力得到釋放。因此只需測(cè)量通過(guò)熱處理脫氣之前試樣的晶面間距作為dn，測(cè)量脫氣處理之后試樣的晶面間距作為d0，再將d0和dn帶入到公式1-1中即可知道XLPE絕緣中的內(nèi)應(yīng)力類型。XLPE電纜熱處理脫氣前，處理中具有一定的內(nèi)應(yīng)力(受力狀態(tài))，試樣的晶面間距為dn，測(cè)量脫氣處理(熱處理)之后，內(nèi)應(yīng)力得到一定的釋放(自由狀態(tài))，試樣的晶面間距作為d0，則晶面間距的變化Δd＝dn-d0。由于σ＝εE＝EΔd/d0，當(dāng)Δd>0，即σ>0，對(duì)應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力類型為拉應(yīng)力；當(dāng)Δd<0，即σ<0，對(duì)應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力類型為壓應(yīng)力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣內(nèi)應(yīng)力的表征方法，該方法操作簡(jiǎn)單，能夠準(zhǔn)確表征電力行業(yè)中交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣內(nèi)應(yīng)力。本專利技術(shù)的上述目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣內(nèi)應(yīng)力的表征方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)在室溫下截取一段交聯(lián)聚乙烯電纜，將電纜的絕緣層沿電纜徑向方向自內(nèi)向外分成內(nèi)層絕緣層、中層絕緣層和外層絕緣層三層，外層絕緣層距離電纜外表面距離為電纜絕緣厚度的1/7，中層絕緣層距離電纜外表面距離為電纜絕緣厚度的3/7，內(nèi)層絕緣層距離電纜外表面距離為電纜絕緣厚度的5/7；(2)分別對(duì)內(nèi)層絕緣層、中層絕緣層和外層絕緣層進(jìn)行切片，得到內(nèi)層絕緣切片試樣、中層絕緣切片試樣和外層絕緣切片試樣，所有的切片試樣均為厚度為0.5mm的長(zhǎng)條形狀切片試樣，內(nèi)層絕緣切片試樣、中層絕緣切片試樣和外層絕緣切片試樣均為均勻分布在同一圓周上的至少三片；(3)對(duì)所有切片試樣進(jìn)行同樣操作，首先將每片切片試樣放入X射線衍射儀中進(jìn)行晶面間距測(cè)試，獲得熱處理前切片絕緣晶面間距值，然后將所有切片試樣在90℃溫度下加熱6天后冷卻至室溫，再次將每片切片試樣放入X射線衍射儀中進(jìn)行晶面間距測(cè)試，獲得加熱處理后切片絕緣晶面間距值，將對(duì)應(yīng)切片試樣的熱處理前切片絕緣晶面間距值減去加熱處理后切片絕緣晶面間距值，獲得每片切片試樣的切片絕緣晶面間距變化值；(4)將所有不同位置切片試樣的切片絕緣晶面間距變化值分別進(jìn)行相加求和，然后求其平均值，獲得電纜絕緣不同位置晶面間距變化值。若電纜絕緣晶面間距變化值為負(fù)值，說(shuō)明熱處理后的晶面間距變大，則說(shuō)明交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣中的原始應(yīng)力為壓應(yīng)力；若電纜絕緣晶面間距變化值為正值，說(shuō)明熱處理后的晶面間距變小，則說(shuō)明交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣中的原始應(yīng)力為拉應(yīng)力，以此來(lái)表征交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣的內(nèi)應(yīng)力為拉應(yīng)為或壓應(yīng)力。作為本專利技術(shù)的優(yōu)先實(shí)施例，所述步驟(2)中，所述的內(nèi)層絕緣切片試樣、中層絕緣切片本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣內(nèi)應(yīng)力的表征方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：(1)在室溫下截取一段交聯(lián)聚乙烯電纜，將電纜的絕緣層沿電纜徑向方向自內(nèi)向外分成內(nèi)層絕緣層、中層絕緣層和外層絕緣層三層，外層絕緣層距離電纜外表面距離為電纜絕緣厚度的1/7，中層絕緣層距離電纜外表面距離為電纜絕緣厚度的3/7，內(nèi)層絕緣層距離電纜外表面距離為電纜絕緣厚度的5/7；(2)分別對(duì)內(nèi)層絕緣層、中層絕緣層和外層絕緣層進(jìn)行切片，得到內(nèi)層絕緣切片試樣、中層絕緣切片試樣和外層絕緣切片試樣，所有的切片試樣均為厚度為0.5mm的長(zhǎng)條形狀切片試樣，內(nèi)層絕緣切片試樣、中層絕緣切片試樣和外層絕緣切片試樣均為均勻分布在同一圓周上的至少三片；(3)對(duì)所有切片試樣進(jìn)行同樣操作，首先將每片切片試樣放入X射線衍射儀中進(jìn)行晶面間距測(cè)試，獲得加熱處理前切片絕緣晶面間距值，然后將所有切片試樣在90℃溫度下加熱6天后冷卻至室溫，再次將每片切片試樣放入X射線衍射儀中進(jìn)行晶面間距測(cè)試，獲得加熱處理后切片絕緣晶面間距值，將對(duì)應(yīng)切片試樣的熱處理前切片絕緣晶面間距值減去加熱處理后切片絕緣晶面間距值，獲得每片切片試樣的切片絕緣晶面間距變化值；(4)將所有不同位置切片試樣的切片絕緣晶面間距變化值分別進(jìn)行相加求和，然后求其平均值，獲得電纜絕緣不同位置晶面間距變化值，若電纜絕緣晶面間距變化值為負(fù)值，說(shuō)明熱處理后的晶面間距變大，則說(shuō)明交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣中的原始應(yīng)力為壓應(yīng)力；若電纜絕緣晶面間距變化值為正值，說(shuō)明熱處理后的晶面間距變小，則說(shuō)明交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣中的原始應(yīng)力為拉應(yīng)力，以此來(lái)表征交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣的內(nèi)應(yīng)力為拉應(yīng)為或壓應(yīng)力。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣內(nèi)應(yīng)力的表征方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
(1)在室溫下截取一段交聯(lián)聚乙烯電纜，將電纜的絕緣層沿電纜徑向方向自內(nèi)向外分成
內(nèi)層絕緣層、中層絕緣層和外層絕緣層三層，外層絕緣層距離電纜外表面距離為電纜絕緣厚
度的1/7，中層絕緣層距離電纜外表面距離為電纜絕緣厚度的3/7，內(nèi)層絕緣層距離電纜外表
面距離為電纜絕緣厚度的5/7；
(2)分別對(duì)內(nèi)層絕緣層、中層絕緣層和外層絕緣層進(jìn)行切片，得到內(nèi)層絕緣切片試樣、
中層絕緣切片試樣和外層絕緣切片試樣，所有的切片試樣均為厚度為0.5mm的長(zhǎng)條形狀切片
試樣，內(nèi)層絕緣切片試樣、中層絕緣切片試樣和外層絕緣切片試樣均為均勻分布在同一圓周
上的至少三片；
(3)對(duì)所有切片試樣進(jìn)行同樣操作，首先將每片切片試樣放入X射線衍射儀中進(jìn)行晶
面間距測(cè)試，獲得加熱處理前切片絕緣晶面間距值，然后將所有切片試樣在90℃溫度下加熱
6天后冷卻至室溫，再次將每片切片試樣放入X射線衍射儀中進(jìn)行晶面間距測(cè)試，獲得加熱
處理后切片絕緣晶面間距值，將對(duì)應(yīng)切片試樣的熱處理前...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余欣，李禹鋒，麥曉明，高鵬飛，饒章權(quán)，金海云，錢(qián)金菊，黃振，高乃奎，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，西安交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東;44