電線電纜高溫壓力試驗的研究

季偉 劉曉暉 劉皓

（滄州出入境檢驗檢疫局河北滄州061001）

電線電纜高溫壓力試驗的研究

季偉 劉曉暉 劉皓

（滄州出入境檢驗檢疫局河北滄州061001）

電線電纜高溫壓力試驗是考核PVC材料在高溫狀態(tài)下的抗壓性能、評判電線電纜產(chǎn)品質量的常用指標，試驗過程按照國家標準GB/T 2951.31-2008進行。以外徑6 mm及以下的不同規(guī)格型號試樣高溫壓力試驗為例，通過控制壓痕處切片形狀、厚度測量點位置選擇等關鍵細節(jié)，達到控制試驗結果離散性的目的。

電線電纜；絕緣；高溫壓力試驗

1 前言

電線電纜高溫壓力試驗是電線電纜較為常見的檢驗項目之一，是指電線電纜絕緣或護套在一定溫度下受外界機械力而變形后，當除去外力、溫度降低時的恢復能力，用于考核電線電纜絕緣材料在高溫狀態(tài)下的抗壓性能，它是評判電線電纜產(chǎn)品質量的常用指標之一。

現(xiàn)行國家標準GB/T 2951.31-2008[1]中，規(guī)定了電線電纜高溫壓力試驗的相關方法，但在實際工作中發(fā)現(xiàn)，不同人員操作細節(jié)上差別很大。如有的在試樣上畫上標記線，有的不畫線；壓痕處切片方式不同，獲得的薄片形狀不同等等。最終造成了檢測結果不一致。

已有許多研究者對電線電纜高溫壓力試驗進行了研究[2-4]，但這些研究集中于小截面硬導體的樣品，適用面窄；比較強調檢測數(shù)據(jù)的計算與分析，對于有關薄片測量細節(jié)的描述較少。本研究針對外徑6 mm及以下不同規(guī)格型號試樣高溫壓力試驗操作與分析，提出了對壓痕處切片形狀、厚度測量點位置選擇等關鍵細節(jié)的理解。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 儀器設備

自然通風老化箱（YH-8736，溫度偏差≤±2℃）、高溫壓力試驗裝置（YH-8849A）、影像測量儀（VMS-1510F，讀數(shù)精確至0.01 mm）：東莞市常平銳鏵電子儀器廠，所有設備均檢定合格，且在試驗過程中均處于受控狀態(tài)。

其他輔助用設備和物質有：電子天平、游標卡尺、冷水、鋒利的剃刀刀片等。

2.1.2 被測樣品

以下被測樣品均來自河北新寶豐電線電纜有限公司。

（1）小截面硬導體樣品：60227IEC 01（BV）450/750V 6 mm2；（2）小截面絞合導體樣品：BVR 450/750V2.5 mm2；（3）特殊樣品：60227IEC01（BV）450/750V10mm2。

2.2 方法

2.2.1 檢測依據(jù)

按照GB/T 2951.31-2008/IEC 60811-3-1：1985《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法—高溫壓力試驗—抗開裂試驗》進行。

2.2.2 環(huán)境條件

（23±1）℃，（25-65）%RH。

2.2.3 試驗過程

2.2.3.1 樣品制備與厚度尺寸測量

對于每個被試絕緣線芯，從每個長度約300 mm樣段上截取3個相鄰的試樣，試樣長度約為100mm，在每個試樣端頭分別切取一個薄片供絕緣平均厚度和外徑尺寸的測量。

絕緣平均厚度的測量：將試片置于投影儀的工作面上，切割面與光軸垂直，第一次測量應在絕緣最薄處進行，依次在試片徑向測量6點，6個測量值的平均值作為該樣段的絕緣平均厚度。

外徑尺寸的測量：將試片置于投影儀的工作面上，切割面與光軸垂直，在互相垂直的兩個方向上分別測量，2個測量值的平均值作為該樣段的外徑平均值。

2.2.3.2 試樣施加壓力計算

刀片作用于試樣上的壓力F，按照公式（1）計算：

式中：k-有關電纜產(chǎn)品標準中規(guī)定的系數(shù)，本試驗中取k=0.6；

δ-試樣絕緣厚度的平均值（mm，保留2位小數(shù)）；

D-試樣外徑平均值（mm，保留2位小數(shù)）；

D、δ按2.2.3.1的步驟在試樣端頭切取的薄片上測得。

F-刀片作用于試樣上的壓力（g），其計算值可以向較小值化整，但舍去的值應不超過3%。

2.2.3.3 樣品的處理與放置

壓痕裝置由刀口厚度為（0.70±0.01）mm的矩形刀片組成，刀片可對試樣加壓。每個試樣放置在支撐板上，試樣的固定方式不應使試樣在刀片壓力下發(fā)生彎曲。刀片也應與試樣軸線垂直，并沿垂直于試樣軸線的方向施加上述計算出的壓力。

（1）測試前首先對約300 mm的樣段進行校直，用細墨水筆在試樣外表面沿軸線方向畫上標記線，預先畫好壓痕點的位置。試樣用手擰成s型，使其在支撐的平面上固定不滾動。

（2）在試樣支架上做好標記線，將試樣按標記線位置與支架平行放置；使用游標卡尺測量并標記刀口的中部位置，避免刀具壓載試樣時向一邊傾斜。

（3）高溫壓力值與被測樣品圓整度有關，對于圓形試樣而言，橢圓度小，高溫壓力值集中；橢圓度大，高溫壓力值離散。將線芯看成一個橢圓，橢圓的長軸平行于支架放置，這樣操作能使試樣重心降低，提高操作穩(wěn)定性。

2.2.3.4 試樣加熱

試樣在溫度為80℃的空氣烘箱中放置4 h。整個加熱過程中，試驗設備和試樣放在烘箱中不應振動，任何可能引起試樣振動的設備諸如鼓風機等，不允許直接與烘箱接觸。烘箱溫度穩(wěn)定后，迅速平穩(wěn)放入裝置，整個試驗期間烘箱溫度波動不能超過±2℃。

2.2.3.5 冷卻

規(guī)定的加熱時間結束后，用冷水噴射壓在刀口下的試樣使其在烘箱中及壓力作用下迅速冷卻。絕緣試樣冷卻至室溫并不再繼續(xù)變形后，從試驗裝置中取出，然后浸入冷水中進一步冷卻。試樣冷卻后應立即進行壓痕深度的測量。

2.2.4 厚度尺寸測量與數(shù)據(jù)結果計算

按照標準GB/T 2951.31-2008要求，進行壓痕深度的測量：抽出導體留下管狀絕緣試樣，在壓痕處和壓痕附近（離開壓痕處3-5 mm）的位置橫向切取兩個試片，壓痕深度應是剖面圖1和剖面圖2的測量值之差。全部測量值均應以mm計，精確到小數(shù)點后兩位（簡稱方法一），如圖1所示。

圖1 標準GB/T 2951.31-2008中小試樣的壓痕測量方法

每個試樣測得的壓痕深度與該試樣絕緣平均厚度的比值作為測試結果，以%計算，保留1位小數(shù)。絕緣高溫壓力試驗測量結果取3個試樣測試結果的中間值（下稱“壓深率”）。

3 結果分析

3.1 小截面硬導體樣品絕緣高溫壓力試驗

許多研究者[2-4]在進行小截面硬導體樣品的絕緣高溫壓力試驗時，獲取的壓痕典型圖像如圖2、圖3所示。在圖2中，兩個平面交匯處有明顯的陰影（或者亮光）干擾測量，對最終結果產(chǎn)生或大或小的影響。分析陰影/亮光的產(chǎn)生有兩個來源，一是矩形刀片的倒角，經(jīng)過長時間的使用，變得圓滑；二是使用刀片切試片，無法做到理論上的垂直于軸線，影像儀光線投射在樣品上產(chǎn)生陰影/亮光。

圖2 壓痕測量剖面圖1

圖3 壓痕測量剖面圖2

本研究測的是立體圖形，在影像儀上顯示的是平面圖形，試驗過程中采用以下的處理辦法——在壓痕試片切取時按照圖4所示獲取，這樣進行測定時，能有效規(guī)避陰影/亮光的干擾。

圖4 改進的壓痕測量剖面圖1

由于要切取的試片非常小，操作一定要精細，測量前可以用極細的筆在試件上做好記號。

按照以下試驗參數(shù)（絕緣厚度0.96 mm、外徑4.22 mm、溫度80℃、時間4 h）進行了10次重復試驗，壓深率分別為38.5%、39.6%、39.6%、38.5%、37.5%、38.5%、37.5%、38.5%、36.5%、39.6%。按照標準GB/T 2951.31-2008進行判定，均為合格；按照本實驗室對該項目的不確定度評定結果，該值為38.5%±4.4%，（包含因子k=2），以上10組數(shù)據(jù)均滿足要求。

3.2 小截面絞合導體樣品絕緣高溫壓力試驗

樣品BVR 450/750V 2.5 mm2中導體由19根直徑為0.40 mm的單線絞合而成，絕緣高溫壓力試驗獲得的壓痕典型圖像如圖5所示。

圖5 BVR 450/750V 2.5 mm2壓痕測量剖面圖1和剖面圖2

由于導體絞合扭轉，造成壓痕處與壓痕附近對應位置的兩個圖像不一致，難于選擇與壓痕對應的測量點進行厚度測量，為試驗帶來了困難。

這時候要充分考慮標準中測量方法的本質，壓痕處厚度與壓痕附近處厚度相減，就是排除其他因素的影響，最大程度體現(xiàn)出高溫與機械壓力對于試樣的復合影響。處理辦法是測量導體線芯絞合節(jié)距，按照絞合情況、絞合方向在絕緣外表面受力處做好標記，與某一條導體單線上下垂直對齊。在本例中，線芯絞合節(jié)距為100 mm，在離壓痕處3-5 mm的地方，單線的旋轉角度為10°-18°，按照絞合方向旋轉相應角度，選擇壓痕對應測量點位置進行測量。圖5中十字線的水平線與試片圖像相交的位置即為測量位。

按照以下試驗參數(shù)（絕緣厚度0.77 mm、外徑3.73 mm、溫度80℃、時間4 h）進行5次重復試驗，壓深率分別為35.0%、37.6%、39.8%、38.5%、34.2%，按照標準GB/T 2951.31-2008進行判定，均為合格。

3.3 一種特殊樣品的試驗數(shù)據(jù)分析

在實際測試中碰到一種比較特殊的樣品，60227IEC 01（BV）450/750V 10 mm2，在標準GB/T5023.3-2008[5]中，該產(chǎn)品導體為第二類導體，絕緣厚度規(guī)定值為1.0 mm，平均外徑上限6.7 mm，下限5.6 mm。有的試驗員測得的外徑平均值為6.0 mm，按照方法一進行檢測；有的試驗員測得的外徑平均值為6.1 mm，按照圖6中方法（標準GB/T 2951.31-2008中大尺寸試樣壓痕測量方法）進行檢測：沿著試樣的軸線方向，垂直于壓痕從試樣上切取一窄條試片。將窄條試片平放在讀數(shù)顯微鏡或測量投影儀下，并將十字線調到壓痕底部和試片外側（簡稱方法二）。不同方法獲得的圖形如圖7、圖8所示。

圖6 標準GB/T 2951.31-2008中大尺寸試樣壓痕測量示意圖

圖760227 IEC 01（BV）450/750V 10 mm2壓痕測量1

圖860227 IEC 01（BV）450/750V 10 mm2壓痕測量2

按照圖7試驗參數(shù)（絕緣厚度1.08 mm、外徑6.03 mm、溫度80℃、時間4 h）進行5次重復試驗，壓深率分別為35.2%、31.5%、36.1%、36.1%、37.0%；按照圖8試驗參數(shù)（絕緣厚度1.11mm、外徑6.08 mm、溫度80℃、時間4 h）進行5次重復試驗，壓深率分別為25.2%、25.2%、27.0%、27.9%、28.8%。按照標準GB/T 2951.31-2008進行判定，均為合格。

同一個試樣，不同的壓痕測量方法獲得的結果差別很大，筆者分析其原因：一是由于各種因素的影響，導致試驗冷卻后樣品的形狀不規(guī)則，測量時不能按照理想、規(guī)則的圓柱體進行簡化處理；二是試樣直徑越小，絕緣層張力越大，試樣切開后變形越明顯，這涉及到更為復雜的力學問題。

厚度尺寸恰好在6 mm邊緣的試樣高溫壓力實驗，在筆者所能查閱到的論文資料中，均未談到；歷年的能力驗證樣品的選擇，均明顯的遠離這一區(qū)域，筆者認為這是為了避免分歧。因此，筆者認為，面對這種特殊的情況，兩種方法各有各的含義，沒有必要劃分誰對誰錯。

4 結論

本研究介紹了外徑6 mm及以下不同規(guī)格型號試樣高溫壓力試驗操作中對壓痕處切片形狀、厚度測量點位置選擇等關鍵細節(jié)的理解，應首先觀察試樣的結構特點，按照本研究提供的辦法對試樣進行分類處理，再進行正式試驗。通過精細化試驗操作，控制高溫壓力試驗數(shù)據(jù)的離散性，獲得高質量的數(shù)據(jù)，希望能為線纜檢測工作者提供一些借鑒和幫助。

[1]GB/T 2951.31-2008/IEC 60811-3-1：1985電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法第31部分：聚氯乙烯混合料專用試驗方法—高溫壓力試驗—抗開裂試驗[S].

[2]季紅.電線電纜絕緣高溫壓力試驗研究[J].電線電纜，2012，8（04）：32-34.

[3]何蘭君，夏錫彬，葉東東.電線電纜絕緣高溫壓力試驗測量不確定度分析及評定[J].科技信息，2014，7：288-289.

[4]陳鼎.電纜PVC絕緣層高溫壓力試驗結果的不確定度評估[J].電線電纜，2015，3：31-35.

[5]GB/T 5023.3-2008/IEC 60227-3：1997額定電壓450∕750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜第3部分：固定布線用無護套電纜[S].

Research on High-Temperature Press Test of Insulation of Wires and Cables

JI Wei，LIU Xiaohui，LIU Hao
（Cangzhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Cangzhou，Hebei，061001）

High-temperature press test is concerned on resistance crushed performance of insulation materials，and the experiment is accorded with GB/T 2951.31-2008.The article studied measurement on pressure test at high temperature of insulations of wires and cables no more than 6mm in outside diameter.The results showed that the dispersion depends on the test measurement factors such as section shape and thickness measurement location.

Wires and Cables；Insulation；High-Temperature Press Test

TM247

E-mail：jiweidawang@126.com

2016-08-17