電線電纜監(jiān)督抽查常見不合格檢測項目介紹及原因分析

許凱 姚遠 嚴亮 鄭顯峰

摘 要：隨著電力行業(yè)和城市化的發(fā)展，我國電線電纜生產企業(yè)和生產規(guī)模也在不斷擴大。然而，我國電線電纜還存在著諸多質量問題，本文介紹了電線電纜在監(jiān)督抽查中的常見不合格檢測項目并分析原因，更好的幫助企業(yè)找到問題根源，促進企業(yè)整體質量的提升。

關鍵詞：電線電纜;檢測項目;原因分析

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2021.06.077

0 引言

2017年3月，隨著西安地鐵“奧凱電纜”事件的曝光，電線電纜質量問題迅速成為社會關注的焦點，國家市場監(jiān)督總局及各個省、市監(jiān)督機構均加大了對電線電纜產品質量監(jiān)督抽查的力度和頻次，主要抽查區(qū)域覆蓋了生產、流通領域，國家電網及重點工程的項目部等終端用戶也加強了使用電纜的抽檢力度。本文根據我省近幾年監(jiān)督抽查情況，將監(jiān)督抽查中常見不合格項目進行簡單介紹并分析原因，希望能幫助企業(yè)提升電線電纜產品的質量。

1 電性能檢測項目

1.1 導體直流電阻試驗

導體直流電阻是歷年來各級電線電纜監(jiān)督抽查的必檢項目，是一項重要的電氣安全指標，直觀的反映出電線電纜產品導電性能和信息輸送的能力，導體電阻過高，電線電纜在長時間運行過程中容易發(fā)熱，不僅損耗了輸送的電能，還會因線纜過熱產生安全隱患。導體電阻檢驗方法標準為GB/T 3048.4-2007，標準規(guī)定將不小于1m的試樣放置在溫度為（15℃～25℃）、空氣濕度不大于85%的試驗環(huán)境中足夠長的時間，在試樣放置和試驗過程中，環(huán)境溫度的變化應不大于±1℃，以保證試樣溫度和環(huán)境溫度一致。測量時應采用電橋或其它滿足測量誤差的設備，測量過程中為防止測試電流過大引起導體的溫升，推薦采用的測試電流密度不大于1.0A/mm2，同時為消除由于接觸電勢和熱電勢引起的測量誤差，應采用電流換向法，讀取一個正反向讀數(shù)，取算數(shù)平均值。

每年電線電纜監(jiān)督抽查都會出現(xiàn)該項不合格，不合格的影響因素主要有以下兩點：（1）企業(yè)原材料選材未過關。銅（鋁）導體占據了整根電纜成本的85%左右，企業(yè)了為降低生產成本，使用純度較低的銅桿材生產導體，由于雜質含量相應銅桿電阻率大，銅桿進行拉絲、絞制成導體后，等截面積的情況下導體電阻就會偏大。（2）生產工藝控制不嚴格或缺少過程檢驗。拉絲、退火、絞合這是導體生產過程中的三個環(huán)節(jié)。銅導體拉絲退火目的是增加銅導體的延伸率，使導體易于絞合，部分企業(yè)出現(xiàn)拉制的單絲表面暗淡無光，這是因為銅導體在拉絲退火過程中受拉絲油、冷卻液、惰性保護氣體等因素的影響出現(xiàn)表面氧化，又或者將拉制成型的單絲長時間裸露放置，沒有采取防氧化措施。大多數(shù)企業(yè)忽略了單絲氧化問題，直接將氧化的單絲進行絞合，絞合成型的導體電阻偏大。此外在導體絞合過程中，還應對絞合節(jié)距、單絲根數(shù)、圓整度等進行在線測量，以防止節(jié)距過大、單絲斷裂、跳浜等現(xiàn)象出現(xiàn)造成的影響。

1.2 絕緣電壓試驗

絕緣電壓試驗是對絕緣施加高出其額定工作電壓一定值的試驗電壓，并持續(xù)規(guī)定的時間，觀察絕緣是否發(fā)生擊穿或閃絡。電壓試驗可以檢測出電纜絕緣是否存在缺陷，例如絕緣層中存在氣泡或表面存在機械損傷等情況，其也是一項重要的安全指標，反映了電線電纜產品承受電壓的能力。擠包絕緣電纜4h電壓試驗在10～15m的樣品上進行，電線絕緣電壓試驗在5m長的試樣上進行，試驗時需剝除除絕緣層以外的所有包覆層，注意不要劃傷絕緣層，將絕緣線芯放入水溫20±5℃的水槽中至少1h，絕緣線芯的兩個端部應伸出水面長度不小于200mm，在導體和水之間持續(xù)施加電壓一段時間，不應出現(xiàn)擊穿閃絡。

近年來由于電纜行業(yè)的快速擴張，帶動了電纜材料供應企業(yè)的蓬勃發(fā)展，但是市場上各家原材料質量參差不齊及生產企業(yè)過程控制不嚴格，使電纜電壓擊穿現(xiàn)象時有發(fā)生，影響因素主要有以下六點：（1）采用的原材料質量低劣或含有雜質，使絕緣性能不滿足標準要求。（2）生產過程導致絕緣層中有雜質。在生產過程中，環(huán)境控制不嚴格，開封的原材料沒有按要求保存有灰塵進入、擠塑機更換材料時螺桿沒有清理干凈等原因均會導致雜質混入，雜質隨絕緣擠出，夾雜在絕緣層中，嚴重影響了絕緣性能。（3）絕緣層中有氣泡。長時間放置的原材料塑料顆粒易受潮，一些生產企業(yè)忽視了原材料的保存要求，使用時又未對塑料顆粒進行烘干處理，材料中所含水分在擠塑過程中受熱生成水蒸氣，導致材料水降解，在絕緣層中產生氣泡。這種情況不僅會嚴重降低其絕緣電氣性能，也會降低了絕緣的機械物理性能。（4）絕緣層厚度不合格。絕緣層的厚度決定其能承受的電場強度，一般情況下相同材料絕緣層越厚，承受的電場強度越大，絕緣層過薄無法經受足夠的電場強度，最終發(fā)生擊穿或閃絡。（5）絕緣層有機械損傷。這種機械損傷可能存在絕緣層內表面，例如導體表面存在尖端毛刺，在施加電壓時會造成尖端放電導致絕緣擊穿或閃絡;還有可能存在絕緣層外表面，例如在成纜工序中的刮傷或者扭傷。（6）生產線上火花機配置不齊或火花機珠簾不匹配?；鸹C檢測是電線電纜生產中的一項關鍵工序，當絕緣線芯擠出絕緣、鎧裝電纜擠出護套、絕緣線芯修補后都必須經過火花機檢測。很多企業(yè)仍忽視了火花檢測的重要性，沒有給所有擠出線配置火花機試驗機，或火花機珠簾不匹配，大截面的產品不能完全包覆，產品的瑕疵未能及時發(fā)現(xiàn)，最終流入市場。

2 結構尺寸檢測項目

絕緣厚度的設計主要是基于在其預期使用壽命內能安全承受各種可能電壓條件來確定的，同種絕緣材料電壓等級越高絕緣厚度相應增加。電纜在敷設和使用過程中絕緣層會受到機械應力的作用，導體截面越大，機械應力越大，為了承受該應力，絕緣厚度也會相應增加。絕緣厚度檢驗標準依據為GB/T 2951.11-2008，標準要求采用讀數(shù)顯微鏡或放大鏡至少10倍的投影儀進行測量，測量試件為一沿著與導體軸線相垂直的平面切取的薄片，沿薄片邊緣每隔60°測量一處，共測量六個位置，確定最小值和平均值。在任何情況下，第一次測量都應在絕緣最薄處進行。

絕緣厚度不合格影響因素主要有以下三點：（1）生產企業(yè)為了節(jié)約生產成本，偷工減料。隨著電纜企業(yè)的增多，市場競爭越來越激烈，利潤變得越來越低，生產成本的控制就顯得尤為重要。多數(shù)企業(yè)在保證最薄處滿足要求的情況下，開始降低絕緣厚度要求，最終導致絕緣平均厚度無法滿足要求。（2）絕緣層嚴重偏心，導致的絕緣最薄處不合格，見圖1。生產過程中由于設備的穩(wěn)定性不夠或操作人員控制不好，擠塑時造成絕緣層在導體周圍分布不均勻現(xiàn)象。（3）軟導體束絲時由于張力控制不均勻出現(xiàn)單絲跳浜現(xiàn)象。單絲跳浜會造成絞合導體不圓整出現(xiàn)鼓包、凸起現(xiàn)象，當絕緣均勻定量擠出時鼓包、凸起處絕緣分布較薄， 容易出現(xiàn)不合格。

3 機械物理性能檢測項目

3.1 熱失重試驗

PVC熱失重是通過測量試樣在熱老化狀態(tài)下?lián)p失的質量而確定材料穩(wěn)定性的一項試驗。PVC熱失重檢驗標準依據GB/T 2951.32-2008，標準規(guī)定制取三組試樣，試樣分為管狀試樣和啞鈴試樣，管狀試件長度約100mm、啞鈴試樣厚度為（1.0±0.2）mm。將試樣在環(huán)境溫度下的干燥器中存放至少20h后，再次從干燥器中取出后應立即精確地稱重，然后將試件放置在（80±2）℃的烘箱中保存7×24h，熱處理完畢后試件重新放入環(huán)境溫度下的干燥器中存放20h，然后再次稱重。每一試件的失重應是其“質量之差”除以表面積，取中間值作為最終結果。

熱失重不合格的現(xiàn)象在近幾年的監(jiān)督抽查中常常發(fā)生，增塑劑是“罪魁禍首”。增塑劑是PVC材料具有彈性的主要物質，不僅能夠提高材料塑化速度，有助于材料擠出均勻，保證厚度穩(wěn)定，還能改善塑料的韌性，使其拉伸強度、抗應力龜裂等性能有所提高，另外還能提高絕緣或護套表面平滑度和光澤度。但是PVC材料中采用的增塑劑質量不過關，含有大量易揮發(fā)的成分（如溶劑、小分子量物質），那么在光、熱、氧處理狀態(tài)下會出現(xiàn)大量成分揮發(fā)，熱失重指標就會偏大，同時增塑劑揮發(fā)還會導致材料變脆，電性能和機械性能迅速下降，嚴重影響電線電纜的使用壽命。

3.2 曲撓試驗

曲撓試驗試驗對象為截面積不大于2.5mm2的軟電纜，這種軟電纜作為經常移動和彎曲使用的產品，要求其應具備良好的柔軟性。曲撓試驗是通過模擬軟電纜實際使用場景，進行多次彎曲、伸展來考核電纜的柔軟性和電氣性能是否滿足產品長時間反復移動的檢驗項目。曲撓試驗檢驗標準依據GB/T 5023.2-2008，試驗需要試樣長度約5m，按圖2所示將試樣裝在小車滑輪上并拉緊，通過調節(jié)滑輪位置，使A、B滑輪軸心連線與軌道夾角成45°，并保證四個滑輪的安裝應使試樣呈水平狀態(tài)。通過調節(jié)限位夾頭D，使一端限位器裝置靠在支架上時，另一個距其支架距離不大于5cm。按照標準要求施加重量、電壓、電流，調節(jié)小車速度以約0.33m/s在不大于1m的距離之間做往返運動15000次。然后進行成品電纜電壓試驗，電壓依次施加在每根導體之間、導體與金屬層或水之間。合格評定結果：在15000次往返運動中，既不發(fā)生電流斷路，也不發(fā)生導體之間、導體與滑輪之間的短路。

曲撓試驗不合格影響因素主要有以下四點：（1）導體單絲機械性能不合格。導體拉絲后會出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，加工硬化不僅會使導體電阻率增大，導電性能變差，還降低了金屬的塑性和韌性。因此需要對線材進行退火處理，可以使線材恢復塑性和韌性，保持良好的導電性能。線材在退火過程經過回復、再結晶兩個階段，回復階段能基本消除變形內應力，而加工硬化現(xiàn)象卻還有保留。為完全消除加工硬化，必須加熱到更高的溫度，進入再結晶階段。但是溫度控制偏高或時間過長，會進入晶粒長大階段。這時就容易出現(xiàn)粗晶粒組織，線材強度、塑性及韌性都會變差，在長時間的彎曲、伸展時會發(fā)生導線斷裂導致發(fā)生電流斷路現(xiàn)象。（2）絕緣厚度不達標。絕緣厚度偏薄，試驗過程中絕緣易破損，造成短路或斷路現(xiàn)象。即使可以經受住15000次往返試驗，再接下來的電壓試驗中也可能會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。（3）成纜絞合節(jié)距過大。相同規(guī)格的線芯，絞合節(jié)距越小，彎曲時線芯移動距離越短，摩擦力越小，柔軟性越好。節(jié)距越大，單位長度使用的原材料越少，很多企業(yè)為了節(jié)約生產成本，會增大絞合節(jié)距，試驗時線芯之間的摩擦力增加容易造成線芯絕緣破損導致導體間短路。（4）絕緣和護套材料機械性能偏低。電纜在試驗中需要承受長時間反復彎曲、伸展以及與滑輪之間摩擦，極大的考驗了絕緣和護套材料的機械性能。機械性能偏低會造成絕緣和護套的破損，導致導體與滑輪之間的短路或導體間短路。

4 燃燒性能檢測項目

近年來因電纜火災的事故層出不窮，很多涉及民生安全的工程都選用阻燃性電纜，以防止火災的大規(guī)模蔓延。成束燃燒試驗直接的反映了密集敷設的電纜受外部供火一段時間后撤去火源，其自熄和抑制火焰蔓延的能力。根據電纜阻燃類別和每米所含非金屬材料體積確定樣品數(shù)量，將樣品分割成等長且長度不小于3.5米的樣品段，安裝在標準要求的鋼梯上。在100kPa和20℃的基準條件下，空氣速率（77.7±4.8）L/min、丙烷速率（13.5±0.5）L/min，采用文丘里混合器的帶型噴燈供火。試驗過程中持續(xù)的從箱底部通入流速為（5000±500）L/min的空氣源進入箱體，根據樣品阻燃類別確定供火時間，待撤去外部供火后記錄電纜續(xù)燃時間。成束燃燒試驗的主要依據是GB/T19666《阻燃和耐火電線電纜或光纜通則》，2020年7月份剛剛實施其最新的2019版本。新版標準在老版標準的基礎上對結果評定做了修訂，刪除了“停止供火后試樣上的有焰燃燒時間不應超過1h”的合格評定，和方法標準推薦性能要求保持了一致的結果評定。

燃燒三要素：可燃物、氧氣、溫度，由于電纜結構的特殊性可燃物是無法徹底消除的，只有通過燃燒時隔絕氧氣、降低溫度的方式抑制火焰的蔓延?，F(xiàn)階段最常見采用的手段有：（1）通過添加阻燃劑，將阻燃劑均勻的分布在聚合物中，使其含有阻燃性能。通過添加氫氧化物、磷系、硼系、硅系等阻燃物質，受熱燃燒會在燃燒物表面形成不可燃的包覆層起到隔熱隔氧的作用，同時釋放水蒸氣冷卻降溫，達到阻燃的目的。（2）聚合物本身含有阻燃性能。鹵素聚合物加熱到一定溫度時，會分解生成鹵化氫和可燃性的碳氫化合物，其中鹵化氫是非可燃性物質，覆蓋在電纜表面可以起到可燃性物質和氧氣隔絕的作用，達到阻燃的目的。但是含鹵素聚合物在燃燒過程中會釋放大量的有毒性氣體和煙霧，容易導致人員中毒、窒息，嚴重污染環(huán)境影響人員身體健康，已經被很多發(fā)達國家禁止使用。所以目前行業(yè)內主要以添加阻燃劑最為普遍。

成束燃燒試驗不合格影響因素主要有以下三點：（1）工藝結構設計不合格。試驗中發(fā)現(xiàn)，許多企業(yè)的產品外護套采用阻燃材料，而內部包帶和填充物卻是普通型材料，這種結構設計是無法滿足阻燃要求的。電纜外護套被火焰燒穿后，其內部包帶和填充物會迅速燃燒，釋放出高熱量，加劇火源的蔓延。（2）用氧指數(shù)指標確定材料阻燃性能。一些生產企業(yè)由于沒有成束燃燒試驗設備無法驗證其產品的阻燃性能，常常會采用檢測材料氧指數(shù)的方法確定其阻燃性能。許多企業(yè)認為氧指數(shù)高的材料一定滿足成束燃燒試驗要求，這種認知是錯誤的。大量的試驗研究表明電纜產品受非金屬材料的總含量、試驗箱體中的空氣流量、電纜的排列方式、供火時間等因素影響導致相同材料不同規(guī)格的電纜成束燃燒試驗結果不盡相同，所以氧指數(shù)檢測并不能準確的反應產品最終是否滿足成束燃燒試驗要求。（3）原材料無阻燃性能。由于阻燃材料和非阻燃材料價格相差大，一些無良商家以次充好，用普通材料代替阻燃材料投入使用，導致成束燃燒不合格。無阻燃性能的電纜，火焰蔓延至頂端僅需10分鐘左右，期間會釋放大量熱量，燃燒箱體最高溫度可到達280℃，實際使用過程中如被點燃，將嚴重威脅人民群眾的生命財產安全。

5 結束語

本文總結了在監(jiān)督抽查過程中經常出現(xiàn)的不合格項目，希望能幫助企業(yè)加強認識、提高產品質量。我國雖然是電線電纜的制造大國，但大多數(shù)生產企業(yè)規(guī)模不足，質量管理水平參差不齊。對于我們產品質量監(jiān)督人員，應該盡可能的去幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)存在的問題、分析問題進而解決問題，幫助行業(yè)提高整體質量水平，希望在不久的將來我國電線電纜產品能躋身世界高端產品行列。

參考文獻

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