专利名称：：一种评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的方法
技术领域：
：本发明属于电气设备绝缘诊断
技术领域：
，涉及到低压电缆绝缘状态的诊断，特别涉及到一种评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的方法。
背景技术：
：船用电缆多为低压橡胶绝缘电缆，所谓低压电缆是指额定电压低于lkV的电缆。对于船舶动力和照明线路来说，采用的橡胶绝缘电缆在使用过程中，由于橡胶的氧化分解作用，使硫化橡胶的物理机械性能发生变化变硬、变脆，在橡皮上形成裂纹，空气和水分填充在裂纹中。上述因素均会加速电缆绝缘层材料的老化，舱内空间的狭小使检测和检修难以实施，很难发现隐患，确定故障点。船舶电缆的绝缘技术状态通常是根据对船舶资料的分析、维护人员的査询、电缆路径的巡视以及绝缘电阻的评价来确定的。通过检查试验可以确认电缆是否适合运行，但不能确定恶化条件(过电压、过渡潮湿、工作电流的增大等)下电缆的工作能力，尤其是剩余工作寿命。对电缆目前绝缘技术状态的确切评价不仅从保证船舶电力设备工作可靠性的观点来看是重要的，而且从预防火灾的角度来看也是很重要的。应该指出，当船舶进行维修时，更换电缆是一项价格非常昂贵且繁重的作业，没有充分依据的更换或必须更换而不实施，都是不允许的。针对电缆绝缘故障和电缆绝缘老化，近30年来，国内外研究机构和实验室提出了众多的试验方法和手段，如表1所示。表l电缆试验方法试验项目名称试验类型试验项目名称试验类型直流耐压试验离线、破坏性工频耐压试验离线、破坏性变频谐振耐压试验离线、破坏性0.1Hz超低频耐压试验离线、破坏性振荡电压试验离线、破坏性局部放电试验离线、非破坏性回复电压离线、非破坏性介质损耗角正切试验离线、非破坏性直流叠加法在线、非破坏性交流叠加法在线、非破坏性直流成分法在线、非破坏性谐波分量法在线、非破坏性至今，国内外相关专家评价这些试验方法的意见分歧较大，除了直流耐压试验被公认为无效且有害以外，其他试验项目和方法仍然处于不断探索和研究阶段。上述试验方法均存在许多不成熟、不完善之处，其实际可操作性、与工频电压试验的等效性、发现电缆绝缘早期缺陷的有效性等尚在研究、积累运行经验过程之中。其次,不论预防性试验采用上述哪种试验方法,其所选取的试验电压均很高,实际上是对电缆主绝缘进行一次损伤，相应縮短了电缆安全运行寿命。船舶电缆对检测技术的要求为离线、在线和非破坏性，即能够实现停电检测、带电检测并且测试电压低于电缆的额定工频电压(UQ)。根据文献査阅的结果，0.1Hz正弦电压试验、介质损耗角正切试验和绝缘电阻试验可以满足船舶电缆检测技术要求，但是上述测试方法所使用的测试电压不能超过电缆的额定工作电压，应用于船舶电缆绝缘技术状态检测存在以下问题(1)船舶电缆为橡胶绝缘低压电缆，目前查阅到的所有文献的研究结果都是针对中、高压电力电缆，电缆绝缘材料一般为聚乙烯(PE)、交联聚乙烯(XLPE)、聚氯乙稀(PVC)和纸介质绝缘电缆(PILC)，因此船舶电缆绝缘检测缺少文献研究结果的支持；(2)由于船舶电缆为低压电缆，在其他行业，如电力行业，低压电缆可接近性好、更换工程量小、电缆预防性试验可以使用破坏性方法，发现问题后及时更换电缆即可解决问题，因此低压电缆的绝缘无损检测方法的研究没有引起足够重视，也缺少相关标准和判据，并且目前电缆的试验技术明显落后于电缆的制造技术和应用技术，原有的标准、规程，例如《电力设备预防性试验规程》中，仅用很少的篇幅提及电缆投运后的预试方法,不具有可操作性；(3)虽然0.1Hz正弦电压试验、介质损耗角正切值试验和绝缘电阻试验可以满足船舶电缆检测技术要求，但是目前没有任何单位从事过船舶电缆的绝缘状态评估工作，也没有检索到有工程价值的资料，缺少历史数据资料的参考。
发明内容本发明的目的是提供一种能够有效的评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的方法，达到较为准确而迅速的评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的目的。本发明的技术方案是通过实验室试验结合现场测试的方法，对船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命进行评估，它包括如下步骤(1)对电缆样品的绝缘材料进行加速热老化试验，快速模拟电缆的老化过程，以国际公认的电缆绝缘老化寿命终止指标一电缆橡胶断裂伸长率(电缆绝缘材料的断裂伸长率下降到150%)为判据，随着加速热老化时间的增长，电缆绝缘材料的断裂伸长率将发生单调性变化，获取基于电缆绝缘材料断裂伸长率的电缆寿命方程。该寿命方程应该具有以下形式logr=a+V『公式(l)式中i-产品在温度T条件工作的寿命；T-工作温度(绝对温度K);a，b-与材料热老化本质有关的系数；(2)对电缆绝缘材料进行加速热老化的各个时间节点内，同时测量电缆绝缘材料的介质损耗角正切值，获得基于电缆绝缘材料介质损耗角正切值的电缆寿命方程和电缆寿命终止时(电缆绝缘材料的断裂伸长率下降到150%)的介质损耗角正切的临界值，该寿命方程应该具有以下形式tan^=^exp(7/万)+C公式(2)其中，A、B、C为待定常数，与电缆的绝缘材料及结构有关；Y为电缆的使用年数；(3)对同一种规格型号的低压橡胶绝缘电缆，利用(1)和(2)中获得的两种寿命方程对其寿命进行判定，以公式(1)的判定结果为基准，对公式(2)的结果进行验证和修正；(4)在电缆绝缘技术状态评估的现场工程实施过程中，电缆绝缘材料的断裂伸长率是不可检测到的参数，而电缆绝缘材料的介质损耗值是现场可检测的量。因此，根据现场工程实施过程中测量得到的介质损耗角正切值，利用公式(2)的寿命方程，即可迅速对现场电缆的剩余寿命做出判断。本发明在获得电缆寿命方程的过程中遵循以下原则(1)确定热老化试验的温度范围，并在此温度范围内选取35个试验温度进行产品的加速热老化试验。(2)加速热老化周期的选择。在每一试验温度下加速热老化试验时，周期一般取610个，以得出老化曲线的实测点数。如果老化曲线为指数规律，周期间隔就采用等比级数，即1，2，4，8，16……等。若老化曲线为线性规律，周期间隔就采用等差级数，即2，4，6，8，10……等。最后一点应接近寿命终止指标附近。(3)选定能反映试品主要性能的参数作为考核的性能参数，此项性能参数应该能最灵敏地反映出试品随热老化时间而变化地规律，能够准确地测试，试验数据有较好的重复性等。并选定此项参数低于某一个值时，即作为寿命终止的临界值。本发明选择电缆绝缘材料的断裂伸长率和介质损耗角正切值作为考核指标。(4)在每个已选定地温度下进行热老化试验，求出每一温度下试品性能参数与热老化时间的关系曲线，称为老化曲线。从各个温度下的老化曲线可列出老化曲线方程。将老化曲线延长到性能参数的临界值(寿命终止时)即为某一温度下的寿命时间，这个寿命时间也可以从老化曲线方程中求得。(5)将各个温度下的寿命时间与温度的关系做成曲线，就是被测试品的寿命曲线。根据曲线同样可以列出寿命曲线的方程。从寿命曲线可以确定产品在某一温度下的工作寿命。本发明的效果和益处如下，本发明提出的评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的方法可以在现场对电缆的剩余寿命做出迅速而又准确的评估，为船舶电缆的维修和更换提供了准确的依据，有效的节省了大量的评估时间和费用。另外，该技术也可以用来评估其他类型绝缘材料的船用低压电缆。具体实施例方式以评估已航行40年的某船只未更换的主干电缆的剩余寿命为例对本发明做详细说明。电缆的详细参数如表2所示。表2某船主干电缆参数长度(m)芯数规格(mm2)绝缘夕卜护层彭R竊;电缆型号101185乙丙橡胶氯丁橡胶40年CEF(1)基于电缆绝缘材料断裂伸长率的电缆寿命方程对电缆的绝缘材料乙丙橡胶进行加速热老化试验，电缆的额定工作温度为85°C，加速热老化试验稳定温度选择100°C，110°C，120°C。电缆绝缘材料的断裂伸长率测试结果如表3所示。表3加速热老化试验的断裂伸长率测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>根据加速老化试验的数据，应用线性回归分析，可以计算出以断裂伸长率降至150%为失效标准的电缆绝缘材料/,丙橡胶的热老化寿命方程二logr=—11.654+5417/71其中，T为乙丙橡胶的老化寿命；T为电缆的运行温度。如果电缆平均运行温度40°C，则电缆的寿命为50年，则剩余工作寿命为IO年。(2)基于电缆绝缘材料介质损耗角正切值的电缆寿命方程对电缆的绝缘材料乙丙橡胶进行加速热老化试验，电缆的额定工作温度为85°C，加速热老化试验稳定温度选择IO(TC，ll(TC，120°C，电缆绝缘材料的介质损耗测试数据如表4所示。表4加速热老化试验的介质损耗测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>对试验数据进行理论分析得到的关系式为:tan(5=Jexp(7/万)+C其4vAtB、c为待定^*，,缆的绝缘材料及结枸有关；y^fem^j使用-年数。数值分析结果得到对乙丙橡胶绝缘电缆，A二0.0S，B=28.5，C=0.01，艮卩tan^-0.08exp(7/28.5)+0.01以乙丙电缆寿命终止时的介质损耗角正切值的临界数据0.5带入上述方程得到的电缆寿命为48年，剩余工作寿命为8年，这与基于电缆绝缘材料断裂伸长率的电缆寿命方程的结果接近。(3)现场工程测量的某船电缆的介质损耗角正切值为0.26751，利用(2)中获得的方程，电缆的敷设年数为41年，与实际敷设的年数接近一致，证明了该方程的准确性。权利要求1、一种评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的方法，其特征包括如下步骤(1)对电缆样品的绝缘材料进行加速热老化试验，快速模拟电缆的老化过程，获取基于电缆绝缘材料断裂伸长率的电缆寿命方程；(2)在进行加速热老化试验的各个时间节点内，同时测量电缆绝缘材料的介质损耗角正切值，获得基于绝缘材料介质损耗角正切值的电缆寿命方程和电缆寿命终止时的介质损耗角正切的临界值；(3)对同一种规格型号的低压橡胶绝缘电缆，利用两种寿命方程对其寿命进行评估；(4)根据现场测量的介质损耗角正切值，利用基于介质损耗角正切值的电缆寿命方程对现场电缆的剩余寿命做出评估。2、根据权利要求1所述的一种评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的方法，其特征在于，所述的基于电缆绝缘材料介质损耗角正切值的电缆寿命方程和电缆寿命终止时的介质损耗角正切的临界值。3、根据权利要求1所述的一种评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的方法，其特征在于，所述的根据现场测量的介质损耗角正切值，利用基于介质损耗角正切值的电缆寿命方程对现场电缆的剩余寿命做出评估。4、根据权利要求1所述的一种评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的方法，其特征在于，所述的介质损耗角正切值的测量电压低于电缆的额定工作电压，属于无损检测。全文摘要本发明公开了一种评估船用低压橡胶绝缘电缆剩余寿命的方法，该方法包括如下步骤对电缆样品的绝缘材料进行加速热老化试验，快速模拟电缆的老化过程，获取基于电缆绝缘材料断裂伸长率的电缆寿命方程；在进行加速热老化试验的各个时间节点内，同时测量电缆绝缘材料的介质损耗角正切值，获得基于绝缘材料介质损耗角正切值的电缆寿命方程和电缆寿命终止时的介质损耗角正切的临界值；对同一种规格型号的低压橡胶绝缘电缆，利用两种寿命方程对其寿命进行评估；根据现场测量的介质损耗角正切值，利用基于介质损耗角正切值的电缆寿命方程对现场电缆的剩余寿命做出评估。本发明提出的方法可以在现场对电缆的剩余寿命做出迅速而又准确的评估。文档编号G01N3/00GK101470058SQ20071015932公开日2009年7月1日申请日期2007年12月27日优先权日2007年12月27日发明者周长亮,李国锋,王宁会,王志强,王翠华申请人:大连理工大学
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