專利名稱：：一種評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于電氣設(shè)備絕緣診斷
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及到低壓電纜絕緣狀態(tài)的診斷，特別涉及到一種評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的方法。
背景技術(shù)：
：船用電纜多為低壓橡膠絕緣電纜，所謂低壓電纜是指額定電壓低于lkV的電纜。對于船舶動(dòng)力和照明線路來說，采用的橡膠絕緣電纜在使用過程中，由于橡膠的氧化分解作用，使硫化橡膠的物理機(jī)械性能發(fā)生變化變硬、變脆，在橡皮上形成裂紋，空氣和水分填充在裂紋中。上述因素均會(huì)加速電纜絕緣層材料的老化，艙內(nèi)空間的狹小使檢測和檢修難以實(shí)施，很難發(fā)現(xiàn)隱患，確定故障點(diǎn)。船舶電纜的絕緣技術(shù)狀態(tài)通常是根據(jù)對船舶資料的分析、維護(hù)人員的査詢、電纜路徑的巡視以及絕緣電阻的評價(jià)來確定的。通過檢查試驗(yàn)可以確認(rèn)電纜是否適合運(yùn)行，但不能確定惡化條件(過電壓、過渡潮濕、工作電流的增大等)下電纜的工作能力，尤其是剩余工作壽命。對電纜目前絕緣技術(shù)狀態(tài)的確切評價(jià)不僅從保證船舶電力設(shè)備工作可靠性的觀點(diǎn)來看是重要的，而且從預(yù)防火災(zāi)的角度來看也是很重要的。應(yīng)該指出，當(dāng)船舶進(jìn)行維修時(shí)，更換電纜是一項(xiàng)價(jià)格非常昂貴且繁重的作業(yè)，沒有充分依據(jù)的更換或必須更換而不實(shí)施，都是不允許的。針對電纜絕緣故障和電纜絕緣老化，近30年來，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室提出了眾多的試驗(yàn)方法和手段，如表1所示。表l電纜試驗(yàn)方法試驗(yàn)項(xiàng)目名稱試驗(yàn)類型試驗(yàn)項(xiàng)目名稱試驗(yàn)類型直流耐壓試驗(yàn)離線、破壞性工頻耐壓試驗(yàn)離線、破壞性變頻諧振耐壓試驗(yàn)離線、破壞性0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)離線、破壞性振蕩電壓試驗(yàn)離線、破壞性局部放電試驗(yàn)離線、非破壞性回復(fù)電壓離線、非破壞性介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)離線、非破壞性直流疊加法在線、非破壞性交流疊加法在線、非破壞性直流成分法在線、非破壞性諧波分量法在線、非破壞性至今，國內(nèi)外相關(guān)專家評價(jià)這些試驗(yàn)方法的意見分歧較大，除了直流耐壓試驗(yàn)被公認(rèn)為無效且有害以外，其他試驗(yàn)項(xiàng)目和方法仍然處于不斷探索和研究階段。上述試驗(yàn)方法均存在許多不成熟、不完善之處，其實(shí)際可操作性、與工頻電壓試驗(yàn)的等效性、發(fā)現(xiàn)電纜絕緣早期缺陷的有效性等尚在研究、積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)過程之中。其次,不論預(yù)防性試驗(yàn)采用上述哪種試驗(yàn)方法,其所選取的試驗(yàn)電壓均很高,實(shí)際上是對電纜主絕緣進(jìn)行一次損傷，相應(yīng)縮短了電纜安全運(yùn)行壽命。船舶電纜對檢測技術(shù)的要求為離線、在線和非破壞性，即能夠?qū)崿F(xiàn)停電檢測、帶電檢測并且測試電壓低于電纜的額定工頻電壓(UQ)。根據(jù)文獻(xiàn)査閱的結(jié)果，0.1Hz正弦電壓試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)和絕緣電阻試驗(yàn)可以滿足船舶電纜檢測技術(shù)要求，但是上述測試方法所使用的測試電壓不能超過電纜的額定工作電壓，應(yīng)用于船舶電纜絕緣技術(shù)狀態(tài)檢測存在以下問題(1)船舶電纜為橡膠絕緣低壓電纜，目前查閱到的所有文獻(xiàn)的研究結(jié)果都是針對中、高壓電力電纜，電纜絕緣材料一般為聚乙烯(PE)、交聯(lián)聚乙烯(XLPE)、聚氯乙稀(PVC)和紙介質(zhì)絕緣電纜(PILC)，因此船舶電纜絕緣檢測缺少文獻(xiàn)研究結(jié)果的支持；(2)由于船舶電纜為低壓電纜，在其他行業(yè)，如電力行業(yè)，低壓電纜可接近性好、更換工程量小、電纜預(yù)防性試驗(yàn)可以使用破壞性方法，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)更換電纜即可解決問題，因此低壓電纜的絕緣無損檢測方法的研究沒有引起足夠重視，也缺少相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和判據(jù)，并且目前電纜的試驗(yàn)技術(shù)明顯落后于電纜的制造技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)，原有的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程，例如《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中，僅用很少的篇幅提及電纜投運(yùn)后的預(yù)試方法,不具有可操作性；(3)雖然0.1Hz正弦電壓試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切值試驗(yàn)和絕緣電阻試驗(yàn)可以滿足船舶電纜檢測技術(shù)要求，但是目前沒有任何單位從事過船舶電纜的絕緣狀態(tài)評估工作，也沒有檢索到有工程價(jià)值的資料，缺少歷史數(shù)據(jù)資料的參考。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效的評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的方法，達(dá)到較為準(zhǔn)確而迅速的評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)合現(xiàn)場測試的方法，對船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命進(jìn)行評估，它包括如下步驟(1)對電纜樣品的絕緣材料進(jìn)行加速熱老化試驗(yàn)，快速模擬電纜的老化過程，以國際公認(rèn)的電纜絕緣老化壽命終止指標(biāo)一電纜橡膠斷裂伸長率(電纜絕緣材料的斷裂伸長率下降到150%)為判據(jù)，隨著加速熱老化時(shí)間的增長，電纜絕緣材料的斷裂伸長率將發(fā)生單調(diào)性變化，獲取基于電纜絕緣材料斷裂伸長率的電纜壽命方程。該壽命方程應(yīng)該具有以下形式logr=a+V『公式(l)式中i-產(chǎn)品在溫度T條件工作的壽命；T-工作溫度(絕對溫度K);a，b-與材料熱老化本質(zhì)有關(guān)的系數(shù)；(2)對電纜絕緣材料進(jìn)行加速熱老化的各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)，同時(shí)測量電纜絕緣材料的介質(zhì)損耗角正切值，獲得基于電纜絕緣材料介質(zhì)損耗角正切值的電纜壽命方程和電纜壽命終止時(shí)(電纜絕緣材料的斷裂伸長率下降到150%)的介質(zhì)損耗角正切的臨界值，該壽命方程應(yīng)該具有以下形式tan^=^exp(7/萬)+C公式(2)其中，A、B、C為待定常數(shù)，與電纜的絕緣材料及結(jié)構(gòu)有關(guān)；Y為電纜的使用年數(shù)；(3)對同一種規(guī)格型號的低壓橡膠絕緣電纜，利用(1)和(2)中獲得的兩種壽命方程對其壽命進(jìn)行判定，以公式(1)的判定結(jié)果為基準(zhǔn)，對公式(2)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修正；(4)在電纜絕緣技術(shù)狀態(tài)評估的現(xiàn)場工程實(shí)施過程中，電纜絕緣材料的斷裂伸長率是不可檢測到的參數(shù)，而電纜絕緣材料的介質(zhì)損耗值是現(xiàn)場可檢測的量。因此，根據(jù)現(xiàn)場工程實(shí)施過程中測量得到的介質(zhì)損耗角正切值，利用公式(2)的壽命方程，即可迅速對現(xiàn)場電纜的剩余壽命做出判斷。本發(fā)明在獲得電纜壽命方程的過程中遵循以下原則(1)確定熱老化試驗(yàn)的溫度范圍，并在此溫度范圍內(nèi)選取35個(gè)試驗(yàn)溫度進(jìn)行產(chǎn)品的加速熱老化試驗(yàn)。(2)加速熱老化周期的選擇。在每一試驗(yàn)溫度下加速熱老化試驗(yàn)時(shí)，周期一般取610個(gè)，以得出老化曲線的實(shí)測點(diǎn)數(shù)。如果老化曲線為指數(shù)規(guī)律，周期間隔就采用等比級數(shù)，即1，2，4，8，16……等。若老化曲線為線性規(guī)律，周期間隔就采用等差級數(shù)，即2，4，6，8，10……等。最后一點(diǎn)應(yīng)接近壽命終止指標(biāo)附近。(3)選定能反映試品主要性能的參數(shù)作為考核的性能參數(shù)，此項(xiàng)性能參數(shù)應(yīng)該能最靈敏地反映出試品隨熱老化時(shí)間而變化地規(guī)律，能夠準(zhǔn)確地測試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)有較好的重復(fù)性等。并選定此項(xiàng)參數(shù)低于某一個(gè)值時(shí)，即作為壽命終止的臨界值。本發(fā)明選擇電纜絕緣材料的斷裂伸長率和介質(zhì)損耗角正切值作為考核指標(biāo)。(4)在每個(gè)已選定地溫度下進(jìn)行熱老化試驗(yàn)，求出每一溫度下試品性能參數(shù)與熱老化時(shí)間的關(guān)系曲線，稱為老化曲線。從各個(gè)溫度下的老化曲線可列出老化曲線方程。將老化曲線延長到性能參數(shù)的臨界值(壽命終止時(shí))即為某一溫度下的壽命時(shí)間，這個(gè)壽命時(shí)間也可以從老化曲線方程中求得。(5)將各個(gè)溫度下的壽命時(shí)間與溫度的關(guān)系做成曲線，就是被測試品的壽命曲線。根據(jù)曲線同樣可以列出壽命曲線的方程。從壽命曲線可以確定產(chǎn)品在某一溫度下的工作壽命。本發(fā)明的效果和益處如下，本發(fā)明提出的評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的方法可以在現(xiàn)場對電纜的剩余壽命做出迅速而又準(zhǔn)確的評估，為船舶電纜的維修和更換提供了準(zhǔn)確的依據(jù)，有效的節(jié)省了大量的評估時(shí)間和費(fèi)用。另外，該技術(shù)也可以用來評估其他類型絕緣材料的船用低壓電纜。具體實(shí)施例方式以評估已航行40年的某船只未更換的主干電纜的剩余壽命為例對本發(fā)明做詳細(xì)說明。電纜的詳細(xì)參數(shù)如表2所示。表2某船主干電纜參數(shù)長度(m)芯數(shù)規(guī)格(mm2)絕緣夕卜護(hù)層彭R竊;電纜型號101185乙丙橡膠氯丁橡膠40年CEF(1)基于電纜絕緣材料斷裂伸長率的電纜壽命方程對電纜的絕緣材料乙丙橡膠進(jìn)行加速熱老化試驗(yàn)，電纜的額定工作溫度為85°C，加速熱老化試驗(yàn)穩(wěn)定溫度選擇100°C，110°C，120°C。電纜絕緣材料的斷裂伸長率測試結(jié)果如表3所示。表3加速熱老化試驗(yàn)的斷裂伸長率測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>根據(jù)加速老化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，應(yīng)用線性回歸分析，可以計(jì)算出以斷裂伸長率降至150%為失效標(biāo)準(zhǔn)的電纜絕緣材料/,丙橡膠的熱老化壽命方程二logr=—11.654+5417/71其中，T為乙丙橡膠的老化壽命；T為電纜的運(yùn)行溫度。如果電纜平均運(yùn)行溫度40°C，則電纜的壽命為50年，則剩余工作壽命為IO年。(2)基于電纜絕緣材料介質(zhì)損耗角正切值的電纜壽命方程對電纜的絕緣材料乙丙橡膠進(jìn)行加速熱老化試驗(yàn)，電纜的額定工作溫度為85°C，加速熱老化試驗(yàn)穩(wěn)定溫度選擇IO(TC，ll(TC，120°C，電纜絕緣材料的介質(zhì)損耗測試數(shù)據(jù)如表4所示。表4加速熱老化試驗(yàn)的介質(zhì)損耗測試結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析得到的關(guān)系式為:tan(5=Jexp(7/萬)+C其4vAtB、c為待定^*，,纜的絕緣材料及結(jié)枸有關(guān)；y^fem^j使用-年數(shù)。數(shù)值分析結(jié)果得到對乙丙橡膠絕緣電纜，A二0.0S，B=28.5，C=0.01，艮卩tan^-0.08exp(7/28.5)+0.01以乙丙電纜壽命終止時(shí)的介質(zhì)損耗角正切值的臨界數(shù)據(jù)0.5帶入上述方程得到的電纜壽命為48年，剩余工作壽命為8年，這與基于電纜絕緣材料斷裂伸長率的電纜壽命方程的結(jié)果接近。(3)現(xiàn)場工程測量的某船電纜的介質(zhì)損耗角正切值為0.26751，利用(2)中獲得的方程，電纜的敷設(shè)年數(shù)為41年，與實(shí)際敷設(shè)的年數(shù)接近一致，證明了該方程的準(zhǔn)確性。權(quán)利要求1、一種評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的方法，其特征包括如下步驟(1)對電纜樣品的絕緣材料進(jìn)行加速熱老化試驗(yàn)，快速模擬電纜的老化過程，獲取基于電纜絕緣材料斷裂伸長率的電纜壽命方程；(2)在進(jìn)行加速熱老化試驗(yàn)的各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)，同時(shí)測量電纜絕緣材料的介質(zhì)損耗角正切值，獲得基于絕緣材料介質(zhì)損耗角正切值的電纜壽命方程和電纜壽命終止時(shí)的介質(zhì)損耗角正切的臨界值；(3)對同一種規(guī)格型號的低壓橡膠絕緣電纜，利用兩種壽命方程對其壽命進(jìn)行評估；(4)根據(jù)現(xiàn)場測量的介質(zhì)損耗角正切值，利用基于介質(zhì)損耗角正切值的電纜壽命方程對現(xiàn)場電纜的剩余壽命做出評估。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的方法，其特征在于，所述的基于電纜絕緣材料介質(zhì)損耗角正切值的電纜壽命方程和電纜壽命終止時(shí)的介質(zhì)損耗角正切的臨界值。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的方法，其特征在于，所述的根據(jù)現(xiàn)場測量的介質(zhì)損耗角正切值，利用基于介質(zhì)損耗角正切值的電纜壽命方程對現(xiàn)場電纜的剩余壽命做出評估。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的方法，其特征在于，所述的介質(zhì)損耗角正切值的測量電壓低于電纜的額定工作電壓，屬于無損檢測。全文摘要本發(fā)明公開了一種評估船用低壓橡膠絕緣電纜剩余壽命的方法，該方法包括如下步驟對電纜樣品的絕緣材料進(jìn)行加速熱老化試驗(yàn)，快速模擬電纜的老化過程，獲取基于電纜絕緣材料斷裂伸長率的電纜壽命方程；在進(jìn)行加速熱老化試驗(yàn)的各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)，同時(shí)測量電纜絕緣材料的介質(zhì)損耗角正切值，獲得基于絕緣材料介質(zhì)損耗角正切值的電纜壽命方程和電纜壽命終止時(shí)的介質(zhì)損耗角正切的臨界值；對同一種規(guī)格型號的低壓橡膠絕緣電纜，利用兩種壽命方程對其壽命進(jìn)行評估；根據(jù)現(xiàn)場測量的介質(zhì)損耗角正切值，利用基于介質(zhì)損耗角正切值的電纜壽命方程對現(xiàn)場電纜的剩余壽命做出評估。本發(fā)明提出的方法可以在現(xiàn)場對電纜的剩余壽命做出迅速而又準(zhǔn)確的評估。文檔編號G01N3/00GK101470058SQ20071015932公開日2009年7月1日申請日期2007年12月27日優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日發(fā)明者周長亮,李國鋒,王寧會(huì),王志強(qiáng),王翠華申請人:大連理工大學(xué)