一种基于XLPE介电性能的电缆祛气效果评估方法与流程

本发明涉及高压xlpe电缆生产，具体涉及一种基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法。

背景技术：

1、目前高压电缆中最常用的绝缘材料是交联聚乙烯(xlpe)。现有制造工艺通过交联反应，将二维结构的聚乙烯(pe)转变为三维网状结构的xlpe，从而实现聚乙烯由热塑材料到热固材料的转变，增强其耐热性能和机械性能的同时，也保留了良好的绝缘性能。pe的交联工艺主要有过氧化物交联、辐射交联和硅烷交联三种。对于中高压电缆，往往利用过氧化二异丙苯(dcp)作为交联剂进行过氧化物交联反应。在交联反应过程中，主要的副产物有枯基醇、苯乙酮、α-甲基苯乙烯、甲烷等。这些副产物主要以小分子的形式存在于xlpe的无定形区，且前三种副产物均为极性分子，对电缆在直流电场下的空间电荷特性以及交流电场下的介电性能都有影响。从xlpe介电性能来看，具体体现为相对介电常数和低频介质损耗因数的增加。交联副产物的存在可能造成绝缘缺陷，进而影响电缆的安全运行。因此在正式投入运行之前，必须对高压交联聚乙烯绝缘电缆进行祛气。

2、电缆制造企业常用的降低含交联副产物量的方式为祛气工艺：将缆芯置于加热的烘房中，在一定温度范围内进行持续祛气处理。但电缆厂往往根据以往经验确定祛气时间，缺乏明确的规定和标准。常见的研究绝缘祛气效率和副产物变化的方法有热重分析法(tga)、红外光谱法，但这两种方法往往不能直接确定交联副产物的具体成分和各成分的含量。而交联副产物中，相较于甲烷和水，枯基醇、苯乙酮和α-甲基苯乙烯这三种极性交联副产物在xlpe绝缘中的残留率较高，对绝缘性能影响较大。

技术实现思路

1、针对现有高压xlpe电缆在生产制造过程中祛气效果检测方法的不足，本发明基于xlpe介电性能提出一种新的高压xlpe电缆生产工艺过程祛气效果评估方法，以通过检测xlpe的介电性能，可以更好地对高压xlpe电缆祛气效果进行评估，进而更好地指导高压xlpe电缆的生产。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：

3、一种基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，所述方法通过检测祛气温度下xlpe电缆试样的工频相对介电常数和工频介质损耗角正切来评估xlpe电缆的祛气效果。

4、进一步地，所述通过检测祛气温度下xlpe电缆试样的工频相对介电常数和工频介质损耗角正切来评估xlpe电缆的祛气效果，包括：

5、s1、切取电缆试样；

6、s2、将电缆试样置于恒温箱内进行加热祛气处理；

7、s3、对祛气后的电缆试样进行切割，从电缆试样的绝缘屏蔽切层到导体屏蔽层，由外向内分多次切割，以切割得到绝缘切片样品；

8、s4、利用宽频介电阻抗谱仪对绝缘切片样品进行介电性能测试；

9、s5、根据宽频介电阻抗谱仪的测试结果，分析不同时间和温度条件下祛气后电缆试样的介电性能，以验证祛气效果。

10、进一步地，在所述电缆试样分为两组，每组均包括若干段电缆试样。

11、进一步地，所述步骤s2包括：两组电缆试样各保留一段，利用恒温热烘箱对两组剩余电缆试样分别进行加热祛气处理。

12、进一步地，所述步骤s3包括：利用交联电缆切片机对恒温烘箱中取出的电缆试样进行进一步的切割，每次沿电缆试样轴向进行切割，从电缆试样的绝缘屏蔽层切到导体屏蔽层，由外向内分多次切割，每段电缆试样保留12片绝缘切片样品，并记为一组。

13、进一步地，所述步骤s4包括：利用宽频介电阻抗谱仪对绝缘切片样品进行介电性能测试，每组绝缘切片样品分为外层、中层和内层，每层取2片样品，每组取6片样品进行测试。

14、进一步地，在利用宽频介电阻抗谱仪对绝缘切片样品进行介电性能测试前，利用测厚仪测量绝缘切片样品样品的厚度。

15、进一步地，对于每一组绝缘切片样品的内中外三层，每层选取两片绝缘切片样品重复测试两次，取两者平均值作为最终结果，计算公式如下：

16、εr＝(εr1+εr2)/2

17、tanδ＝(tanδ1+tanδ2)/2

18、其中，εr表示平均相对介电常数，εr1表示同一层绝缘切片样品1的相对介电常数，εr2表示同一层绝缘切片样品2的相对介电常数；

19、tanδ表示平均介质损耗角正切，tanδ1表示同一层绝缘切片样品1的介质损耗角正切，tanδ2表示同一层绝缘切片样品2的介质损耗角正切。

20、进一步地，所述步骤5包括：对比不同xlpe绝缘切片样品在工频下的相对介电常数以及介质损耗角正切值，绘制出65℃和70℃祛气温度下绝缘不同位置工频相对介电常数与祛气时间的关系曲线和工频介质损耗角正切与祛气时间的关系曲线，根据曲线变化趋势，当曲线趋于平稳时说明祛气充分。

21、进一步地，所述宽频介电阻抗谱仪包括测量夹具、阻抗分析仪、高阻计、高压放大器、温控单元以及工控机；所述阻抗分析仪用于测量绝缘切片样品的阻抗，所述高阻计用于测量绝缘切片样品的绝缘电阻值，所述高压放大器用于提供足够的电压信号以激励绝缘切片样品，所述温控单元用于控制测试环境的温度，所述测试夹具提供适当的测试环境，所述工控机用于控制测试过程、采集数据并进行分析处理。

22、本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

23、本发明利用宽频介电阻抗谱仪进行介电性能测试，能够得到样品工频相对介电常数和介质损耗角正切随时间的动态变化，结果准确；由于枯基醇、苯乙酮、α-甲基苯乙烯三种极性交联副产物分子较难去除，而相对介电常数和介质损耗角正切能够表征极性交联副产物的祛除程度，所以根据xlpe的介电性能评估电缆的祛气效果更加合理。

技术特征：

1.一种基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，所述方法通过检测祛气温度下xlpe电缆试样的工频相对介电常数和工频介质损耗角正切来评估xlpe电缆的祛气效果。

2.如权利要求1所述的基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，所述通过检测祛气温度下xlpe电缆试样的工频相对介电常数和工频介质损耗角正切来评估xlpe电缆的祛气效果，包括：

3.如权利要求1所述的基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，在所述电缆试样分为两组，每组均包括若干段电缆试样。

4.如权利要求3所述的基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，所述步骤s2包括：两组电缆试样各保留一段，利用恒温热烘箱对两组剩余电缆试样分别进行加热祛气处理。

5.如权利要求3或4所述的基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，所述步骤s3包括：利用交联电缆切片机对恒温烘箱中取出的电缆试样进行进一步的切割，每次沿电缆试样轴向进行切割，从电缆试样的绝缘屏蔽层切到导体屏蔽层，由外向内分多次切割，每段电缆试样保留12片绝缘切片样品，并记为一组。

6.如权利要求5所述的基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，所述步骤s4包括：利用宽频介电阻抗谱仪对绝缘切片样品进行介电性能测试，每组绝缘切片样品分为外层、中层和内层，每层取2片样品，每组取6片样品进行测试。

7.如权利要求6所述的基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，在利用宽频介电阻抗谱仪对绝缘切片样品进行介电性能测试前，利用测厚仪测量绝缘切片样品样品的厚度。

8.如权利要求6或7所述的基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，对于每一组绝缘切片样品的内中外三层，每层选取两片绝缘切片样品重复测试两次，取两者平均值作为最终结果，计算公式如下：

9.如权利要求2所述的基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，所述步骤5包括：对比不同xlpe绝缘切片样品在工频下的相对介电常数以及介质损耗角正切值，绘制出65℃和70℃祛气温度下绝缘不同位置工频相对介电常数与祛气时间的关系曲线和工频介质损耗角正切与祛气时间的关系曲线，根据曲线变化趋势，当曲线趋于平稳时说明祛气充分。

10.如权利要求2所述的基于xlpe介电性能的电缆祛气效果评估方法，其特征在于，所述宽频介电阻抗谱仪包括测量夹具、阻抗分析仪、高阻计、高压放大器、温控单元以及工控机；所述阻抗分析仪用于测量绝缘切片样品的阻抗，所述高阻计用于测量绝缘切片样品的绝缘电阻值，所述高压放大器用于提供足够的电压信号以激励绝缘切片样品，所述温控单元用于控制测试环境的温度，所述测试夹具提供适当的测试环境，所述工控机用于控制测试过程、采集数据并进行分析处理。

技术总结针对现有高压XLPE电缆在生产制造过程中祛气效果检测方法的不足，本发明提供了基于XLPE介电性能的电缆祛气效果评估方法，包括：S1、切取电缆试样；S2、将电缆试样置于恒温箱内进行加热祛气处理；S3、对祛气后的电缆试样进行切割，从电缆试样的绝缘屏蔽切层到导体屏蔽层，由外向内分多次切割，以切割得到绝缘切片样品；S4、利用宽频介电阻抗谱仪对绝缘切片样品进行介电性能测试；S5、根据宽频介电阻抗谱仪的测试结果，分析不同时间和温度条件下祛气后电缆试样的介电性能，以验证祛气效果。本发明利用宽频介电阻抗谱仪进行介电性能测试，能够得到样品工频相对介电常数和介质损耗角正切随时间的动态变化，结果准确。技术研发人员：曾挺,袁明蓬,陈悦庆,方戈,冯洁,倪楚腾,吴哲,李华纲,魏腾,王野受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司汕头供电局技术研发日：技术公布日：2024/11/18