用于评估交联聚乙烯电缆铜芯与绝缘层间松动程度的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电工测量技术，特别涉及一种可考核高压交联聚乙烯电缆承受电、热、机械应力及外部环境作用下老化后电缆铜芯与绝缘层脱壳松动的装置和方法，具体是指用于评估交联聚乙烯电缆铜芯与绝缘层间松动程度的装置和方法。
【背景技术】
[0002]交联聚乙烯(XLPE)电缆在电力传输过程中起着非常重要的作用，在其投入运行过程中必须承受电、热、机械应力以及外部环境条件的作用，同时由于在制造过程中电缆绝缘中存在气隙和杂质以及铜芯毛刺、半导电层凸起和界面裂隙等因素影响，这些都会导致电缆绝缘的老化。
[0003]电缆绝缘材料老化后，其物理化学性能、电气性能、力学性能、内应力和界面特性等发生变化，从而使得电缆铜芯和电缆绝缘之间的黏着力减小，产生松动，引起局部放电，导致电缆电气绝缘性能失效，影响电力电缆的安全可靠运行。
[0004]因此，建立测量电力电缆铜芯和绝缘层间脱壳松动的方法，对考察电力电缆的不同老化状态，评估电缆的安全使用寿命，具有非常重要的作用。但目前还没有可以有效测量以及评定电力电缆铜芯与绝缘层间脱壳松动的测量方法以及装置。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一是提供用于评估交联聚乙烯电缆铜芯与绝缘层间松动程度的装置，该装置结构简单，操作方便，能够准确获得交联聚乙烯电缆铜芯与绝缘层之间的静摩檫力，通过静摩擦力的大小来评估电缆不同老化状态下铜芯与绝缘层间松动程度。
[0006]本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的:用于评估交联聚乙烯电缆铜芯与绝缘层间松动程度的装置，其特征在于:该装置包括底座、立柱、压力传感器、空心座筒、连接导板、压杆组件、压力机和计算机，所述压力传感器安装在底座中部，所述空心座筒设置在所述压力传感器上，由压力传感器承托，空心座筒用于放置待测的电缆试样，该电缆试样由圆柱形的铜芯以及包覆铜芯的圆筒形的绝缘层组成，电缆试样的铜芯以及绝缘层与电力行业中实际使用的交联聚乙烯电缆的铜芯以及绝缘层的材质和光洁度均相同，空心座筒具有尺寸大于铜芯的竖向设置的中心孔道，所述的连接导板横向设置，所述立柱为竖向设置的两根柱，立柱的底部安装在底座上，立柱的顶部插装在连接导板上，所述连接导板在外力作用下能够沿立柱轴向竖直上下移动，所述压杆组件竖向穿插在所述连接导板的中部，压杆组件的底端为压头，压头位于电缆试样的铜芯的正上方，压头的尺寸小于铜芯的尺寸，压头与电缆试样的铜芯相抵触，压杆组件的顶端与压力机相连接，所述压杆组件在压力机压力作用下能够竖直向下移动，通过压头向电缆试样的铜芯施加压力直至将铜芯压出，在此过程中电缆试样的铜芯以及绝缘层之间的摩擦力通过空心座筒反作用于压力传感器，并且通过压力传感器获得，所述的压力传感器通过数据采集卡与计算机相连接，压力传感器将测量获得的摩擦力信息传输给计算机，计算机根据接收的信息绘制出摩擦力一时间关系曲线图，并通过显示屏显示出来。
[0007]本发明的装置能够准确获得交联聚乙烯电缆铜芯与绝缘层之间的静摩檫力，通过获得的静摩擦力的大小，用来评估电缆不同老化状态下铜芯与绝缘层间松动程度。
[0008]本发明的装置在使用时，首先，压杆组件在压力机的作用下，慢慢挤压电缆试样的铜芯，在电缆试样正下方有一压力传感器，可以将压力机施加给电缆试样铜芯的力，通过数据采集卡采集在计算机上反映出来，从而可以实现对施加力的实时测量采集。其次，在整个施加力测量的过程中，电缆试样铜芯从一开始受到力的作用，以及到电缆试样铜芯在外施力的作用下发生运动，这是从铜芯与绝缘层间的静摩擦力到最大静摩擦力再到滑动摩擦力的过程。在这一过程中，通过最大静摩擦力可以来反映电缆试样铜芯与绝缘层间的松动程度，由于电缆试样的铜芯以及绝缘层与电力行业中实际使用的交联聚乙烯电缆的铜芯以及绝缘层的材质和光洁度均相同，所获得的最大静摩檫力能够替代电力行业中实际使用的交联聚乙烯电缆的铜芯以及绝缘层之间的最大静摩檫力，从而反映出电力行业中实际使用的交联聚乙烯电缆的老化程度。
[0009]通过作用力与反作用力定律得摩擦力f与施加的外力等大反向，而由摩擦力的定义f=yF可知，摩擦力的大小可以反映正压力F的大小。在整个测量过程中，正压力来自于绝缘层对铜芯的包裹力。包裹力的大小和绝缘层与铜芯之间的接触面积是成正比的。当绝缘层与铜芯之间的包裹良好，两者之间的接触面积相对来说较大，此时的包裹力较大，即通过测量出来的力也较大;但随着电缆老化，绝缘层与铜芯之间出现了松动，两者之间的接触面积减小，此时包裹力随之减小，即通过测量出来的力也较小，从而可以通过测量将电缆铜芯从电缆中挤压出来所需要施加的最大外力值来反映电缆的老化程度。
[0010]然而，在电缆老化过程中，绝缘层与铜芯之间的摩擦系数可能随之改变。为了消除这一可能影响因素，采用将一块铜块(与电缆铜芯的材质，光洁度相同)和一块矩形XLPE塑料板(与XLPE电缆材质相同)同电缆在同一实验条件下进行老化。老化前后，分别将铜块置于XLPE塑料板上，拉动铜块，测量拉动铜块滑行时所需要的力，由于铜块质量可以测量得出，通过F=ymg，其中g为重力加速度，从而可以计算得出老化前后摩擦因数的值，可以有效的避免由于老化前后摩擦因数带来的影响。
[0011]整个装置由定位键以及螺钉固定，整体稳定性良好。组成装置的零部件均由硬度达到HRC28°C的钢制材料制成，保证整个测试过程施加压力时具有足够的硬度。
[0012]本发明中，所述的压杆组件还包括压杆体、弹簧软节和钢珠，所述的压杆体、弹簧软节和压头自上而下设置，钢珠位于压杆体与压头之间，与压杆体与压头均紧密接触并压紧，所述的弹簧软节缠套压杆体的下端以及压头的上端，所述压杆组件穿插在所述连接导板的中部时，压头、钢珠和部分弹簧软节均位于连接导板的下方。
[0013]由于电缆试样在裁切的过程中不能完全做到上下两个底面平行，因此本发明中的压杆组件中由于钢珠以及弹簧软节的存在，使得压头可以转动，从而保证压头与电缆铜芯很好的接触，避免由于铜芯表面存在一定斜度而使得压头与铜芯不能充分接触。
[0014]本发明中，所述压头为圆形，压头的直径比电缆试样铜芯的直径小2mm，保证压杆组件将电缆铜芯压出电缆。压头水平截面尺寸可对应不同规格的测试电缆制作。
[0015]本发明中，所述空心座筒的中心孔道为圆孔，中心孔道的直径比电缆试样铜芯的直径大4mm。中心孔道的绝对深度(上表面至底面螺钉上表面)要大于电缆试样的截取长度，用以承接被压出的电缆铜芯。空心座筒有一阶梯孔洞，用一座筒螺钉可以将空心座筒与压力传感器连接起来。空心座筒的轮廓尺寸可对应不同规格的测试电缆制作。
[0016]本发明中，所述压力传感器通过连接螺钉安装在底座中部。
[0017]本发明中，所述立柱的底部通过压盖安装在底座上，所述压盖嵌装在底座内，压盖通过压盖螺钉与立柱的底部相连接。
[0018]本发明中，所述空心座筒具有中空的下底板，下底板通过座筒螺钉安装在所述压力传感器的中心处。
[0019]本发明中，所述连接导板具有立柱孔、旋转锁扣以及锁紧螺钉，所述的旋转锁扣铰接在立柱孔具有开口的一侧，并且能够绕铰接轴转动，所述锁紧螺钉用于立柱穿过立柱孔后将旋转锁扣锁紧。
[0020]电缆试样的截取长度不可过长，过长则对脱壳松动的测量敏感性降低，也不能过短，过短则会使得测试结果分散性过大。本测量方法中选取电缆试样长度为50_左右，两个截面的平行度不大于0.5_且与外层绝缘的外周轮廓垂直。
[0021]本发明的目的之二是提供一种通过测量交联聚乙烯电缆铜芯与绝缘层之间静摩檫力来评估电缆