邰向群 梁萍 杨永平
宝胜科技创新股份有限公司 扬州市宝应县 225800
摘要：目前，在我国的许多地方电线电缆直接铺设在外界，没有任何防护措施。外界由于人为的生产生活废弃物排放，存在酸性或碱性环境。电线电缆绝缘层以有机化合物为主，常添加无机化合物以达到提高电绝缘性能、耐热性能和降低成本的目的。电线电缆绝缘层直接接触酸碱环境，其绝缘性能是否会受影响?本文将以聚氯乙烯(PVC)、交联聚乙烯、低烟无卤为绝缘材料的电缆为代表，在不同pH值、不同时间、不同温度下研究它们的绝缘性能变化。
关键词：电线电缆;酸碱环境;绝缘性能
引言
电缆绝缘老化的重要影响因素之一是电缆运行时接触介质中含有电解离子。当周围环境呈现酸性或碱性时，介质中含有较多的电解离子，电解离子浓度越高，离子越容易进入电缆绝缘内部，撞击绝缘材料分子链，导致绝缘材料中分子基团发生氧化分解，从而加速电缆绝缘的老化。随着电缆运行年限的增长，地下电缆难免会受到水浸及酸碱性物质腐蚀的影响，外部保护受损，内部绝缘老化速度加快，因此电缆接触介质的pH值直接关系到电缆被腐蚀的程度及其电气性能。目前我国处于高速发展时期，工业、农业发展迅速，由于不同地域的气候、土壤特性等不一样，对电缆运行加速老化的程度也各不相同，因此针对酸碱性环境对电缆绝缘性能的影响研究非常重要，而目前有关酸碱性环境对电缆绝缘的影响研究报道较少。
1绝缘老化微观测试方法
电力电缆绝缘受到环境因素等的影响产生老化现象，导致材料的微观结构发生改变，进一步影响电缆的电气性能。因此通过对绝缘层的微观结构进行测试与分析，能够得到绝缘老化的情况。本项目对绝缘材料采用的微观结构测试方法有扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope，SEM)，红外光谱(InfraredSpectroscopy，IＲ)，差示扫描量热分析(differentialscanningcalorimetry，DSC)。下面对测试方法进行介绍。
1.1扫描电子显微镜(SEM)
SEM用于材料表面及断面形貌分析，具有分辨率高、图像质量高、应用广泛等优点。本项目中使用的是日本电子(JEOL)生产的JSM－7500F型扫描电子显微镜，该设备分辨率可调范围为1.0(15kV)～1.4nm(1kV)，放大倍数范围为25～800000倍。
1.2红外光谱分析(IＲ)
IＲ在高聚物研究中是一种重要的基本表征手段，主要用于分析官能团及化学键等，研究高聚物的化学和物理性质以及特征表达。本项目使用的是美国热电公司生产的傅立叶红外光谱仪，型号为Nicolet6700，其检测范围为4000～400cm－1，分辨率为0.09cm－1。
1.3差示扫描量热分析(DSC)
DSC通过测量样本在不同温度下，由于发生量变或质变所引起的热变化，即吸热或放热，以此来推断材料可能发生的聚集态结构变化。本项目使用的是美国TA公司生产的调制型差示扫描量热仪，型号为Q2000，扫描温度范围为－80～550℃，灵敏度为0.2μw，扫描速率为0.01～200℃/min，最大可称量100mg。本研究中主要使用该设备测量待测样本的熔点、结晶度、结晶速率等。
2不同温度、不同pH值环境下的电线电缆绝缘性能
分别配置pH值为5、7、9溶液，将聚氯乙烯(PVC)、交联聚乙烯、低烟无卤为绝缘材料的电缆在常温、40℃、60℃浸泡其中1个月，采用GB/T3048.5－2007《电线电缆电性能试验方法第5部分绝缘电阻试验》方法测试绝缘电阻。
以聚氯乙烯(PVC)、交联聚乙烯为绝缘材料电缆的绝缘电阻值随温度升高而降低。低烟无卤电缆绝缘电阻值受浸泡时间影响不明显、受温度影响不明显。
3实验
3.1XLPE薄片老化实验
为了研究环境酸碱度对电缆绝缘材料老化的影响，首先对交联聚乙烯绝缘材料在酸碱环境下的水树老化特性进行研究。实验样本选用过氧化物交联的XLPE薄片，根据工业10kV电缆绝缘用料的加工条件压制，其各项介电性能和工业XLPE电缆绝缘相近。将XLPE薄片制作成尺寸为50mm×50mm×3mm的样本，取其中间圆心直径为25mm的区域作为加速水树老化区，用钢针在老化区域内均匀地扎入3排共计18个针孔缺陷，孔深1.5mm。采用IEC/TS61956：1999推荐的杯状实验装置进行加速水树老化实验，将XLPE样本置于杯身与杯底的铜电极之间并固定，向杯中加入老化溶液，盖上杯盖。配制的老化溶液pH值分别为1、5、9、13。随后在上铜电极施加有效值为7.5kV、频率为400Hz的正弦交流电压，杯底铜电极接地。
3.2短电缆老化实验
为了研究环境pH值对电缆绝缘性能的影响，选用YJLV22-3×95型8.7/15kVXLPE电缆进行人工加速老化实验，加速老化装置示意图如图2所示。将短电缆样本外热缩管两端封闭，并在其中加入不同pH值的溶液，加速老化过程中保证热缩管中的溶液浸没针孔缺陷。老化4周后，测量短电缆样本的50Hz介质损耗因数，并对试样进行极化-去极化电流测试(polarizationanddepolarizationcurrentmethod，PDC)，获取试样的0.1Hz超低频介质损耗因数，结果取其平均值进行比较和分析。
4提高电缆安全性建议
市面上虽然有销售用于不同领域的特种电缆，但是大部分人缺乏安全用电意识，贪图方便，选用普通材质电缆进行使用。这就为安全用电带来了隐患。为了降低生产生活中因电线电缆造成火灾的风险，减少经济损失，有必要提高普通型电缆的安全性能。
1)建议在护套电缆料制造的过程中将无机填充物进行胶囊化处理。酸性条件下，电缆表面裸露的无机填充物容易被溶解，使绝缘厚度减小，绝缘厚度减小就容易被击穿，造成漏电危险。胶囊化处理可以让有机材料保护填充的无机材料，提高绝缘材料耐酸能力。
2)科学布线，将电缆统一规划，外加PVC管进行保护，保证常温干燥。避免电缆直接裸露在外界环境中，酸性及潮湿环境均不利于电缆的长期使用。
3)定期检查电缆的使用环境，做好电缆的表面清洁，对存在隐患的电缆进行修复或更换，保证安全用电。
结语
①强酸强碱条件下老化XLPE样品中的水树尺寸比弱酸弱碱条件下更大。在碱性条件下针尖水树长度大于酸性条件下水树长度，并且针尖水树长度大于两侧水树长度，表明碱性条件下电缆绝缘中水树更易沿电场线方向生长发展，形成贯穿性水树，对电缆的实际运行危害更严重。
②通过比较不同酸碱条件下短电缆样本老化后PDC低频损耗因数和工频介质损耗因数测试结果，碱性条件下短电缆样本老化后的电气性能下降更加明显，结合薄片试样的实验结果进一步说明了碱性环境对电力电缆绝缘老化的影响更明显。
参考文献
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