一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法，该方法采用傅里叶变换红外光谱获得抗氧剂含量的多少，很好地反映了电缆绝缘的稳定性，是一种非接触、无损的测试方法。具体做法是制备一定数量的片状样品，对其进行不同时间的老化处理，采用傅里叶变换红外光谱采集背景信号和试样信号的红外光谱，提取出抗氧剂特征峰的吸光度，吸光度越大说明绝缘材料中的抗氧剂含量越多。本发明专利技术采用抗氧剂含量来表征电缆绝缘老化状态，抗氧剂含量越少，电缆绝缘老化越严重。本发明专利技术方法简单易行，为电缆绝缘老化状态的评估提供了新的选择。

An evaluation method of aging state of XLPE cable insulation based on antioxidant content

【技术实现步骤摘要】
一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法
本专利技术属于电力设备电气绝缘检测领域，涉及一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法。
技术介绍
随着电力系统规模的扩大，电力电缆的使用量逐年增加，其中交联聚乙烯绝缘电缆凭借着优异的性能成为中高压电缆的主力军。在长时间的运行过程中，电缆绝缘材料受到多种因素的作用会发生老化，其力学、热学、电学等性能劣化，威胁着电力系统的安全可靠运行。交联电缆的设计寿命一般为30～40年，目前我国多条电缆线路已经处于设计使用寿命的中后期，对电缆绝缘进行状态评估具有重要意义。电缆绝缘的状态评估通常是利用多种测试技术获得能够代表绝缘材料劣化程度的特征量，目前多种技术和特征量已被用来表征老化过程中交联聚乙烯结构和性能的劣化。通过拉伸试验获得的断裂伸长率是有效的电缆绝缘状态量之一，断裂伸长率越小电缆绝缘老化越严重。在结构表征方面，X射线衍射仪、扫描电子显微镜等常用来分析交联聚乙烯的微观结构，获得的特征量有结晶度、晶面间距等；反映电气性能的特征量有击穿场强、介质损耗因数等。已有的技术方法被人们广泛使用，且获得了较好的结果，但是这些测试结果只能反映电缆绝缘试样在测试时刻的状态，很难判断电缆绝缘试样在未来的老化状态，对于电缆绝缘发生严重劣化的时刻更是难以预测。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法，该方法能够解决现有方法无法判断电缆绝缘试样在未来的老化状态，以及难以预测电缆绝缘发生严重劣化的时刻的技术难题，该方法具有分析速度快、简单易行、无损测试、对试样制备要求低等优点，可以为电力公司快速准确地评估电缆绝缘的老化状态提供重要依据。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开了一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法，包括以下步骤：1)准备试样：将待评估的交联聚乙烯电缆绝缘制成若干切片，清除切片表面杂质，取其中一个切片作为未老化的目标试样，再取出若干片分别进行热老化处理，且对若干切片热老化处理不同的时间后取出，作为老化状态表征的目标试样；2)测试试样中的抗氧剂含量：基于傅里叶变换红外光谱法测试目标试样中的抗氧剂特征峰的吸光度，该抗氧剂特征峰的吸光度代表抗氧剂含量；3)抗氧剂临界含量的确定：定义能够有效保护电缆绝缘试样的最小抗氧剂含量为抗氧剂临界含量，通过研究断裂伸长率与抗氧剂含量的关系，确定抗氧剂临界含量；4)老化状态表征：通过比较目标试样的抗氧剂含量与抗氧剂临界含量来判断待评估的交联聚乙烯电缆绝缘的老化状态。优选地，步骤1)中，对切片热老化处理是在130～150℃下进行。优选地，步骤1)中，若干切片热老化处理的时间可控、时间梯度可调。优选地，步骤2)中，首先测试未放置目标试样时的红外光谱作为背景信号，然后将目标试样放置在傅里叶变换红外光谱系统中进行测试，获得目标试样在不同波数处的吸光度，即目标试样的红外光谱；根据电缆绝缘中使用的抗氧剂种类，提取出属于该待评估的交联聚乙烯电缆绝缘的抗氧剂特征峰的吸光度。优选地，步骤3)中，目标试样的断裂伸长率采用拉伸试验测得，则抗氧剂临界含量为断裂伸长率明显下降的试样的抗氧剂含量。优选地，步骤4)中：当试样中的抗氧剂含量远大于抗氧剂临界含量时，该交联聚乙烯电缆绝缘属于轻度老化；当试样中的抗氧剂含量接近抗氧剂临界含量时，该交联聚乙烯电缆绝缘属于中度老化；当试样中的抗氧剂含量小于抗氧剂临界含量时，该交联聚乙烯电缆绝缘属于重度老化。优选地，作为目标试样的切片的厚度小于0.5mm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开的一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法，制备一定数量的片状样品，对其进行不同时间的老化处理，采用傅里叶变换红外光谱采集背景信号和试样信号的红外光谱，提取出抗氧剂特征峰的吸光度，吸光度越大说明绝缘材料中的抗氧剂含量越多采用傅里叶变换红外光谱获得抗氧剂含量的多少，抗氧剂含量来表征电缆绝缘老化状态，抗氧剂含量越少，电缆绝缘老化越严重，很好地反映了电缆绝缘的稳定性，是一种非接触、无损的测试方法。因此本专利技术上述的评估方法能够解决现有方法无法判断电缆绝缘试样在未来的老化状态，以及难以预测电缆绝缘发生严重劣化的时刻的技术难题。附图说明图1为本专利技术实施例六种目标样的傅里叶变换红外光谱；图2为本专利技术实施例六种目标样在3480-3540cm-1波数范围内的红外光谱；图3为本专利技术实施例六种目标样中抗氧剂300的吸光度随老化时间的变化曲线；图4为本专利技术实施例六种目标样中断裂伸长率随老化时间的变化曲线；图5为本专利技术实施例根据电缆绝缘试样中抗氧剂的含量与临界含量的关系，将电缆绝缘试样的老化状态分为三种的示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：由于工程中使用的交联聚乙烯电缆绝缘通常为使用多种添加剂的复合材料，其中抗氧剂是电缆绝缘添加剂中用量最大、必须添加的助剂，其作用是防止电缆绝缘老化致使性能下降。因此采用抗氧剂含量表征电缆绝缘老化状态不仅能够反映电缆绝缘在测试时刻的老化程度，还能预测电缆绝缘的未来状态。基于此，本专利技术开了一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法，包括以下步骤：1)准备试样：将交联聚乙烯电缆绝缘切成若干片，清除切片表面杂质，取其中一个切片作为未老化的目标试样，再取出若干片分别进行热老化处理，老化不同时间后取出，作为老化状态表征的目标试样；2)测试试样中的抗氧剂含量：采用傅里叶变换红外光谱仪测试目标试样中的抗氧剂含量。首先测试未放置试样时的红外光谱作为背景信号，然后将目标试样放置在傅里叶变换红外光谱系统中进行测试，通过专用分析软件获得目标试样在不同波数处的吸光度，即目标试样的红外光谱；根据电缆绝缘中使用的抗氧剂种类，提取出属于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)准备试样：将待评估的交联聚乙烯电缆绝缘制成若干切片，清除切片表面杂质，取其中一个切片作为未老化的目标试样，再取出若干片分别进行热老化处理，且对若干切片热老化处理不同的时间后取出，作为老化状态表征的目标试样；/n2)测试试样中的抗氧剂含量：基于傅里叶变换红外光谱法测试目标试样中的抗氧剂特征峰的吸光度，该抗氧剂特征峰的吸光度代表抗氧剂含量；/n3)抗氧剂临界含量的确定：定义能够有效保护电缆绝缘试样的最小抗氧剂含量为抗氧剂临界含量，通过研究断裂伸长率与抗氧剂含量的关系，确定抗氧剂临界含量；/n4)老化状态表征：通过比较目标试样的抗氧剂含量与抗氧剂临界含量来判断待评估的交联聚乙烯电缆绝缘的老化状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)准备试样：将待评估的交联聚乙烯电缆绝缘制成若干切片，清除切片表面杂质，取其中一个切片作为未老化的目标试样，再取出若干片分别进行热老化处理，且对若干切片热老化处理不同的时间后取出，作为老化状态表征的目标试样；
2)测试试样中的抗氧剂含量：基于傅里叶变换红外光谱法测试目标试样中的抗氧剂特征峰的吸光度，该抗氧剂特征峰的吸光度代表抗氧剂含量；
3)抗氧剂临界含量的确定：定义能够有效保护电缆绝缘试样的最小抗氧剂含量为抗氧剂临界含量，通过研究断裂伸长率与抗氧剂含量的关系，确定抗氧剂临界含量；
4)老化状态表征：通过比较目标试样的抗氧剂含量与抗氧剂临界含量来判断待评估的交联聚乙烯电缆绝缘的老化状态。


2.根据权利要求1所述的基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法，其特征在于，步骤1)中，对切片热老化处理是在130～150℃下进行。


3.根据权利要求1所述的基于抗氧剂含量的交联聚乙烯电缆绝缘老化状态评估方法，其特征在于，步骤1)中，若干切片热老化处理的时间可控、时间梯度可调。


4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张媛媛，李建英，李盛涛，高建，王诗航，侯宗克，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61