CPVC电缆保护管质量密度特性快捷测试研究＊

喻志程,邵成,李超,黄海涛

（1．盐城供电公司物资部物资招标管理部，江苏盐城 224000；2．盐城市质量技术监督综合检验检测中心电器部，江苏盐城 224000；3．盐城市计量测试所热化部，江苏盐城 224000；4．盐城鼎晔建设工程质量检测有限公司，江苏盐城 224000）

1 引言

电缆在大型企业与民用建筑中的使用量大幅增加，在给人们带来便利的同时，也会引发相应的问题。一旦电缆出现问题，所释放的大量有毒气体与腐蚀性物质会对人体中造成伤害，对周围的环境造成腐蚀[1]。同时由于其损坏可能会引发火灾，在良好的通风环境下，电缆的燃烧火焰很容易沿着电缆的铺设方向快速蔓延，从而扩大火势，导致危险系数的增加。

在目前的电缆使用中，CPVC电缆保护管是电线电缆行业中用量最大且应用范围较为广泛的电缆保护管种类之一。采用此保护管的主要原因是出于其具有低廉的价格以及较高的阻燃性。为研究电缆保护效果，国内外相关领域学者对CPVC 电缆保护管质量密度特性做出了研究。文献[2]提出LNG 绕管式换热器壳侧换热特性测试，结果表明干度及热通量增大增加，传热系数随之增大。文献[3]提出在智能高温超导电缆系统设计。阻抗变化会对输电系统保护产生负面影响，利用电磁暂态程序PSCAD控制阻抗变化量，实现电缆保护。

在此次研究中，以CPVC 电缆保护管作为研究对象，对其质量密度特性展开研究。CPVC 材料是目前世界上使用最广泛的塑料之一，其价格低廉，具有良好的抗腐蚀性、电绝缘性，在电线电缆保护材料中长期占有重要的位置，并广泛应用于电线电缆绝缘与防护材料中。在目前的经济与社会发展环境下，民众对于电线电缆保护材料的关注度也在逐步增高。因此，展开CPVC电缆保护管质量密度特性快捷测试研究。希望通过此次研究，为日后电缆保护提供更加先进的测试方法以及更为有效的保护管研究结果。

2 实验材料与方法

2.1 CPVC电缆保护管材料制备

在此次实验中，为避免不同CPVC电缆保护管由于制备方法与材料的不同影响测试结果的有效性，在实验开始前，完成CPVC 电缆保护管材料制备过程。通过多种原材料的对比与适配，此次实验中使用的材料如表1所示。

表1 CPVC电缆保护管材料选取

采用上述原料作为CPVC 电缆保护管材料制备的主要内容，由于原材料大部分为液体或粉末，因此，采用转矩流变器进行混料[4-5]。在混料时，设定流变器的温度统一设定为170 摄氏度，转速为50r/min，每次混合40g 原材料，并按照预先设定的材料比重称取原材料。待温度为预设温度时加入物料。加料后，由于仪器的作用，原材料开始塑化，呈现出黏合状态。随着转速的增加，物料温度趋于一致，材料结构逐步稳定，此时结束混料工作。混料中使用的主要设备如图1所示。

图1 CPVC电缆保护管材料制备设备

将混合好的材料制成厚度相同的试件，按照国标在规定时间后进行测试。将硫化机的温度设定在170摄氏度，恒温1小时后对试件进行处理。

通过上述设定的原材料配比与制备设备，完成CPVC电缆保护管材料制备过程，并将制备结果作为此次实验的试件。

2.2 测试设备设定

在此次测试中，为保证测试结果的可靠性与测试过程的便捷性，采用多种测试设备完成对CPVC电缆保护管质量密度特性的测试。在此次测试中选用的测试设备如表2所示。

表2 测试设备

在上述设备中，此次测试主要使用烟密度仪以及低温脆化试验仪完成测试的主要过程[6-7]，因而，此两种设备的选型至关重要，具体选型结果如图2所示。

图2 主要实验设备选型结果

采用上述设备作为测试设备，将上述选定的设备安装至某高校化学实验室中，将此实验室作为此次测试的测试环境。

2.3 保护管质量密度特性快捷测试方法设计

在此测试中，主要对保护管质量密度特性展开测试，因而，选定部分特性作为测试对象。通过文献研究可知，电缆保护管的伸长率、阻燃性与介电强度是影响保护管使用功能的重要指标[8]。进而，选定上述三部分作为测试的对象。

由于保护管是由多种材质与多种层次构成的复合体，在伸长率的测试过程中，需要对其结构伸长、松散伸长、弹性伸长、屈服伸长以及塑性伸长率展开研究。为提升测试的处理速度，将伸长率转化为弹性伸长的形式。设定保护管的弹性伸长与外力之间的关系成正比，其比例系数设定为保护管的弹性模数T，它是应变拉力Q与保护管的有效面积K之间的比值及试件长度J与试件长度增量J*比值之间的关系式，通过公式可表示为：

采用上述公式，可得到保护管的强度损失系数P。具体公式可表示为：

上式中，x0表示保护管的总和拉断力，x1表示保护管的有效拉断力。通过文献研究可知，保护管的强度损失系数P与保护管同心层数相关，则有效拉断力可通过公式表示为：

上式中，xr1、xr2表示保护管内层材料与外层材料的总和拉断力分别表示保护管内层材料与外层材料的捻角，r表示同心层数。采用此部分公式，依据国标GB/T1040．3-2006完成测试过程，拉伸速度设定为100mm/min。

针对电缆保护管的阻燃性，将其试件剪切为1mm 的粒子，采用国际标准GB/T3682-2000 展开检测。在检测前对试件的外观进行观察，若试件表面无气泡且平坦光滑，没有明显的肉眼可见缺陷，可进行测试。

介电强度测试中，采用CS2674C 型耐压测试仪及标准电极系统作为测试设备。根据GB/T8815-2008 标准将试件压制为0．2mm 的式样。将其放置在电极中间，对每个试件进行多次测试，设定测试电压从0开始，以10kV的速度增加电压，直到保护管被击穿，记录下击穿电压。

在上述部分中，对不同指标的测试方法进行设计，采用上述方法对CPVC 电缆保护管展开测试。为提升测试结果有效性，在试件的制备过程中，设计3组试件，具体试件要求如表3所示。

表3 试件设计结果

根据上述设定，完成试件设计。将试件放置恒温室中，试件恒温一小时后，将其切割为哑铃片，其厚度设定为厚度为1．0士0．1mm，完成测试过程。

2.4 数据处理

采用上述设定的测试的方法与过程，获取保护管质量密度特性结果。当测试过程处于统计控制状态下时，测试结果就应该保证具有相应的精度控制，但在测试的过程中，必然会出现误差。系统误差可通过测试设备系统进行校正，但随机误差只能通过控制测试过程，将其缩小到合理的范围内。

在此次测试中，设定在同一测试条件下进行多次重复试验。设定多次测量产生的标准差为a，测量次数设定为n，则标准差的改良函数可表示为：

当测试结果符合概率密度的正态分布时，则测试过程中产生的误差为正态分布，通过公式可表示为：

在上式中，β表示测试结果的均方值，α表示测试结果的标准差。则此测试结果的累计概率分布函数为：

通过此公式可知，当高斯函数的β作为测试结果时，标准差α具有一定的离散性，其体现了测试结果的误差值。α取值越小，则测试误差越小，测试结果的可靠性越高；反之，测试结果误差较大，测试结果可靠性较差。

由于此次测试为特征测试，为保证测试结果的可靠性，增加特性检测。对测试结果数据排序，并将其划分为不同的组别，采用下述公式计算其分布特征。

在上述公式中，n0为实际测试结果数据数量；ni表示假设分布的高斯函数，且α=，β=a；n表示测试结果的分组数。此公式中的ni可采用正态分布概率表示，则有：

上式中，w表示无量纲测试结果。使用此公式可计算累加下的α值与β值，得到精准的特征分布结果。通过以上设定，对测试结果展开处理，保证测试结果的可信性与精准度。

3 快捷测试结果分析

采用上述设定的实验方法与设备，完成CPVC电缆保护管质量密度特性快捷测试过程，将测试结果分为3部分展开分析，具体分析结果如下所示。

3.1 电缆保护管伸长率测试结果分析

通过图3所示的电缆保护管伸长率测试结果图像可知，电缆保护管的质量密度对其伸长率具有一定的影响。由图像分析可知，当试件密度为正常密度时，其伸长率取值较为稳定，但随着拉力的增加，保护管出现断裂的情况。当保护管的质量密度较低时，其伸长率较低，出现断裂的时间提前。当保护管的质量密度较高时，在此测试中并未出现保护管外层断裂的问题。对上述测试结果进行整合可知，保护管的质量密度对保护管的伸长率具有一定的影响。同时，实验结果证明，保护管的质量密度与保护管的伸长率之间呈正比关系。保护管的质量密度越高，保护管的伸长率越大，其抗断裂能力越强。

图3 电缆保护管伸长率测试结果

3.2 电缆保护管阻燃性测试结果分析

通过图4所示的电缆保护管阻燃性测试结果可以看出，由于保护管中阻燃剂密度都比较大的远近，在试件的制备过程中纳米黏土添加量的增加对电缆保护管质量密度影响较小，因而，可直接对电缆保护管质量密度展开分析。当电缆保护管质量密度为正常密度时，其阻燃性可达到国家标准。当电缆保护管质量密度低于正常密度时，其阻燃能力较低，易造成电缆内部损坏。当电缆保护管质量密度高于正常密度时，保护管的阻燃能力得到明显的提升，保护管的保护能力得到提升。综合上述测试结果可知，电缆保护管质量密度与其阻燃性成正比关系，通过此关系可有效控制保护管的防火性能。

图4 电缆保护管阻燃性测试结果

3.3 电缆保护管介电强度测试结果分析

通过图5所示电缆保护管介电强度测试结果可知，电缆保护管的介电强度与保护管的质量密度具有密切的关系。通过图像数据分析可知，正常质量密度下的电缆保护管介电强度较高，可抗击70%以上的电压增压，保证电缆运行的稳定性。当电缆保护管的质量密度提升后，其介电强度得到提升，抗电压增压能力提高，电缆保护效果增强。当电缆保护管的质量密度下降，并低于正常的质量密度时，其介电强度下降，在电压增压过程中，对电缆的破坏力增强，电缆保护管的保护能力下降。对测试结果进行整合分析可知，电缆保护管的介电强度与保护管的质量密度之间的关系成正态增长，想要提升介电强度就需要增加保护管的质量密度。

图5 电缆保护管介电强度测试结果

4 结束语

CPVC电缆保护管是目前电线电缆的重要保护措施，但目前对其质量密度的研究较为浅薄，不能为日后研究的深入提供坚实的理论基础。因此，在此研究中，提出其质量密度特征的测试方法，并使用此快捷测试方法对其展开了测试。通过测试结果可知，电缆保护管伸长率、电缆保护管阻燃性以及电缆保护管介电强度与CPVC 电缆保护管质量密度有着密切的关系。随着保护管质量密度的增加，其对电缆的保护能力也在逐步提升。如果要提升其对电缆的保护能力，在保护管设计中，设定合适的保护管质量密度非常重要。

针对电缆保护管的相关特征研究，展开此次测试并获取到相应的测试结果，CPVC 电缆保护管的组成部分较为广泛，本文仅从电缆保护管的质量密度特性角度出发进行研究，对如何获取保护管的其他特征方面的研究还具有一定的欠缺。因此，将会在今后的工作中对以上内容进行深入研究。