端头固定方式对架空绝缘电缆拉断力的影响

刘 磊,荔建荣,孔 凯

(1.江苏珠影特种电缆有限公司,宜兴 214200;2.广东坚宝电缆有限公司,广州 511300;3.江苏省产品质量监督检验研究院,宜兴 214205)

0 引 言

架空绝缘电缆在进行拉力试验时,需要对端头进行固定。 目前,国内架空绝缘电缆常用的固定方式包括低熔点合金浇注法、夹具法、预绞丝固定法及金具压接法等[1]。 在不同的固定方式下,架空绝缘电缆拉断力的试验结果通常会有一定的差异。 另外,标准中对架空绝缘电缆拉断力试验方法的描述比较简单,部分试验细节和参数并未涉及,导致拉断力试验结果易受操作的影响。

针对以上问题,本工作对现有的试验方法进行了梳理,分别开展了低熔点合金浇注法、夹具法、预绞丝固定法及金具压接法等4 种端头固定方式下的架空绝缘电缆拉断力试验。 其中,低熔点合金浇注法分别使用了柱体和锥体端头模具。 对架空绝缘电缆拉断力的试验结果进行了对比分析,综合考虑操作难度、试验设备成本等因素,分析了4 种端头固定方式的优缺点,确定了最佳的端头固定方式,并对拉断力试验的细节要求等进行了研究及完善。

1 试验部分

1.1 试验样品

试验用架空绝缘电缆以JKLYJ-1 kV 1×70 为主,同时对 JKLYJ-1 kV 1×95、JKLYJ-1 kV 1×120、JKLYJ-1 kV 1×150、JKLYJ-1 kV 1×185 和JKLYJ-1 kV 1×240 等5 种型号的绝缘电缆进行了部分验证性试验。 试验用架空绝缘电缆为同一厂家生产的同一批次电缆,保证试验结果具有可比较性。

1.2 试验方案

采用不同端头固定方式,分别开展JKLYJ-1 kV 1 × 70、JKLYJ-1 kV 1 × 95、JKLYJ-1 kV 1 × 120、JKLYJ-1 kV 1×150、JKLYJ-1 kV 1×185 和JKLYJ-1 kV 1×240 等6 种不同规格的架空绝缘电缆的拉断力试验,并对试验结果进行分析。

根据不同端头固定方式的特点,对拉断力试验的细节要求等进行研究并完善。 例如,夹具法将着重研究夹持比率和夹持推力、低熔点合金浇注法将着重研究模具的尺寸等。

1.3 架空绝缘电缆拉断力试验方法

根据GB/T 12527—2008《额定电压1 kV 及以下架空绝缘电缆》中表6[2]、GB/T 14049—2008《额定电压10 kV 架空绝缘电缆》中表11 的规定,架空绝缘电缆导体拉断力试验方法按照GB/T 4909.3—2009《裸电线试验方法 第3 部分:拉力试验》执行。

表1 JKLYJ-1 kV 1×70 架空绝缘电缆拉断力试验结果

拉断力试验的操作步骤如下。 ①取样。 从外观检查合格的样品中截取3 根试件,标称截面面积不大于50 mm2者不小于0.5 m,标称截面面积大于50 mm2者不小于5 m。 ②端头固定。 解开试件两端的股线,分开并弯成圆钩形,清洗后,用低熔点合金或树脂浇灌锥体端头,也可用金具压接法或夹具法制作。 ③加载。 试件拉伸速率为100 mm·min-1。④记录。 记录最大负荷。

2 试验结果与讨论

2.1 JKLYJ-1 kV 1×70 架空绝缘电缆试验结果

针对JKLYJ-1 kV 1×70 架空绝缘电缆,分别开展低熔点合金浇注法、夹具法、预绞丝固定法和金具压接法等4 种端头固定方式下的架空绝缘电缆拉断力试验。 其中,低熔点合金浇注法分别使用了柱体和锥体端头模具。 试验方法参照GB/T 4909.3—2009 执行。 对拉断力试验结果进行分析,并综合考虑操作难度、试验设备成本等因素,确定推荐端头固定方式。

不同端头固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×70 架空绝缘电缆拉断力的技术要求不小于10.354 kN,试验结果见表1。

由表1 可以看出,不同端头固定方式下,电缆的拉断力是不同的。 采用金具压接方式固定的电缆拉断力最小,为9.89 kN,且所有拉断力均小于标准要求,即采用金具压接固定的电缆拉断力均不合格。采用预绞丝固定法的电缆拉断力为10.45 kN,略高于标准要求。 在15 组试验中,共两组试验不合格,不合格率为13.3%。 采用低熔点合金浇注形式固定的电缆拉断力为10.86 kN;采用柱体端头浇注的电缆拉断力要略高于采用锥体端头浇注,但两种端头固定方式的电缆拉断力均出现了不合格项。 采用柱体端头的电缆拉断力12 组试验中,共2 组试验不合格;采用锥体端头的电缆拉断力15 组试验中,共1 组试验不合格,不合格率为6.7%。 采用夹具法固定的电缆拉断力最大,为13 kN,且未出现拉断力不合格项。

夹具法操作简便,自动化程度较高,且拉断力较大,未出现不合格项。 因此,在接下来的试验中,将考虑作为一种主要的固定方式进行研究。 根据GB/T 4909.3—2009 要求,低熔点合金浇注法应使用锥体端头。 使用锥体端头仅需要一种模具,即可完成多种型号电缆的浇注,若使用柱体端头,则每种型号电缆均需要制作对应尺寸的模具,经济性较差。因此,在接下来的试验中,对于低熔点合金浇注法,均使用锥体端头模具。 预绞丝固定法成本较高,且易受操作规范性影响,因此不再进行研究。 采用金具压接法的电缆拉断力均不合格,故在接下来的试验中将不再进行研究。

2.2 不同标称截面面积架空绝缘电缆试验结果

综合考虑操作难度、试验设备成本等因素,试验采用夹具法开展电缆拉断力试验,并同时开展低熔点合金浇注(锥体端头)固定方式的拉断力试验,作为夹具法试验结果与分析的对比参照。

采用低熔点合金浇注法(锥体端头)固定方式,标称截面面积分别为95,120,150,185,240 mm2的JKLYJ-1 kV 架空绝缘电缆拉断力的试验结果见表2。

表2 不同标称截面面积的JKLYJ-1 kV 架空绝缘电缆拉断力的试验结果(n=15)

由表2 可以看出,①对于JKLYJ-1 kV 1×95 架空绝缘电缆,采用夹具法的架空绝缘电缆拉断力比低熔点合金浇注法(锥体端头)的拉断力更大,两者相差2 kN,占标准要求的14.6%。 另外,采用低熔点合金浇注形式固定的电缆拉断力出现了5 项不合格(其测定结果分别为13.61,13.69,13.51,13.54,13.39 kN),不合格率高达33.3%。 这可能是由于电缆截面面积较小,线比较细,浇注后端头比较重,导致在浇注和搬运时容易对样品造成一定的损伤。②不同端头固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×120 架空绝缘电缆的试验结果与2.1 的结论一致,采用夹具法的电缆拉断力更大,为20.2 kN。 采用低熔点合金浇注形式固定的电缆拉断力较小,为18.6 kN。 两者相差1.6 kN,占标准要求的9.2%。 两种固定方式的电缆拉断力均未出现不合格项。 ③不同端头固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×150 架空绝缘电缆的试验结果与2.1 的结论一致,采用夹具法的电缆拉断力更大,为25.7 kN。 采用低熔点合金浇注形式固定的电缆拉断力较小,为23.8 kN。 两者相差2 kN,占标准要求的9.5%。 两种固定方式的电缆拉断力均未出现不合格。 ④不同端头固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×185 架空绝缘电缆的试验结果与2.1 的结论一致,采用夹具法的电缆拉断力更大,为31.6 kN。 采用低熔点合金浇注形式固定的电缆拉断力较小,为30.1 kN。 两者相差1.5 kN,占标准要求的5.6%。 两种固定方式的电缆拉断力均未出现不合格。 ⑤不同端头固定方式下,JKLYJ-1 kV 1×240的试验结果与2.1 的结论一致,采用夹具法的电缆拉断力更大,为39.9 kN。 采用低熔点合金浇注形式固定的电缆拉断力较小,为38.7 kN。 两种固定方式的拉断力相差1.2 kN,占标准要求的3.5%。两种固定方式的电缆拉断力均符合GB/T 12527—2008 的要求。

3 结束语

不同端头固定方式下,架空绝缘电缆拉断力是不同的。 采用金具压接法固定的架空绝缘电缆拉断力最小,采用夹具法固定的架空绝缘电缆拉断力最大。 采用金具压接法固定的架空绝缘电缆拉断力均小于标准要求,均不合格,故不作为端头的推荐固定方式。 预绞丝固定法成本较高,易受操作规范性影响,导致出现拉断力不合格项,建议不作为端头的推荐固定方式。 针对低熔点合金浇注法,与柱体端头相比,使用锥体端头需要的模具较少,经济性好,且符合GB/T 4909.3—2009 中的规定。 对于低熔点合金浇注法,推荐使用锥体端头模具。 采用低熔点合金浇注形式固定,70 mm2及90 mm2两种小截面电缆均出现了多组拉断力不合格项。 这是由于电缆截面面积较小,线比较细,浇注后端头比较重,导致在浇注和搬运时容易对样品造成一定的损伤。 120 mm2以上截面的电缆拉断力未出现不合格项。

夹具法操作简便,自动化程度较高,且试验拉断力最大,未出现不合格项。 因此,推荐采用夹具法固定电缆,试验方法依照GB/T 4909.3—2009 执行。若采用低熔点合金浇注法、预绞丝固定法的电缆拉断力试验结果出现争议情况,推荐采用夹具法进行仲裁试验。