电缆热老化寿命预测.doc

2009年8月第25卷第8期

武

警

学

院

学

报

Aug2009.Vo.25No8l.

JOURNALOFCHIESEPEOPLESARMEDPOLIFORCEACADEMYNCE

!消防理论

电缆热老化寿命预测
!刘立辉,孙丽华
12

(1.河北省消防总队,河北石家庄摘

050081;2.河北科技大学,河北石家庄

050054)

要:利用热分析技术,对电缆绝缘材料的热老化寿命进行了研究,得到了电缆绝缘材料热老化寿命的计算公式。

在不同载流量下,对电缆绝缘材料热老化寿命进行了比较,给出了电缆热老化寿命与载流量的函数关系,为电流致热型线缆火灾的防治提供了基础数据。关键词:电流致热;线缆火灾;热分析;老化寿命中图分类号:TM21;D6316.文献标识码:A文章编号:1008-2077(2009)08-0005-03

1引言电缆是由线芯导体、绝缘材料和保护层组成,广泛应用于电ο低场?工农业生产和人们的日常生活中。由于电缆中线芯导体的长期载流发热和外界环境因素影响会导致绝缘材料老化以至最终失效,致使短路引发火灾,甚至爆炸事故。据统计,2000年全国火灾中因电气原因引发的火灾为31933起,占全国火灾总数的261,其中电缆老化引起的火灾占.%整个电气火灾的一半以上,造成了巨大的财产损失。因此,开展电缆热老化寿命的预测研究,对消除火灾隐患,减少火灾损失具有重要的现实意义。2电缆热老化寿命预测21热老化寿命的预测方法.目前绝缘材料热老化寿命的预测评估方法有两类:常规法和基于分析法的快速评定法。常规法应用已经成熟,国际、国内均有相应的标准,但实验周期长。快速评定法已提出了40多年,虽从理论上无法建立分析法所提供的信息和材料功能性失效之间的关系,以及缺少大量的重复性实践证明,但已成功
收稿日期:2009-05-16基金项目:河北省自然科学基金资助项目(F2005000422)作者简介:刘立辉(1968),男,河北定州人,工程师;孙丽华(1965
[2][1]

地用在了一些高分子材料的寿命评估中22实验部分.

[3]

。

本实验采用GB/T13464-92?物质热稳定性的热分析方法#,利用瑞士MattleTA4000系统、DSC25-TC15及相关软件组成差分扫描量热系统(DSC),分别对阻燃线缆、聚氯乙烯线缆和天然丁苯橡胶护套电缆进行了相关实验研究。[45],23DSC法的工作原理.在化学反应动力学中,由反应速率方程及Amhenius方程,可知高分子材料的热老化方程:lg=a+bT式中,、分别表示材料的寿命(h)和老化温度T(K),a是与规定失效性能相关的常数,b(0401E/R)是与活化能E有关的常数,R是气体常.数。式(1)表明,如果给定了材料的性能失效标准,则材料寿命的对数与材料所处环境的绝对温度的倒数成线性关系。显然,如果能求出活化能E,就能确定直线上的斜率b;通过一个温度点下的加速热老化实验,可以确定直线上的一个点坐标,从而就确定了

),女,河南新乡人,副教授,硕士。

?5?

?武警学院学报#2009年第8期(总第159期)

?消防理论?

材料的热老化方程。所以关键问题是求取活化能E。DSC是通过程序控制温度的变化,在温度变化的同时,测量试样和参比物的功率差(热流率)与温度的关系,如图1所示,dH/dt(W)为热流率,Tmax(K)为曲线尖峰时的温度。

由(2)式可求得其活化能为128kJ/mo。电缆绝l缘材料的老化为一种不彻底的化学反应,而DSC分析为彻底的化学反应。因此,DSC法求解的活化能比实际老化中的活化能稍微偏大,这里不作修正处理
[3]

。同理可得阻燃线缆的活化能为1119kJ/mo;.l

聚氯乙烯线缆的活化能为101kJ/mo。l32热老化寿命的评估.由上述DSC分析可确定丁苯橡胶热老化方程式的斜率b=5346,代入(1)式可得该线缆的热老化方程为:lg=a+图1DSC曲线[4]根据反应动力学原理,有下式成立:dln[TmaxE=1Rd[]Tmax
2

5346T

(4)

按照技术要求将断裂伸长率下降到150%确定为电缆失效标准,则根据普通电缆在某点温度的加速老化的寿命数据(125&下老化寿命26d),可得出(2)该线缆绝缘材料的热老化方程为:lg=-10673+.5346T(5)

]

对(2)式两边积分,可得:ln[2]=-E%1+C(3)RTmaxTmax式中,Tmax为绝对温度(K);为升温速率(&/min);E为反应活化能(J/mol);R为气体常数;C为常数。2因此,ln[/Tmax]与1/Tmax为线性关系,其斜率为-E/R,从而可采用在不同升温速率下,测得DSC曲线尖峰时的温度,便能确定反应活化能E。3结果与讨论31活化能