提高通信电缆绝缘电阻性能的方法探究.pdf

PAGE033电缆及光缆Cables&Optical Cables本文从绝缘电阻理论出发，分析了与绝缘电阻性能相关核心因素，结合通信电缆产品生产特点，提出产品设计、生产制造控制过程中的注意事项，提高了通信电缆绝缘电阻性能，并通过正确的评价，为提供优质可靠的通信电缆服务。Based on the theory of insulation resistance,this paper analyzes the core factors related to insulation resistance performance,combined with the production characteristics of communication cable products,and puts forward the precautions in product design and manufacturing control process to improve the insulation resistance performance of communication cable,and through correct evaluation,to provide high-quality and reliable communication cable services.通信电缆 绝缘电阻 泄漏电流 充电电流Communication cable;Insulation resistance;Leakage current;Charging currentDoi:10.3969/j.issn.1673-5137.2023.04.002摘 要 Abstract关键词 Key Words1.前言绝缘电阻是通信电缆主要电气性能之一，是保证通信电缆正常工作的基本条件，衡量通信电缆材料绝缘性能的一个重要指标，因为使用场合和产品结构不同，绝缘电阻的指标也不同，一般都要求绝缘电阻不低于某一个数值。绝缘能力低，也就是绝缘电阻值小，则沿着通信电缆线路的漏电电流必然增多，会产生就热能，加速绝缘老化，为热击穿准备条件，增加了热击穿的可能性，影响通信质量。所以绝缘电阻是通信电缆A类重要指标，属于产品出厂检验的例行检验项目。一旦电缆绝缘不合格，绝不允许出厂，导致电缆废品，增加了电缆成本，造成了资源浪费。为了提高通信电缆的绝缘性能，从根本上是提高产品质量，节约成本，增加经济效益。本文从绝缘电阻理论出发，分析了与绝缘电阻性能相关核心因素，结合通信电缆产品生产特点，提出产品设计、生产制造过程中的注意事项，提高了通信电缆绝缘电阻性能，并通过正确的评价，防止通信电缆绝缘不合格产品的产生，为提供优质可靠的通信电缆服务。2.绝缘电阻的定义阻止电流通过是绝缘材料的基本特性，理想的绝缘体是不导电的。实际上若给绝缘体加上高电压，就会有少许的电流通过绝缘体，有一定的、很弱的导电能力。绝缘电阻1的大小就是衡量绝缘体阻止电流流通的能力，阻值愈大愈好，通常以兆欧(M)为单位。加在电缆芯线之间或芯线对地之间的直流电压（U）与流过绝缘层的泄漏电流（I）之比称为绝缘电阻。即：RU/I （1）式中：R绝缘电阻（）U直流电压（v）I泄漏电流（A）从公式（1）可直接看出，加在电缆芯线之间或芯线对地之间的直流电压U一定时，泄漏电流越大，绝缘电阻越小，反映出材料的绝缘性能越差。电缆绝缘层施加直流电压之后，通过绝缘层的电流随着时间由大到小变化，因为在开始电流成分较多，除了泄漏电流之外，主要有充电电流，吸收电流，这些电流都是随时间而减小的，最后达到一个稳定的电流，这个稳定的电流，才是表明电介质本征电导的泄漏电流。如下图（1）所示：提高通信电缆绝缘电阻性能的方法探究 程智平 孙芳婷（西安西电光电缆有限责任公司 陕西 西安 710082）PAGE034电缆及光缆Cables&Optical Cables图1：电流变化曲线根据电流形成原因的不同，可以将其分成如下几种2-3：（1）充电电流：在电场力的作用下，介质分子进行快速极化，形成位移电流。实际上电缆导体之间通过绝缘层构成一个电器的电容电流，电容充电电流大小与电容量有关，而电容量与绝缘材料的性质和结构尺寸有关，因此，充电电流通常也可称做几何电流，电容电流按照指数规律随时间快速衰减，数毫秒时间内下降到可以略去的地步。（2）吸收电流：因流过绝缘层电解电导所产生，是衰减缓慢的有损耗极化电流，且不可逆，数秒后衰减至零，是要消耗能量。（3）泄漏电流：在电缆绝缘层之间施加一定的电压时，在电场力的作用下，绝缘介质内部或表面的带电离子作定向移动形成的电流，与电压施加时间无关。充电电流和吸收电流随时间变化而衰减，泄漏电流一般不随时间变化而改变。绝缘电阻与外施电压和位移电流、吸收电流及泄漏电流所形成的全电流之间服从欧姆定律，显而易见，提高通信电缆绝缘性能关键技术就是减小绝缘材料的导电电子，减小泄漏电流，实际应用中简单的说要破坏能产生泄漏电流的条件，也就是说创造保护保持绝缘性能的良好的条件，所以在产品设计、生产制造和绝缘电阻性能评价时，就遵循这个原则。3.绝缘电阻测试方法 4-5 通信电缆绝缘电阻测试试验方法符合YD/T 837.2铜芯聚烯烃绝缘铝塑综合护套市内通信电缆试验方法、GB/T 3048.5电线电缆电性能试验方法第5部分：绝缘电阻试验标准要求，YD/T 837测试原理与GB/T 3048.5相同，但是通信电缆检验电阻通常在整个电缆长度上进行测量的，不是截取一段进行测量的，衡量的是沿整个长度上的绝缘性能。另外，长度短，换算后误差大,难以代表实际的绝缘电阻。测试环境：重要的是环境湿度，标准要求相对湿度不大于80%。标准试验电压：DC 100V500V。3.1 试验设备目前大部分工厂出厂测试采用高阻计法，试验设备见图2，大屏幕数字显示，简单方便。图2：绝缘电阻测试仪3.2 试样制备5 3.2.1 试样测试长度应不小于10m，为了使试样温度与环境温度达到一致，并保持稳定，对于成盘电缆，一般需要再生产完成后16h以后进行，除非产品标准有特殊要求，测量环境温度为(035)。3.2.2 试样二端导体绝缘线部分需要约100mm以上，并且测试端导体漏出长度约50mm，便于测试接仪器测试。露出的绝缘导体的表面进行洁净处理，保证绝缘表面无影响绝缘电阻测试的异物。3.3 试验步骤3.3.1 应每一个导体对其余线芯与金属套或屏蔽层或铠装层连接进行测量。3.3.2 按产品标准规定选择对试样的测试电压。3.3.3 为使绝缘电阻测量值准确,应该有足够的测试充电时间,一般不少于1min，不超过5min，除非产品标准另外要求，GB/T 3048.5规定，一般为充电1min读数。3.4 试验结果及计算按公式（2）计算每公里长度的绝缘电阻值：RL=RxL （2）式中：RL每公里长度绝缘电阻（Mkm）Rx试样绝缘电阻（M）L试样有效测量长度（km）4.提高通信电缆绝缘电阻性能注意事项4.1 产品设计开发PAGE035电缆及光缆Cables&Optical Cables4.1.1 绝缘材料的选择绝缘材料是通信电缆全生命周期安全可靠运行的重要保障，选用电阻率高绝缘材料，泄漏电流就越小，绝缘电阻越好，所以需根据产品标准要求选择相应电阻率的材料，目前通信电缆选用的是聚乙烯材料作为绝缘料，绝缘料能保证质量，那么就完全可以满足绝缘电阻性能要求。4.1.2 绝缘层的绝缘厚度实际上绝缘电阻由体积电阻和表面电阻组成1，绝缘电阻由体积电阻与表面电阻并联组成的，如图3所示。（3）式中：R绝缘电阻（）Rv体积电阻（）Rs表面电阻（）图3：体积电流Iv与表面电流Is的途径体积电阻：（4）式中：v体积电阻率（m）；h绝缘层厚度（m）；A导体的面积（m2）。表面电阻：（5）式中：s表面电阻率（）d导体间的距离（绝缘层厚度）（m）l导体的长度（m）d为绝缘层厚度h与导体直径之和。从公式（4）、（5）可以看出体积电阻和表面电阻与导体间的绝缘层厚度成正比，因此，绝缘电阻不但和绝缘材料的性能有关，绝缘层厚度也起关键性的作用，所以在设计时，绝缘层厚度满足产品结构尺寸要求的同时必须满足绝缘电阻的要求。4.2 通信电缆生产制造控制过程4.2.1 保持绝缘料洁净绝缘料中混入杂质，会增加绝缘料中的导电质点，使绝缘材料的电阻率降低，泄漏电流增大，绝缘电阻下降。所以在生产和存储中，一定要保持绝缘料洁净，包括环境无灰尘等。4.2.2 保持绝缘料干燥绝缘料在运输、储存、生产期间，保管不善容易使绝缘材料受潮，水是电的导体，且水分子比绝缘料聚合物分子小的多，而在聚合物大分子和组成的链节在热的作用下相对运动，水分子便会于渗入到聚合物内，使绝缘料中的导电离子增加，绝缘材料电阻率减少，泄露电流就会增大，且绝缘电阻随湿度的增加而显著降低，因此，导体在挤制绝缘层之前，都要把绝缘料进行烘干处理，挤出机组上都配有材料烘干装置，保持绝缘料的干燥度，以保证良好的绝缘性能。4.2.3 保证绝缘层完好绝缘单线工序严格按照工艺进行生产，在开车时一定要检查火花试验机的完好，生产人员严格按照工艺要求定期清理机头，更换过滤网，防止杂质混入绝缘。对由于意外停车超过一个小时以上时，先过胶，再开车，防止脱胶或有击穿点对绝缘的影响。保证绝缘层完好，防止因为绝缘层破洞或脱胶，造成水进入绝缘层中造成绝缘性能的降低。在绝缘单线挤制工序中，使用火花机，对绝缘完整性性能进行检验，无击穿点证明绝缘具有完整性。4.2.4 保证绝缘层不偏心由于绝缘电阻和绝缘层的厚度有关系，在生产过程中，一定要保证绝缘层不偏心，符合工艺要求。4.2.5 星绞工序、四线组内套、屏蔽管、成缆各工序在生产过程中应加强自检和互检，随时检查过线模具、过线轮等工装装备的完好。星绞工序应防止单元件在生产过程中出现掉轮刮伤的现象，注意在转运过程中不能碰伤绝缘单线。4.2.6 氩弧焊工序在出现铝管裂口、漏焊情况时，在补焊过程中应精心操作，防止补焊时温度过高造成缆芯烫伤。4.2.7 护套工序防止线受刮伤、防止水进入缆芯。4.2.8 铝封头和成品进行保气前先将压缩空气排放，保证进入缆芯的空气干燥，电缆出厂时，成品电缆两端头必须密封良好，并通过密封试验。4.2.9 在成品通信电缆运输和仓储保管过程中，妥善保管电缆，免受外伤和电缆进水。4.3 绝缘电阻正确的评价方法4.3.1 测试时间PAGE036电缆及光缆Cables&Optical Cables前面分析到，绝缘电阻由于存在着三种随时间而衰减的电流,因此理论上应该等这三种电流全部衰减至稳定后,才是泄漏电流的数值,此时才是绝缘电阻的正确值。因此为了有效的反映通信电缆的真实绝缘电阻，按照GB/T 3048.5标准中规定充电1分钟后读数,1分钟读数既保证了非泄漏电流大部分已消失,又使测量时间有了统一,使数值具有重复性和可比性。4.3.2 测试温度导电离子运动速率随温度升高加快，在施加电压后，传导电流增大，致使绝缘电阻下降。所以电缆的绝缘电阻一般规定固定温度下的绝缘电阻，并根据材料的绝缘电阻系数，进行温度换算。4.3.3 湿度由于湿度对绝缘电阻的影响很大，本文4.2.2条已进行讲述，所以试验时一定湿度包括环境湿度以及电缆绝缘介质湿度，一定要符合相应标准的要求。4.3.4 测量电压6施加测量电压较低时，绝缘电阻率几乎与电压无关，但当测量电压升高到一定数值时，电子电导起明显作用，这时电导随电压的增高而明显增加，绝缘体中的某些缺陷，如裂纹，则可能产生放电，这时绝缘电阻就会有所下降，所以，应该严格执行产品标准对通信电缆测量电压的要求，电压施加低时不能反应绝缘缺陷，电压高时，则又会损害绝缘层。5.结论通过对绝缘电阻本质的了解，研究分析出了与绝缘电阻性能相关核心因素，结合通信电缆产品生产特点，通过对产品设计、生产制造过程中的围绕绝缘电阻性能相关核心因素注意事项的控制，提高了通信电缆绝缘电阻性能，并通过正确的评价，为提供优质可靠的通信电缆服务，同时也为其他类的电线电缆绝缘电阻的控制提供参考。1 邱昌容，曹晓珑.电气绝缘测试技术M.北京：机械工业出版社，2008.2 周辉.谈电线电缆绝缘电阻的测试J.中国计量.2003(06):62.3 季红.电线电缆绝缘电阻测量不确定度评定研究J.电线电缆.2011(04):34-37.4 邮电部电信科学研究规划院.铜芯聚烯烃绝缘铝塑综合护套市内通信电缆试验方法：第2部分 YD/T837.2S.北京：人民邮电出版社，1997.5 中国电气工业协会.电线电缆电性能试验方法第5部分：绝缘电阻试验 GB/T3048.5S.北京：中国标准出版社，2008.6 段先湖，商蓓.影响防静电瓷质地板电性能测定的因素分析J.陶瓷.2008(01):32-34.参考文献作者简介程智平，毕业于哈尔滨理工大学电气绝缘与电缆专业毕业，学士学位。现任西安西电光电缆有限责任公司副总经理，具有精湛的专业技术、丰富的管理经验，主要负责公司新产品研发、产品检验技术和质量管理工作。