許凱 姚遠 嚴亮 鄭顯峰

摘 要：隨著電力行業(yè)和城市化的發(fā)展，我國電線電纜生產(chǎn)企業(yè)和生產(chǎn)規(guī)模也在不斷擴大。然而，我國電線電纜還存在著諸多質(zhì)量問題，本文介紹了電線電纜在監(jiān)督抽查中的常見不合格檢測項目并分析原因，更好的幫助企業(yè)找到問題根源，促進企業(yè)整體質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：電線電纜;檢測項目;原因分析

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2021.06.077

0 引言

2017年3月，隨著西安地鐵“奧凱電纜”事件的曝光，電線電纜質(zhì)量問題迅速成為社會關(guān)注的焦點，國家市場監(jiān)督總局及各個省、市監(jiān)督機構(gòu)均加大了對電線電纜產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查的力度和頻次，主要抽查區(qū)域覆蓋了生產(chǎn)、流通領(lǐng)域，國家電網(wǎng)及重點工程的項目部等終端用戶也加強了使用電纜的抽檢力度。本文根據(jù)我省近幾年監(jiān)督抽查情況，將監(jiān)督抽查中常見不合格項目進行簡單介紹并分析原因，希望能幫助企業(yè)提升電線電纜產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 電性能檢測項目

1.1 導(dǎo)體直流電阻試驗

導(dǎo)體直流電阻是歷年來各級電線電纜監(jiān)督抽查的必檢項目，是一項重要的電氣安全指標，直觀的反映出電線電纜產(chǎn)品導(dǎo)電性能和信息輸送的能力，導(dǎo)體電阻過高，電線電纜在長時間運行過程中容易發(fā)熱，不僅損耗了輸送的電能，還會因線纜過熱產(chǎn)生安全隱患。導(dǎo)體電阻檢驗方法標準為GB/T 3048.4-2007，標準規(guī)定將不小于1m的試樣放置在溫度為（15℃～25℃）、空氣濕度不大于85%的試驗環(huán)境中足夠長的時間，在試樣放置和試驗過程中，環(huán)境溫度的變化應(yīng)不大于±1℃，以保證試樣溫度和環(huán)境溫度一致。測量時應(yīng)采用電橋或其它滿足測量誤差的設(shè)備，測量過程中為防止測試電流過大引起導(dǎo)體的溫升，推薦采用的測試電流密度不大于1.0A/mm2，同時為消除由于接觸電勢和熱電勢引起的測量誤差，應(yīng)采用電流換向法，讀取一個正反向讀數(shù)，取算數(shù)平均值。

每年電線電纜監(jiān)督抽查都會出現(xiàn)該項不合格，不合格的影響因素主要有以下兩點：（1）企業(yè)原材料選材未過關(guān)。銅（鋁）導(dǎo)體占據(jù)了整根電纜成本的85%左右，企業(yè)了為降低生產(chǎn)成本，使用純度較低的銅桿材生產(chǎn)導(dǎo)體，由于雜質(zhì)含量相應(yīng)銅桿電阻率大，銅桿進行拉絲、絞制成導(dǎo)體后，等截面積的情況下導(dǎo)體電阻就會偏大。（2）生產(chǎn)工藝控制不嚴格或缺少過程檢驗。拉絲、退火、絞合這是導(dǎo)體生產(chǎn)過程中的三個環(huán)節(jié)。銅導(dǎo)體拉絲退火目的是增加銅導(dǎo)體的延伸率，使導(dǎo)體易于絞合，部分企業(yè)出現(xiàn)拉制的單絲表面暗淡無光，這是因為銅導(dǎo)體在拉絲退火過程中受拉絲油、冷卻液、惰性保護氣體等因素的影響出現(xiàn)表面氧化，又或者將拉制成型的單絲長時間裸露放置，沒有采取防氧化措施。大多數(shù)企業(yè)忽略了單絲氧化問題，直接將氧化的單絲進行絞合，絞合成型的導(dǎo)體電阻偏大。此外在導(dǎo)體絞合過程中，還應(yīng)對絞合節(jié)距、單絲根數(shù)、圓整度等進行在線測量，以防止節(jié)距過大、單絲斷裂、跳浜等現(xiàn)象出現(xiàn)造成的影響。

1.2 絕緣電壓試驗

絕緣電壓試驗是對絕緣施加高出其額定工作電壓一定值的試驗電壓，并持續(xù)規(guī)定的時間，觀察絕緣是否發(fā)生擊穿或閃絡(luò)。電壓試驗可以檢測出電纜絕緣是否存在缺陷，例如絕緣層中存在氣泡或表面存在機械損傷等情況，其也是一項重要的安全指標，反映了電線電纜產(chǎn)品承受電壓的能力。擠包絕緣電纜4h電壓試驗在10～15m的樣品上進行，電線絕緣電壓試驗在5m長的試樣上進行，試驗時需剝除除絕緣層以外的所有包覆層，注意不要劃傷絕緣層，將絕緣線芯放入水溫20±5℃的水槽中至少1h，絕緣線芯的兩個端部應(yīng)伸出水面長度不小于200mm，在導(dǎo)體和水之間持續(xù)施加電壓一段時間，不應(yīng)出現(xiàn)擊穿閃絡(luò)。

近年來由于電纜行業(yè)的快速擴張，帶動了電纜材料供應(yīng)企業(yè)的蓬勃發(fā)展，但是市場上各家原材料質(zhì)量參差不齊及生產(chǎn)企業(yè)過程控制不嚴格，使電纜電壓擊穿現(xiàn)象時有發(fā)生，影響因素主要有以下六點：（1）采用的原材料質(zhì)量低劣或含有雜質(zhì)，使絕緣性能不滿足標準要求。（2）生產(chǎn)過程導(dǎo)致絕緣層中有雜質(zhì)。在生產(chǎn)過程中，環(huán)境控制不嚴格，開封的原材料沒有按要求保存有灰塵進入、擠塑機更換材料時螺桿沒有清理干凈等原因均會導(dǎo)致雜質(zhì)混入，雜質(zhì)隨絕緣擠出，夾雜在絕緣層中，嚴重影響了絕緣性能。（3）絕緣層中有氣泡。長時間放置的原材料塑料顆粒易受潮，一些生產(chǎn)企業(yè)忽視了原材料的保存要求，使用時又未對塑料顆粒進行烘干處理，材料中所含水分在擠塑過程中受熱生成水蒸氣，導(dǎo)致材料水降解，在絕緣層中產(chǎn)生氣泡。這種情況不僅會嚴重降低其絕緣電氣性能，也會降低了絕緣的機械物理性能。（4）絕緣層厚度不合格。絕緣層的厚度決定其能承受的電場強度，一般情況下相同材料絕緣層越厚，承受的電場強度越大，絕緣層過薄無法經(jīng)受足夠的電場強度，最終發(fā)生擊穿或閃絡(luò)。（5）絕緣層有機械損傷。這種機械損傷可能存在絕緣層內(nèi)表面，例如導(dǎo)體表面存在尖端毛刺，在施加電壓時會造成尖端放電導(dǎo)致絕緣擊穿或閃絡(luò);還有可能存在絕緣層外表面，例如在成纜工序中的刮傷或者扭傷。（6）生產(chǎn)線上火花機配置不齊或火花機珠簾不匹配?；鸹C檢測是電線電纜生產(chǎn)中的一項關(guān)鍵工序，當(dāng)絕緣線芯擠出絕緣、鎧裝電纜擠出護套、絕緣線芯修補后都必須經(jīng)過火花機檢測。很多企業(yè)仍忽視了火花檢測的重要性，沒有給所有擠出線配置火花機試驗機，或火花機珠簾不匹配，大截面的產(chǎn)品不能完全包覆，產(chǎn)品的瑕疵未能及時發(fā)現(xiàn)，最終流入市場。

2 結(jié)構(gòu)尺寸檢測項目

絕緣厚度的設(shè)計主要是基于在其預(yù)期使用壽命內(nèi)能安全承受各種可能電壓條件來確定的，同種絕緣材料電壓等級越高絕緣厚度相應(yīng)增加。電纜在敷設(shè)和使用過程中絕緣層會受到機械應(yīng)力的作用，導(dǎo)體截面越大，機械應(yīng)力越大，為了承受該應(yīng)力，絕緣厚度也會相應(yīng)增加。絕緣厚度檢驗標準依據(jù)為GB/T 2951.11-2008，標準要求采用讀數(shù)顯微鏡或放大鏡至少10倍的投影儀進行測量，測量試件為一沿著與導(dǎo)體軸線相垂直的平面切取的薄片，沿薄片邊緣每隔60°測量一處，共測量六個位置，確定最小值和平均值。在任何情況下，第一次測量都應(yīng)在絕緣最薄處進行。

絕緣厚度不合格影響因素主要有以下三點：（1）生產(chǎn)企業(yè)為了節(jié)約生產(chǎn)成本，偷工減料。隨著電纜企業(yè)的增多，市場競爭越來越激烈，利潤變得越來越低，生產(chǎn)成本的控制就顯得尤為重要。多數(shù)企業(yè)在保證最薄處滿足要求的情況下，開始降低絕緣厚度要求，最終導(dǎo)致絕緣平均厚度無法滿足要求。（2）絕緣層嚴重偏心，導(dǎo)致的絕緣最薄處不合格，見圖1。生產(chǎn)過程中由于設(shè)備的穩(wěn)定性不夠或操作人員控制不好，擠塑時造成絕緣層在導(dǎo)體周圍分布不均勻現(xiàn)象。（3）軟導(dǎo)體束絲時由于張力控制不均勻出現(xiàn)單絲跳浜現(xiàn)象。單絲跳浜會造成絞合導(dǎo)體不圓整出現(xiàn)鼓包、凸起現(xiàn)象，當(dāng)絕緣均勻定量擠出時鼓包、凸起處絕緣分布較薄， 容易出現(xiàn)不合格。

3 機械物理性能檢測項目

3.1 熱失重試驗

PVC熱失重是通過測量試樣在熱老化狀態(tài)下?lián)p失的質(zhì)量而確定材料穩(wěn)定性的一項試驗。PVC熱失重檢驗標準依據(jù)GB/T 2951.32-2008，標準規(guī)定制取三組試樣，試樣分為管狀試樣和啞鈴試樣，管狀試件長度約100mm、啞鈴試樣厚度為（1.0±0.2）mm。將試樣在環(huán)境溫度下的干燥器中存放至少20h后，再次從干燥器中取出后應(yīng)立即精確地稱重，然后將試件放置在（80±2）℃的烘箱中保存7×24h，熱處理完畢后試件重新放入環(huán)境溫度下的干燥器中存放20h，然后再次稱重。每一試件的失重應(yīng)是其“質(zhì)量之差”除以表面積，取中間值作為最終結(jié)果。

熱失重不合格的現(xiàn)象在近幾年的監(jiān)督抽查中常常發(fā)生，增塑劑是“罪魁禍首”。增塑劑是PVC材料具有彈性的主要物質(zhì)，不僅能夠提高材料塑化速度，有助于材料擠出均勻，保證厚度穩(wěn)定，還能改善塑料的韌性，使其拉伸強度、抗應(yīng)力龜裂等性能有所提高，另外還能提高絕緣或護套表面平滑度和光澤度。但是PVC材料中采用的增塑劑質(zhì)量不過關(guān)，含有大量易揮發(fā)的成分（如溶劑、小分子量物質(zhì)），那么在光、熱、氧處理狀態(tài)下會出現(xiàn)大量成分揮發(fā)，熱失重指標就會偏大，同時增塑劑揮發(fā)還會導(dǎo)致材料變脆，電性能和機械性能迅速下降，嚴重影響電線電纜的使用壽命。

3.2 曲撓試驗

曲撓試驗試驗對象為截面積不大于2.5mm2的軟電纜，這種軟電纜作為經(jīng)常移動和彎曲使用的產(chǎn)品，要求其應(yīng)具備良好的柔軟性。曲撓試驗是通過模擬軟電纜實際使用場景，進行多次彎曲、伸展來考核電纜的柔軟性和電氣性能是否滿足產(chǎn)品長時間反復(fù)移動的檢驗項目。曲撓試驗檢驗標準依據(jù)GB/T 5023.2-2008，試驗需要試樣長度約5m，按圖2所示將試樣裝在小車滑輪上并拉緊，通過調(diào)節(jié)滑輪位置，使A、B滑輪軸心連線與軌道夾角成45°，并保證四個滑輪的安裝應(yīng)使試樣呈水平狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)限位夾頭D，使一端限位器裝置靠在支架上時，另一個距其支架距離不大于5cm。按照標準要求施加重量、電壓、電流，調(diào)節(jié)小車速度以約0.33m/s在不大于1m的距離之間做往返運動15000次。然后進行成品電纜電壓試驗，電壓依次施加在每根導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與金屬層或水之間。合格評定結(jié)果：在15000次往返運動中，既不發(fā)生電流斷路，也不發(fā)生導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與滑輪之間的短路。

曲撓試驗不合格影響因素主要有以下四點：（1）導(dǎo)體單絲機械性能不合格。導(dǎo)體拉絲后會出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，加工硬化不僅會使導(dǎo)體電阻率增大，導(dǎo)電性能變差，還降低了金屬的塑性和韌性。因此需要對線材進行退火處理，可以使線材恢復(fù)塑性和韌性，保持良好的導(dǎo)電性能。線材在退火過程經(jīng)過回復(fù)、再結(jié)晶兩個階段，回復(fù)階段能基本消除變形內(nèi)應(yīng)力，而加工硬化現(xiàn)象卻還有保留。為完全消除加工硬化，必須加熱到更高的溫度，進入再結(jié)晶階段。但是溫度控制偏高或時間過長，會進入晶粒長大階段。這時就容易出現(xiàn)粗晶粒組織，線材強度、塑性及韌性都會變差，在長時間的彎曲、伸展時會發(fā)生導(dǎo)線斷裂導(dǎo)致發(fā)生電流斷路現(xiàn)象。（2）絕緣厚度不達標。絕緣厚度偏薄，試驗過程中絕緣易破損，造成短路或斷路現(xiàn)象。即使可以經(jīng)受住15000次往返試驗，再接下來的電壓試驗中也可能會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。（3）成纜絞合節(jié)距過大。相同規(guī)格的線芯，絞合節(jié)距越小，彎曲時線芯移動距離越短，摩擦力越小，柔軟性越好。節(jié)距越大，單位長度使用的原材料越少，很多企業(yè)為了節(jié)約生產(chǎn)成本，會增大絞合節(jié)距，試驗時線芯之間的摩擦力增加容易造成線芯絕緣破損導(dǎo)致導(dǎo)體間短路。（4）絕緣和護套材料機械性能偏低。電纜在試驗中需要承受長時間反復(fù)彎曲、伸展以及與滑輪之間摩擦，極大的考驗了絕緣和護套材料的機械性能。機械性能偏低會造成絕緣和護套的破損，導(dǎo)致導(dǎo)體與滑輪之間的短路或?qū)w間短路。

4 燃燒性能檢測項目

近年來因電纜火災(zāi)的事故層出不窮，很多涉及民生安全的工程都選用阻燃性電纜，以防止火災(zāi)的大規(guī)模蔓延。成束燃燒試驗直接的反映了密集敷設(shè)的電纜受外部供火一段時間后撤去火源，其自熄和抑制火焰蔓延的能力。根據(jù)電纜阻燃類別和每米所含非金屬材料體積確定樣品數(shù)量，將樣品分割成等長且長度不小于3.5米的樣品段，安裝在標準要求的鋼梯上。在100kPa和20℃的基準條件下，空氣速率（77.7±4.8）L/min、丙烷速率（13.5±0.5）L/min，采用文丘里混合器的帶型噴燈供火。試驗過程中持續(xù)的從箱底部通入流速為（5000±500）L/min的空氣源進入箱體，根據(jù)樣品阻燃類別確定供火時間，待撤去外部供火后記錄電纜續(xù)燃時間。成束燃燒試驗的主要依據(jù)是GB/T19666《阻燃和耐火電線電纜或光纜通則》，2020年7月份剛剛實施其最新的2019版本。新版標準在老版標準的基礎(chǔ)上對結(jié)果評定做了修訂，刪除了“停止供火后試樣上的有焰燃燒時間不應(yīng)超過1h”的合格評定，和方法標準推薦性能要求保持了一致的結(jié)果評定。

燃燒三要素：可燃物、氧氣、溫度，由于電纜結(jié)構(gòu)的特殊性可燃物是無法徹底消除的，只有通過燃燒時隔絕氧氣、降低溫度的方式抑制火焰的蔓延?，F(xiàn)階段最常見采用的手段有：（1）通過添加阻燃劑，將阻燃劑均勻的分布在聚合物中，使其含有阻燃性能。通過添加氫氧化物、磷系、硼系、硅系等阻燃物質(zhì)，受熱燃燒會在燃燒物表面形成不可燃的包覆層起到隔熱隔氧的作用，同時釋放水蒸氣冷卻降溫，達到阻燃的目的。（2）聚合物本身含有阻燃性能。鹵素聚合物加熱到一定溫度時，會分解生成鹵化氫和可燃性的碳氫化合物，其中鹵化氫是非可燃性物質(zhì)，覆蓋在電纜表面可以起到可燃性物質(zhì)和氧氣隔絕的作用，達到阻燃的目的。但是含鹵素聚合物在燃燒過程中會釋放大量的有毒性氣體和煙霧，容易導(dǎo)致人員中毒、窒息，嚴重污染環(huán)境影響人員身體健康，已經(jīng)被很多發(fā)達國家禁止使用。所以目前行業(yè)內(nèi)主要以添加阻燃劑最為普遍。

成束燃燒試驗不合格影響因素主要有以下三點：（1）工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計不合格。試驗中發(fā)現(xiàn)，許多企業(yè)的產(chǎn)品外護套采用阻燃材料，而內(nèi)部包帶和填充物卻是普通型材料，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計是無法滿足阻燃要求的。電纜外護套被火焰燒穿后，其內(nèi)部包帶和填充物會迅速燃燒，釋放出高熱量，加劇火源的蔓延。（2）用氧指數(shù)指標確定材料阻燃性能。一些生產(chǎn)企業(yè)由于沒有成束燃燒試驗設(shè)備無法驗證其產(chǎn)品的阻燃性能，常常會采用檢測材料氧指數(shù)的方法確定其阻燃性能。許多企業(yè)認為氧指數(shù)高的材料一定滿足成束燃燒試驗要求，這種認知是錯誤的。大量的試驗研究表明電纜產(chǎn)品受非金屬材料的總含量、試驗箱體中的空氣流量、電纜的排列方式、供火時間等因素影響導(dǎo)致相同材料不同規(guī)格的電纜成束燃燒試驗結(jié)果不盡相同，所以氧指數(shù)檢測并不能準確的反應(yīng)產(chǎn)品最終是否滿足成束燃燒試驗要求。（3）原材料無阻燃性能。由于阻燃材料和非阻燃材料價格相差大，一些無良商家以次充好，用普通材料代替阻燃材料投入使用，導(dǎo)致成束燃燒不合格。無阻燃性能的電纜，火焰蔓延至頂端僅需10分鐘左右，期間會釋放大量熱量，燃燒箱體最高溫度可到達280℃，實際使用過程中如被點燃，將嚴重威脅人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

5 結(jié)束語

本文總結(jié)了在監(jiān)督抽查過程中經(jīng)常出現(xiàn)的不合格項目，希望能幫助企業(yè)加強認識、提高產(chǎn)品質(zhì)量。我國雖然是電線電纜的制造大國，但大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模不足，質(zhì)量管理水平參差不齊。對于我們產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督人員，應(yīng)該盡可能的去幫助企業(yè)發(fā)現(xiàn)存在的問題、分析問題進而解決問題，幫助行業(yè)提高整體質(zhì)量水平，希望在不久的將來我國電線電纜產(chǎn)品能躋身世界高端產(chǎn)品行列。

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