1．电老化寿命评定的依据

    法国核电站用1E级K3类电缆中的，6.6kV电力电缆应通过2U。5000h的热循环电老化寿命试验，电缆如不击穿，对电缆正常运行期限超过40年给予认可。由于试验时间太长，设计了加速试验方案，即提高试验电压，缩短试验时间，考验电缆是否击穿。很多文献报道，认为电缆在20~90℃下击穿电压受温度变化的影响很小，所以试验在室温下进行。为了充分体现出电缆绝缘的安全余度，***后再补充电缆经受逐级升压试验。应用这种试验方法，并非求取寿命指数(n)，而是利用现有寿命评定经验来对照电缆设计的安全性。

    关于交联聚乙烯绝缘电力电缆的电老化寿命问题，国内外已进行了有大量试验和报道。普遍认为的电老化寿命方程式为：

     Uⁿt＝C;      式中，U-----电缆上施加的电压
         n----寿命指数
         t----电击穿时间
         c----常数(与结构等有关)

    早期文献报道，湿法制造交联聚乙烯绝缘电缆，其寿命指数n大于9，近期文献报道，干法制造交联聚乙烯绝缘电缆，其n为15-22，上述公式中t为击穿时间，如果在规定试验时间内，电缆并末击穿，则说明试验结果还有安全余度。核电站要求电缆使用寿命为40年，法国规定试验条件12kV 5000h电缆不击穿，可利用上述公式来推算电压与时间的关系。

    工作电压U₀＝6kV       要求工作时间t₀＝350400h(40年)

    试验电压U_l＝12kV      要求试验时间t_l＝5000h

     代入寿命方程式        U₀ⁿt。＝U₀ⁿt_l＝c

                         6ⁿ×350400＝12ⁿ×5000

     解得n＝6.13比15小得多，还不到9，说明该试验方法有安全度。当确定6.13指数后，可应用(U_l／U_y)^6.13＝ t_y/t_l的关系式，计算出施加其他电压(Uy)情况下的***短击穿时限。

        当电缆分别施加电压为       24kV       30kV         36kV

         计算出***短时限要求为       72h         18h              6h

如果电缆在***短时限内击穿，则电缆不够安全，反之则电缆是安全的。

2．三根电缆试样的试验结果及其分析

     第一根试样施加试验电压24kV经72h试样未击穿，继续升压至30kV经18h仍未击穿，再升压至36kV经6h还未击穿。而后以每秒钟3kV升压速度，继续升压至121kVlmin仍末击穿，试验结束。第二根试样加30kV经18h末击穿，再升压至36kV经6h末击穿。而后以每秒钟3kV升压速度，继续升压至121kVlmin仍末击穿，试验结束。第三根试样加36kV经6h末击穿。而后以每秒钟3kV升压速度，升压至121kVlmin末击穿，试验结束。从上述试验结果来看，第一根试样经受了等效于三倍加压时间的试验，***后还保持相当高的瞬时击穿强度。通过三根试样的试验，可体现出一定的重复性，每根试样在规定电压下所经受的时间，比等效于2U。5000h还多或至少相等，***终均未击穿，证明电缆的电场强度设计安全系数很大。

3．电缆20天连续加电压与热循试验

        这是另外设计的参考试验。对电缆连续施加1.73Uo电压，同时导体通以电流进行循环加热，使线芯达到100℃左右，一昼夜内通电8h，余下时间自然冷却。定期在2U。下测量局部放电量，共测5次，从第1次测量(原始测量)到第5次测量放电量都在5pC以下，实际上显示数值相同，可认为电缆基本无发生电老化现象。这项试验并不说明绝缘设计安全余度，但说明电缆的使用稳定性。

1E级K3类电缆的绝缘电阻

    电线电缆大都有绝缘电阻要求，但达到1E级K3类电缆的绝缘电阻指标确有难度。绝缘线芯的绝缘电阻的公式如下：

                  R＝klog₁₀D／d

D----绝缘外径mm
d----导体外径 mm
R----绝缘电阻测量值 MΩ 
k----无论何种绝缘材料的绝缘常数，其数值应不小于如下规定：
            20℃时为3000Ω．km
            60℃时为30Ω．km
            90℃时为3Ω．km

    对于非阻燃交联聚乙烯材料，常数k可以符合以上规定，但对于阻燃绝缘材料，则难以胜任，以1．5mm²计算，导体外径为1．56(3×0．52)mm，绝缘外径为2．96(1．56十1．4)mm，当 20℃时，ρ至少大于8．2×10¹⁴Ω·cm，而大多数阻燃聚烯烃材料的体积电阻率只大于1.0×10₁₃Ω·cm。浸水状态下测量结果常不能符合指标要求，如用体积电阻率再高出十倍以上的阻燃绝缘材料，则价格昂贵得多。为了解决这个问题，在导体与绝缘之间采用隔离层是一个可取的方法。隔离层是电缆中的辅助结构，是标准中允许存在的元件，并可由企业自行确定。当然 隔离层不允许损害电缆原定的性能指标，须***有利于产品性能的提高。

    1E级K3类电缆的导体和绝缘之间可采用聚酯薄膜作隔离层，聚酯薄膜的使用温度、体积电阻率、机械性能均高于交联聚乙烯。作为“隔离层”其厚度不计人绝缘厚度之内，薄膜本身厚度很薄，不会影响电缆总外径规定。聚酯薄膜绕包层本身不是封闭绝缘，但有主绝缘保护，所以不会产生水解反应，性能长期保持稳定，有效保证产品绝缘电阻。聚酯薄膜隔离层还能阻挡．金属离子迁移到绝缘层，这有利于推缓交联乙烯材料的热老化过程。电缆结构中的隔离层不需要考核热化性能，但用户对此会提出质疑，所以对聚酯薄膜的耐热性有必要加以证实。表3介绍聚酯薄膜主要性能，并可参照阻燃交联聚乙烯进行比较。

表3

*试样为聚酯薄膜 **试样为交联聚乙烯模压片

    国内外大量资料报道，聚酯薄膜的温度指数为130／150℃。温度指数通常是指20000h的外推的结果。参考日本官本晃男著文，聚酯薄膜(PET)以下降到50％作为终止点处理，温度为135℃时，寿命外推为21000h。若继续外推当温度取90℃时，寿命外推为2510000h，约相当于286年。因此聚酯薄膜在1E级K3类电缆中作为隔离层应用，比交联聚乙烯热寿命评定还长得多。有的用户接受了这种结构，还有的用户并不赞成，有待今后商榷。

绝缘线芯的阻燃问题

     一般电线电缆只对成品进行单根燃烧试验考核，我国核电规范对1E级K3类控制电缆等产品，要求取出绝缘芯进行单根燃烧试验。IEEE383-1974也规定这项试验，试验按ASTMD2220-68第5款进行，其试验对象是聚氯乙烯绝缘电线电缆，IPCEAS -19-81借用了这种方法，我国GBl2666．2-90 DZ-3是参考此方法制订的。值得注意的是美国核电站用电缆未规定线芯须***采用无卤低烟绝缘材料，含卤绝缘(氯磺化聚乙烯)线芯很容易通过这项试验。我国1E级K3类电缆规定绝缘应采用无卤低烟材料，也要求通过IPCEA S-19-81单根燃烧试验，其难度很大，即使选用氧指数很高的绝缘材料，效果也不一定理想，相反对其他性能的负面影响较大。参考法国NF C32-070-1991燃烧试验方法标准后，对这样的单根燃烧试验提出必要的疑问。NF C32-070包括用电炉作为热源的燃烧试验方法，这是无焰燃烧试验方法，这种装置的原理见图4，装置底部的电炉用来加热空气，空气的温度和流量均可控制，装置上部的电炉用来加热(烘烤)电线试样，当到达规定温度后，用点火器点火，观察试样是否点燃。 从实质上看，无焰法能检验出绝缘材料是否在高温下逸出大量可燃气体，若有超过一定量可燃气体逸出，就可能引燃绝缘线芯，从而判定产品不合格。根据以往经验，无焰法试验对无卤低烟绝缘芯是有利的，目前因无试验装置而加以证实。

    当前用户仍坚持用有焰法燃烧试验考核(DZ3)，若在绝缘线芯外再加隔氧层，则有可能通过试验。要求隔氧层的氧指数达到50以上，在燃烧过程中不会散落，保持一定的封闭状态。此外隔氧层应有较大的吸热效应，本身不吸潮；也不影响绝缘线芯表面电阻，不影响电缆敷设和线芯安装时柔软性能，其厚度不应影响成品外径超差。

    对于绝缘线芯外隔氧层的含卤问题也有争议。虽然绝缘和护套已明确规定为无卤材料，但不等于电缆中所有非金属材料******允许含卤。IEC60754-2“通过测量pH值和电导率来测量电缆材料燃烧时释放气体的酸度”标准指出，评定电缆试验结果时用加要值来计算的，具体是指pH值加权值不小于4.3，电导率加权值不超过10μS／mm。如果隔氧层本身酸度超标，但其重量很轻，若试验结果经计算后，整体酸度并未超标，则电缆仍应判定合格。

电缆pH值和导电率的加权值计算，用pH’和c’表示：

P

式中，W_i----单位长度电缆的每种非金属材料的重量

      x_i----每种非属材料的pH值

      c_i----每种非金属材料的导电率

两个疑难问题

    国内一些试制1E级K3类电缆的工厂，它们的设备和技术水平并不差，各种绝缘材料的筛选也很严格，但进行多次试制和试验，总是不够理想，由此而提出一些疑问。当今各电缆厂制定的企业标准是根据核电规范制定的，实际上标准由设计和使用单位审查批准。但这些标准中某些规定，确有商榷之余地。事实上进口的法国电缆也并不能完全符合这些标准要求。

1．绝缘电阻测量方法

    关于绝缘电阻常数值的规定，理所当然制造部门应确认并接受，但其测量方法对产品的判定有很大关系。国内习惯于将绝缘电阻作为型式试验和抽样试验，测量方法规定从成品上剥取绝缘线芯浸人水中，分别在20℃、60℃、90℃下测量绝缘电阻。阻燃绝缘材料在20℃时，K值达到3000MΩ．km困难很大。根据1000V控制电缆规格书5.2 1.1 1.3(5.2.1款均为例行试验)绝缘电阻测量规定如下：绝缘层的绝缘电阻应在室温下在完整的电缆样品上，在干燥大气中在导体之间，按照GB3048.5或GB3048.6或相应的IEC标准进行。其他电缆也类似如此规定。再查阅此规格书中5.2.2款抽样试验f．条，在电缆***高额定工作温度(90℃)时的绝缘电阻的测量规定如下：绝缘电阻应按照GB3048.5或GB3048.6或相应1EC标准进行，在一个绝缘导体的样品上测量，测量应在样品通电5min，导体温度达到90℃后进行。以上说明企标与规范有不同之处，即例行试验与抽样试验之差异；完整电缆与绝缘线芯之差异；导体之间测量与导体和水之间测量之差异；干燥与浸水之差异。当然在干燥条件下二个导体之间绝缘电阻测量值，比单独的绝缘线芯在浸水条件下测量的绝缘电阻值大得多，可大10多倍。因此计算阻燃材料20℃的常数k很可能达到3000MΩ．km，单线电力电缆是带护套浸水测量，也问题不大。至于60℃、90℃的常数k本来就能符合指标。这个问题如能得到纠正，电缆制造可简单得多。

2．单根绝缘线芯的阻燃试验

    查阅1000V电力电缆规范，5.2.3款抽样试验，7)阻燃性能试验：电缆应能成功经受IEC332?B标准的试验，这是成束燃烧试验，显然未提及单根绝缘线芯燃烧试验。查问仪表电缆和补偿电缆技术规范。7.1.2款抽样试验，阻燃特性的检查：电缆要能经受NFC 32?70 的No．2试验，也未直接提及单根绝缘线芯燃烧试验。查阅1000V控制电缆规格书，5．2．2款抽样试验g.阻燃性能试验，电缆应符合IEC332?B及IPCEAS一19?1的要求，后者是指电缆的绝缘线芯阻燃试验。各电缆厂企业标准对低压电力电缆、控制电缆、仪表电缆和补偿电缆都需进行单根绝缘线芯燃烧试验，这似乎比规范规定更严。控制电缆进入配电箱后即剥去护套，因此规定绝缘线芯阻燃要求也有必要，但是否一定需用有焰法(明火)试验可进一步讨论。

    曾经与从事核电站设计的一位电缆zj****探讨过此事，据介绍法国用电炉烘烤电缆进行燃烧试验。对照NF C 32一070一1991电线电缆燃烧试验方法标准，确实与这位zj****论点有吻合之处。该法国标准将电线电缆分为几个等级。其中C2级产品是考核单根试样的火焰传播能力也就是中国用的术语“阻燃”，其试验方法与IEC332＝1差不多。其中C1级产品是考核可燃烧气体逸出性能，而且试样不止一根，如电线直径小于6mm，要取一束电线捆绑在一起，电线束的直径接近35mm，点火器由二根较小的灯管组成，但火焰不直接燃烧试样，火焰与试样保持距离5mm，由此可见这是无焰法试验方法。详细内容需参考NF标准。总之，垂直燃烧方法可深入讨论，因为这是对绝缘线芯很关键的考核指标。

    上述两个疑难问题，对绝缘结构影响很大，如果能够得以澄清，绝缘结构可以简化，双层绝缘或隔离层也许都没有必要了。当前有的设计和使用部门，对此并不打算深入研究，且又不接受隔离层结构，电缆厂只得采用双层绝缘结构，应当说这不是一种很好的结构组成和加工工艺。

结束语

    我国核电站建设速度大致一年投入一座，1E级K3类电缆需求总量并不十分大。如果电缆行业骤然大量投入，短期造成热点，则对行业发展无多大好处，反而造成低价竞争和降低质量。企业须***十分重视核电站用电缆的质量，决不能认为K3类电缆辐射在安全壳之外而有所忽视，无论是K1或K3类，都是1E级，这一点应等同视之。有一些企业自称产品打入了核电站使用，这样的说法太笼统。核电站以外的生活区用电缆与常用电缆没有特殊的区别，也许仅仅是订货渠道为某某核电公司。所以一个企业是否真正入围，应当看是否达到lE级电缆水平，而且得到***终用户的确认。目前我国1E级K3类电缆可以自给，并略低于进口相同产品价格。我国至今还不具备LOCA试验条件，1E级K1类电缆末进行完整的LOCA试验，这有待于今后发展。