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導線高溫蠕變試驗解析

作者:百小檢 時間:2022-09-01 來源:互聯網

蠕變試驗屬于疲勞試驗之一,是檢測架空導線蠕變性能的重要試驗方法。我國對架空導線蠕變試驗方法制定的國家標準為GB/T 22077—2008《架空導線蠕變試驗方法》。由于該標準制定較早,所以該標準只是規定了架空導線不間斷蠕變試驗的方法,至于高溫蠕變試驗并沒有涉及。 高溫蠕變試驗就是測試導線在其*高運行溫度下的蠕變試驗。高溫蠕變試驗對技術人員開展在*高允許連續運行溫度下導線的蠕變性能具有重要指導作用,而且制造企業在開展架空導線的設計,為電力設計單位進行架空輸電線路工程設計時,都需要對導線做一下高溫蠕變試驗,以此來提供可靠的數據依據。


目前來看,隨著各種架空導線國家標準或行業標準的出臺實施,其內容也都對高溫蠕變性能提出了要求,比如GB/T 32502-2016 《復合材料芯架空導線》、NB/T 42060-2015 《鋼芯耐熱鋁合金架空導線》、Q/GDW 11139-2013 《同心絞鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線》、Q/GDW 10851-2016 《碳纖維復合材料芯架空導線》等,這些標準中對高溫蠕變性能都提出了明確的規定。比如型線同心絞鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線、鋁包殷鋼芯耐熱鋁合金絞線的試驗溫度要求應在210±3℃左右。而復合材料芯架空導線的高溫蠕變試驗溫度要求應在180±3℃左右,鋁包鋼芯耐熱鋁合金絞線的試驗溫度要求也達到150±3℃左右。

這些應用在架空導線的預應力鋼絲鋼絞線通常是在高應力狀態下工作的,并且高溫作用下的高溫蠕變將引起不可忽視的預應力損失,從而影響架空結構的安 全性。 因此對架空導線的高溫蠕變特性進行研究是非常有意義的。

一、高溫蠕變試驗的意義


從廣義上講,架空導線,包括所有金屬材料的蠕變現象一般是指對固體施加外力時其變形隨時間增加而增加的現象。之所以要研究這種現象的特征,那是因為蠕變性能對于架空導線的重要性,不在于變形與外力是一一對應關系,而是要加上時間因素,進而可對其服役壽命進行評估。狹義的蠕變現象,則是指恒定溫度下在試件上施加恒定軸向荷載,其軸向變形隨時間變化的蠕變現象。狹義的蠕變引入了溫度的概念,與之相反產生了應力松弛的概念,所以應力松弛并不是獨立的材料行為,而是蠕變的另一種表現形式。

導線的蠕變在常溫下也始終存在,但由于其值較小,通常是在長期荷載作用下才考慮蠕變。所以GB/T 22077—2008僅規定了不間斷蠕變試驗的方法。但是隨著我們對狹義蠕變試驗的進一步研究發現,蠕變現象大致可分為三個階段,即過度蠕變、穩態蠕變、加速蠕變這三個階段。這其中,當導線達到加速蠕變階段,導線會因為頸縮加快蠕變斷裂速度。而在恒定應力的蠕變中,過渡蠕變的應變速度與應力和塑性應變有關,而穩態蠕變速度僅與應力有關。高溫蠕變試驗便是研究為應變、應變速度、應力、溫度、時間等之間的關系。

二、高溫蠕變試驗的試樣制備


與常溫蠕變試驗一樣,高溫蠕變試驗的試樣也應該從線盤上距離端頭不小于20m的位置上截取。在截取和制備過程中,應避免試樣受損傷,試樣從線盤上截斷以前,應確保導線層間不發生滑移。與拉伸試驗相比,蠕變試驗應慎重選擇樣品和標距長度,一旦樣品從線盤上取下,應盡可能使其保持平直,如果不能保證,則應該采取以下措施:

1.從線盤上取下 2 倍長度的樣品,采用中間一段作為試驗用樣品;

2.如果需要成圈運輸,成圈直徑應不小于 1.5m。

根據加熱方式不同,試樣端頭宜采用金具壓接或環氧樹脂等材料澆注。采用環氧樹脂等材料澆注時,不允許滑移或導線層間移動。采用金具壓接時,應在不損傷導線的前提下緊密壓接,不允許出現滑移或其它影響試驗正常進行的任何缺陷。如果導線上涂有防腐脂,在澆注端頭前應將端頭處導線上的防腐脂充分清除干凈。

三、試驗溫度的選擇


試驗溫度是高溫蠕變重要試驗參數之一。高溫蠕變試驗溫度通常取決于導線外層耐熱鋁合金線的熱性能,如導線加強芯為碳纖維復合材料芯,則依據其碳纖維復合芯的熱性能。在蠕變試驗期間,試樣標距兩端和中部的溫度都是需要測量的。具體要求就是,測量裝置應與試樣接觸良好,并不受試樣周圍空氣流動的影響。常溫蠕變試驗一般在20℃室溫下進行即可,但是如果進行的是高溫蠕變試驗,則應采用烘箱加熱或電流加熱等方式對測試標距內試樣進行加熱,至規定的試驗溫度。

一般情況下,試驗溫度為導線*高運行溫度(*高允許連續運行溫度)或相應導線產品標準中要求的試驗溫度。比如上文所說的各種絞線及導線的溫度要求。 當然試驗溫度也可以由供需雙方協商確定。不過需要主注意的是,一旦確定試驗溫度,在試驗過程中應始終保持該試驗溫度。驗期間內標距長度內試樣的溫度變化應小于試驗溫度的±2%或符合相應導線產品標準中的要求。整個試驗期間內,應保證溫度變化小于上述值,且應對環境或試樣溫度進行連續監測。溫度測量裝置的精度應為±0.5℃,且在高溫蠕變試驗期間,仍應滿足該精度要求。

四、高溫蠕變試驗步驟


1.將制備好的試樣安裝在蠕變試驗機上。某些設備可能需要進行預加載以便固定應變測量裝置。

2.應變測量裝置的精度和安裝應保證測量試樣應變至5×10-6。測量裝置可以是任何合適的形式,如千分表、低壓位移傳感器或光學系統。

3.在試驗過程中,當試樣長度較長時,試樣可能會發生大幅度扭轉,此類情況應以避免或予以補償。在這種情況下,允許初荷載達到導線額定拉斷力的2%。預加載時間不應太長,以免影響蠕變曲線。通常預加載時間不超過5min為宜。

4.均勻加載至試驗荷載,不應過載。加載時間應控制在5min±10s。若需要逐步加載,每次的增量不應超過試驗荷載的20%2)。當逐步加載時,要確保加載曲線應力時間圖所覆蓋的面積等于預加載至*終試驗荷載之間的直線所覆蓋的面積。試驗期間應保持荷載恒定3)。

5.在進行高溫蠕變試驗時,應在標距長度內試樣溫度達到試驗溫度并恒定后開始加載試驗荷載,并在試驗期間內保持荷載恒定和標距長度內試樣的溫度恒定。

五、試驗報告內容


一份完整的架空導線高溫蠕變試驗報告應該包括試樣型號規格、試樣加熱方式、試驗荷載、試驗溫度、標距長度、試驗周期、蠕變方程(常數a和b)、推算的10年蠕變量、1000h的伸長和時間的雙對數坐標曲線圖等,當然其它諸如蠕變曲線及附加信息可由供需雙方協商確定。從報告里面的這些數據,我們可以構建出架空導線的高溫蠕變和蠕變率模型,為高溫火災下預應力結構的預應力損失計算提供了參考。并且根據初應力和溫度對高溫蠕變的影響, 得出預應力結構設計時, 應根據防火需要,服役條件, 在充分考慮各因素的基礎上, 定出合理的初預應力值的建議。

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