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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(lián)網(wǎng)

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(guī)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(shù)人員開展在*高允許連續(xù)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(yè)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(shù)據(jù)依據(jù)。


目前來看,隨著各種架空導線國家標準或行業(yè)標準的出臺實施,其內(nèi)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(guī)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(tài)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)象。之所以要研究這種現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)象。狹義的蠕變引入了溫度的概念,與之相反產(chǎn)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(xiàn)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(guī)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(fā)現(xiàn),蠕變現(xiàn)象大致可分為三個階段,即過度蠕變、穩(wěn)態(tài)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(wěn)態(tài)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(fā)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(jù)加熱方式不同,試樣端頭宜采用金具壓接或環(huán)氧樹脂等材料澆注。采用環(huán)氧樹脂等材料澆注時,不允許滑移或?qū)Ь€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(xiàn)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(shù)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(jù)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(nèi)試樣進行加熱,至規(guī)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(xù)運行溫度)或相應導線產(chǎn)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(xié)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(nèi)標距長度內(nèi)試樣的溫度變化應小于試驗溫度的±2%或符合相應導線產(chǎn)品標準中的要求。整個試驗期間內(nèi),應保證溫度變化小于上述值,且應對環(huán)境或試樣溫度進行連續(xù)監(jiān)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(tǒng)。

3.在試驗過程中,當試樣長度較長時,試樣可能會發(fā)生大幅度扭轉(zhuǎn),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(nèi)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(nèi)保持荷載恒定和標距長度內(nèi)試樣的溫度恒定。

五、試驗報告內(nèi)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(guī)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(shù)a和b)、推算的10年蠕變量、1000h的伸長和時間的雙對數(shù)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(xié)商確定。從報告里面的這些數(shù)據(jù),我們可以構(gòu)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(jié)構(gòu)的預應力損失計算提供了參考。并且根據(jù)初應力和溫度對高溫蠕變的影響, 得出預應力結(jié)構(gòu)設計時, 應根據(jù)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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