[发明专利]一种交联聚乙烯电缆电热联合老化寿命预测的数学模型

说明书

一种交联聚乙烯电缆电热联合老化寿命预测的数学模型。属于电力电缆技术研究领域。本发明基于DSC法、逐级升压法，在原先逆幂定律的电老化模型与热老化方程的基础上，分别对5组不同老化程度的电缆进行逐级升压击穿实验。依据实验数据，在考虑电热老化各自作用以及两者之间的相互作用的同时，给出了一种能够同时表征电老化、热老化寿命与两者之间联合作用的电力电缆寿命预测方程。本发明实现在给出正常运行电缆的热历史数据与通电电压时，通过寿命预测方程即可得出电缆的剩余寿命，达到在不进行破坏性实验的前提下随时对电力电缆进行寿命评估的效果。

技术领域

本发明属于电力电缆技术研究领域，特别涉及一种新的电缆寿命预测的数学模型。

背景技术

电线电缆作为国民经济中最大的配套行业之一，是各产业的基础，其产品广泛应用于电力、建筑、民用、通信、船舶、航空以及石油化工等领域。然而，随着早期投运电缆运行年限的逐渐增加，同时由于受到过载导致的发热、环境中水分的渗透以及自身绝缘氧化等因素的作用，电缆的热老化、水树老化、绝缘受潮等一系列问题日益突出。因此，快速、准确地判别电缆绝缘老化程度，并给出电缆绝缘的预估寿命，对电缆的良好保护，保障电缆安全运行有着重大的意义。

目前对于老化之后的电缆剩余寿命的评估大多集中于对电缆进行破坏性实验从而得出结论，便捷性较差。而且电缆老化寿命预测的模型大多集中于单因子作用下，然而，在电力电缆的服役过程中，引起老化的因素并不是单一存在的，有热老化、电老化等多个因素共同作用，在各个因素对老化程度的贡献上来说，他们之间存在着各自的作用以及各个因素之间的相互作用。目前对电缆老化程度的评估多以单因素的电老化或者热老化为主，并没有考虑其他老化因素以及各个因素之间对老化程度的影响，本发明主要提供一种算法表征在电老化与热老化相互作用下，电缆剩余寿命预测的一种新的数学模型。

发明内容

本发明解决的技术问题是：是提供一种模型，达到能够同时表征电老化、热老化寿命与两者之间联合作用的电力电缆寿命预测的数学模型。实现在给出正常运行电缆的热历史数据与通电电压的情况下，通过寿命预测模型即可得出电缆的剩余寿命，达到在不进行破坏性实验的前提下随时对电力电缆进行寿命评估的效果。

一种交联聚乙烯电缆电热联合老化寿命预测的数学模型，其特征在于：分别计算电缆的电老化以及热老化对电缆寿命的贡献量，并用两者乘积的权重值来衡量电热联合老化对电缆寿命的贡献量，用来计算表征电缆预估寿命t_i的数学模型表达式为：

式中，t_i单位：时间，h；E_i为第i级的施加电压，单位：伏特，V；K_i为热老化温度，单位：开尔文，K；n为电缆的寿命指数，通过电压逐级击穿法测得；b是与活化能有关的常数；k₁、k₂、k₃、C为常数，与电缆的材料以及安装工艺有关。

所述一种交联聚乙烯电缆电热联合老化寿命预测的数学模型，其特征在于：所述模型表达式左端第一项代表电老化作用对电缆寿命的贡献量，满足逆幂定律表示的电老化模型：

式中，T_i为第i级施加电压的持续时间，单位：时间，h；U为交联聚乙烯电缆的实际运行电压，单位：伏特，V；t为电缆的预估寿命，单位：时间，h。

所述一种交联聚乙烯电缆电热联合老化寿命预测的数学模型，其特征在于：所述模型表达式左端第二项代表热老化作用对电缆寿命的贡献量，其中：

式中，E为活化能，单位：焦每摩尔，J/mol；R为气体常数，取8.314J/(mol·K)；活化能E由DSC法求取，具体依据为反应动力学推导式: