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1、电气材料电气材料 崔子丰（一）电线电缆的概念、定义及分类 1、电线电缆的概念 凡有人群生活的地方，凡有生产、交通以及一切经济活动的场合，凡在宇宙空间、地下、海洋等一切需要探索、开发的所有活动中，以及任何一项科技开发创新项目的研制活动中，都离不开电力电磁波的应用，而电及电磁波的发生、传输及应用都必须采用电线电缆来作为连接、传输的部件或作为主机的绕组材料。因此，生产上历来把用于电力系统的电线电缆比做人体的血管。民用的低压电力系统中的电力电缆（如剧场、商场、娱乐厅、餐饮厅、居民区）与人民生命财产安全息息相关。据统计，我国历年由电气设备引起电气火灾中，80%与电线电缆有关，其中有因建筑物中的电线电缆年

2、久失修或维护很差而绝缘老化又未及时检查、更换，也有因产品质量不合格引起的。因此要充分认识电线电缆产品要求长期安全可靠运行的必要性。一、电线电缆2、电线电缆的定义 电线电缆是指用以传输电能、信息和实现电磁转换的线材产品。 广义的电线电缆亦简称为电缆，狭义的电缆是指绝缘电缆。它由下列部分组成的集合体：一根或多根绝缘线芯，以及它们各自可能具有的包覆层，缆芯保护层及外护层，电缆亦可有附加的无绝缘的导体。“电线”和“电缆”并没有严格的界限。通常将芯数少、产品直径小、结构简单的产品称为电线，没有绝缘的称为裸电线，其他的称为电缆。导体截面积较大的(大于6平方毫米)称为大电线，较小的(小于或等于6平方毫米)称

3、为小电线，绝缘电线又称为布电线。3、电线电缆的分类 （1）电力系统用的电缆 用于电力系统的电线电缆产品主要有架空裸电线、汇流排（母线）、电力电缆（塑料线缆）、油纸力缆（基本被塑料电力电缆代替）、橡套线缆、架空绝缘电缆、分支电缆（取代部分母线）、电磁线以及电力设备用电气装备电线电缆等。 （2）信息传输系统用的电缆 用于信息传输系统的电线电缆主要有市话电缆、电视电缆、电子线缆、射频电缆、光纤缆、数据电缆、电磁线、电力通讯或其他复合电缆等。 （3）机械设备、仪器仪表系统用的电缆 此部分除架空裸电线外几乎其他所有产品均有应用，但主要是电力电缆、电磁线、数据电缆、仪器仪表线缆等。（二）电线电缆的性能参数

4、 1、电性能 导电性能：大多数产品要求良好的导电性能，个别产品要求有一定的电阻范围。 绝缘性能：绝缘电阻、表面电阻、介质损耗角正切和局部放电试验等。 传输特性：指高频传输特性、抗干扰特性、屏蔽特性。 2、机械物理性能 指抗拉强度、断裂伸长率、弯曲性、弹性、柔软性、耐振动性、耐磨性以及耐冲击性等。 3、热性能 指产品的耐温等级、工作温度、电力电缆的发热和散热特性、载流量、短路和过载能力、合成材料的热变形性和耐热冲击能力、材料的热膨胀性以及浸渍或涂层材料的滴落性能等。 4、耐腐蚀和耐气候性 指耐电化腐蚀、耐生物和细菌侵蚀、耐化学药品（油、酸、碱、化学溶剂等）侵蚀、盐雾、耐光、耐寒、防霉以及防潮性能

5、等。5、老化性能 指在机械应力、电应力、热应力以及其他各种外加因素的作用下，或外界气候条件作用下，产品及其组成材料保持其原有性能的能力。 6、其他性能 包括部分材料的特性（如金属材料的硬度、蠕变，高分子材料的相容性）以及产品的某些特殊使用特性（如不延燃性、耐原子辐射、防虫咬、延时传输、以及能量阻尼等）。 产品的性能要求，主要是从各个具体产品的用途，使用条件，以及配套装备的配合关系等方面提出的。在一个产品的各项性能要求中，必然有一些是主要的，起决定作用，应严格要求，有些则是从属的，有时某些因素又是互相制约的。因此必须加以全面的研究和分析综合考虑。（三）额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电

6、缆的检测规程 1、执行标准 产品标准：GB/T 5023.35023.72008 方法标准：GB/T 5023.22008、GB/T 39562008、GB/T 30482007、GB/T 2951.112008、GB/T 18380.12-2008 2、检测内容 标志、绝缘厚度测量、外形尺寸测量、导体结构检查、电压试验、绝缘电阻测量、导体电阻测量、不延燃试验。 3、所用检测设备名称及检定情况 千分尺、游标卡尺、数字兆欧表、导体电阻测试仪、耐压测试仪、电子恒温水浴锅、投影仪、单根电线垂直燃烧仪。仪器设备检定情况为定期检定。 4、 检测环境条件 环境温度205。 5、 额定电压450/750V及

7、以下聚氯乙烯绝缘电缆的检测工作步骤、计算 、评定、结论 标 志 电缆应有制造厂名、产品型号和额定电压的连续标志，标志可用油墨印字或用压印凸字在绝缘或护套上。 一个完整标志的末端与下一个标志的始端之间的距离：在电缆外护套上应不超过550mm；在有护套和无护套电缆的绝缘以及护套电缆里面的包带上应不超过275mm。 油墨印字标志应耐擦：用浸过水的一团脱脂棉或一块棉布擦拭制造厂名或商标、绝缘线芯或数字标志，共擦10次，检查结果应符合标准要求。 所有标志应字迹清楚。标识识别线的颜色应容易识别或易于辨认，必要时可用汽油或其他合适的溶剂擦干净。 电缆应用型号、规格和标准号表示，规格包括额定电压、芯数和导体标

8、称截面等，电缆包装上应附有表示产品型号、规格、标准号、厂名和产地的标签或标志。 合格判定：符合以上标准要求为合格品，否则为不合格品。 绝缘厚度测量 在至少相隔1m的三处各取一段电缆试样，把导体抽出，在每一根绝缘线芯上取三段试样。 使用游标卡尺或投影仪测得18个数值的平均值（用mm表示），应计算到小数点后两位，并按规定修约，然后取该值为绝缘厚度的平均值。所测全部数值的最小值，应作为任一处绝缘的最小厚度。绝缘厚度的平均值应不小于（GB5023.35023.4等）所列表格中的各种型号和规定电缆的规定值。但是，在任何一点的厚度可小于规定值，只要不小于规定值的90%0.1mm 。 合格判定：符合以上标准

9、要求为合格品，否则为不合格品。 外形尺寸测量 外形尺寸试验方法同上，试样外形尺寸应不大于（GB5023.35023.4等）所列表格中的各种型号和各种规定电缆的平均外径上限和下限。 合格判定：符合以上标准要求为合格品，否则为不合格品。 导体结构检查 导体应为退火铜线，导体中的单线可以不镀锡或镀锡。 导体结构的试验方法同上，软导体中最大单线直径（除铜皮软线导体外）和硬导体中最少单线数量应符合（GB/T 3956-2008）所列表格中圆铜导体的最大直径中的规定值。 合格判定：符合以上标准要求为合格品，否则为不合格品。 电压试验 首先截取5m长试样（成品电缆10m长,绝缘线芯5m长），浸入加热至205

10、的恒温水浴锅水中至少1h，其两端应露出水面约250mm，并且每端露出导体2030mm。然后将耐压测试仪高压输出试验夹夹住导体，低压输出试验夹连接在恒温水浴锅水中，电压施加在连接在一起的导体和水之间。施加电压和耐电时间见GB 5023.1-2008表3中的各项规定，一般电压为2500V时间为5min 。 合格判定：不击穿为合格品，击穿为不合格品。 绝缘电阻测量 绝缘电阻测量应在5米长的试样上进行，在测量绝缘电阻前，试样应经受住电压试验。试样浸入加热至70的恒温水浴锅中至少，其两端应露出水面约250mm，并且每端露出导体2030mm，将绝缘电阻测试仪红夹夹住导体，黑夹连接在浴锅水中，在导体和水之间

11、施加80V500V的直流电压。施加电压1min后测量，并换算到1km的值。 式中 ： 每公里长度绝缘电阻，单位为兆欧千米（）； 试样绝缘电阻，单位为兆欧（） 试样有效测量长度，单位为千米（） 合格判定：测量值不低于产品标准（GB5023.3-5023.4等）中所规定的最小绝缘电阻的试样为合格品，否则为不合格品。 导体电阻测量 导体电阻应在长度至少为1m的试样上使用导体电阻仪进行测量，并测定每根电缆试样的长度，然后换算到导体在20、长度为1km时的电阻。 式中： t测量时试样的温度，； R2020时导体电阻，km； Rtt（）时，长度为L(m)电缆的导体电阻，； L电缆试样长度，m（是成品试样的

12、长度，而不是单根绝缘线芯或单线的长度）。 合格判定：不超过GB/T 3956-2008表中所规定20时导体最大电阻值的试样为合格品，否则为不合格品。 不延燃试验 试验前，所有试样应在（235）、相对湿度为（5020）%的条件下处理至少16h。 60025mm的试样被校直,被固定在两个水平支架上，垂直放置在单根电线垂直燃烧仪的金属罩中间。固定试样的两个水平支架的上支架下缘与下支架上缘之间距离应为550mm5mm。此外，固定试样时应使试样下端距离金属罩底面约50mm。 依照GB/T 18380.12-2008标准要求进行燃烧试验。测量上支架下缘与碳化部分上起始点之间的距离和上支架下缘与碳化部分下起

13、始点之间的距离。 合格判定：试样上支架下缘与碳化部分上起始点之间的距离大于50mm或上支架下缘与碳化部分下起始点之间的距离小于540mm为合格,否则为不合格。二、开关（一） 开关的概念、定义、分类 1、开关的概念 开关是用来接通和断开一个或多个电路里的电流的装置，而且还有主动预防电气火灾的功能。开关应用在各种电子设备，家用电器中。 2、开关的定义 指一个可以使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件。最常见的开关是让人操作的机电设备，其中有一个或数个电子接点。接点的“闭合”（closed）表示电子接点导通，允许电流流过；开关的“断开”（open）表示电子接点不导通形成开路，不允许电流流

14、过。 3、开关的分类 按用途分：波动开关,波段开关,录放开关,电源开关,预选开关, 限位开关,控制开关,转换开关,隔离开关，智能防火开关等。 按结构分：滑动开关,钮子开关,拨动开关,按钮开关,按键开关,薄膜开关，等。 按开关数分：有单键，双键和多键之分。有的开关还带有电源插孔。二、 开关（二） 开关的性能参数 1、额定电压是指开关在正常工作时所允许的安全电压。加在开关两端的电压大于此值,会造成两个触点之间打火击穿。 2、额定电流指开关接通时所允许通过的最大安全电流。当超过此值时,开关的触点会因电流过大而烧毁。 3、绝缘电阻指开关的导体部分与绝缘部分的电阻值。 4、耐压指开关对导体及地之间所能承

15、受的最低电压。 5、寿命是指开关在正常工作条件下, 能操作的次数。一般要求在5000-40000次左右。 （三） 家用和类似用途固定式电气装置的开关的检测规程 1、执行的标准 产品标准：GB 16915.1-2003。 方法标准：GB/T 4207-2003、GB/T 5169.11-2006。 2、检测内容 额定值、分类、标志、防触电保护、绝缘电阻和电气强度、温升、通断能力、正常操作、摆锤冲击试验、耐热、灼热丝和耐漏电起痕试验。3、所用仪器设备名称及检定情况 标准试验指、针、销、数字兆欧表、耐压试验仪、电控负载柜及寿命机、温升测试仪、摆锤冲击试验装置、烘箱、球压试验装置、灼热丝试验仪、漏电起

16、痕试验仪、标准恒温恒湿养护箱。仪器设备检定情况为：定期检定。 4、检测环境条件 环境温度1535。 5、家用和类似用途固定式电气装置的开关的检测工作步骤、计算、评定、结论 额定值 额定值是制造厂为开关产品在正常工作条件下所规定的量值。 合格判定：通过观察标志检查。 分类 主要按开关产品的结构特点进行科学分类，以利于使用标准的各方对该产品分类有一个共同的标准。具体内容详见标准GB 16915.1-2003中第7章。 合格判定：通过目测的方法检查。 标志 标志是指示人们正确安装、使用和维修的重要依据，是确保人身财产安全的极其重要的安全内容，要求按标准规定正确使用标志，标志符号的位置要明显，标志或符

17、号应经久耐用，清晰可辨。 用手以浸透水的湿布在标志的表面擦拭15s，然后再用浸过汽油的布片在标志的表面上擦拭15s。对于采用钢印打印、铸造的、压铸的或刻印的标志，不进行本试验。 合格判定：目力检查标志并通过上述试验后，标志或符号仍应清晰明了，则判为合格。 防触电保护 开关按正常使用安装，按GB 16915.1-2003第12章规定的截面最小的导线，导线的一端接上电指示器的电源一端，标准试验指接到电源的另一端，如图16-1所示。 图16-1触指试验示意图 用标准试验指去碰触试样可能带电的部件，观察电指示器上的指示灯是否发亮。用细导线完成上述试验后，换用GB 16915.1-2003第12章规定的

18、横截面最大的粗导线重复进行一次上述的试验。 外壳或盖为热塑性材料或弹性材料的开关，应在402的环境温度进行附加试验：使开关经受75N的力1min,此力应通过与标准试验指同一尺寸但直而无铰接的试验指端部施加。将装上电指示器的试验指压向绝缘材料变形便会危及安全的所有部位，但不压在密封膜或类似部位。还要将试验指压向薄壁敲落孔，但压向此孔的力仅为10N。 合格判断：开关在正常使用状态下所有带电部件应是不易触及的，用触指试验电指示器，指示灯不亮。 防潮 样品处理：有进线孔的，应敞开进线孔，如有敲落孔的，则让其中之一敞开；用手将可拆下部件拆下，弹簧盖打开。将试样存放在402环境中4h，进行预处理。 将处理

19、后的试样存放到潮湿箱中，包括拆下的部件，潮湿箱温度维持在402之间，湿度维持在91%95%之间，防护等级等于IPX0的开关存放48h，防护等级高于IPX0的开关存放168h。 此项试验后，试验将在潮湿箱里进行绝缘电阻测量和电气强度试验，具体要求见GB 16915.1-2003第16章，绝缘电阻应不小于5M，电气强度额定电压130V以下，1min,50Hz，1250V；额定电压130V以上，1min,50Hz，2000V不应出现闪络或击穿现象。 合格判定：通过绝缘电阻和电气强度试验表明产品防潮试验合格。 绝缘电阻和电气强度 防潮试验后，使用数字式兆欧测量绝缘电阻，施加直流500V电压，1min后

20、进行读数。 绝缘电阻的测量位置：连接在一起的所有极与本体之间，开关处于“通”位置；依次在每个极与连接到本体的所有其他极之间，开关处于“通”位置；开关处于“通”位置时，电气上连接在一起的端子之间，开关要处在“断”的位置。 电气强度试验通常用耐压试验机，电气强度试验测量部位与绝缘电阻部位相同。 合格判定：连接在一起的所有极与本体之间，开关处于“通”位置的绝缘电阻测量值应不小于5M，才能判为合格。依次在每个极与连接到本体的所有其他极之间，开关处于“通”位置的绝缘电阻测量值应不小于2M才能判为合格。开关处于“通”位置时，电气上连接在一起的端子之间，开关要处在“断”的位置的绝缘电阻测量值应不小于2M，才

21、能判为合格；电气强度试验期间，无闪络或击穿发生，可判为电气强度合格。 温升 将开关按正常使用垂直安装，并接上表16-1规定的PVC绝缘的硬的铜导线，端子螺钉或螺母以GB 16915.1-2003标准中表3规定的力矩2/3拧紧。额定电流A试验电流A导线标称横截面积mm21246101620253240631.535813.52025323846750.50.751.01.52.54.04.06.010.016.025.0 表16-1 温升试验电流和铜导线的横截面积 暗装式开关要安装在暗装安装盒里，接好导线，将热电偶粘贴在端子上；明装式开关固定在木块表面的中心，接好导线，将热电偶粘贴在端子上；其他

22、类型开关按制造商的说明安装，如无说明，按最不利的位置安装。 安装完毕，密封好电缆的进线口。安装盒内导线长度为80mm10mm。试验组合体应放置在不通风的位置进行试验。以表16-1规定的交流电给开关加载1h。 合格判定:经试验后开关端子处所测得的温升不超过45K，此项试验合格。 通断能力 按GB 16915.1-2003标准规定将开关安装在电控负载柜及寿命机上,按规定调节施加到试样上的试验电压（1.1倍额定电压）、试验电流（1.25倍额定电流）、功率因数（cos0.30.05）、操作速度(额定电流10A,30次/分；10A额定电流25A, 15次/分；额定电流25A，7.5次/分）进行通断能力试

23、验。试验总通断次数为200次。 合格判定：在试验期间，不得出现持续的闪弧现象；在试验之后试样不能有影响今后使用的损坏，则试样可判为合格。 正常操作 正常操作试验的试验设备，试验接线、正常操作试验程序等相同于通断能力试验。但应注意，正常操作试验不同于通断能力的有下列几点：进行正常操作试验时，试样安装与通断能力试验一样，但试验电压、电流、功率因数、通断次数不同于通断能力试验，应按GB 16915.1-2003标准规定要求对试样施加额定电压和额定电流，试验操作次数为5000次（10000个行程）。 合格判定：试验期间，试件均能正常操作。试验之后，试样不应出现下列现象：不利于继续使用的磨损；如果标明了

24、起动元件的位置，起动元件与动触头二者位置的不一致；外壳、绝缘衬垫或隔层损坏，致使开关不能再操作或者已不符合GB 16915.1-2003第10章的要求；密封胶渗漏；电气连接或机械连接松脱；GB 16915.1-2003标准中代号为2、3、03或6/2的开关动触头相对位移。符合上述要求的试样可判为合格。 摆锤冲击试验 将开关和开关盒按正常使用要求安装在胶合板上,无敲落孔的进线孔应保持打开状态,有敲落孔者，应将其中之一个打开。 暗装式开关首先要安装在一坚质木块或类似材料的凹槽里，安装好后，再整个地固定在一块胶合板上，而不是固定到与其相应的安装盒里，如用的是木块，则木纹的方向必须垂直于冲击的方向。开

25、关底座和盖子的固定螺钉要用等于GB 16915.1-2003标准的表3中规定的力矩2/3拧紧。暗装式螺钉固定型开关应以螺钉固定到硬木块凸耳上，暗装式卡爪固定型开关则用卡爪固定到硬木块凹槽里。 试样应安装得使冲击点位于通过枢轴轴线的垂直面内；将试样水平移动并能绕垂直于胶合板表面的轴线转动；将胶合板绕垂直轴线朝两个方向各转动60。 按表16-2规定要求确定冲击的外壳部件，调整冲击高度，由试样中最突出安装表面的部位来确定。跌落高度mm外壳中待冲击的部位a防护等级为IPX0的开关防护等级高于IPX0的开关100150200250A和BCD-A和BCDa A正表面上的部位，包括凹陷部位。B按正常使用要求

26、安装之后，突出安装表面（与墙壁的距离）不超过15mm的部位，上述A类部位除外。C按正常使用安装之后，突出安装表面（与墙壁的距离）超过15mm，但不超过25mm的部位，上述A类部位除外。D按正常使用安装之后，突出安装表面（与墙壁的距离）超过25mm的部位，上述A类部位除外表16-2 冲击试验的跌落高度 冲击点要均匀分布，敲落孔不进行冲击；对A部位，冲击5次；对中心处冲击一次，在试样水平移动后，在中心处与边缘之间的最不利点各冲击一次；然后，在试样绕垂直于胶合板的轴线转动90o以后，在类似点上各冲击一次；对B、C和D部位，冲击4次；两次冲击在胶合板朝两个相反方向中的每一个方向转60o之后，向试样上可

27、以进行冲击的两个侧面中的每一个侧面上冲击两次；两次冲击在试样绕其垂直于胶合板的轴线转动90o之后，而且，胶合板朝两个相反方向中的每一个方向转动60o之后，向试样上可以进行冲击的其他两个侧面中的每一个侧面；如有进线孔，则试样要安装得使两行冲击点与进线孔的距离尽量相等。多位开关的盖板和其他盖子要按单个开关的盖板或盖来处理；防护等级高于IPX0的开关要在将任何盖闭合的状态下进行试验，然后，向盖处于打开状态时外露的部位进行适当次数的冲击。 在对（指示灯的窗口）指示灯镜片进行试验之后，镜片可以破碎和移位，但要经过以下实验：用电压不小于40V,但不大于50V的电指示器显示，用有铰接的标准试验指与带电部件接

28、触情况；用电压不小于40V,但不大于50V的电指示器显示，用10N的力，无铰接的标准试验指与带电部件接触情况。 合格判定：试样不出现GB 16915.1-2003标准意义范围内的损坏，尤其是带电部位不应变为易触及部件，判为合格。 耐热 将试样放到温度为1002加热箱内保持1h。 使试样冷却到大约室温，按试样正常使用要求安装好，用标准试验指施加不大于5N的力时，标准试验指不应触到通常不可触及的带电部件。 合格判定：试验后，标志仍清晰易辨，不出现损害GB 16915.1-2003标准意义范围内的安全，判为合格，密封胶的褪色、起泡或轻微的位移可忽略不计。 用以将载流部件和接地电路部件保持在正常位置所

29、必需的绝缘部件，均应经受球压试验设备进行的球压试验。 选择试验温度：规定的部件要在温度为1252的加热箱中进行；虽然与载流部件和接地电路部件接触，但不是将载流部件和接地电路的部件保持在正常位置所必需的绝缘的部件要在702或402加上GB 16915.1-2003标准第17章所测得的最高温升，二者中取较高的温度。 样品加热：将试验负载和支撑装置置于加热箱里足够长的时间，以保证试验开始之前，负载和支撑装置已达到稳定的试验温度，将试样放置在至少3mm厚的钢板上，使之与钢板直接接触，并将被试部件的表面置于水平位置，然后用的力将球压试验装置的半球状顶部压在试样表面，放到按标准规定温度的加热箱中1h。 样

30、品取出后的处理：1h后，取出样品，在10s之内，将试样浸入冷水槽中，冷却至大约室温。 测量压痕直径：试样冷却至室温后，从水槽中取出试样，用棉纱将水擦干，然后用量具来测量压痕直径，量具一般用游标卡尺。 合格判定：测得的压痕直径不大于2mm，则判为合格。测得的压痕直径大于2mm，则判为不合格。 灼热丝试验 试验的试样尽量是完整的开关。如果不可能时，也可以用切下合适的试样进行试验。 试样在试验前，在温度为1535,相对湿度45%75%的大气环境中存放24h。 将试样固定在灼热丝试验装置上，试验样品的固定不应由于支撑和紧固而明显散热，灼热丝与试样表面要垂直，灼热丝顶部应施加到试样的最薄截面或其他易着火

31、的部位，但离样品上部边缘最好不少于15mm，尽量在平表面上，而不在凹沟、盲孔、窄槽或尖的边缘。灼热丝用电加热到GB 16915.1-2003标准规定值的温度（即850，650，由校正后的热电偶测量）。在加热和校准时，应确保试验不受辐射的影响。在离试样施加火焰部位的下部200mm5mm处用一张绢纸覆盖厚度为10mm的白松木板作铺底层（绢纸是一种柔软而强韧的轻质包装纸，比重在12g/m230g/m2）。使灼热丝的顶部和试样接触30s1s，在此间要保持加热电流，然后灼热丝与试样慢慢分开。 对试样施加灼热丝试验后30s内，对试样和周围零件及放在它下面的铺底层进行观察。 合格判定：无可见的火焰，无持续的灼热；如果有可见的火焰，有持续的灼热，应在灼热丝移去30s内，试样上的火焰、灼热消失。在试验过程中，灼烧熔融的颗粒掉在下面，不应引起绢纸着火或包着绢纸的松木板烧焦。开关则判为合格。 耐漏电起痕试验 耐漏电起痕试样尺寸不小于15mm15mm3mm；试样表面要平整光滑、无伤痕；试样表面清洁，没有灰尘、脏物、指印、油脂、脱脂剂等。 配制试验溶液应满足表16-3中