1.绪论
1.1 试验背景
煤矿井下工作的环境对电气设备非常不友好，电气设备工作在潮湿，闷热，保养不及时，煤尘浓度大的环境中，特别容易出现电气故障。煤矿发生的事故中因为电气设备故障导致的有50%以上，其中在井下发生的火灾事故有70%以上都是因为电气设备故障引起的。
随着煤矿井下电气设备负荷的不断增加，井下电缆使用越来越多，这就为矿用电缆的安全可靠提出了更高的要求，煤矿用的电缆不仅需要具有阻燃性、抗静电、在恶劣环境下安全可靠运行，在使用过程中甚至故障时都不能产生有害气体，并且必须保证井下的设备安全可靠，这都需要由安全可靠的矿用电缆来保证它们的运行，不允许电缆出现相间短路和对地短路。
由于各种特殊原因，因此在井下供电系统设计除了必须严格遵守国家颁布的各种标准的规定外，还要保证能使供电可靠，最少采用双回路独立线路对重要负荷供电确保供电安全，供电质量和供电经济。
1.2试验目的
使用了较长时间的电缆安全可靠性如何判定？我们对电缆进行单变量运行状态检验，得到其在单变量环境的电气性能变化规律，对电缆的老化和变量的内在联系进行研究，进行各项试验数据曲线拟合获得老化和变量的近似关系，可以分析计算电缆之后的老化状态走向。
通过电缆老化试验从绝缘电阻、介质损耗角、局部放电和断裂伸长率四个方面研究矿用电力电缆老化后电气特性，并且通过拟合介质损耗角与时间的关系获得曲线方程，拟合断裂伸长率与时间的关系曲线获得函数方程，从中分析得出相应电缆老化规律。
通过电缆老化后的电气、物理、机械性能与未使用的电缆进行比较，获得电缆在不同老化程度时的各项性能指标变化，得到电缆在老化时的性能变化规律。
2.矿用电力电缆老化原因
2.1矿用电缆的工作环境
煤矿供电系统的环境特点：
（1）井下的空气中含有瓦斯与煤尘，如果遇到高温或者漏电电缆就可能会发生事故。
（2）煤矿井下由于顶板破碎发生掉矸，设备特别是电缆容易受到矸石的破坏。
（3）井下空气湿度一般很高，电缆容易淋水。
（4）井下温度较高并且设备的散热环境差，设备散热不好容易过热损坏。
（5）采掘工作面的电气设备经常移动而且频繁启停。使用的时候设备的负荷变化较大，需要电缆经常耐受大电流。
（6）煤矿供电要保证可靠。井下停电事故可能导致重大事故。
2.2电缆老化及其原因
电缆由于在运行中受到各种外界的因素影响，导致一些不可逆转的材料、机械和电气性能变化的现象叫做老化。
电缆老化直接原因是热老化，电缆长时间工作电热效应会导致发热。长时间发热运行，就会导致在接头或末端这些介质分布不均匀的地方温度大幅度上升，导致电缆热老化，甚至更严重是引起电缆击穿。
在电缆的生产、铺设或运行中遭到外力破坏的影响导致电缆发生机械形状变化，会导致电力电缆在长期工作时，电场分布不均引起局部放电促使老化加重。
3. 试验方法设计
老化试验是改变电缆的环境温度与湿度，通过单变量法得到电缆老化后的数据，通过分析数据得出与老化因素变量之间的联系。
试验通过进行测量电缆老化后的介质损耗角正切值，绝缘电阻，对其进行局部放电试验并进行拉伸试验，测量老化后的断点伸长率，从而获得在电缆老化后的物理，电气性能参数进行分析，用最小二乘法和软件模拟曲线两种方法相互验证，分析数据之间的内在联系从而得出不同环境条件下对电缆性能的影响。
在试验中最基础的就是电缆的湿热老化试验，以后进行的各种试验都得先经过湿热老化以后才能进行测量，所以电缆的湿热老化需要设计几组不同的方式，并且进行几组实验，获取尽可能多的数据减小误差。电缆的热老化又分为湿热老化和干老化两种，每种分几个不同温度，每种温度又分为不同时间来完成老化，记录数据。设计如图所示：
电缆老化试验树状图
4.试验和数据处理与分析
电缆的老化试验从根本上是为了保护电缆的安全可靠运行，所以在试验时尽可能让过程接近实际，这样在试验分析结果时会有更精确的结论出现。
我们通过测量电缆的绝缘电阻试验，电缆的绝缘介质损耗角正切值试验，局部放电试验和断点伸长率试验四个试验来从不同方面验证不同温湿度时对电缆老化的影响，探究电缆老化与温湿度的规律。
实验步骤：
（1）用电缆剪把电缆剪成大约20cm长的电缆段，将弯曲的电缆压直备用；
（2）把样品电缆进行不同温湿度的老化试验，试验完成后将电缆取出静置一段时间；
（3）将样品电缆的绝缘层剥下部分，做成电极，进行电缆的各项性能测试；
（4）测量不同老化程度电缆的绝缘电阻，用介质损耗测试仪测量不同老化程度电缆的介质损耗角正切值，记录测量得到的各项数据；
（5）对老化电缆进行局部放电试验，测得泄露对地电压，最小熄灭电压等数据并记录；
（6）将电缆绝缘层切成大约2mm厚度的切片然后进行样品拉伸试验，计算断裂伸长率。
在试验中，我们可以用最小二乘法进行数据分析，最小二乘法是数学中通用的方法，他只和算术平均值有关，应用于各种领域，非线性也可以使用。
进行最小二乘法计算时，先对其自由度进行计算，自由度结果由r表示，然后进行查表，若r的计算值大于r的表值，说明x与y线性相关，可以使用y=a+bx方程。
系数参照表
经过计算，如果我们判断是符合方程要求的，可以使用最小二乘法方程。
最小二乘法需要的公式有：
可以用这三个公式来计算最小二乘法里面的各项系数为：
通过试验测得老化的电缆样品的绝缘电阻，介质损耗角正切值，局部放电电压、电流，断裂伸长率等数据。
我们通过对试验所测得的数据处理分析后可以用最小二乘法拟合曲线公式，将试验数据转化为直观表现老化趋势的曲线图，可以分析预测电缆的电气特性参数在相似环境工作特定时间后，参数将会降至安全标准值以下，继续使用会有安全隐患，预测判断某个品牌某种规格的电缆在矿井相似条件下的使用寿命。
5. 试验预期结论
我们可以预测老化电缆的一些结论：
1.矿用电缆绝缘电阻会随着使用时间的增加和环境温度的升高而不断减小，使用时间越长绝缘电阻越小，并且在温度越高的时候老化的速率越快，电气特性破坏越严重。
2.电缆在干老化和湿老化两种条件下，湿老化的电缆老化情况比干老化要剧烈，潮湿环境下老化会加剧电缆的老化情况，老化时间的增加也会导致电缆样品断裂伸长率的减小，老化程度越高，断裂伸长率越低。
参考文献
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