防腐耐油發(fā)熱軟電纜的研制

居盛文 王文淵

（安徽江淮電纜集團(tuán)有限公司，安徽 蕪湖 238371）

引言

發(fā)熱電纜廣泛應(yīng)用在建筑、石化、石油等領(lǐng)域。尤其建筑采暖市場(chǎng)發(fā)展迅速，我國(guó)年需求將超過50億元人民幣。目前，普通發(fā)熱電纜生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟，但普通的發(fā)熱電纜卻在某些特殊場(chǎng)合不能滿足使用要求，如油污等惡劣環(huán)境及防腐蝕、耐高低溫等場(chǎng)合。普通發(fā)熱電纜易腐蝕老化開裂，降低了電纜的使用壽命，影響正常生產(chǎn)生活活動(dòng)，同時(shí)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。新研制的防腐耐油發(fā)熱軟電纜具有安裝維護(hù)方便、節(jié)能環(huán)保、安全可靠、用途廣泛等特點(diǎn)，同時(shí)具備柔軟、防腐、耐油、耐高低溫等多項(xiàng)優(yōu)越性能。產(chǎn)品符合國(guó)家環(huán)保要求和發(fā)展方向，屬新型環(huán)保類電纜高新技術(shù)產(chǎn)品。

1 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

防腐耐油發(fā)熱軟電纜其結(jié)構(gòu)特征是：該電纜導(dǎo)體選用電阻率永久恒定的銅鎳合金和鎳鉻合金作為發(fā)熱體，發(fā)熱體是發(fā)熱電纜的核心，即使發(fā)熱電纜在惡劣的環(huán)境中工作（-60℃～180℃），也應(yīng)保證其有效的加熱功能。內(nèi)絕緣選用PTFE氟塑料，該種材料是有機(jī)物中電氣性能、機(jī)械性能、耐寒耐熱性能最佳塑料。該種PTFE絕緣材料的使用，能大大降低外絕緣交聯(lián)聚烯烴的表面溫度，使外絕緣層能夠保持在正常的溫度內(nèi)工作，確保外絕緣料性能不受影響。在冷熱線接頭處采用PTFE氟塑料擠包，且擠包長(zhǎng)度向外延伸3～4cm。因存在冷熱接頭，其所處部位電阻通常要高于正常值，產(chǎn)生的熱量和溫度也高。采用在冷熱線接頭處PTFE氟塑料絕緣向外延伸方法，就是要保證此處有良好的電氣性能和機(jī)械性能。外絕緣層采用絕緣性能優(yōu)、耐熱性能好的交聯(lián)型聚烯烴材料，以滿足電纜的絕緣性能和耐高低性能。屏蔽采用雙層鋁塑復(fù)合帶縱包結(jié)構(gòu)，使屏蔽覆蓋率達(dá)100%，同時(shí)在鋁塑復(fù)合帶屏蔽層下增設(shè)鍍錫銅絲引流線，可有效將電磁場(chǎng)引入大地，實(shí)現(xiàn)良好的抗電磁干擾能力。護(hù)套采用耐熱180度的抗拉撕硅橡膠材料，可使電纜具有優(yōu)良的防腐、耐油特性，也可有效保護(hù)電纜線芯同時(shí)增加了電纜的散熱面積。電纜結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1

2 科學(xué)技術(shù)路線

2.1 發(fā)熱電纜導(dǎo)體選擇

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T20841—2007額定電壓300/500V生活設(shè)施加熱和防結(jié)冰用加熱電纜》規(guī)定：發(fā)熱電纜直徑不得小于6mm，因此本發(fā)熱電纜設(shè)計(jì)導(dǎo)體直徑為6.5±0.3mm，同時(shí)導(dǎo)體采用新型的復(fù)合金屬發(fā)熱材料，由多股合金材料絞合而成，其具有抗拉強(qiáng)度高（70N/ mm2）、電阻率低、柔軟性好、接觸電阻低、可焊性好等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 耐高溫指標(biāo)

原創(chuàng)性地將導(dǎo)熱功能引人高分子絕緣材料，將絕緣材料的導(dǎo)熱率提高了10倍，使高分子材料的熱老化溫度下降了近60℃，從而成倍地提高了發(fā)熱電纜的使用壽命、熱效率和升溫速率。《GB/ T20841—2007額定電壓300/500V生活設(shè)施加熱和防結(jié)冰用加熱電纜》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：發(fā)熱電纜的導(dǎo)體線芯最高工作溫度為90℃，電纜護(hù)套最高工作溫度為65℃。而新研發(fā)的防腐耐油發(fā)熱軟電纜新產(chǎn)品導(dǎo)體采用合金導(dǎo)體，絕緣選用PTFE氟塑料和交聯(lián)聚烯烴材料，其線芯最高工作溫度可達(dá)150℃。護(hù)套采用硅橡膠材料，可使電纜耐環(huán)境溫度最高達(dá)180℃。電纜絕緣和護(hù)套材料的耐高溫指標(biāo)均超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其目的是：保證發(fā)熱電纜可在高溫環(huán)境中長(zhǎng)期使用而不發(fā)生故障。我公司作比對(duì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：新型的防腐耐油發(fā)熱軟電纜可經(jīng)150℃工作溫度，180天不間斷加熱試驗(yàn)，電纜仍完好無損；而普通發(fā)熱電纜在同等條件下，通電加熱23天后便出現(xiàn)故障停止加熱。

2.3 發(fā)熱電纜組成及工作原理

組成：分戶電表→配電裝置→溫控器→發(fā)熱電纜→向地面供暖。

工作原理：發(fā)熱電纜通電后產(chǎn)生熱量，其溫度一般可控制在50℃～60℃，熱量通過熱傳導(dǎo)方式向周圍的水泥、地磚傳熱，其傳導(dǎo)熱量約占電纜發(fā)熱量的70%；同時(shí)發(fā)熱電纜在通電后，還會(huì)產(chǎn)生7～10微米的遠(yuǎn)紅外向空間輻射，這部分熱量約占電纜發(fā)熱量的30%，因此電纜供暖效果良好利用率高，熱效率幾乎無損耗。

3 產(chǎn)品試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 彎曲性能

防腐耐油發(fā)熱軟電纜采用彈簧式制造技術(shù)，有效地提高了電纜的柔軟度，從而避免由于地面高度落差而造成對(duì)電纜敷設(shè)及產(chǎn)品性能的影響。

3.2 耐溫和耐高頻性能

一般來說絕緣層的質(zhì)量好壞直接影響到發(fā)熱電纜的壽命，電纜絕緣材質(zhì)的改進(jìn)，提高了電纜的耐寒性、耐熱性能，使電纜可在-60℃～+180℃范圍內(nèi)正常工作；電纜的耐高頻性能：在50赫到1000赫廣闊的超高頻范圍內(nèi)，耐高頻性能幾乎不變，產(chǎn)品優(yōu)于市場(chǎng)上銷售的任何發(fā)熱電纜。

3.3 防腐耐油性能

護(hù)套材料采用具有優(yōu)異的耐腐蝕、耐高低溫的硅橡膠材料，既能滿足電纜的耐高低溫性能，又能滿足其在惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期使用。在酸堿液類型（HCL、NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液）1mol（168h）的試驗(yàn)條件下：抗張強(qiáng)度變化率小于±30%，為14%；斷裂伸長(zhǎng)率≥100%，為180%。

4 試制中存在的問題及解決方案

在試制過程中我們遇到了一些技術(shù)上的關(guān)鍵性問題，針對(duì)問題我們逐一分析、研究與突破，主要有以下幾點(diǎn)：

4.1 原有外護(hù)套的存在散熱效果不好、易老化問題

我們根據(jù)新研制的產(chǎn)品特點(diǎn)，采用了目前橡膠中最好的硅橡膠材料，用它作為電纜的護(hù)套，它具有：良好的導(dǎo)熱、散熱、粘接性能；固化速度快，對(duì)金屬有良好的附著力且無腐蝕；長(zhǎng)期使用不會(huì)脫落，不會(huì)產(chǎn)生接觸縫隙而降低散熱效果；卓越的耐高低性能、耐老化性能、電絕緣性能和優(yōu)異的防潮、防腐、耐油、耐電暈性能，可滿足電纜的使用要求。

4.2 發(fā)熱時(shí)電磁輻射問題

由于發(fā)熱電纜一般用于人員較為密集的場(chǎng)所，而電纜在通電發(fā)熱過程中，會(huì)產(chǎn)生電磁輻射（電磁輻射超過100微特斯拉對(duì)人身健康產(chǎn)生影響）。因此我們采用雙層鋁塑復(fù)合帶和鍍錫銅絲引流線屏蔽結(jié)構(gòu)，有效地將電磁場(chǎng)屏蔽在纜芯內(nèi)防止向周圍擴(kuò)散，且通過增設(shè)鍍錫銅絲引流線，可將電磁場(chǎng)引入大地，使電纜屏蔽層與大地形成等電位端，使電纜產(chǎn)生的電磁輻射不超過20微特斯拉，避免了電磁輻射對(duì)人身的傷害。

4.3 冷熱絲接頭問題

目前市場(chǎng)上發(fā)熱電纜大部分都采用冷接方法（冷、熱線用機(jī)械壓接的方式處理）。電纜在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，發(fā)熱部分與冷引線部份的接觸點(diǎn)會(huì)因?yàn)榻佑|不良而形成較大電阻，在接頭部分產(chǎn)生高溫，最終在接頭處燒壞。冷接頭就像家里用的電爐一樣，電爐絲是很少被燒斷的，而電爐絲與電源的接頭就經(jīng)常出現(xiàn)問題。而本新型的防腐耐油發(fā)熱軟電纜，采用隱式接頭焊接方法（一種小直徑金屬絲對(duì)接方法），將發(fā)熱絲與冷引線熔為一體，可有效避免發(fā)熱絲因冷熱變換而引起的接觸不良現(xiàn)象，同時(shí)避免了冷熱絲間焊接不牢、分層現(xiàn)象，提高了發(fā)熱電纜的安全性和可靠性，從而延長(zhǎng)了發(fā)熱電纜的使用壽命。

5 產(chǎn)品主要性能指標(biāo)

研制的防腐耐油發(fā)熱軟電纜，經(jīng)上海電纜研究所國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)，各項(xiàng)性能符合或超過國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品的規(guī)定，同時(shí)滿足使用要求。電纜具備了優(yōu)良的電發(fā)熱性能和優(yōu)越的防腐耐油特性，其主要性能指標(biāo)如下：

A.電纜具有較強(qiáng)的耐彎曲性能，最小彎曲半徑可達(dá)4D。

B.電纜產(chǎn)品芯線為具有正電阻溫度系數(shù)的金屬合金絲組成，線性額定功率為20w/m，且產(chǎn)品絕緣電阻大于500MΩ·km。

C.電纜可在-60℃～+180℃溫度和惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期工作，防腐耐油耐高低溫性能優(yōu)異。

D.電纜燃燒時(shí)發(fā)煙量少，不含有鹵素，不產(chǎn)生有毒有害氣體和腐蝕性氣體。

E.電纜不含有鉛等重金屬，不污染土壤，可以重復(fù)利用，再生性強(qiáng)。

結(jié)語(yǔ)

防腐耐油發(fā)熱軟電纜的使用場(chǎng)所廣泛，既可在普通場(chǎng)合作供暖使用，也可用于防腐、耐油、耐高低溫等特殊場(chǎng)合，同時(shí)也可作為石油、化工企業(yè)儲(chǔ)油設(shè)備防凍伴熱用。產(chǎn)品安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低，有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本產(chǎn)品采用零排放、無污染的綠色環(huán)保的供暖方式，有利于國(guó)家環(huán)保，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。產(chǎn)品已獲國(guó)家實(shí)用新型專利證書（專利號(hào)：ZL201220038198.9）。

[1]GB/T20841—2007，額定電壓300/500V生活設(shè)施加熱和防結(jié)冰用加熱電纜[S].

[2]王衛(wèi)東.高溫加熱電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].河南機(jī)電高等專科學(xué)校校報(bào)，2011，19（01）：7-9.

[3]韓慶起.一種加熱電纜[P].中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)，授權(quán)公告號(hào)：CN 2676557Y.

[4]楊燕.雙導(dǎo)單熱發(fā)熱電纜[P].中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)，授權(quán)公告號(hào)：CN 2634781Y.