關于煤礦用無鹵阻燃電纜的結構及其性能的研究

劉潔

(銅陵有色股份銅冠電工有限公司,安徽銅陵 244000)

關于煤礦用無鹵阻燃電纜的結構及其性能的研究

劉潔

(銅陵有色股份銅冠電工有限公司,安徽銅陵 244000)

隨著我國經濟的快速發展,電纜阻燃技術也隨之增高,無鹵低煙阻燃電纜將是行業內發展的主流,本文主要討論無鹵阻燃電纜在煤礦中的應用,從而實現對其阻燃電纜機理的研究,此外還會對無鹵阻燃電纜的性能和結構做出重要分析。同時對其阻燃性進行評估,為無鹵阻燃電纜在各個行業中的應用范圍做出判斷。

無鹵阻燃電纜 性能 結構 阻燃性 評估

在我國,由于電纜出問題引發的火災事故不在少數,電纜的阻燃已經成為當前人們關注的重要問題之一,其阻燃材料的應用不僅關系著電纜的阻燃性還對環境和事故救援有著重要的影響。

1 無鹵阻燃電纜的在煤礦中的應用

在我國煤礦企業中,多用0.66～10kV的阻燃電纜,電纜的質量關系著生產人員的生命安全,在電纜的選取前要對電纜的結構、電氣、機械、阻燃等性能進行測試。無鹵電纜的使用可以減少鹵化物燃燒時給火災現場人員造成二次傷害。無鹵阻燃電纜和其它電纜相比較,它在保證一定安全時間后不能再次使用,其燃燒部分成為廢品。

2 無鹵阻燃電纜的阻燃機理分析

無鹵阻燃電纜常用阻燃材料為聚乙烯、聚烯烴、硅橡膠等材料組成,橡膠套多為熱固性較低的無鹵阻燃聚烯烴材料。此類材料為水合金屬氧化物作為阻燃填充劑。其阻燃機理為主要是水合金屬氧化物在熱環境下釋放結晶水(釋放結晶水時溫度要控制在聚合物成型和分解溫度之間),從而吸收熱量,達到阻燃效果,其反應式為:

當前常用的阻燃劑為Al(OH)3和Mg(OH)2,通常,在電纜的生產中為減少阻燃填充劑的用量,多和磷系阻燃劑合用,當其受熱后,會在電纜表面形成聚磷酸膜,促使了聚合物的炭化,達到阻燃目的。

3 無鹵阻燃電纜的性能分析

無鹵阻燃電纜和一般電纜比,有很多特性,其中主要有以下幾點:

3.1 無鹵性和發煙性

無鹵阻燃電纜在燃燒時不產生有害氣體,如HCl、Cl2、CoCl2、HBr,HF等,其透光率達到60%以上,較為環保。表1為各電纜在燃燒時發煙性性比較。

3.2 阻燃性

相關數據表示,電纜非金屬體積達到7L時,其燃燒長度不會超過2.5m。對其燃燒時的氧指數進行考核,阻燃材料的氧指數在26～30,護套的氧指數在30以上,嚴重時可達45以上,按照IEC60332-3標準可以將電纜阻燃分為A、B、C三個等級。電纜在燃燒(溫度達到850℃)時間大于90min以上依然可以保持通電,保證電力以及信號的準確傳輸。

3.3 機械性和電氣性

表1 各類型電纜發煙性對比表(LTE法)(表中電纜規格采用3×5.5mm2)

表2 常見阻燃材料的氧指數及溫度指數

無鹵阻燃電纜滿足一般電纜的機械性和電氣性,在加入填充劑后,無鹵阻燃電纜的機械性和電氣性能受到影響,隨著對無鹵阻燃電纜的深入研究,其電氣和物理等相關性能會趨近與一般電纜材料,在傳輸和阻燃方面更加穩定。

4 無鹵阻燃電纜的結構分析

無鹵阻燃電纜較之一般電纜,在結構上主要表現在無鹵和低煙兩個方面,無鹵即為電纜線在燃燒時,不會產生有毒害的腐蝕性煙霧和氣體,在含氟量、含酸量、PH值、和電導方面均符合國家相關標準,低煙是指電纜在燃燒時所產生的煙霧可視率高。無鹵低煙電纜在不同的場所應用時,其結構組成均不同,例如,在一般場所中采用的是無鹵聚烯烴類絕緣材料,可根據使用條件適當調整其阻燃保護套、吸煙無鹵阻燃襯層以及金屬鎧裝等組件。在特殊條件下,要采用無鹵阻燃聚烯烴絕緣材料或是硅橡膠絕緣材料等。可根據使用環境對其組件進行適當調整,此類阻燃電纜多用于煤礦井用。

5 無鹵阻燃電纜的阻燃性評價

在對無鹵阻燃電纜的評估中,主要是通過阻燃材料的氧指數和溫度指數來評定。氧指數是指在規定的條件下,阻燃材料在大氣中保持燃燒的最低用氧濃度。其計算式為

氧指數(OI)=｛[O2]/[O2]+[N2]｝×100%

式中[O2]和[N2]分表表示氧氣和氮氣的流量(L/min)。根據我國標準MT/T 386-2011《煤礦用電纜阻燃性能的試驗方法和判定規則》的相關要求,選取阻燃材料時多數選擇氧指數高、溫度指數高的材料,在氧指數的測試中,多數參考JISK 7201、ASTMD 2863等標準,溫度指數可以參照NES711和ISO 4589-3等規范。電纜的燃燒可以參照IP-CEAS-19-81、IEEE383等標準,常見的幾種材料的氧指數和溫度指數如(表2)。

此外,在對無鹵阻燃電纜的阻燃性評價時,還可以參照MT386-2011標準和MT818,對煤礦用阻燃電纜進行燃燒檢測試驗,通過對燃燒時間、電纜的炭化長度和規范對比來確定其阻燃性是否能達到煤礦用要求。

6 結語

隨著我國對阻燃電纜的研究越來越深入,對阻燃材料的選取和研究越來越嚴格,不同阻燃劑的應用,使阻燃電纜的成本越來越低,阻燃效果越來越高,在特殊場合的應用中更是保證了其安全性。在今后的發展中,可以加大新型材料的研究和應用,以及調整電纜的組成結構來提高電纜的阻燃性。

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