無(wú)鹵低煙高阻燃中壓耐火電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵工藝控制

武志強(qiáng)

摘要：對(duì)中壓阻燃電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)合理選擇內(nèi)阻燃層、降溫隔氧層、阻燃層、鎧裝層和外護(hù)套，提出耐火型無(wú)鹵低煙阻燃電纜更合理的解決方案。結(jié)果表明，該電纜具有高耐火、耐噴淋、高阻燃、無(wú)鹵、低煙、無(wú)毒等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)鹵低煙高阻燃;中壓耐火電纜;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引言

目前，無(wú)鹵低煙耐火電纜的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，柔軟性差，耐火性能差，耐火材料層形成的高溫陶瓷材料很差，和水很容易粉化。本文通過(guò)對(duì)耐火層材料的合理選擇，優(yōu)化電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為無(wú)鹵低煙耐火電纜的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供一定的參考。

1電纜結(jié)構(gòu)

電纜元件包括絕緣線芯以及從內(nèi)至外依次包裹在絕緣線芯外側(cè)面的內(nèi)阻燃層、高氧指數(shù)隔氧層、陶瓷化耐火聚烯烴隔氧層、玻璃纖維包帶層、鋼帶鎧裝層及外護(hù)套，內(nèi)阻燃層與絕緣線芯之間空隙處填充有無(wú)堿玻璃纖維。絕緣線芯由內(nèi)至外依次為導(dǎo)電線芯、導(dǎo)體屏蔽層、交聯(lián)聚乙烯絕緣層、絕緣屏蔽層及銅帶屏蔽層。

2電纜材料選取

2.1絕緣線芯

導(dǎo)體選用符合GB /T 3956 的2類(lèi)銅芯圓形導(dǎo)體，并經(jīng)正規(guī)絞合后緊壓。圓形緊壓導(dǎo)體具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、抗拉強(qiáng)度高、不易松動(dòng)、圓整度好等優(yōu)點(diǎn)。線芯經(jīng)緊壓之后，單線變形，減小了單線之間的間隙和導(dǎo)線外徑，進(jìn)一步提高了導(dǎo)線表面的圓整度，使其表面電場(chǎng)更均勻，提高了電纜絕緣的電氣特性，并節(jié)約絕緣、填充、耐火材料和保護(hù)層材料用量，降低了生產(chǎn)成本。

2.2纜芯填充

絕緣導(dǎo)線芯內(nèi)填充無(wú)堿玻璃纖維，無(wú)堿玻璃纖維的成分為SiO2。填充成纜后，每根玻璃纖維之間都有間隙通道，可以起到很好的散熱作用，電纜正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量可以通過(guò)玻璃纖維之間的間隙通道消散，發(fā)生火災(zāi)時(shí)從外界傳遞的熱量也可以通過(guò)這些通道傳遞出去。

2.3內(nèi)阻燃層

阻燃層采用玻璃纖維，玻璃纖維環(huán)保、無(wú)毒，具有良好的耐高溫和耐火性能，阻燃效果好，并且可以形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以提高電纜的韌性和抗拉強(qiáng)度，所以電纜具有更高的耐沖擊強(qiáng)度。

2.4高氧指數(shù)隔氧層

高氧指數(shù)隔氧層一般使用2-4mm厚度的陶瓷化硅橡膠復(fù)合帶。陶瓷化硅橡膠層本身具有優(yōu)異的電氣絕緣性能，常溫下正常使用，具有普通硅橡膠的機(jī)械性能、電氣性能和彈性等;在發(fā)生火災(zāi)的情況下，它會(huì)被燒成堅(jiān)硬的無(wú)機(jī)支撐殼，形成堅(jiān)硬的保護(hù)層，該保護(hù)層為疏松多孔結(jié)殼物，能有效防止傳熱，起到保溫隔熱和防火的作用，對(duì)導(dǎo)線芯子有很好的保護(hù)作用。

2.5陶瓷化耐火聚烯烴隔氧層

耐火層一般使用3.8-6.5mm厚度的陶瓷化無(wú)鹵低煙聚烯烴阻燃耐火隔氧料。該隔氧層在火災(zāi)情況下，形成堅(jiān)硬的外殼，截面斷面會(huì)生成致密均勻的微孔陶瓷，結(jié)殼速度快，外殼堅(jiān)硬致密，能起到很好的氧屏蔽、隔熱、防火效果。在350-1600℃有焰、無(wú)焰情況下，殼體不熔融、不滴落、不脫落，不會(huì)造成二次火災(zāi)，燒蝕后的鎧體彎曲斷裂強(qiáng)度可達(dá)5MPa左右，耐噴淋。燃燒后排出的煙霧量少，煙霧毒性較小，與普通電纜相比，大大減少了對(duì)人體的二次傷害。

2.6鎧裝層

鎧裝層采用雙鋼帶間隙繞包，能明顯阻擋和切斷火焰，有效防止火焰直接接觸絕緣層，有助于提高電纜的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2.7外護(hù)套

外護(hù)套使用陶瓷化無(wú)鹵低煙阻燃聚烯烴防火護(hù)套材料，堅(jiān)硬的殼體斷面消融后將產(chǎn)生均勻的微孔陶瓷，陶瓷化鎧體的介電強(qiáng)度大于40kv/㎜以上，體積電阻率大于2×1018Ω·㎝以上，可以做護(hù)套層，可以做防火耐火層。

3關(guān)鍵工藝控制

3.1單線絞合

為了確保絞線外形圓整和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，相鄰絞層絞向相反，外層節(jié)徑比不大于相鄰內(nèi)層，導(dǎo)體的表面應(yīng)光滑，無(wú)油和灰塵，沒(méi)有毛刺、劃痕、跳線、邊翅和其他缺陷破壞絕緣層，為了防止在該處游離放電。緊壓后充填系數(shù)在0.87至0.90之間。

3.2三層共擠

內(nèi)外屏蔽采用擠壓式模具，要求厚度均勻，擠包緊密，表面圓整、光滑、無(wú)明顯絞線凸紋，無(wú)尖角、顆粒、燒焦、擦傷痕跡。絕緣層要求無(wú)氣泡、雜質(zhì)等。絕緣標(biāo)稱(chēng)厚度應(yīng)符合GB/T12706.2-2008規(guī)定，最薄點(diǎn)不小于標(biāo)稱(chēng)值的90%-0.1mm，絕緣偏心度不大于15%。

3.3耐火隔氧層繞包

耐火隔氧層采用的陶瓷化硅橡膠耐火復(fù)合帶具有強(qiáng)度低，容易損傷，不易纏繞的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，通過(guò)調(diào)整繞包角度、繞包張力等參數(shù)，以及對(duì)繞包設(shè)備的調(diào)整，避免了繞包斷帶、繞包漏包的現(xiàn)象，滿足了工藝要求，提高了成品質(zhì)量。

3.4耐火層與外護(hù)套擠出

耐火層和外護(hù)套采用熱塑性陶瓷無(wú)鹵低煙聚烯烴材料。由于填充劑用量大，在擠出時(shí)物理性能差，粘度高，流動(dòng)性差，因此生產(chǎn)時(shí)應(yīng)選用低壓縮比螺桿生產(chǎn);擠出前對(duì)電纜料進(jìn)行烘干、預(yù)熱;擠出過(guò)程中要求各區(qū)溫度穩(wěn)定，最高溫度不超過(guò)165℃;擠出后定型區(qū)采用梯度冷卻，溫水冷卻水槽溫度在55℃左右，冷水冷卻水槽溫度在20℃左右，以減小擠塑過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止護(hù)套開(kāi)裂。

4阻燃耐火性能檢測(cè)

4.1阻燃性能檢測(cè)

阻燃性能按照 GB/T 18380.33―2008《電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn)第33部分：垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗(yàn)》方法進(jìn)行試驗(yàn)，性能滿足GB/T19666-2005《阻燃和耐火電線電纜通則》A級(jí)阻燃要求。

4.2低煙指標(biāo)檢測(cè)

電纜的低煙指標(biāo)按照GB/T 17651.2―1998《電纜或光纜在特定條件下燃燒的煙密度測(cè)定第2部分：試驗(yàn)步驟和要求》進(jìn)行，燃燒時(shí)透光率達(dá)到81%，超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)透光率不低于60%的要求。

4.3無(wú)鹵指標(biāo)檢測(cè)

電纜的無(wú)鹵指標(biāo)按照GB/T 17650.2―1998《取自電纜或光纜的材料燃燒時(shí)釋出氣體的試驗(yàn)方法第2部分：用測(cè)量pH值和電導(dǎo)率來(lái)測(cè)定氣體的酸度》進(jìn)行，測(cè)得燃燒分解物溶解后的pH值小于4.3，電導(dǎo)率低于10μS/mm，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

結(jié)語(yǔ)

該結(jié)構(gòu)的無(wú)鹵低煙阻燃耐火電纜生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，防火性能好，在高溫下耐火時(shí)間長(zhǎng)，抗震性能強(qiáng)，能確保在火災(zāi)時(shí)的完整性和暢通，安全人員在火災(zāi)發(fā)生時(shí)有更多的時(shí)間來(lái)逃生，也為其他耐火電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

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河南工學(xué)院電纜工程學(xué)院 河南 新鄉(xiāng) 453003