新型礦物質防火電纜特性及安全管理措施分析

■ 方國華 新疆胡楊線纜制造有限公司

近年來，隨著科學技術的不斷發展，電力在各領域中的應用愈加廣泛。但由電線電纜造成的電氣重大火災比例也在不斷升高，不僅造成社會區域重大經濟損失，而且威脅著居民的健康與安全[1]。目前，在傳統的電線電纜市場中，消防電線電纜保護多采用聚氯乙烯、聚烯烴、橡膠等材料，當發生電氣火災時，電線電纜熱量高、燃燒快且燃燒后會產生大量濃煙和有毒害氣體，不僅威脅著居民的安全，還會威脅消防救援人員和環境的安全[2]。與傳統柔性電線電纜相比，本文研究的新型礦物質絕緣防火電纜在設計材料上采用云母帶、線芯[3]、陶土、石棉等材料，可以提升耐高溫（1000℃以上）、高腐蝕、耐燃燒、無煙氣、無毒害等領域屬性，當出現電氣火情時，可以減少安全隱患，保障居民的生命財產安全[4]。同時，新型防火電線電纜采用銅、鋁管縱包氬弧連續焊接軋紋技術，可以增強該產品的火焰擊穿性、水噴淋性、高危環境中承受壓力性，該電纜還具備災情過后無需更換的特征，不僅可以提高區域內消防安全質量等級，還能有效減少區域內用電領域（建筑、市政、礦業、鐵路、航空等方面）[5-6]的經濟損失。

本研究通過分析新型礦物質防火電線電纜設計原理、生產工藝等，闡述防火電線電纜功能及結構安全，并通過不同電纜類型比對分析，探索新型礦物質防火電線電纜的安全特性和產品創新性，通過研究該產品的特點，分析不同行業領域中新型礦物質防火電線電纜的安全應用和管理措施，旨在為電力行業安全提供科學的指導技術。

一、新型礦物質防火電纜設計及檢驗準則分析

（一）設計原理分析

為保證新型礦物質防火電纜具備耐高溫、耐燃燒、無毒害煙氣等性能特征，在設計分析過程中，電纜總體采用導體、絕緣層、隔離層和外保護層等，其中絕緣層采用新型礦物質防火型材料，電纜導體通過云母層、絕緣層等材質包裹，同時通過銅、鋁管縱包氬弧連續焊接軋紋技術進行縱包。同時，在高溫礦物質繞包帶內包覆多個導體，復合帶層處包覆陶瓷硅橡膠，在產生電氣火災時，繞包帶和復合帶具備耐高溫、不延燃等特質[7]，有效減少了電氣火情安全隱患，保障了電力系統數據、電力傳輸和用戶用電安全的科學、平穩運行，對社會經濟安全、居民健康安全和社會建筑安全保護具有關鍵作用。

（二）生產工藝分析

在新型礦物質防火電纜原理基礎上，進一步分析礦物質防火電纜生產工藝，以解釋不同設計流程中材料特征、設備特征等。圖1 表明防火電纜材料類型依次為銅/ 鋁導體、云母、絕緣、填充、鎧裝、護套，而生產設備及生產流程通過拉絲機、框絞機、繞包機、成纜機、鎧裝機、擠出機等進行線纜各層級生產。相比而言，不同生產工藝防火電纜功效不但具有同質性，還存在異質性，例如在防火電纜生產中，包括外包層、多層級防火電纜導體以及外包層和多層防火電纜導體間的內腔填充，在外包層中包括外護套層和導體芯等，其中在生產過程中，金屬外護套層的防火安全極為關鍵，其主要在內部設置耐火層、導體傳輸芯上安裝新型礦物質絕緣材料防火層，同時在礦物絕緣層基礎上，設置金屬套和隔離套，形成一體四位的安全保護措施，使新型礦物質防火電纜不但具有耐高溫、無公害的特性，又能將不同層級同質性特征和異質性優勢相結合，例如礦物填充層設置在電纜導體外側壁圍成的內腔中，無機纖維填充層設置在電纜絕緣線芯外側壁，通過成纜機和擠泥機在線芯外側包覆上防火護層，進而形成具有設計合理、成本低廉、安全可靠、結構緊湊等優質特征工藝的新型礦物質防火電線電纜。

圖1 防火電纜工藝流程示意圖

（三）新型礦物質防火電纜安全運行檢驗準則分析

檢驗新型防火電纜在設備質量安全、運行安全和系統完整性安全對社會電力行業安全保障和經濟、健康保障極為關鍵。本文通過系統和科學分析后，采用防火電纜國內外主流檢驗標準GB/T 19216-2003《在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗》、BS 6387《在火焰條件下電纜保持線路完整性的耐火試驗方法》等，檢驗在科學合理地規定火源等級、燃燒時間、耐高溫指標等級下新型礦物質防火電纜運行安全等級，進而掌握新型礦物質防火電纜的安全特性，制定相應的安全管理措施。

二、新型礦物質防火電纜設計結構及性能特征分析

（一）產品結構及性能對比

新型礦物質防火電纜不同組成單元的基礎參數對該材料在電力行業安全、經濟的前景應用極為關鍵，在此基礎上，本文通過對比傳統電纜與新型礦物質電纜結構、材料特征相同點與區別，探索新型礦物質防火電纜結構的安全性能特征。其中，傳統電纜結構和材料特征具體表現為：（1）絕緣用聚乙烯或聚氯乙烯材料，絕緣性能好，但耐高溫性能差；（2）填充材料以聚丙烯為主，但密度低、不吸水、耐高溫性能差；（3）鎧裝層鋼帶可以抵御外部的磕碰。與傳統電纜相比，本文研究的新型礦物質防火電纜的特征有：（1）絕緣層采用礦物質材料云母帶和硅膠帶，絕緣性能好、耐高溫性能好、不燃燒；（2）采用氧化鎂材料進行填充，防火電纜耐高溫性能好、不燃燒，同時在高溫作用下形成陶瓷化材料，黏結到云母帶上具備較硬的防護絕緣層；（3）鎧裝層選取銅或鋁帶焊接壓皺的金屬套，不僅可以預防外部的磕碰，還可以在燃燒時隔絕外部空氣，實現阻燃的效果。經防火電纜各結構特征和材料綜合模擬分析后，各指標參數符合GB/T 19216-2003《在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗》的規定范圍，因此新型礦物質防火電纜具有耐高溫、耐燃燒的性能，電纜電力數據安全運行，能應用在不同領域中，且有效減少火情安全隱患。

（二）新型礦物質防火電纜材料性能分析

1. 云母帶材料性能分析

在新型礦物質防火電纜設計構造中，導體性能和絕緣材料云母帶性能安全是保證防火材料耐高溫、耐燃燒的關鍵因素，其中導體性能優質有助于提升導電性能，相比之下，云母帶品質性能是絕緣抗燃燒和穩定供電的基礎。由于制成的新型礦物質防火電纜需在950℃中保持15min 不被擊穿，不受噴淋和振動等影響因素發生擊穿，因此，選取的云母帶介電強度、絕緣電阻等指標要符合BS 6387 耐火噴水和耐火振動試驗驗證范疇，通過表1 可知，云母帶四項基本指標（公頻介電強度、體積電阻率、耐電壓、絕緣電阻）實際測量結果均滿足耐高溫、耐燃燒等試驗測試要求，通過云母帶絕緣材料外包層設計，能在一定程度上促使電力行業電線電纜設備安全運行。

表1 云母帶性能分析

2. 運行溫度變化特征分析

為了進一步分析新型礦物質防火電纜的安全性能，選取耐防火電纜高溫指標的運行溫度變化趨勢特征分別分析傳統柔性防火電纜、效果優質的剛性防火電纜和新型礦物質防火電纜，結果如表2 所示。在相同的長期工作溫度環境中，普通電力電纜承載力最低，為90℃，剛性防火電纜和新型礦物質防火電纜均為250℃，在閾值溫度變化過程中，新型礦物質防火電纜運行時間為15min，溫度為950 ℃，相比之下，新型礦物質防火電纜在耐溫性、耐壓性特征上均滿足GB/T 19216 -2003《在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗》、BS 6387《在火焰條件下電纜保持線路完整性的耐火試驗方法》的要求，而普通電線電纜不能滿足要求，剛性防火電纜也未滿足BS 6387《在火焰條件下電纜保持線路完整性的耐火試驗方法》最高溫耐火閾值變化條件和噴淋振動規范，表明普通電線、剛性防火電纜要在進入市場前進行耐高溫、潮濕環境等指標調整，而新型礦物質防火電纜更適應市場需求，也滿足安全生產基本準則。

表2 電纜導體運行溫度變化特征

三、新型礦物質防火電纜管理措施及前景分析

（一）電力行業安全管理措施分析

由于電力行業安全關乎醫療、教育、工業、交通業等眾多領域，其安全管理措施的合理制定極為關鍵。新型礦物質防火電纜在材料管理方面，采用耐高溫、絕緣、絕熱的云母材質組建防火絕緣層，在安全管理中測定多參數指標，滿足國標要求后方可應用；新型礦物質電纜的絕緣采用無機物材質，不會引起火災，更不會產生毒性氣體，即使有外在火焰的燃燒，電纜仍可正常工作，既保障了消防電路使用安全，又提高了防火電纜材料管理、標準測試分析等性能。

（二）市場管理應用前景分析

當前，國內西部地區（新疆等地）電力行業內缺乏防火電纜產業鏈，構建的電線電纜安全消防系數較低，而新型礦物質防火電纜具備廣闊的市場前景。同時，該項目符合國家發展改革委發布的《戰略新興產業重點產品和服務指導目錄》中第二大類的智能制造裝備產業政策，該防火電纜項目的構建，可以調整和優化電纜行業結構，提高當地工業制造產品的市場競爭力和應變能力，同該防火電纜產品具有技術可行性和經濟可行性，能逐步取代傳統的電纜，有序推動西部地區電力制造發展、社會安全和經濟發展。

四、結語

綜上所述，本文對設計研究的新型礦質防火電纜自身特征及市場安全應用措施進行了原理探析、云母帶材料、耐高溫、耐燃燒等特性進行比對分析，依據試驗安全性能特征結果，得到相關結論：（1）該電纜具有耐高溫、耐腐蝕、抗老化、防水、防爆、無煙無毒等特點，本身不會燃燒或助燃，達到了GB/T 19216 -2003、BS 6387的標準，保障了公眾和財產安全；（2）新型礦物質防火電纜引入了防火材料云母和硅膠高溫陶化材料等，完成了生產中主要設備和配套設施智能化生產線建設及優化調試，同時實現產業化生產和安全可靠運行，推進了社會經濟與安全和諧發展。