0.6/1kV耐火硅橡膠絕緣耐火電力電纜的研制

張仲韜， 吳衛(wèi)峰， 孫建衛(wèi)， 張 峰， 楊建偉， 金 毅

(江蘇亨通電力電纜有限公司，江蘇吳江215234)

0 引言

近幾年，大型公共娛樂場所、工廠、礦山、商廈火災(zāi)事故頻發(fā)，引發(fā)了人們對超高層、隧道、軌道交通、大型場館等重點(diǎn)公共場所安全的關(guān)注和憂慮。國家消防安全部門也建立了公共場所阻燃耐火標(biāo)識(shí)管理制度，提高了公共場所阻燃耐火建筑裝飾制品的準(zhǔn)入門坎，此舉既為耐火電纜市場提供了巨大的發(fā)展空間，也對耐火線纜產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)提出了更高要求。如何在火災(zāi)的情況下，在一定時(shí)間內(nèi)保障電力和通訊的暢通，最大限度地贏得寶貴的搶救時(shí)間，減少人員的傷亡和生命財(cái)產(chǎn)的損失，這是人們一直在不斷探索的課題。

目前，市面上使用的耐火電纜仍以傳統(tǒng)的兩層或多層云母帶重疊繞包工藝為主。耐火電纜的結(jié)構(gòu)與普通塑料電纜最主要的不同點(diǎn)就是在它的導(dǎo)體與絕緣層之間增加了耐火層，通常耐火層由云母帶繞包而成。具有這種結(jié)構(gòu)的耐火電纜一般均可以通過GB/T 19666—2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的耐火試驗(yàn)。

其次是礦物絕緣電纜。礦物絕緣電纜具有優(yōu)異的耐火性能，不僅能滿足GB/T 19666—2005標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)也能滿足英國BS 6387:2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的單純耐火、耐火附加噴淋、耐火附加機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)要求。由于氧化鎂礦物絕緣電纜需要專門的生產(chǎn)加工設(shè)備，設(shè)備非常昂貴，資金投入較大;另外，氧化鎂礦物絕緣電纜的外護(hù)層是全銅的，造價(jià)較高，在實(shí)際應(yīng)用方面受到一定程度的限制，再加上銅護(hù)套氧化鎂礦物絕緣電纜在生產(chǎn)加工、運(yùn)輸、敷設(shè)安裝和使用等過程中的特殊要求，如生產(chǎn)加工不像高分子材料那樣便捷，敷設(shè)安裝難度大等原因，很難大規(guī)模地普及使用，特別難以在民用建筑上推廣。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

參照GB/T 12706.1—2008標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)0.6/1kV耐火硅橡膠絕緣耐火電力電纜。選用符合GB/T 3956—2008的第1種、第2種或第5種鍍金屬或不鍍金屬層的退火銅導(dǎo)體;絕緣材料為陶瓷化高分子復(fù)合耐火硅橡膠，絕緣厚度與0.6/1kV聚氯乙烯絕緣厚度相同，耐火硅橡膠具有良好的電性能和一定的物理機(jī)械性能;填充材料為玻璃絲繩、玻璃絲纖維帶，具有耐高溫和高阻燃性能;內(nèi)襯層為低煙無鹵隔氧層料，氧指數(shù)不小于45，具有很好的結(jié)殼性能，在高溫和火焰燒蝕下，可結(jié)成堅(jiān)硬的外殼，包覆在纜芯外，內(nèi)襯層厚度應(yīng)符合GB/T 12706.1—2008規(guī)定;鎧裝(若有)材料為鍍鋅鋼帶，雙層間隙繞包;外護(hù)套為低煙無鹵阻燃護(hù)套料，具有低煙無鹵阻燃性能，護(hù)套厚度應(yīng)符合GB/T 12706.1—2008規(guī)定。

1.2 電纜加工工藝流程

電纜加工工藝流程見圖1。

圖1 電纜加工工藝流程圖

2 耐火材料及耐火機(jī)理

2.1 絕緣材料

絕緣選用具有優(yōu)異耐火性能的陶瓷化高分子復(fù)合耐火硅橡膠。它以硅橡膠為基料及載體，加入無機(jī)硅粉狀填充劑、結(jié)構(gòu)控制劑，以及其它助劑，在常溫下無毒、無味，具有耐高低溫、耐臭氧老化、耐氣候老化及優(yōu)良的電絕緣性能，也具備了普通硅橡膠的良好的加工性能。

正如文獻(xiàn)［1］所述，耐火硅橡膠在火焰的燒蝕下，首先由配方中的結(jié)構(gòu)控制劑作用，溢出有機(jī)物質(zhì)，燃燒2～4 min后開始燒結(jié)，生成陶瓷狀殼體的絕緣層。這種陶瓷狀殼體的隔絕層可以非常有效地阻擋火焰的繼續(xù)燃燒。在接下來的燒蝕過程中(陶瓷狀殼體在700～900℃高溫火焰煅燒催化下)，陶瓷狀殼體生成SiO2陶瓷，即為經(jīng)得起700～1300℃高溫火焰燒蝕的絕緣體。陶瓷狀殼體堅(jiān)硬，具有一定的絕緣性能及機(jī)械性能，能夠抵御火災(zāi)現(xiàn)場水澆和間接的機(jī)械振動(dòng)。

耐火硅橡膠就是利用其有機(jī)硅鏈組合氧化硅家族，在火焰溫度500℃即開始發(fā)生催化燃燒結(jié)殼，“瓷化”成比熱容很小的降溫?fù)趸鸸腆w，這個(gè)固體可以滿足耐火要求。

2.2 隔熱內(nèi)襯層(低煙無鹵隔氧層)

內(nèi)襯層材料應(yīng)有隔熱、降溫，受熱分解后結(jié)殼的效果，材料中應(yīng)填充大量的水合氧化物。在受熱時(shí)水分子蒸發(fā)，可以吸收大量的熱量，降低電纜的溫度;形成的水蒸氣可以沖淡電纜周圍氧氣的濃度;燃燒的金屬氧化物產(chǎn)物形成硬殼，包覆在纜芯外，阻止火焰和熱量向電纜內(nèi)部蔓延和傳遞。

包覆在纜芯外的低煙無鹵隔氧層燃燒后產(chǎn)生的硬殼，可以有效地抵御火災(zāi)現(xiàn)場水澆，在一定時(shí)間內(nèi)阻止水向絕緣層滲透。同時(shí)，在電纜受到機(jī)械振動(dòng)時(shí)，硬殼可起到保護(hù)絕緣層的作用，避免絕緣層受機(jī)械振動(dòng)而破壞。耐火硅橡膠燃燒后產(chǎn)生的堅(jiān)硬陶瓷狀殼體，直接包覆在導(dǎo)體上，也可抵御火災(zāi)現(xiàn)場水澆和機(jī)械振動(dòng)。在耐火硅橡膠絕緣層與低煙無鹵隔氧層的雙重作用下，耐火硅橡膠絕緣耐火電力電纜可以通過BS 6387:2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的耐火附加噴淋試驗(yàn)和耐火附加機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)。

3 三種耐火電纜的性能對比

0.6/1kV耐火硅橡膠絕緣耐火電力電纜與云母帶繞包的耐火電纜相比耐火性能更佳，在加工工藝、敷設(shè)安裝、價(jià)格上比礦物絕緣電纜更有優(yōu)勢。三者的性能對比見表1。

表1 三種耐火電纜的性能對比

4 結(jié)束語

與常規(guī)云母帶繞包的耐火電纜相比，0.6/1kV耐火硅橡膠絕緣耐火電力電纜可以通過BS 6387:2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的單純耐火、耐火附加噴淋、耐火附加機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)。與氧化鎂礦物絕緣電纜相比，加工工藝簡單、敷設(shè)安裝方便、價(jià)格較低，具有良好的市場前景。

［1］彭小第，夏亞芳，劉 軍.一種新型陶瓷化高分子復(fù)合耐火硅橡膠耐火電纜的研制［J］.電線電纜，2007(4):28-29.