無鹵低煙高阻燃中壓耐火電纜結構設計與關鍵工藝控制

武志強

摘要：對中壓阻燃電纜的結構設計進行優(yōu)化，通過合理選擇內阻燃層、降溫隔氧層、阻燃層、鎧裝層和外護套，提出耐火型無鹵低煙阻燃電纜更合理的解決方案。結果表明，該電纜具有高耐火、耐噴淋、高阻燃、無鹵、低煙、無毒等特點。

關鍵詞：無鹵低煙高阻燃;中壓耐火電纜;結構設計

引言

目前，無鹵低煙耐火電纜的生產工藝復雜，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。本文通過對耐火層材料的合理選擇，優(yōu)化電纜結構設計，為無鹵低煙耐火電纜的設計和生產提供一定的參考。

1電纜結構

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

2電纜材料選取

2.1絕緣線芯

導體選用符合GB /T 3956 的2類銅芯圓形導體，并經正規(guī)絞合后緊壓。圓形緊壓導體具有結構穩(wěn)定可靠、抗拉強度高、不易松動、圓整度好等優(yōu)點。線芯經緊壓之后，單線變形，減小了單線之間的間隙和導線外徑，進一步提高了導線表面的圓整度，使其表面電場更均勻，提高了電纜絕緣的電氣特性，并節(jié)約絕緣、填充、耐火材料和保護層材料用量，降低了生產成本。

2.2纜芯填充

絕緣導線芯內填充無堿玻璃纖維，無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，電纜正常運行時產生的熱量可以通過玻璃纖維之間的間隙通道消散，發(fā)生火災時從外界傳遞的熱量也可以通過這些通道傳遞出去。

2.3內阻燃層

阻燃層采用玻璃纖維，玻璃纖維環(huán)保、無毒，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絡結構，可以提高電纜的韌性和抗拉強度，所以電纜具有更高的耐沖擊強度。

2.4高氧指數隔氧層

高氧指數隔氧層一般使用2-4mm厚度的陶瓷化硅橡膠復合帶。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械性能、電氣性能和彈性等;在發(fā)生火災的情況下，它會被燒成堅硬的無機支撐殼，形成堅硬的保護層，該保護層為疏松多孔結殼物，能有效防止傳熱，起到保溫隔熱和防火的作用，對導線芯子有很好的保護作用。

2.5陶瓷化耐火聚烯烴隔氧層

耐火層一般使用3.8-6.5mm厚度的陶瓷化無鹵低煙聚烯烴阻燃耐火隔氧料。該隔氧層在火災情況下，形成堅硬的外殼，截面斷面會生成致密均勻的微孔陶瓷，結殼速度快，外殼堅硬致密，能起到很好的氧屏蔽、隔熱、防火效果。在350-1600℃有焰、無焰情況下，殼體不熔融、不滴落、不脫落，不會造成二次火災，燒蝕后的鎧體彎曲斷裂強度可達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構強度。

2.7外護套

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

3關鍵工藝控制

3.1單線絞合

為了確保絞線外形圓整和穩(wěn)定的結構，相鄰絞層絞向相反，外層節(jié)徑比不大于相鄰內層，導體的表面應光滑，無油和灰塵，沒有毛刺、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。緊壓后充填系數在0.87至0.90之間。

3.2三層共擠

內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、無明顯絞線凸紋，無尖角、顆粒、燒焦、擦傷痕跡。絕緣層要求無氣泡、雜質等。絕緣標稱厚度應符合GB/T12706.2-2008規(guī)定，最薄點不小于標稱值的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合帶具有強度低，容易損傷，不易纏繞的特點。經過多次測試，通過調整繞包角度、繞包張力等參數，以及對繞包設備的調整，避免了繞包斷帶、繞包漏包的現象，滿足了工藝要求，提高了成品質量。

3.4耐火層與外護套擠出

耐火層和外護套采用熱塑性陶瓷無鹵低煙聚烯烴材料。由于填充劑用量大，在擠出時物理性能差，粘度高，流動性差，因此生產時應選用低壓縮比螺桿生產;擠出前對電纜料進行烘干、預熱;擠出過程中要求各區(qū)溫度穩(wěn)定，最高溫度不超過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，以減小擠塑過程中產生的內應力，防止護套開裂。

4阻燃耐火性能檢測

4.1阻燃性能檢測

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第33部分：垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗》方法進行試驗，性能滿足GB/T19666-2005《阻燃和耐火電線電纜通則》A級阻燃要求。

4.2低煙指標檢測

電纜的低煙指標按照GB/T 17651.2―1998《電纜或光纜在特定條件下燃燒的煙密度測定第2部分：試驗步驟和要求》進行，燃燒時透光率達到81%，超過國家標準透光率不低于60%的要求。

4.3無鹵指標檢測

電纜的無鹵指標按照GB/T 17650.2―1998《取自電纜或光纜的材料燃燒時釋出氣體的試驗方法第2部分：用測量pH值和電導率來測定氣體的酸度》進行，測得燃燒分解物溶解后的pH值小于4.3，電導率低于10μS/mm，符合國家標準要求。

結語

該結構的無鹵低煙阻燃耐火電纜生產工藝簡單，生產效率高，經濟環(huán)保，防火性能好，在高溫下耐火時間長，抗震性能強，能確保在火災時的完整性和暢通，安全人員在火災發(fā)生時有更多的時間來逃生，也為其他耐火電纜結構設計提供了一定的參考。

參考文獻：

[1] GB/T 12706.3 ― 2008， 額 定 電 壓 1kV（Um=1.2kV） 到 35kV（Um=40.5kV）擠包絕緣電力電纜及附件第3 部 分 ;35kV（Um=40.5kV）電纜[S].

[2]王衛(wèi)東.電纜工藝技術原理及應用[M].北京;機械工業(yè)出版社， 2011.

河南工學院電纜工程學院 河南 新鄉(xiāng) 453003