低烟无卤阻燃耐火高压电力电缆的研制.pdf
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1、第 4 0 卷 , 第 2 期 2 0 1 4年 4月 安 徽 化 工 ANHU I C HEMI C AL ! DUS T R Y V o 1 4 0 N o 2 AD r 2 0 l 4 低烟无卤阻燃耐火高压电力电缆的研制 居 盛文 ( 安徽江淮电缆集团有限公 司, 安徽 无为 2 3 8 3 7 1 ) 摘要: 根据高压电力电缆应具备低烟、 无卤、 阻燃 、 耐火等性能要求 , 介绍了低烟无卤阻燃耐火高压电力电缆的结构设计 、 材料选择及关 键生产工艺控制等主要内容。 关键词: 低烟; 无卤; 阻燃; 耐火; 高压电力电缆 d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0
2、0 8 - 5 5 3 X 2 0 1 4 0 2 0 1 4 中图分类号: T M2 4 6 9 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 8 5 5 3 X( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 3 6 0 4 低压耐火电力电缆的应用越来越广泛, 但通常由于 种种原 因, 造成 电缆运行时短路击穿而引起火灾 , 火势 沿电缆线路蔓延, 加大了火灾的危害性。且我国目 前大 多数低压耐火电力电缆绝缘和护套均采用阻燃聚氯乙 烯材料 , 其在造粒加工过程中, 必需加入铅盐等重金属 化合物作为稳定剂, 使用大量含氯、 溴等卤元素作为阻 燃剂。电缆在使用过程中万一发生火灾, 其燃烧时会产 生大量的烟雾
3、、 一氧化碳、 氯化氢等有毒气体, 严重影响 人员疏散并给火场抢 险救灾带来很大 困难 ,对人员生 命、 财产设备构成严重伤害, 且这些材料的大量使用, 在 周期报废后 , 仍然对环境造成严重污染。 另外 , 由于国民 经济建设的高速发展, 用电、 用能设施的大量使用, 导致 用电负荷成倍增加。如果按照惯例采用 1 K V及以下低 压耐火电缆进行配电, 其电缆用量及敷设安装工作量较 通常成数十倍增长, 电缆敷设空间也成几倍增大, 既耗 材又耗能 , 且建筑物中电缆敷设过多过密 , 也会带来火 灾隐患。 鉴于此, 用 6 - 3 5 K V高压耐火电力电缆作为线路供 电或作为应急输电线路被提出,
4、 同时要求高压耐火电力 电缆还应具有低烟无卤阻燃等特性。例如: 原煤炭部明 文规定在矿中必须使用阻燃耐火电缆; 地铁、 核电站、 化 工等特殊部门或场合要使用低烟无卤阻燃耐火电缆; 原 国家建设部也发布了 电力工程设计规范 , 其中明确规 定电缆多根密集敷设时应选用阻燃耐火电缆或低烟无 卤阻燃耐火电缆。 1电缆结构设计 1 1总体结构 电缆的总体结构设计主要考虑: 为了使电缆的耐压 等级达到 6 - 3 5 k V, 必须采用内屏蔽、 绝缘、 外屏蔽三层 一 体的结构和三层共挤技术; 电缆还应具有低烟、 低毒 、 无 卤、 阻燃等特性 ; 为了保证电缆在着火的情况下仍 能 持续供电, 电缆应具
5、有耐火、 防火特性。 针对以上几点考虑 ,公司研发人员经反复研究 、 试 验 ,最后确定研制低烟无 卤阻燃耐火高压 电力 电缆 , 通 过在经绞合成缆的高压交联线芯外设置绝热层 、 阻燃降 温隔氧层、 挡火层和外护套层的组合结构, 来实现电力 电缆的低烟无卤阻燃耐火耐电压特性。 陶瓷化硅橡胶的 内绝热层与结壳型聚烯烃的外隔氧层及挡火层构成的 组合耐火层, 有效地解决了高压耐火电缆在燃烧环境即 有氧 、 高温条件下对 电缆 内部保护不足 , 而导致 高压耐 火电力 电缆线芯短路的技术难题。 电缆结构层次为导体屏蔽、 交联聚乙烯绝缘和绝缘 屏蔽层三层共挤于导体上; 绝缘屏蔽层外重叠绕包一层 铜带屏
6、蔽层 ; 三根绝缘线芯绞合成缆, 缆芯间填充玻璃 纤维绳; 成缆外为绝热层, 由重叠绕包二层的陶瓷复合 带和挤包的陶瓷化硅橡胶耐火层构成 ; 绝热层外是阻燃 降温隔氧层 , 由挤包低烟无卤阻燃隔氧料构成; 阻燃降 温隔氧层外 的挡火层 由重叠绕包二层 的陶瓷复合带 和 间隙绕包二层的钢带铠装构成 ; 铠装外挤包低烟无 卤阻 燃聚烯烃护套料。 收稿 日期 : 2 0 1 3 1 2 2 0 作者简介: 居盛文( 1 9 7 8 一 ) , 男, 电线电缆检验技师, 质量工程师, 从事电线电缆的研发工作, 1 3 8 6 5 4 1 8 5 4 1 , j s w - j h 1 6 3 c o
7、m 。 居盛文: 低烟无卤阻燃耐火高压电力电缆的研制 3 7 1 。 2 导体结构 导体采用无氧铜丝紧压绞合而成 ,表面应光滑 、 无 毛刺 , 各绞层绞 向应相反 , 最外层绞线节距应不 大于绞 合外径 的 1 4倍 。 1 3 绝缘结构 绝缘结构采用中高压 电缆常用的内屏蔽 、绝缘 、 外 屏蔽三层共挤技术 ,其绝缘层厚度按 G B T 1 2 7 0 6 2 0 0 8 标准中相对应的电压等级要求确定。 1 4 屏蔽结构 屏蔽结构采用厚度为 0 1 0 0 1 5 mm软铜带 , 分相重 叠绕包在绝缘外半导电屏蔽层上 ,搭盖率应不小于 1 5 。 1 5 绝热层结构 绝热层选用性能优 良
8、的 陶瓷复合带 和陶瓷化硅橡 胶组合形式, 此种材料制成的耐火保护层在常温下具备 了硅橡胶弹性好的特性 , 且具有无毒 、 无味、 耐高低温、 耐臭氧老化 、 耐候老化及优 良的电绝缘性能 , 同时具备 良好的加工性能 , 在 一 4 0 C 一 2 0 0 C 左右能保持软 电缆状 态 , 在火焰侵袭 温度达 3 0 0 o C以上时 , 可 由原来 的柔软 状态变为硬性的海绵陶瓷体, 变硬后耐火保护层内部产 生空穴, 有利于保温, 这种海绵陶瓷体具有显著的耐火 和阻隔高温的作用 ,从而有效地保护电缆的 内部结构 , 使之不发生机械变化和电性能变化。 1 6 阻燃降温隔氧层结构 阻燃降温隔氧
9、层是以聚烯烃为基体捏合了大量的 氢氧化镁或氢氧化铝阻燃剂,其阻燃降温隔氧原理如 下 : 一是氢氧化物被燃烧时会吸收周围空气 中的大量热 量 ; 二是燃烧产生的水分子在蒸发过程 中也需要吸收大 量热量,吸收热量的过程中就可降低燃烧时的温度; 三 是经燃烧后产生 了不溶不熔 的金属氧化物硬壳 , 可有效 阻止氧气与有机物的接触 , 达到阻燃 隔氧的 目的。 1 7 挡火层结构 挡火层由陶瓷化复合带和金属钢带组合构成, 二层 陶瓷复合带重叠绕包外加二层金属钢带紧密绕包于阻 燃 降温隔氧层上 , 金属钢带可以挡住炙热的火焰进一步 损 害电缆 , 紧密重叠绕包 的陶瓷复合带可使 电缆内部结 构稳定。 1
10、 8 低烟无 卤阻燃护套层结构 外护套层为低烟无卤阻燃聚烯烃材料, 在阻燃聚烯 烃材料加人无卤阻燃剂金属水合物 M g ( O H ) : 和 A I ( O H) , , 此金属水合物具有填充、阻燃及发烟抑制三重功能 , 它 受热分解放 出结 晶水 , 可吸收大量 的热量 , 并 可以形成 一 个不熔不燃的硬壳 , 从而隔绝 可燃物和氧气的充分结 合 , 阻止火焰进一步燃烧 , 减弱燃烧时的传热 , 从 而起 到 阻燃作用。又因聚烯烃是无卤材料 , 燃烧时不产生明显 的烟雾和有害气体,且此种材料一般以无机阻燃剂为 主 , 并添加其它消烟剂如八钼酸铵 , 抑烟及协同阻燃效 果明显。 通过上述材
11、料组合 , 达到了低烟无卤阻燃的效果 。 2关键生产工艺的控制 2 1绝热层与阻燃降温隔氧层厚度设计工艺 高压耐火电力 电缆 的耐火特性 主要与各耐火层厚 度有着密切关系,但厚度太厚既会使产品的外径增大, 也会造成材料浪费 。 考虑到此产品属电力电缆产品范畴, 开始我们按电 力电缆产 品外护层标准 G B T 2 9 5 2 3 2 0 0 8进行设计 。因 绝 热 层 前 的成 缆 外 径 近 6 8 mm,按 标 准 G B T 2 9 5 2 3 - 2 0 0 8选取 内衬层厚度应是 2 0 m m,考虑到绝热层应 具有绝热耐火作用 , 设计绝热层厚度为 3 0 m m 。阻燃降 温
12、隔 氧 层 挤 出 前 直 径 近 7 5 mm,按 标 准 G B F F 2 9 5 2 3 - 2 0 0 8选取 内衬层厚度应是 2 3 m m,考虑到阻燃降温 隔氧层应具有隔氧降温作用,设计该层厚度为 3 5 ra m。 产品试制后便委托上海电缆研究所 国家 电线电缆质量 监督检验 中心检测 , 其它性能均合格 , 但耐火性能未通 过用户要求的火焰温度 7 5 0 8 0 0 , 单喷灯, 耐火 3 小 时的要求, 检测的实际耐火时间只有 2 小时。 我公司也用剩余的样品针对电缆的耐火特性进行 了试验: 第一根样品: 按 3 小时耐火试验, 结果到 1 6 5 分 钟是黄色线芯出现短
13、路击穿 , 经对电缆解剖后发现三根 绝缘线芯均熔化变形 ; 考虑到时间过长( 通常标准要求 最低 9 0 mi n ) ;第二根样品 :按 9 0 m i n耐火试验 ,结果 9 0 ra i n 耐火通过, 未出现击穿现象, 但对电缆解剖后发 现三根绝缘线芯还是出现了不同程度的熔化; 第三根样 品 : 考虑到第一根样 品 3小时内出现击穿 , 决定再按 3 小 时耐火试验一根样 品, 结果试样虽通过了 3小时耐火 试验 , 但对 电缆解剖后发现i根绝缘线芯也出现熔化变 形现象 。 针对上缆所检验结果 和我公司三次检验情况综合 分析原 因认 为 : 绝热层 和阻燃降温隔氧层的厚度设计不 合理
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