中高压耐火电力电缆的研制.pdf

2 0 0 8 年第 6期 No． 6 20 08 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e＆ Ca b l e 2 0 0 8年 1 2月 De c．， 2 0 08 中高压耐火电力电缆的研制 柳尧裕 ， 余虎 ( 无锡市 沪安电线电缆有 限公 司 ， 江苏 宜兴 2 1 4 2 5 1 ) 摘要 ： 介 绍 了交联 聚 乙烯绝缘 中高压耐 火电力电缆的设计 原理 、 结构设计和制造工 艺要点及检测方法。 关键词 ： 中高压耐火 电力 电缆 ； 设计 ；制造 中图分类号 ： T M 2 4 6 ． 9 文献标识 码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2 — 6 9 0 1 ( 2 0 0 8 ) 0 6 -00 2 1 0 2 De v e l o p m e nt o f M V／ HV Fi r e - Re s i s t i n g Powe r Ca bl e s LI U Ya o - y u，e t a l ( Wu x i s h i — Hu ’ An Wi r e a n d C a b l e C o ．，L t d ． ，Yi x i n g 2 1 4 2 5 1 ，Ch i n a ) Abs t r ac t ：Th i s pa p e r p r e s e n t s t h e de s i g n pr i n c i p l e，c o ns t r u c t i o na l d e s i g n，ma nu f a c t u r i n g pr o ce s s a n d t e s t me t h o d s o f MV／HV fir e — r es i s t i ng p o we r c a b l e s ． Ke y wo r ds：MV／HV f i r e - r e s i s t i n g po we r c a b l e s；de s i g n；man u f a c t u r e O 引 言 随着我国社会经济建设步伐 的加快 ， 耐火电力 电缆( 以下简称耐火 电缆 ) 被广泛应用在高层建筑、 地铁 、 发 电厂 、 核 电站、 隧道等重要场所。由于 中高 压电力电缆结构的特殊性 ， 目前的耐火 电缆 电压等 级都在 1 k V及以下 ， 而一些需要中高压输配电的场 合因为没有中高压耐火电缆 ， 其安全性能得不到保 障 。为满 足市 场需 求 ， 无 锡 市 沪 安 电线 电缆 有 限公 司开 发 出 了中高压 耐 火 电力 电缆 ， 解 决 了 中高 压耐 火电缆 电气性能与耐火特性之 间的矛盾 ， 该电缆不 但具有优 良的电气性能 ， 而且具有 良好的耐火特性。 1 耐火 电缆的设计原理 1 ． 1耐火 电缆 的定 义 所谓耐火电缆是指在规定的火源和时间下燃烧 时具有能持续地在指定状态下运行能力的电缆 。 1 ． 2普通 耐火 电缆 的耐 火原理 耐火电力电缆的电压等级一般在 1 k V及以下 ， 其形式主要有两种。第一种是采用导体上绕包耐火 云母带 ， 云母带一般 由云母纸 、 无碱玻璃纤维布和硅 酸盐类粘合剂制造而成， 遇火后生成不溶不熔的坚 硬壳体 ， 从而达到耐火的目的； 第二种是采用铜芯铜 护套氧化镁绝缘 电缆 ， 该 电缆采用矿物氧化镁做绝 收稿 日期 ： 2 0 0 8 - 0 8 0 8 作者简介 ： 柳尧裕 ( 1 9 6 3一) ， 男 ， 高级工程师 ． 作者地址 ： 江苏省宜兴市官林镇东虹路 6号 [ 2 1 4 2 5 1 ] 缘 ， 在着火时， 氧化镁绝缘不会被烧毁。这两种耐火 电缆的显著特点是在导体的外面包覆一层无机的耐 火层来达到耐火的 目的。而中高压电缆由于其性能 要求的特殊性 ， 无法采用上述 的结构和方法实现耐 火 目的 。 1 ． 3 中高压耐火电缆的耐火设计原理 ( 1 )电缆的结构 中高压交联聚乙烯绝缘耐火 电力电缆的结构是由其在高压下运行的电气参数所 决定的 ， 绝缘线芯必须 由导 电线芯、 导体屏蔽、 交联 聚乙烯绝缘和绝缘屏蔽等组成。因此 ， 要制造高压 耐火电力电缆， 不能采取在导体上绕包耐火 云母带 的方式， 也不能采取铜芯铜护套氧化镁绝缘方式 。 经过反复研究 、 试验 ， 我们决定采用绝热层、 阻 燃降温层和挡火层组合 的耐火结构。电缆 由外至内 的结构为外护套层 、 挡火层 、 降温层 、 绝热层、 外屏蔽 层、 绝缘层 、 导体屏蔽层和导体。 外护套层起到阻燃作用 ； 挡火层由金属材料构 成， 起到挡火的作用 ； 降温层采用专门研制的挤出阻 燃型降温材料， 该材料在高温条件下会放出大量水 分， 水分蒸发会大量吸收热量 ， 从而在一定时间内从 电缆表面到内部形成 温度梯度 ； 绝热层采用具有 良 好绝热性能的材料， 阻止高温传递到绝缘层 。 由于加上了多层阻隔， 使空气 中的氧气不能渗 入 电缆绝缘层 ， 从而达到绝缘线芯 的绝缘层 只软化 ( 交联聚乙烯不溶化 ) ， 不产生氧化 分解的效果， 保 证火灾时电缆能在规定 的 9 0 mi n内正常工作。通 过挡 火层 、 降温 层 、 绝 热层 的协 同作 用 ， 最 终实 现 耐 火的 目的。 2 0 0 8年第 6期 No． 6 2 0 08 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e＆ Ca b l e 2 0 0 8年 1 2月 De c ．． 2 0 08 ( 2 )阻燃降温层材料研制 降温绝热层 以聚乙 烯为基体捏合了大量氢氧化镁或氢氧化铝 ， 其阻燃 降温原理如下： 一是氢氧化物被燃烧时吸收周 围空 气 中的大量 热量 ， 因该 反应 为 吸热反 应 ； 二 是生成 的 水分子 ， 蒸发过程 中也需要吸收大量热量 ， 这就降低 了燃烧现场的温度 ； 三是产生 了不溶不熔 的金属氧 化物结壳 ， 阻止 了氧气与有机物的接触 。所以阻燃 降温层是采用吸热与隔氧的方法进行阻燃降温的。 ( 3 )绝热层的选用 绝热层采用 陶瓷材料 ， 选 用绝热性能优良的陶瓷材料作为绝热层 ， 它的隔热 效果特别优 良， 保证 了外部的热量不易传导到电缆 的绝缘层上 ， 从而保护了电缆的绝缘线芯。 ( 4 )挡火层的选用 挡火层 由金属带构成 ， 采 用绕包或纵包的形式 ， 金属材料可以挡住炙热的火 焰进一步伤害电缆 ， 使 电缆结构稳定 。 ( 5 )其它结构材料的选用 为保证电缆的电气 绝缘性能和其它性能满足国家标准的要求 ， 其它结 构材料的选用与普通的中高压电缆相同。 2 电缆制造工艺的要点 2 ． 1工艺流 程 ( 见 图 1 ) 嘉 H意麓H 墓 H 襞 翕 H 蒸 H 挡 火 层 H 阻 层 图 1 电缆 制 造 的 工艺 流程 2 ． 2绝热 层绕 包 和一般 的绕包带不同， 特种陶瓷带材料强度低 ， 易破坏 ， 绕包不易服贴 。经过反复试验 ， 不断调整绕 包张力 、 绕包角度 ， 同时对绕包设备作了改进 ， 最终 顺 利解 决 了该 问题 。 2 ． 3降温层 材料 的挤 出 降温层材料以前从未使用过 ， 其特点是填充量 大， 挤出过程 中温升较大 ， 但挤 出温度又不 能低 ， 否 则挤出机负荷太大 ， 设备可能会损坏。为解决这一 难题 ， 专 门加工了压缩 比较小的螺杆 ， 又进行多次挤 出试验， 不断摸索挤出工艺， 从材料和挤出工艺两方 面进行 调 整 ， 最终 确定 了成 熟 的挤 出工艺 。 2 ． 4其它工艺 其它工艺与普通的中高压生产工艺相同。 3电缆 的耐火试验 ( 线路完整性试验 ) 3 ． 1 现 行 的耐火试 验方 法 低 压 电缆 的耐 火 试 验 依 据 国 家标 准 G B ／ T 1 9 2 1 6— 2 0 0 3 ( 等同 I E C 6 0 3 3 1～1 9 9 9 ) 进行 。 3 ． 2耐火试 验 的试 验原 理 在试验电路的两端施加电缆的额定 电压， 随着 燃烧温度升高和时间增加 ， 耐火 电缆的耐火层会被 烧损。只要在规定的时间内电路不被破坏 ， 即试验 灯泡保持亮 、 熔断器未断开 ， 则判为合格。反之 ， 在 规定的时间内电缆被烧坏 ， 变压器与电缆试样之间 形成短路 ， 熔断器断开， 或导体断开 ( 灯泡熄灭 ) ， 则 判为 不合格 。 3 ． 3耐火 电缆 的国 家标准 G B ／ T 1 9 6 6 6—2 0 0 5是我 国第一个关 于耐火 电 缆的国家推荐性标准 ， 规定耐火试验温度为 7 5 0～ 8 0 0 ％ ， 供火时间为 9 0 mi n ， 成品电缆应能通过 G B ／ T 1 9 2 1 6— 2 0 0 3的试 验 。 3 ． 4 中高压 电缆的耐火试验方法及标准 现行的国家标准中没有中高压电缆的耐火试验 方法 ， 因此我们会同上海电缆研究所根据现有 的耐 火试验方法标准， 制定 了中高压 电缆的耐火试验方 法的企业标准 ， 并通过 了江苏省技术监督局标准化 处的审查和备案 。 4 结束语 本试制产品经国家电线电缆质量监督检验 中心 检测 ， 各项性能指标均符合企业标准要求。 该产 品已获得两项国家实用新型专利授权 ， 一 项发明专利正在审查 中。 参考文献 ： [ 1 ] G B ／ T 1 9 6 6 6—2 0 0 5， 阻燃和耐火 电线 电缆通则 [ S ] ． [ 2 ] G B ／ T 1 9 2 1 6—2 0 0 3， 在火焰条件下 电缆或 光缆 的线路 完整 性 试验． 第 1 1 部分和第 2 1部分 [ S ] ． [ 3 ] G B ／ T 1 2 7 0 6 ． 2—2 0 0 2， 额定 电压 1 k V( U ：1 ． 2 k V) 到 3 5 k V ( U ： 4 0 ． 5 k V) 挤包绝缘电力 电缆及附件 第 2部分 ： 额定 电 压 6 k V( U ：7 ． 2 k V) 到 3 0 k V( U =3 6 k V) 电缆 [ S ] ． I ’， ，， ，’ ，l，， ，，I’l， ， ，’，，I ’ l’， ’l ll，，，l ，l’ 、 铭 活 ，功 在 当 代 ， 利 在 年秋