2012年第2期電線電纜2012年4月No.22012Electric Wire CableApr.,2012交聯(lián)聚烯烴絕緣A類阻燃電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)柯宗海福建南平太陽(yáng)電纜股份有限公司,福建南平353000摘要:交聯(lián)聚烯烴絕緣電纜的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其阻燃性能受到各方的重視,A類阻燃電纜通常用在重要的場(chǎng)所,生產(chǎn)的難度也較大。通過(guò)對(duì)彩響電纜阻燃性能的因素進(jìn)行分析,根據(jù)不同類型的電纜從材料、結(jié)構(gòu)等方面來(lái)提高電纜的阻燃性能,以達(dá)到A類阻燃的要求。關(guān)鍵詞:交聯(lián)聚烯烴絕緣電纜;A類阻燃;影響因素;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):TM247.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16726901(2012)0200140Crosslinked Polyolefin Insulated Class A Flame-Retardant Cable Structure DesignKE Zong-hFujian Nanping Sun Cable Co., Ld, Nanping 353000, China)Abstract The flame-retardant performance of cross-linked polyolefin insulated cables is getting significant attentionby all relevant aspects as they are used more and more widely. Class A flame-retardant cables are often applied inspecial important places, but their production is also greater difficult. We discuss to improve cable flame-retardantperformance from material, structure, etc, to achieve the requirements of class A flame-retardant for different types ofcables by analyzing the influence factors for cable flame-retardant performanceKey words: cross linked polyolefin insulated cable; class A flame-retardant; influencing factors; structure design0引言2008(等同采用IEC603323-22:2000),要求電纜安裝在試驗(yàn)鋼梯上,試樣含非金屬材料的總體積為隨著人類文明的不斷進(jìn)步,誘發(fā)火災(zāi)的因素大7L/m,供火時(shí)間為40min。至少有一根導(dǎo)體截面量增多,火災(zāi)發(fā)生的頻率正在加大,嚴(yán)重威脅著人們趙過(guò)35mm2的電纜間隔安裝在標(biāo)準(zhǔn)鋼梯(試樣最的生命和財(cái)產(chǎn)安全,火災(zāi)已成為現(xiàn)代社會(huì)的“恐怖大寬度300mm)或?qū)捫弯撎萆?試樣最大寬度殺手”。600mm)。導(dǎo)體截面均不超過(guò)35mm2的電纜接觸據(jù)2009年全國(guó)火災(zāi)原因的統(tǒng)計(jì),28%為電氣線安裝在標(biāo)準(zhǔn)鋼梯上,可以多層排列。合格判斷標(biāo)準(zhǔn)路的電器設(shè)備故障引起,占比最高。電氣線路的阻為:無(wú)論是在鋼梯的前面還是后面,測(cè)得的試樣最大燃性越來(lái)越受到政府、設(shè)計(jì)部門和廣大用戶的重視。碳化高度從噴火位置起不超過(guò)2.5m。對(duì)電線電纜的阻燃性提出了更高要求,很多重要場(chǎng)2影響電纜阻燃性能的因素所要求電纜的阻燃等級(jí)達(dá)到A類。交聯(lián)聚烯烴材料由于其優(yōu)異的電氣性能、機(jī)械2.1電纜結(jié)構(gòu)物理性能且屬于無(wú)鹵材料,正逐步取代聚氯乙烯廣不同電纜產(chǎn)品有不同的結(jié)構(gòu),電纜的結(jié)構(gòu)包括泛地用于各類電纜中。但是,交聯(lián)聚烯烴大多屬于導(dǎo)體、導(dǎo)體包帶、絕緣層、屏蔽層、填充纜芯包帶、內(nèi)易燃材料,要生產(chǎn)A類阻燃電纜難度較大,需要根護(hù)層、鎧裝層、外護(hù)套。通常電纜的品種決定了電纜據(jù)不同類型的電纜從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料選用等方面綜的主要結(jié)構(gòu),不同的電纜結(jié)構(gòu)阻燃性能不同。在其合考慮才能使電纜達(dá)到A類阻燃要求。他結(jié)構(gòu)和材料相同的情況下鎧裝電纜阻燃性比非鎧1阻燃試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)裝好;屏黻電纜的阻燃性比非屏蔽好;分屏蔽加總屏蔽的阻燃性能比單層屏蔽好等等。相同的電纜品種我國(guó)電纜A類阻燃試驗(yàn)采用GB/T18380.33-有些結(jié)構(gòu)是中國(guó)煤化工形還是異形;絕緣采用單CNMHG鎧裝電纜是否收稿日期:2011-10-11增加內(nèi)護(hù)層;纜心米用琪允瑰、要允永填充還是擠壓作者簡(jiǎn)介柯宗海(1967-),男,高級(jí)工程師副總工程師填充;導(dǎo)體包帶和纜芯包帶采用單層還是多層等。作者地址:福建南平市工業(yè)路102號(hào)[353000]圖1為阻燃電纜結(jié)構(gòu)圖。2012年第2期電線電纜2012年4月No.22012Electric Wire Cablepr,2012電纜中非金屬體積占比較大的結(jié)構(gòu)為絕緣層、量的氫氧化鋁或氫氧化鎂等無(wú)機(jī)填料,這些填料受填充層、內(nèi)護(hù)層和外護(hù)層。絕緣層和外護(hù)層材料不熱分解,結(jié)合力大大降低,燃燒時(shí)很容易掉落,測(cè)出僅要考慮阻燃性能,更重要的是要滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的氧指數(shù)存在“虛高”。與阻燃聚氯乙烯相比,相同電氣性能和物理機(jī)械性能要求。因此,應(yīng)主要從填的氧指數(shù),在電纜上的阻燃性能相差較大。GB/T充層和內(nèi)護(hù)層來(lái)提高電纜的阻燃性能。18380.33-2008規(guī)定35mm2及以上電纜成束燃燒要間隙排列,在燃燒過(guò)程中低煙無(wú)鹵阻燃外護(hù)套很容易掉落,因此,存在著相同結(jié)構(gòu)相同材料生產(chǎn)的低煙無(wú)鹵阻燃電纜35mm2以下A類燃燒合格,而35mm2及以上不合格的情況。繞包2.4發(fā)熱值及熱效率絕緣層垂直安裝的成束電纜在燃燒開(kāi)始的幾分鐘,爐內(nèi)護(hù)套體溫度提高主要是靠供火燃料燃燒產(chǎn)生的熱量。電纜燃燒后,非金屬材料燃燒產(chǎn)生大量燃燒熱,使?fàn)t體圖1阻燃電纜結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部溫度上升。熱量有一部分被電纜吸收,一部分2.2非金屬材料綜合氧指數(shù)通過(guò)輻射、煙、粉塵排走。非金屬材料的發(fā)熱值及燃氧指數(shù)(O)是指在規(guī)定的條件下,材料在氧氮燒的熱效率使?fàn)t體內(nèi)溫度升高。隨著電纜往上燃混合氣流中進(jìn)行有焰燃燒所需的最低氧濃度,以氧燒,爐體溫度的上升主要靠電纜本身的延燃產(chǎn)生的所占的體積百分?jǐn)?shù)的數(shù)值來(lái)表示。氧指數(shù)高表示材熱量,當(dāng)電纜吸收的熱量大于電纜中易燃材料的燃料不易燃燒,一般認(rèn)為氧指數(shù)<22屬于易燃材料點(diǎn)時(shí),電纜就會(huì)繼續(xù)延燃氧指數(shù)在22~27之間屬可燃材料,氧指數(shù)>27屬噴燈停止供火后,爐體測(cè)溫點(diǎn)溫度如果繼續(xù)上難燃材料。電纜中通常還有多種非金屬材料,其氧升,或下降幾分鐘后又上升,說(shuō)明電纜在繼續(xù)燃燒,指數(shù)的大小單位長(zhǎng)度所占的比例及在電纜中的位通常試驗(yàn)結(jié)果不合格。如果噴燈停止供火后爐體測(cè)置都對(duì)電纜的阻燃性能有影響可以用綜合氧指數(shù)溫點(diǎn)溫度開(kāi)始下降或爐體最高溫度在10℃以下,來(lái)衡量。通常燃燒結(jié)果為合格。爐體溫度變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2,2.3外護(hù)層阻燃材料的附著性A、B樣品燃燒合格:C、D樣品燃燒不合格。低煙無(wú)鹵阻燃材料為了提高氧指數(shù)通常加入大250時(shí)間/i圖2爐體溫度變化趨勢(shì)2.5易燃材料與難燃材料比例的是硅烷交聯(lián)聚乙烯。絕緣材料可采用硅烷交聯(lián)聚乙烯、過(guò)氧化物交電纜中易燃材料與難燃材料的比例影響電纜的聯(lián)聚乙烯和輻照交聯(lián)聚烯烴。通常硅烷交聯(lián)和過(guò)氧阻燃性能不同半刑不同格的A類阻燃電纜要化物交聯(lián)用聚乙烯都為易燃材料,輻照交聯(lián)可生產(chǎn)求的難燃材中國(guó)煤化工所不同。阻燃型交聯(lián)聚烯烴。阻燃型輻照交聯(lián)聚烯烴材料對(duì)ICNMHG提高電纜阻燃性很有幫助,但絕緣電阻較低且受設(shè)3材料燃燒特性指標(biāo)備限制,影響其廣泛使用。在低壓電纜中用量較多電纜常用的非金屬材料主要有:交聯(lián)聚乙烯、聚2012年第2期電線電纜2012年4月No.22012Electric Wire CableApr.,2012乙烯、聚氯乙烯、低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴、巖棉繩、玻璃高電纜的阻燃性,另一方面可減少護(hù)套開(kāi)裂的幾率。纖維繩、聚丙烯繩、隔氧帶、玻璃纖維帶、無(wú)紡布、聚7)內(nèi)護(hù)套。內(nèi)護(hù)套常用材料有聚乙烯、聚氯酯帶等。衡量材料燃燒特性的指標(biāo)有:氧指數(shù)、燃乙烯、阻燃聚氯乙烯、低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴等。A類點(diǎn)、比熱容燃燒熱、分解溫度等阻燃電纜要求采用氧指數(shù)達(dá)到45的低煙無(wú)鹵高阻燃點(diǎn)是指將物質(zhì)在空氣中加熱時(shí),開(kāi)始并繼續(xù)燃燃聚烯烴。對(duì)非鎧裝電纜也要加內(nèi)護(hù)套,并在內(nèi)護(hù)燒的最低溫度。比熱容是指1g物質(zhì)溫度升高1℃套外重疊繞包多層隔氧帶。時(shí),所吸引的熱量。燃燒熱是指在101kPa時(shí),1mol(8)外護(hù)套。外護(hù)套材料的阻燃性對(duì)整根電纜可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時(shí)所放出的熱量,的阻燃最重要,但是電纜外護(hù)套不僅要阻燃性能好,燃燒熱是維持物質(zhì)燃燒的重要因素。分解溫度是指還要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的物理機(jī)械性能和電氣性能聚合物隨著溫度升高,分子鏈明顯降解時(shí)的溫度。5A類阻燃電纜材料選用4A類阻燃電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)阻燃低壓電力電纜(1)導(dǎo)體。為了減小電纜外徑,提高電纜的圓A類阻燃低壓電力電纜非金屬材料選用見(jiàn)表1整度,多芯低壓電力電纜的導(dǎo)體通常采用異形結(jié)構(gòu)(2)阻燃控制電纜和阻燃計(jì)算機(jī)電纜(扇形、瓦形、半圓形等)。異形結(jié)構(gòu)與圓形結(jié)構(gòu)相A類阻燃控制電纜、阻燃計(jì)算機(jī)電纜非金屬材比,阻燃填充材料用量大大減少,通過(guò)填充來(lái)提高電料選用見(jiàn)表2。纜的阻燃性受到限制。表1低壓電力電纜非金屬材料選用(2)導(dǎo)體包帶。導(dǎo)體包帶在電纜中占比很少,結(jié)構(gòu)非鎧裝通常不會(huì)對(duì)電纜的阻燃性能產(chǎn)生影響,除單芯電纜導(dǎo)體「圓形圓形或異形[圓形「圓形或異形外,可以不考慮導(dǎo)體包帶的阻燃性。絕緣非阻阻(32)非阻阻(32)(3)絕緣。絕緣材料有交聯(lián)聚乙烯(硅烷交聯(lián)、填充阻阻阻纜芯包帶過(guò)氧化物交聯(lián)、輻照交聯(lián))和阻燃交聯(lián)聚烯烴(輻照交內(nèi)護(hù)套PVC阻(36)阻(36)阻(30)聯(lián))。低壓電力電纜用量最大的是硅烷交聯(lián)聚乙烯,案烯烴阻(45)阻(45)阻(32)中壓交聯(lián)電纜采用過(guò)氧化物交聯(lián)聚乙烯,這兩種都屬內(nèi)護(hù)套包帶阻于易燃材料。輻照交聯(lián)阻燃聚烯烴料氧指數(shù)可以做外內(nèi)護(hù)PvC阻(36)阻(36)阻(36)阻(36)聚烯烴阻(38)阻(38)阻(38)阻(38)到40以上,但20℃絕緣電阻常數(shù)很難達(dá)到103gm,注:“阻”表示阻燃材料括號(hào)內(nèi)數(shù)值為最低氧指數(shù);“非阻”表示用在電力電纜上通常要采用雙層擠出,內(nèi)層用非阻燃非阻燃材料。包帶采用玻璃纖維帶或隔氧帶,以下同交聯(lián)聚乙烯,這樣可兼顧絕緣的電氣性能和阻燃性2阻燃控制電纜、阻燃計(jì)算機(jī)電纜非金屬材料選用能。如果絕緣有阻燃,電纜通過(guò)A類燃燒比較容易。結(jié)構(gòu)非屏蔽(非鎧裝)雙屏蔽(鎧裝)若絕緣為非阻燃的硅烷交聯(lián)聚乙烯或過(guò)氧化物交聯(lián)絕緣(32)非阻阻(32)聚乙烯,要達(dá)到A類阻燃需增加高氧指數(shù)的低煙無(wú)鹵填充阻阻阻阻燃內(nèi)護(hù)套,同時(shí)導(dǎo)體采用圓形結(jié)構(gòu)等措施。阻(4)填充。常用的填充材料有玻璃纖維繩、巖內(nèi)護(hù)套烴阻1(5)阻(30)阻(30)阻(32)阻(32)棉繩、聚丙烯繩、發(fā)泡填充條、隔氧層、棉紗、麻繩、麻內(nèi)護(hù)套包帶膠等。生產(chǎn)A類阻燃電纜要求使用玻璃纖維繩、巖外護(hù)套PNC(30)阻(3)阻()阻(3)棉繩或隔氧層填充。(5)屏蔽。金屬屏蔽結(jié)構(gòu)有分屏蔽和總屏蔽,使用的材料有銅絲、銅帶、鋁塑復(fù)合帶、銅合金絲銅6結(jié)束語(yǔ)合金帶等。電纜中含金屬屏蔽會(huì)較大程度提高電纜影響阻燃性能的因素很多,如材料、結(jié)構(gòu)、規(guī)格、的阻燃性雙屏蔽計(jì)算機(jī)電纜、控制電纜阻燃性達(dá)到試驗(yàn)條件等,電纜工藝應(yīng)根據(jù)具體情況制定。A類可適當(dāng)簡(jiǎn)化護(hù)套結(jié)構(gòu)(1)阻燃(6)鎧裝。鎧裝材料主要有鍍鋅鋼絲鍍鋅鋼容易通過(guò)A類A廣V中國(guó)煤化工護(hù)套電纜,CNMHG帶、非磁性金屬材料等。鎧裝層可起到隔火和導(dǎo)熱作(2)若絕家月勿熱的MrE,安達(dá)到A類阻燃推用,通常有鎧裝電纜更容易通過(guò)阻燃試驗(yàn)。低煙無(wú)鹵薦釆用圓形導(dǎo)體、阻燃填充繞包、雙阻燃護(hù)套結(jié)構(gòu)阻燃電纜鎧裝層外需加包一層隔氧帶,一方面可以提(下轉(zhuǎn)第34頁(yè)2012年第2期電線電纜2012年4月No.22012Electric Wire CableApr.,2012鐘鋁加熱器不銹鋼云母貯能器金屬密封環(huán)壓緊彈簧機(jī)頸連接管青貯存節(jié)孔真空孔圖4真空裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖5機(jī)頸加熱器結(jié)構(gòu)8)加熱器的配置。目前,大機(jī)頭加熱器有不銹鋼云母加熱器和鑄鋁加熱器兩種。不銹鋼云母加4結(jié)束語(yǔ)熱器加熱直接、速度快,鑄鋁加熱器保溫效果好,用哪一種加熱器要根據(jù)機(jī)頭設(shè)計(jì)的具體情況來(lái)定。當(dāng)該機(jī)頭是目前超高壓電纜護(hù)套擠出的新型機(jī)零件較薄貯熱量少時(shí)需要用鑄鋁加熱器。機(jī)頸處頭。新機(jī)頭操作簡(jiǎn)單第一次校模生產(chǎn)后,再生產(chǎn)無(wú)加熱如果采用不銹鋼云母加熱器,需要在加熱器內(nèi)需校模偏心度基本不變;安裝拆卸方便,原機(jī)頭清增加貯能器(見(jiàn)圖5),從而確保溫度的均勻性。加理安裝一次需要2h,新機(jī)頭只需40min;新機(jī)頭能熱后造成加熱器的松動(dòng)。一個(gè)機(jī)頭加熱器的總功率2決速換規(guī)格,做好準(zhǔn)備工作后10mn便可熱器的固定螺釘應(yīng)加裝一個(gè)壓紫彈簧避免反復(fù)加實(shí)現(xiàn)1應(yīng)在15~20kW。新機(jī)頭安裝后我公司進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間批量生產(chǎn)至今未出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題,就連護(hù)套表面的合膠線3自制新機(jī)頭的使用也看不到。新機(jī)頭的成功研制將有力保障我公司超新機(jī)頭設(shè)計(jì)完成后,我們選擇了加工能力較強(qiáng)高壓電纜護(hù)套的結(jié)構(gòu)尺寸及外觀質(zhì)量。的外加工單位這樣的加工單位需要有四軸連動(dòng)的魯考文獻(xiàn):數(shù)控銑床、大型的內(nèi)圓磨數(shù)控車床等關(guān)鍵裝備。通過(guò)兩個(gè)月的加工,完成了自制新機(jī)頭的制造。安裝1金日光兩物流變學(xué)及其在加工中的應(yīng)用[M.北:化學(xué)后通過(guò)對(duì)PE、PVC、 LSFOH等多種不同材料的擠出[2]洪慎章塑料成型及模具設(shè)計(jì)M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,驗(yàn)證,結(jié)果完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2006上接第16頁(yè))護(hù)套在燃燒過(guò)程中易脫落,會(huì)影響電纜通過(guò)A類阻(3)PVC護(hù)套A類阻燃電纜,可以采用圓形或燃試驗(yàn)異形導(dǎo)體、阻燃填充繞包、低煙無(wú)鹵高阻燃內(nèi)護(hù)套、(6)采用阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣的電纜,應(yīng)驗(yàn)證阻燃PVC外護(hù)套結(jié)構(gòu)。絕緣電阻常數(shù)和體積電阻率是否能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(4)雙屏蔽計(jì)算機(jī)電纜,一層阻燃護(hù)套即可通要求。過(guò)A類成束燃燒試驗(yàn)。無(wú)屏蔽(鎧裝)或只有一層參考文獻(xiàn)屏蔽(鎧裝)推薦采用雙層阻燃護(hù)套。[1]CBT180803200電纜和光纜在火焰條件下的燃燒試驗(yàn)第3(5)間隙排列的電纜,其低煙無(wú)鹵阻燃聚烯烴部分:垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗(yàn)A類[S]中國(guó)煤化工CNMHG