无卤低烟高阻燃中压耐火电缆结构设计与关键工艺控制

武志强

摘要：对中压阻燃电缆的结构设计进行优化，通过合理选择内阻燃层、降温隔氧层、阻燃层、铠装层和外护套，提出耐火型无卤低烟阻燃电缆更合理的解决方案。结果表明，该电缆具有高耐火、耐喷淋、高阻燃、无卤、低烟、无毒等特点。

关键词：无卤低烟高阻燃;中压耐火电缆;结构设计

引言

目前，无卤低烟耐火电缆的生产工艺复杂，成本高，柔软性差，耐火性能差，耐火材料层形成的高温陶瓷材料很差，和水很容易粉化。本文通过对耐火层材料的合理选择，优化电缆结构设计，为无卤低烟耐火电缆的设计和生产提供一定的参考。

1电缆结构

电缆元件包括绝缘线芯以及从内至外依次包裹在绝缘线芯外侧面的内阻燃层、高氧指数隔氧层、陶瓷化耐火聚烯烃隔氧层、玻璃纤维包带层、钢带铠装层及外护套，内阻燃层与绝缘线芯之间空隙处填充有无碱玻璃纤维。绝缘线芯由内至外依次为导电线芯、导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层及铜带屏蔽层。

2电缆材料选取

2.1绝缘线芯

导体选用符合GB /T 3956 的2类铜芯圆形导体，并经正规绞合后紧压。圆形紧压导体具有结构稳定可靠、抗拉强度高、不易松动、圆整度好等优点。线芯经紧压之后，单线变形，减小了单线之间的间隙和导线外径，进一步提高了导线表面的圆整度，使其表面电场更均匀，提高了电缆绝缘的电气特性，并节约绝缘、填充、耐火材料和保护层材料用量，降低了生产成本。

2.2缆芯填充

绝缘导线芯内填充无碱玻璃纤维，无碱玻璃纤维的成分为SiO2。填充成缆后，每根玻璃纤维之间都有间隙通道，可以起到很好的散热作用，电缆正常运行时产生的热量可以通过玻璃纤维之间的间隙通道消散，发生火灾時从外界传递的热量也可以通过这些通道传递出去。

2.3内阻燃层

阻燃层采用玻璃纤维，玻璃纤维环保、无毒，具有良好的耐高温和耐火性能，阻燃效果好，并且可以形成三维网络结构，可以提高电缆的韧性和抗拉强度，所以电缆具有更高的耐冲击强度。

2.4高氧指数隔氧层

高氧指数隔氧层一般使用2-4mm厚度的陶瓷化硅橡胶复合带。陶瓷化硅橡胶层本身具有优异的电气绝缘性能，常温下正常使用，具有普通硅橡胶的机械性能、电气性能和弹性等;在发生火灾的情况下，它会被烧成坚硬的无机支撑壳，形成坚硬的保护层，该保护层为疏松多孔结壳物，能有效防止传热，起到保温隔热和防火的作用，对导线芯子有很好的保护作用。

2.5陶瓷化耐火聚烯烃隔氧层

耐火层一般使用3.8-6.5mm厚度的陶瓷化无卤低烟聚烯烃阻燃耐火隔氧料。该隔氧层在火灾情况下，形成坚硬的外壳，截面断面会生成致密均匀的微孔陶瓷，结壳速度快，外壳坚硬致密，能起到很好的氧屏蔽、隔热、防火效果。在350-1600℃有焰、无焰情况下，壳体不熔融、不滴落、不脱落，不会造成二次火灾，烧蚀后的铠体弯曲断裂强度可达5MPa左右，耐喷淋。燃烧后排出的烟雾量少，烟雾毒性较小，与普通电缆相比，大大减少了对人体的二次伤害。

2.6铠装层

铠装层采用双钢带间隙绕包，能明显阻挡和切断火焰，有效防止火焰直接接触绝缘层，有助于提高电缆的整体结构强度。

2.7外护套

外护套使用陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃防火护套材料，坚硬的壳体断面消融后将产生均匀的微孔陶瓷，陶瓷化铠体的介电强度大于40kv/㎜以上，体积电阻率大于2×1018Ω·㎝以上，可以做护套层，可以做防火耐火层。

3关键工艺控制

3.1单线绞合

为了确保绞线外形圆整和稳定的结构，相邻绞层绞向相反，外层节径比不大于相邻内层，导体的表面应光滑，无油和灰尘，没有毛刺、划痕、跳线、边翅和其他缺陷破坏绝缘层，为了防止在该处游离放电。紧压后充填系数在0.87至0.90之间。

3.2三层共挤

内外屏蔽采用挤压式模具，要求厚度均匀，挤包紧密，表面圆整、光滑、无明显绞线凸纹，无尖角、颗粒、烧焦、擦伤痕迹。绝缘层要求无气泡、杂质等。绝缘标称厚度应符合GB/T12706.2-2008规定，最薄点不小于标称值的90%-0.1mm，绝缘偏心度不大于15%。

3.3耐火隔氧层绕包

耐火隔氧层采用的陶瓷化硅橡胶耐火复合带具有强度低，容易损伤，不易缠绕的特点。经过多次测试，通过调整绕包角度、绕包张力等参数，以及对绕包设备的调整，避免了绕包断带、绕包漏包的现象，满足了工艺要求，提高了成品质量。

3.4耐火层与外护套挤出

耐火层和外护套采用热塑性陶瓷无卤低烟聚烯烃材料。由于填充剂用量大，在挤出时物理性能差，粘度高，流动性差，因此生产时应选用低压缩比螺杆生产;挤出前对电缆料进行烘干、预热;挤出过程中要求各区温度稳定，最高温度不超过165℃;挤出后定型区采用梯度冷却，温水冷却水槽温度在55℃左右，冷水冷却水槽温度在20℃左右，以减小挤塑过程中产生的内应力，防止护套开裂。

4阻燃耐火性能检测

4.1阻燃性能检测

阻燃性能按照 GB/T 18380.33―2008《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验第33部分：垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验》方法进行试验，性能满足GB/T19666-2005《阻燃和耐火电线电缆通则》A级阻燃要求。

4.2低烟指标检测

电缆的低烟指标按照GB/T 17651.2―1998《电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定第2部分：试验步骤和要求》进行，燃烧时透光率达到81%，超过国家标准透光率不低于60%的要求。

4.3无卤指标检测

电缆的无卤指标按照GB/T 17650.2―1998《取自电缆或光缆的材料燃烧时释出气体的试验方法第2部分：用测量pH值和电导率来测定气体的酸度》进行，测得燃烧分解物溶解后的pH值小于4.3，电导率低于10μS/mm，符合国家标准要求。

结语

该结构的无卤低烟阻燃耐火电缆生产工艺简单，生产效率高，经济环保，防火性能好，在高温下耐火时间长，抗震性能强，能确保在火灾时的完整性和畅通，安全人员在火灾发生时有更多的时间来逃生，也为其他耐火电缆结构设计提供了一定的参考。

参考文献：

[1] GB/T 12706.3 ― 2008， 额 定 电 压 1kV（Um=1.2kV） 到 35kV（Um=40.5kV）挤包绝缘电力电缆及附件第3 部 分 ;35kV（Um=40.5kV）电缆[S].

[2]王卫东.电缆工艺技术原理及应用[M].北京;机械工业出版社， 2011.

河南工学院电缆工程学院 河南 新乡 453003