新型低烟无卤阻燃耐火电线电缆的设计

张广祥

(芜湖职业技术学院，安徽芜湖，241003)摘要：随着工业技术的发展、城市和工业建筑物结构和规模的不断复杂化以及消防安全意识的增加，人们对电线电缆产品的安全性和环保性要求越来越高。传统的普通阻燃耐火电线电缆，虽然有阻燃和耐火的功能，但由于其材料含有大量的卤聚合物和卤阻燃剂，在燃烧状态下，会释放出有毒有害气体和烟尘，因此已经无法满足安全环保的要求。新型低烟无卤阻燃耐火电缆的性能，满足了人们对安全环保电线电缆的要求。关键词：阻燃；耐火；绝缘层；电线电缆。中图分类号：TM246文献标志码：A文章编号：1009-1114（2019）02-0001-03ZHANGGuang-xiangAbstract:Withthedevelopmentofindustrialtechnology,increasingcomplicationofurbanandindustrialstructureandscaleandtheincreasingpublicawarenessinfirecontrol,people’sdemandforsafetyandenvironmentalfriendinessofwireandcableproductsisgettinghigherandhigher.Thetraditionalflame-retardantandfire-resistantwiresandcables,thoughtheyhaveflame-retardantandfire-retardantfunctions,willemittoxicandharmfulgasesandsmokeintheburningstateduetoalotofhalogenpolymersandhalogenflameretardantscontainedinthem,hencetheyhavefailedtomeettherequirementsforsafetyandenvironmentalfriendiness.Theperformanceofnewlow-smokehalogen-freeflame-retardantfire-resistantcablesmeetstherequirementsforsafeandenvironmentally-friendlywiresandcables.Keywords:flame-retardancy;fire-resistance;insulation;wireandcable.收稿日期：2019-04-17作者简介：张广祥（1982.9—），安徽亳州人，硕士研究生，工程师。研究项目：芜湖职业技术学院校级自然重点项目“基于V－REP平台机器人仿真的建模与设计的研究”（Wzyzrzd201902）。ANewDesignonlow-smoke,halogen-free,flame-retardantandfire-resistantwireandcable1.概述在发生火灾事故时,由于传统电线电缆材料的热分解和燃烧会产生出大量烟雾和有毒有害气体,这些烟雾和有毒有害气体具有减光性和刺激性，往往使人眼睛模糊、找不到安全出口逃生,以至于窒息而造成伤亡。造成这一现象的主要原因就是因为传统阻燃耐火电缆的绝缘层所采用的是含卤聚合物与含卤阻燃剂混合而成的阻燃材料[1]。此外，这类材料中还含有一定量的溴化物和铅，对人体和环境都有害，会慢慢腐蚀消防设施，给人体健康和消防救援都会带来极大的影响。于是新型的低烟无卤阻燃耐火电缆成为所要解决的新课题。2.阻燃耐火电缆的总体结构在设计上，外护层材料主要采用Al(OH)3或者Mg(OH)2的聚烯烃，绝缘层材料应采用GB/T9330中所列的XLPE型交联聚乙烯。在圆铜导体上进行搭接绕包云母带，起耐火层结构的作用，并云母带耐火层上挤交联聚乙烯绝缘层。新型的低烟无卤阻燃耐火电线电缆在总体结构设计上，由内到外依次1是铜导体、云母带耐火层、绝缘层、阻燃包带成缆（岩棉填实）、隔氧层，阻燃外护层等，总体结构如图1所示。图1电线电缆的总体结构3.具体结构设计要求3.1导体张广祥：新型低烟无卤阻燃耐火电线电缆的设计根据GB/T3956-2008标准，新型的低烟无卤阻燃耐火电线电缆导体采用圆形绞合铜导体结构。20℃时导体最大电阻为18.2Ω/km。根据公式计算出导体的单丝直径：d420123nRb式中：K1——导体系数取1.03；K2——绞合系数取1.02；K3——成缆系数取1.02；ρ20——20℃时导体的电阻率18.2/km；n——单线根数。根据公式计算出导体的紧压轮廓直径：DCd

n(mm)式中，Dc——紧压导体的轮廓直径；d——单丝直径；n——单丝根数；μ——延伸系数；η——紧压系数。3.2耐火云母带电线电缆的耐火性能是指在规定的试验条件下和时间内，在火焰中燃烧，电缆仍然能保持正常供电运行特性[2]。耐火层的结构主要采用云母带和MgO矿物绝缘材料，而矿物绝缘耐火电缆制造工艺复杂，大多耐火电缆主要采用云母带结构。云母带是采用大鳞片云母纸用甲基苯基硅树脂粘合在两层无碱玻璃布之间，烘焙而成，具有耐火性能[3]。云母带主要作用是耐火隔热，不具有组合的功能，所以要和具有阻燃功能的绝缘层和外护层配合使用。云母带在折弯的过程中，容易掉粉，并且在高温环境下电气性能会发生改变，所以云母带结构和圆铜导体配合，主要用在不超过1000v低压耐火电缆中。3.3绝缘层绝缘层材料应采用GB/T9330中所列的XLPE型交联聚乙烯，即热固性交联聚乙烯。交联聚乙烯绝缘材料在熔融状态时，紧密挤包在导体上，且对导体和绝缘层没有损伤。绝缘层的性能应符合下表相关规定。表1交联聚乙烯料绝缘层性能序号123项目密度抗伸强度断裂伸长率试验条件：热老化温度持续时间拉伸强度变化率≤断裂伸长率变化率≤单位G/cm3MPa%℃h%%指标0.92±0.002≥13.5≥355135±2168±20±2045条件：200℃，0.2MPa，15min负荷下伸长率冷却后永久变形相对介电常数50Hz20℃介质损耗因数50Hz20℃体积电阻率1kV20℃%%≤80≤5≤2.35≤0.00056783.4外护层Ω·m≥1×1014在交联聚乙烯材料中加入大量的水合金属氧化物如Al(OH)3或者Mg(OH)2，挤包外护层结构。所采用的材料均不含有卤族元素，即使在燃烧状态下，2芜湖职业技术学院学报2019年第21卷第2期也不会产生有毒有害气体和浓烟，只有少量的烟雾，酸气含量在5%以下。水合金属氧化物能够起到阻燃作用的原理是受热后会发生分解反应，产生大量的结晶水，变成水蒸气，吸收热量，并稀释可燃气体浓度，从而起到控制温度上升阻止燃烧的效果。Al(OH)3加热Al2O3H2O

为了改善阻燃效果，在外护层材料中加入一定表2单根线缆阻燃性能电缆代号Z电缆外径D（mm）供火时间（s）D≤25257560120240480量的含磷阻燃剂，因为磷系阻燃剂在高温下会发生脱水反应，在表面会形成一层比较致密的薄膜从而阻隔空气，起到更好的阻燃效果。4.新型电缆的燃烧性能在规定的试验条件下，燃烧状态中，型低烟无卤阻燃耐火电线电缆单根电缆阻燃性能以及其低烟性能如下表所示：4.1阻燃性能合格标准试样烧焦应不超过距离上端下缘50——500mm的范围之外采用试验方法GB/T183804.2低烟性能表3电缆低烟性能电缆代号D电缆外径d（mm）d>4020