0.6∕1kV耐火硅橡胶绝缘耐火电力电缆的研制.pdf

2012 年第 2 期 No． 22012 电 线 电 缆 Electric Wire ＆ Cable 2012 年 4 月 Apr． ， 2012 0. 6/1kV 耐火硅橡胶绝缘耐火电力电缆的研制 张仲韬， 吴卫峰， 孙建卫， 张峰， 杨建伟， 金毅 江苏亨通电力电缆有限公司， 江苏 吴江 215234 摘要 随着国民经济的快速发展， 对耐火电力电缆提出了更高的要求， 耐火性能不仅要满足 GB/T 19666 2005 标准要求， 同时也要满足英国 BS 6387 2000 标准规定的单纯耐火、 耐火附加喷淋、 耐火附加机械振动试 验要求。介绍了 0. 6/1kV 耐火硅橡胶绝缘耐火电力电缆的结构、 耐火机理及性能。 关键词 耐火电力电缆;耐火硅橡胶绝缘;耐火机理;性能比较 中图分类号 TM247． 1文献标识码 A 文章编号 1672- 6901 2012 02- 0009- 03 Development of Refractory Silicon Rubber Insulated Fire- Resistant Power Cables of Rated Voltage of 0. 6/1kV ZHANG Zhong- tao，WU Wei- feng，SUN Jian- wei，ZHANG Feng，YANG Jian- wei，JIN Yi Jiangsu Hengtong Power Cable Co． ， Ltd． ， Wujiang 215234，China AbstractAs rocketing development of national economy， requirements to fire- resistance power cable is much higher． Resistance perance should not only meet requirements of GB/T 196662005， but also test conditions of simply fire- resistance， fire- resistance plus sprinkler， fire- resistance plus mechanical vibration specified in British Standards of BS 6387 2000． This paper mainly describes the construction， fire- resistance mechanism and perance of refractory silicon rubber insulated power cable of rated voltage of 0. 6/1kV． Key wordsfire- resistance power cable;refractory silicon rubber insulation;fire- resistance mechanism;compare of perance 收稿日期 2011- 09- 21 作者简介 张仲韬 1964 － ， 男， 工程师． 作者地址 江苏吴江市七都工业区［ 215234］ ． 0引言 近几年， 大型公共娱乐场所、 工厂、 矿山、 商厦火 灾事故频发， 引发了人们对超高层、 隧道、 轨道交通、 大型场馆等重点公共场所安全的关注和忧虑。国家 消防安全部门也建立了公共场所阻燃耐火标识管理 制度， 提高了公共场所阻燃耐火建筑装饰制品的准 入门坎， 此举既为耐火电缆市场提供了巨大的发展 空间， 也对耐火线缆产品技术研发提出了更高要求。 如何在火灾的情况下， 在一定时间内保障电力和通 讯的畅通， 最大限度地赢得宝贵的抢救时间， 减少人 员的伤亡和生命财产的损失， 这是人们一直在不断 探索的课题。 目前， 市面上使用的耐火电缆仍以传统的两层 或多层云母带重叠绕包工艺为主。耐火电缆的结构 与普通塑料电缆最主要的不同点就是在它的导体与 绝缘层之间增加了耐火层， 通常耐火层由云母带绕 包而成。具有这种结构的耐火电缆一般均可以通过 GB/T 196662005 标准规定的耐火试验。 其次是矿物绝缘电缆。矿物绝缘电缆具有优异 的耐火性能， 不仅能满足 GB/T 196662005 标准要 求， 同时也能满足英国 BS 6387 2000 标准规定的单 纯耐火、 耐火附加喷淋、 耐火附加机械振动试验要 求。由于氧化镁矿物绝缘电缆需要专门的生产加工 设备， 设备非常昂贵， 资金投入较大; 另外， 氧化镁矿 物绝缘电缆的外护层是全铜的， 造价较高， 在实际应 用方面受到一定程度的限制， 再加上铜护套氧化镁 矿物绝缘电缆在生产加工、 运输、 敷设安装和使用等 过程中的特殊要求， 如生产加工不像高分子材料那 样便捷， 敷设安装难度大等原因， 很难大规模地普及 使用， 特别难以在民用建筑上推广。 1结构设计 1． 1电缆结构设计 参照 GB/T 12706． 12008 标准设计 0. 6/1kV 耐火硅橡胶绝缘耐火电力电缆。选用符合 GB/T 39562008 的第 1 种、 第 2 种或第 5 种镀金属或不 镀金属层的退火铜导体; 绝缘材料为陶瓷化高分子 复合耐火硅橡胶， 绝缘厚度与 0. 6/1kV 聚氯乙烯绝 缘厚度相同， 耐火硅橡胶具有良好的电性能和一定 的物理机械性能; 填充材料为玻璃丝绳、 玻璃丝纤维 带， 具有耐高温和高阻燃性能; 内衬层为低烟无卤隔 氧层料， 氧指数不小于 45， 具有很好的结壳性能， 在 高温和火焰烧蚀下， 可结成坚硬的外壳， 包覆在缆芯 外， 内衬层厚度应符合 GB/T 12706． 12008 规定; 铠装 若有 材料为镀锌钢带， 双层间隙绕包; 外护 套为低烟无卤阻燃护套料， 具有低烟无卤阻燃性能， 护套厚度应符合 GB/T 12706． 12008 规定。 1． 2电缆加工工艺流程 电缆加工工艺流程见图 1。 图 1电缆加工工艺流程图 2耐火材料及耐火机理 2． 1绝缘材料 绝缘选用具有优异耐火性能的陶瓷化高分子复 合耐火硅橡胶。它以硅橡胶为基料及载体， 加入无 机硅粉状填充剂、 结构控制剂， 以及其它助剂， 在常 温下无毒、 无味， 具有耐高低温、 耐臭氧老化、 耐气候 老化及优良的电绝缘性能， 也具备了普通硅橡胶的 良好的加工性能。 正如文献［ 1］所述， 耐火硅橡胶在火焰的烧蚀 下， 首先由配方中的结构控制剂作用， 溢出有机物 质， 燃烧 2 ～4 min 后开始烧结， 生成陶瓷状壳体的 绝缘层。这种陶瓷状壳体的隔绝层可以非常有效地 阻挡火焰的继续燃烧。在接下来的烧蚀过程中 陶 瓷状壳体在 700 ～ 900℃ 高温火焰煅烧催化下 ， 陶 瓷状壳体生成 SiO2陶瓷， 即为经得起 700 ～1 300℃ 高温火焰烧蚀的绝缘体。陶瓷状壳体坚硬， 具有一 定的绝缘性能及机械性能， 能够抵御火灾现场水浇 和间接的机械振动。 耐火硅橡胶就是利用其有机硅链组合氧化硅家 族， 在火焰温度 500℃ 即开始发生催化燃烧结壳， “瓷化” 成比热容很小的降温挡火固体， 这个固体可 以满足耐火要求。 2． 2隔热内衬层 低烟无卤隔氧层 内衬层材料应有隔热、 降温， 受热分解后结壳的 效果， 材料中应填充大量的水合氧化物。在受热时 水分子蒸发， 可以吸收大量的热量， 降低电缆的温 度; 形成的水蒸气可以冲淡电缆周围氧气的浓度; 燃 烧的金属氧化物产物形成硬壳， 包覆在缆芯外， 阻止 火焰和热量向电缆内部蔓延和传递。 包覆在缆芯外的低烟无卤隔氧层燃烧后产生的 硬壳， 可以有效地抵御火灾现场水浇， 在一定时间内 阻止水向绝缘层渗透。同时， 在电缆受到机械振动 时， 硬壳可起到保护绝缘层的作用， 避免绝缘层受机 械振动而破坏。耐火硅橡胶燃烧后产生的坚硬陶瓷 状壳体， 直接包覆在导体上， 也可抵御火灾现场水浇 和机械振动。在耐火硅橡胶绝缘层与低烟无卤隔氧 层的双重作用下， 耐火硅橡胶绝缘耐火电力电缆可 以通过 BS 6387 2000 标准规定的耐火附加喷淋试 验和耐火附加机械振动试验。 3三种耐火电缆的性能对比 0. 6/1kV 耐火硅橡胶绝缘耐火电力电缆与云母 带绕包的耐火电缆相比耐火性能更佳， 在加工工艺、 敷设安装、 价格上比矿物绝缘电缆更有优势。三者 的性能对比见表 1。 表 1三种耐火电缆的性能对比 产品名称 耐火性能 GB/T 19666 单纯耐火 BS 6387 单纯耐火 BS 6387 耐火附加喷淋 BS 6387 耐火 附加机械振动 工艺投资成本安装弯曲半径生产效率 硅橡胶耐火电缆通过通过通过通过简单小低容易小高 云母带耐火电缆通过不能通过不能通过不能通过简单小低容易小高 矿物绝缘电缆通过通过通过通过复杂大高难大低 下转第 13 页 01 2012 年第 2 期 No． 22012 电 线 电 缆 Electric Wire ＆ Cable 2012 年 4 月 Apr． ， 2012 可使用有限元分析解决这一问题。 图 3 为利用 ANSYS 模拟钢管成缆缠绕过程的 有限元分析。从应力分布云图中可知， 应力热点出 现在缠绕钢管外侧最大弯曲变形处和内侧挤压变形 处。通过分析可得到应力的分布主要同缠绕角度、 成缆牵引力、 分线盘进线角度有关， 并可通过控制相 关参数优化钢管的应力分布。 图 3应用有限元软件对脐带缆成缆过程进行分析 2. 2制造过程中形变控制 通过理论计算和有限元分析可以对脐带缆在制 造过程中的主要控制参数进行优化。 1 成缆牵引力大小以及成缆放线角度的控 制。成缆时先设定成缆张力， 并对成缆张力进行实 时监控， 并自动调整， 使张力始终保证在设定范围 内。对于不同外径和壁厚的钢管， 可根据其自身刚 度不同而设置相应的张力， 在张力设置时应考虑钢 管自重的影响。同时成缆放线架应具备主动放线和 放线角度实时调整功能， 保证基座在转动时， 成缆角 度保持稳定。 2 各转向轮牵引力、 最小弯曲半径的控制。 脐带缆各单元以及制造的各个阶段都对最小弯曲半 径有严格的要求。在脐带缆过转向轮和卷盘时都要 对弯曲半径进行严格控制。特别要注意的是在有较 大牵引力和侧压力的弯曲时， 由于存在组合应力叠 加， 对最小弯曲半径的要求将可能随之增大。 除上述问题外， 脐带缆生产过程中还有铠装钢 丝张力控制等需要在生产前进行分析设定。 3结束语 本文根据脐带缆初样缆的试制中所遇到的问题 和得到的经验， 对脐带缆多层次多单元成缆以及制 作过程中形变控制的方法等生产关键工艺进行了介 绍。由于国内脐带缆设计、 制作尚处于起步阶段， 依 然有很多技术难点需突破， 如在保证截面结构稳定 的同时使其满足透水性要求。希望通过“863” 科研 课题研究， 尽快突破海洋深水水下生产系统用脐带 缆国产化关键技术， 建立具有自主知识产权的水下 生产系统用脐带缆的设计、 制造及测试能力， 为我国 南海油气资源勘探和开发提供技术储备与支持。 参考文献 ［ 1］ISO 13628- 5 2002 Subsea umbilicals［ S］． ［ 2］Knapp R H， Cruickehank M J． Design ology for Undersea ［ C］ ， OCEANS＇91． ［ 3］Bai Yong， Bai Qiang． Subsea pipelines and risers 2002 ［M］． 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 Elsevier Science． 上接第 10 页 4结束语 与常规云母带绕包的耐火电缆相比， 0. 6/1kV 耐火硅橡胶绝缘耐火电力电缆可以通过 BS 6387 2000 标准规定的单纯耐火、 耐火附加喷淋、 耐火附 加机械振动试验。与氧化镁矿物绝缘电缆相比， 加 工工艺简单、 敷设安装方便、 价格较低， 具有良好的 市场前景。 参考文献 ［ 1］彭小第， 夏亚芳， 刘军． 一种新型陶瓷化高分子复合耐火硅 橡胶耐火电缆的研制［J］． 电线电缆， 2007 4 檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨 檨檨檨檨檨 檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨 檨檨檨檨檨 殎 殎 殎 殎 28- 29． 为了地球上的生命， 请保护好自然环境 31 2012 年第 2 期 No． 22012 电 线 电 缆 Electric Wire ＆ Cable 2012 年 4 月 Apr． ， 2012