阻燃、耐火电缆的设计开发及选用.pdf

2 0 0 5 年第 2 期 No. 2 2 0 0 5 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi r e 耐火电缆; 温度指数; 氧指数; 隔氧层; 燃烧试验 中图分类号二 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 5 0 2 - 0 0 4 3 - 0 3 D e s i g n , D e v e l o p m e n t a n d S e l e c t i o n o f F l a m e R e t a r d a n t a n d F i r e - R e s i s t i n g C a b l e s WE I Xu e - h a i D e t a S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y G ro u p C o . L t d . ， T i a n j i n , T i a n j i n 3 0 0 4 0 0 , C h i n a A b s t r a c t T h i s p a p e r s u c h c a b l e K e y w o r d s d e s c r i b e s t h e t e s t i n g o r fl a m e re ta r d a n t a n d fi r e - r e s i s t in g c a b l e s . I t p r e s e n t s t h e p ro p e r s e l e c ti o n o f a s i n s u l a t i o n a n d s h e a t h a n d m a tt e r s n e e d i n g a t t e n t i o n i n d e s i g n . fl a m e r e t a r d a n t c a b l e ; f i r e - re s i s t i n g c a b l e ; t e m p e r a t u re i n d e x ; L O I ; o x y g e n b a r r i e r ; fl a m e t e s t 1 引言 随着社会及科学技术的进步， 带动了电线电缆 材料的飞速发展， 阻燃、 耐火电缆也越来也越多被使 用。同时人们的安全意识随着生活的改善而提高， 不断发生的各种火灾事故带给人们血淋淋的教训， 促使人们对阻燃、 耐火电缆的质量更加关注。虽然 已有大量的文献对阻燃及耐火电缆进行了介绍， 但 是对许多电线电缆的生产厂及用户来讲， 阻燃、 耐燃 电缆的设计开发及选用的知识和经验， 还有待于进 一步总结和提高， 但愿本文能对从事这方面工作的 人员起到一点启发作用。 顾名思义， 阻燃电缆是通过结构设计和材料的 合理选用， 在满足电线电缆一般性能的前提下， 还要 使电线电缆在遇到火源， 或在电缆由于自身原因引 起火灾的情况下， 在一定程度上能有效地防止火灾 的快速蔓延和扩散， 将其控制在有限的区域内以起 到降低火灾损失的作用。阻燃电线电缆通常可分为 一般阻燃电线电缆、 低烟低卤阻燃电线电缆、 低烟无 卤阻燃电线电缆。耐火电缆是指在一定的火焰温度 燃烧条件下， 电线电缆在一定的时间内能传输电能 和各种控制信号、 报警信号， 使照明、 防火报警装置 及其它一些应急设备， 在一定时间内仍可以正常运 行， 使救灾救援工作能够顺利进行， 把火灾造成的损 收稿日期二 2 0 0 4 - 0 7 - 1 5 作者简介 魏学海 1 9 6 3 - ， 男， 天津人， 高级工程师， 质 检部经理 . 作者 地 址 天 津 市 北 辰 区京 津 公 路 引河 桥 西 侧 [ 3 0 0 4 佣] . 失降到最低限度。 现代化的写字楼、 宾馆、 饭店、 火车站等重要的 大型公共场所装饰越来越豪华， 使用的可燃物越来 越多， 各大中城市相继建造很多地铁线路， 像这些重 要的公共场所就要求在一旦失火的情况下， 能源源 不断地正常输送电力、 输送各种控制及报警信号， 为 人的逃生、 自动报警、 消防设施的启动、 救援及应急 设备的使用提供宝贵的时间， 并能使电线电缆在一 定程度上具有自 熄性能， 防止事故进一步扩大， 将火 灾范围控制在有限的区域内。另外电缆如果在火场 中燃烧， 其所释放出的有毒气体尽量少， 不会使人窒 息而死亡; 释放的烟雾尽量少， 使人能找到逃生通 道。所以性能可靠的阻燃、 耐火电缆至关重要， 与人 们的生命息息相关。 2 阻燃、 耐火电线电缆的考核标准 2 . 1 阻燃电缆 阻燃电缆考核主要分为单根绝缘电线或电缆垂 直燃烧试验及成束电线电缆燃烧试验， 这两种试验 使用的设备不同， 考核的层面也不同， 因而就限定了 它使用的环境条件。因此， 用户根据不同场合使用 的具体情况， 提出电线电缆的阻燃要求， 进而确定不 同的考核方法， 既要满足使用要求， 又可节约成本， 避免大材小用或小材大用。 考核阻燃电线电缆阻燃性能的试验方法为 G B / T 1 8 3 8 0 . 1 一 3 一 2 0 0 1 ， 它基本上等同于 I E C 6 0 3 3 2 。能 通过单根绝缘电线电缆燃烧试验的电缆， 并不足以 保证该电线电缆在所有敷设条件下都能阻止火焰的 万方数据 2 0 0 5 年第2 期 No. 2 2 0 0 5 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi r e 在供火燃烧的同时在试样一 端施加电缆的额定电压， 另一端加一定的负载， 维持 一定的电流流过试样， 保持规格为 2 A的快速熔断 器在 9 0 m i n 的燃烧时间及停火后维持加压的1 5 m i n 内不熔断， 即为合格。 阻燃、 耐火电缆看似简单， 有些电缆生产厂家甚 至认为在阻燃电缆中使用一些高氧指数的材料， 绕 包两层耐火电缆云母带就可以了， 其实不然， 要通过 相应的检测试验绝非易事。 3 阻燃、 耐火电缆的设计开发 3 . 1 电缆料及云母带的选用 要生产出合格的阻燃、 耐火电缆， 阻燃绝缘料和 护套料及云母带的选用最为关键。关于云母带的选 用， 作者已在2 0 0 2 年第 1 期 电线电缆 “ 浅论耐火 电缆质量的控制” 一文中详述， 本文不再重复。下面 主要谈一下阻燃绝缘料和护套料的选择。 1 阻燃聚氯乙燃绝缘和护套电线电缆此类 电线电缆具有很好的阻燃性能， 它制造简单， 成本低 廉， 因而是目 前使用量最大的一类阻燃电线电缆， 但 它有一致命的缺点， 就是一旦发生燃烧会产生大量 的卤化氢气体， 使人窒息而亡; 产生的酸雾是很强的 腐蚀剂， 对重要的仪器设备造成严重的腐蚀， 对环境 造成污染; 同时产生的大量黑烟， 使人无法找到逃生 的通道， 因此在人员集中或具有重要仪器设备的场 所就限制了它的使用。因其对环境有污染， 已属逐 渐淘汰的产品。 2 低烟无卤阻燃绝缘和护套电线电缆低烟 无卤阻燃绝缘和护套电线电缆是以低烟无卤阻燃绝 缘和护套材料制成的， 低烟无卤阻燃料是以聚烯烃 为基料， 根据配方的不同加人适合的阻燃剂、 消烟剂 及其它组分共混而成。阻燃剂根据阻燃的机理不同 而起到吸热、 隔氧的作用， 中止燃烧反应， 来达到阻 止火焰蔓延的目的; 消烟剂主要用来消除或减少燃 烧时产生的黑烟， 使逃生者能看清逃生方向和道路， 救援人员能看清内部情况展开救援工作， 更重要的 一点是它产生的有毒产物极少， 不会危及到生命及 造成环境污染。 3 低烟低卤阻燃绝缘和护套电线电缆低烟 低卤阻燃绝缘和护套电线电缆所用低烟低卤阻燃 料， 分为以聚烯烃为基料和以P V C或氯磺化聚乙烯 为基料两类， 根据配方的不同加人适合的阻燃剂、 消 烟剂及其它组分， 从透光率、 卤化氢含量来讲比低烟 无卤要差， 但由于它价格便宜， 制造成本相对较低， 也可用于较重要、 人员相对集中的场合。 那么在电缆设计过程中， 上述的几种常见的阻 燃材料如何选用呢 阻燃电线电缆所用材料， 除了保证材料的电气 性能、 机械物理性能外， 最主要的就是氧指数、 温度 指数， 有的电线电缆生产厂家为满足某一特定的阻 燃等级， 片面要求高氧指数的材料， 而忽视温度指 数。他们认为， 只要氧指数达到一定数值， 电缆阻燃 性能就没问题， 这种观点不是很全面。因为氧指数 是在 1 0 一 3 5 0 C 时的测定值， 而氧指数是随着温度的 上升而降低的， 有的材料甚至于随温度的上升而急 剧下降， 从而降低阻燃性能。因此， 除氧指数外， 更 要关注材料的温度指数。所谓温度指数， 就是在规 万方数据 2 0 0 5 年第2 期 N o . 2 2 0 0 5 电 线 电 缆 E l e c t r i c Wi r e C a b l e 2 0 0 5年 4月 A p r . , 2 0 0 5 定的条件下， 试样在固定的氧、 氮混合气流中氧浓度 为2 0 . 9 时逐渐提高温度， 直至试样刚好维持烛样 燃烧3 m i n 时的温度。通常温度指数高的材料， 阻 燃性能也较好。因此在选择材料时， 既要看它的氧 指数， 还要看温度指数。 3 . 2 产品的结构设计 在电缆设计过程中还要从电缆结构设计上来保 证产品的阻燃性能。产品的结构设计对保证产品的 阻燃性能也至关重要， 有钢带、 铜带恺装层的电缆， 比没有恺装层的电缆容易实现优良的阻燃性能， 它 能起到一定的防火墙的作用。而钢丝束恺 即钢丝 绞合形成的恺装层 、 钢丝或铜丝编织层很容易将底 部的燃烧温度传导到上部， 使其内部塑料的氧指数 降低， 熔融的塑料会从它们的缝隙流出， 加剧燃烧， 其阻燃效果与没有束恺或编织的差不多， 甚至还不 如没有束恺或编织层的电缆。 如果绝缘材料是不阻燃的聚烯烃类塑料， 电缆 通过成束燃烧比较困难， 特别是阻燃 A类。在这种 情况下就要挤包隔氧层。隔氧层的厚度根据缆芯非 金属含量所占的比例情况来决定。所谓隔氧层就是 挤包一种材料， 其材料的氧指数、 温度指数很高， 但 其机械性能比较差。其作用是一旦遇火燃烧， 隔氧 层会烧结成一种保护壳， 起到隔绝氧气的作用， 控制 燃烧要素， 使燃烧变得困难， 从而达到阻燃的目的。 现在很多用户在电缆实际使用中， 同时要求电 缆具有阻燃性能和耐火性能， 因此在设计时要考虑 阻燃性和耐火性能。要通过耐火要求首要条件就是 选用合格的云母带， 更重要的就是根据生产设备的 实际情况， 摸索出合适的绕包角度、 绕包层数， 保证 绕包平滑， 无漏包情况发生。具体绕包层数要根据 各个生产耐火电缆工厂的实际经验、 电缆耐火等级 和电压等级的要求来确定， 以保证电缆通过耐火性 能试验为最终目的。云母带外面绕包一层聚醋薄膜 是必要的， 一方面防止刮伤云母带， 另一方面防止云 母带吸潮， 造成耐火性能降低。绕包完成的线芯要 尽快挤包绝缘， 主要是防止云母带吸潮。对于小截 面的导体， 绕包云母带时， 要考虑曲率半径小的特 点。因为曲率半径小， 容易使云母带过分弯曲， 导致 云母带出现裂纹， 而影响耐火性能， 所以选择合适的 云母带也很重要。在绕包过程中， 要注意观察， 不能 掉落云母片， 用手触摸时手感要光滑， 小角度弯曲时 不出现云母断裂的现象。在生产过程中要文明生 产， 杜绝磕碰， 这样才能使耐火电线电缆的合格率大 幅度提高。另外， 用户在选择导体截面时， 在正常工 作的基础上， 要提高一个档次， 以防止遇到火灾时温 度升高， 造成直流电阻猛增， 导致各种设备不能正常 工作， 没有起到应有的作用。 4 结束语 总之， 生产阻燃、 耐火电缆， 既简单， 又复杂。说 它简单就是产品设计人员要通过大量的试验， 不断 调整、 改进结构， 不断总结经验， 选用合适的绝缘、 护 套材料， 就能设计出既满足阻燃、 耐火性能， 也可降 低成本的电缆。说它复杂就是没有通过试验有效的 设计出合理的结构、 选用合适的原材料， 凭空想象设 计出的产品可能既增加了成本， 又造成产品性能达 不到要求。因此试验手段非常重要， 不要认为购买 试验设备会增加成本， 相反， 通过各种试验， 掌握第 一手资料， 设计出合理的结构， 选用合适的材料， 降 低的成本比因购买试验设备而增加的部分可观的 多， 既可减少有限资源的浪费， 又可使其效益显著。 希望电缆从业同行不断提高阻燃、 耐火电缆的设计 水平和生产质量， 使我国的阻燃耐火电缆的质量提 高到一个新水平， 实现阻燃耐火电缆新的跨越。 甘娜甲︾.丫甘甘甘娜切甘娜丫甲︾甘丫 欢 迎 广 大 读 者 为 本 刊 撰 写 稿 件 欢 迎 广 大 读 者 向 本 刊 提 出 建 议 欢 迎 各 家 企 业 在 本 刊 刊 登 广 告 ︽.自-.内︽︽︽自内.内. 、 c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c Y 万方数据