張廣祥

新型低煙無鹵阻燃耐火電線電纜的設計

張廣祥

(蕪湖職業(yè)技術學院，安徽蕪湖，241003)

隨著工業(yè)技術的發(fā)展、城市和工業(yè)建筑物結構和規(guī)模的不斷復雜化以及消防安全意識的增加，人們對電線電纜產(chǎn)品的安全性和環(huán)保性要求越來越高。傳統(tǒng)的普通阻燃耐火電線電纜，雖然有阻燃和耐火的功能，但由于其材料含有大量的鹵聚合物和鹵阻燃劑，在燃燒狀態(tài)下，會釋放出有毒有害氣體和煙塵，因此已經(jīng)無法滿足安全環(huán)保的要求。新型低煙無鹵阻燃耐火電纜的性能，滿足了人們對安全環(huán)保電線電纜的要求。

阻燃；耐火；絕緣層；電線電纜。

1. 概述

在發(fā)生火災事故時,由于傳統(tǒng)電線電纜材料的熱分解和燃燒會產(chǎn)生出大量煙霧和有毒有害氣體, 這些煙霧和有毒有害氣體具有減光性和刺激性，往往使人眼睛模糊、找不到安全出口逃生,以至于窒息而造成傷亡。造成這一現(xiàn)象的主要原因就是因為傳統(tǒng)阻燃耐火電纜的絕緣層所采用的是含鹵聚合物與含鹵阻燃劑混合而成的阻燃材料[1]。此外，這類材料中還含有一定量的溴化物和鉛，對人體和環(huán)境都有害，會慢慢腐蝕消防設施，給人體健康和消防救援都會帶來極大的影響。于是新型的低煙無鹵阻燃耐火電纜成為所要解決的新課題。

2. 阻燃耐火電纜的總體結構

在設計上，外護層材料主要采用Al(OH)3或者Mg(OH)2的聚烯烴，絕緣層材料應采用GB/T 9330中所列的XLPE型交聯(lián)聚乙烯。在圓銅導體上進行搭接繞包云母帶，起耐火層結構的作用，并云母帶耐火層上擠交聯(lián)聚乙烯絕緣層。新型的低煙無鹵阻燃耐火電線電纜在總體結構設計上，由內(nèi)到外依次是銅導體、云母帶耐火層、絕緣層、阻燃包帶成纜（巖棉填實）、隔氧層，阻燃外護層等，總體結構如圖1所示。

圖1 電線電纜的總體結構

3. 具體結構設計要求

3.1 導體

根據(jù)GB/T3956-2008標準，新型的低煙無鹵阻燃耐火電線電纜導體采用圓形絞合銅導體結構。20℃時導體最大電阻為18.2Ω/km。

根據(jù)公式計算出導體的單絲直徑：

根據(jù)公式計算出導體的緊壓輪廓直徑：

式中，——緊壓導體的輪廓直徑；——單絲直徑；——單絲根數(shù)；——延伸系數(shù)；——緊壓系數(shù)。

3.2 耐火云母帶

電線電纜的耐火性能是指在規(guī)定的試驗條件下和時間內(nèi)，在火焰中燃燒，電纜仍然能保持正常供電運行特性[2]。耐火層的結構主要采用云母帶和MgO礦物絕緣材料，而礦物絕緣耐火電纜制造工藝復雜，大多耐火電纜主要采用云母帶結構。

云母帶是采用大鱗片云母紙用甲基苯基硅樹脂粘合在兩層無堿玻璃布之間，烘焙而成，具有耐火性能[3]。云母帶主要作用是耐火隔熱，不具有組合的功能，所以要和具有阻燃功能的絕緣層和外護層配合使用。云母帶在折彎的過程中，容易掉粉，并且在高溫環(huán)境下電氣性能會發(fā)生改變，所以云母帶結構和圓銅導體配合，主要用在不超過1000v低壓耐火電纜中。

3.3 絕緣層

絕緣層材料應采用GB/T 9330中所列的XLPE型交聯(lián)聚乙烯，即熱固性交聯(lián)聚乙烯。交聯(lián)聚乙烯絕緣材料在熔融狀態(tài)時，緊密擠包在導體上，且對導體和絕緣層沒有損傷。絕緣層的性能應符合下表相關規(guī)定。

表1 交聯(lián)聚乙烯料絕緣層性能

3.4 外護層

在交聯(lián)聚乙烯材料中加入大量的水合金屬氧化物如Al(OH)3或者Mg(OH)2，擠包外護層結構。所采用的材料均不含有鹵族元素，即使在燃燒狀態(tài)下，也不會產(chǎn)生有毒有害氣體和濃煙，只有少量的煙霧，酸氣含量在5%以下。水合金屬氧化物能夠起到阻燃作用的原理是受熱后會發(fā)生分解反應，產(chǎn)生大量的結晶水，變成水蒸氣，吸收熱量，并稀釋可燃氣體濃度，從而起到控制溫度上升阻止燃燒的效果。

為了改善阻燃效果，在外護層材料中加入一定量的含磷阻燃劑，因為磷系阻燃劑在高溫下會發(fā)生脫水反應，在表面會形成一層比較致密的薄膜從而阻隔空氣，起到更好的阻燃效果。

4. 新型電纜的燃燒性能

在規(guī)定的試驗條件下，燃燒狀態(tài)中，型低煙無鹵阻燃耐火電線電纜單根電纜阻燃性能以及其低煙性能如下表所示：

4.1 阻燃性能

表2 單根線纜阻燃性能

4.2 低煙性能

表3 電纜低煙性能

5. 結語

新型低煙無鹵阻燃耐火電線電纜在結構和材料設計方面采用絕緣層材料XLPE型交聯(lián)聚乙烯，外護層材料采用大量的水合金屬氧化物Al(OH)3的聚烯烴。在圓銅導體上搭接繞包云母帶，起到耐火層的作用。低煙無鹵阻燃耐火方面性能得到了提高和改善，滿足了人們對安全環(huán)保電線電纜的要求。

[1] 魏永乾. 無鹵低煙隔氧層阻燃電力電纜的設計制造[J]. 甘肅科技, 2010(17):50-51.

[2] 喬月純. 電線電纜結構設計[M]. 北京:中國電力出版社, 2017.

[3] 劉群. 耐火電力電纜結構設計及生產(chǎn)工藝的探討[J]. 電線電纜, 2001(5):24-25.

[3] 馬麗嬋. 低煙無鹵阻燃環(huán)保電纜的材料、結構與阻燃關系研究[J]. 建筑·建材·裝飾, 2016(2):167.

A New Design on low-smoke, halogen-free, flame-retardant and fire-resistant wire and cable

ZHANGGuang-xiang

With the development of industrial technology, increasing complication of urban and industrial structure and scale and the increasingpublic awareness in fire control,people’s demand for safety and environmental friendiness of wire and cable products is getting higher and higher. The traditional flame-retardant and fire-resistant wires and cables, though they have flame-retardant and fire-retardant functions, will emit toxic and harmful gases and smoke in the burning state due to a lot of halogen polymers and halogen flame retardants contained in them, hence they have failed to meet the requirements for safety and environmental friendiness.The performance of new low-smoke halogen-free flame-retardant fire-resistant cables meets the requirements for safe and environmentally-friendly wires and cables.

flame-retardancy; fire-resistance; insulation; wire and cable.

TM246

A

1009-1114（2019）02-0001-03

2019-04-17

張廣祥（1982.9—），安徽亳州人，碩士研究生，工程師。

研究項目：蕪湖職業(yè)技術學院校級自然重點項目“基于 V－REP平臺機器人仿真的建模與設計的研究”（Wzyzrzd201902）。

文稿責編 牛寶林