0.6/1kV耐火硅橡胶绝缘耐火电力电缆的研制

2012-09-28张仲韬吴卫峰孙建卫杨建伟

电线电缆 2012年2期

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)

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 19666—2005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 19666—2005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 12706.1—2008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 3956—2008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 12706.1—2008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 12706.1—2008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700～1300℃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。