防腐耐油发热软电缆的研制

居盛文 王文渊

（安徽江淮电缆集团有限公司，安徽 芜湖 238371）

引言

发热电缆广泛应用在建筑、石化、石油等领域。尤其建筑采暖市场发展迅速，我国年需求将超过50亿元人民币。目前，普通发热电缆生产工艺已经成熟，但普通的发热电缆却在某些特殊场合不能满足使用要求，如油污等恶劣环境及防腐蚀、耐高低温等场合。普通发热电缆易腐蚀老化开裂，降低了电缆的使用寿命，影响正常生产生活活动，同时造成一定的经济损失。新研制的防腐耐油发热软电缆具有安装维护方便、节能环保、安全可靠、用途广泛等特点，同时具备柔软、防腐、耐油、耐高低温等多项优越性能。产品符合国家环保要求和发展方向，属新型环保类电缆高新技术产品。

1 电缆结构设计

防腐耐油发热软电缆其结构特征是：该电缆导体选用电阻率永久恒定的铜镍合金和镍铬合金作为发热体，发热体是发热电缆的核心，即使发热电缆在恶劣的环境中工作（-60℃～180℃），也应保证其有效的加热功能。内绝缘选用PTFE氟塑料，该种材料是有机物中电气性能、机械性能、耐寒耐热性能最佳塑料。该种PTFE绝缘材料的使用，能大大降低外绝缘交联聚烯烃的表面温度，使外绝缘层能够保持在正常的温度内工作，确保外绝缘料性能不受影响。在冷热线接头处采用PTFE氟塑料挤包，且挤包长度向外延伸3～4cm。因存在冷热接头，其所处部位电阻通常要高于正常值，产生的热量和温度也高。采用在冷热线接头处PTFE氟塑料绝缘向外延伸方法，就是要保证此处有良好的电气性能和机械性能。外绝缘层采用绝缘性能优、耐热性能好的交联型聚烯烃材料，以满足电缆的绝缘性能和耐高低性能。屏蔽采用双层铝塑复合带纵包结构，使屏蔽覆盖率达100%，同时在铝塑复合带屏蔽层下增设镀锡铜丝引流线，可有效将电磁场引入大地，实现良好的抗电磁干扰能力。护套采用耐热180度的抗拉撕硅橡胶材料，可使电缆具有优良的防腐、耐油特性，也可有效保护电缆线芯同时增加了电缆的散热面积。电缆结构图如下：

图1

2 科学技术路线

2.1 发热电缆导体选择

根据国家标准《GB/T20841—2007额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆》规定：发热电缆直径不得小于6mm，因此本发热电缆设计导体直径为6.5±0.3mm，同时导体采用新型的复合金属发热材料，由多股合金材料绞合而成，其具有抗拉强度高（70N/ mm2）、电阻率低、柔软性好、接触电阻低、可焊性好等优点。

2.2 耐高温指标

原创性地将导热功能引人高分子绝缘材料，将绝缘材料的导热率提高了10倍，使高分子材料的热老化温度下降了近60℃，从而成倍地提高了发热电缆的使用寿命、热效率和升温速率。《GB/ T20841—2007额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆》标准规定：发热电缆的导体线芯最高工作温度为90℃，电缆护套最高工作温度为65℃。而新研发的防腐耐油发热软电缆新产品导体采用合金导体，绝缘选用PTFE氟塑料和交联聚烯烃材料，其线芯最高工作温度可达150℃。护套采用硅橡胶材料，可使电缆耐环境温度最高达180℃。电缆绝缘和护套材料的耐高温指标均超过国家标准，其目的是：保证发热电缆可在高温环境中长期使用而不发生故障。我公司作比对试验发现：新型的防腐耐油发热软电缆可经150℃工作温度，180天不间断加热试验，电缆仍完好无损；而普通发热电缆在同等条件下，通电加热23天后便出现故障停止加热。

2.3 发热电缆组成及工作原理

组成：分户电表→配电装置→温控器→发热电缆→向地面供暖。

工作原理：发热电缆通电后产生热量，其温度一般可控制在50℃～60℃，热量通过热传导方式向周围的水泥、地砖传热，其传导热量约占电缆发热量的70%；同时发热电缆在通电后，还会产生7～10微米的远红外向空间辐射，这部分热量约占电缆发热量的30%，因此电缆供暖效果良好利用率高，热效率几乎无损耗。

3 产品试验设计

3.1 弯曲性能

防腐耐油发热软电缆采用弹簧式制造技术，有效地提高了电缆的柔软度，从而避免由于地面高度落差而造成对电缆敷设及产品性能的影响。

3.2 耐温和耐高频性能

一般来说绝缘层的质量好坏直接影响到发热电缆的寿命，电缆绝缘材质的改进，提高了电缆的耐寒性、耐热性能，使电缆可在-60℃～+180℃范围内正常工作；电缆的耐高频性能：在50赫到1000赫广阔的超高频范围内，耐高频性能几乎不变，产品优于市场上销售的任何发热电缆。

3.3 防腐耐油性能

护套材料采用具有优异的耐腐蚀、耐高低温的硅橡胶材料，既能满足电缆的耐高低温性能，又能满足其在恶劣环境中长期使用。在酸碱液类型（HCL、NaOH标准溶液）1mol（168h）的试验条件下：抗张强度变化率小于±30%，为14%；断裂伸长率≥100%，为180%。

4 试制中存在的问题及解决方案

在试制过程中我们遇到了一些技术上的关键性问题，针对问题我们逐一分析、研究与突破，主要有以下几点：

4.1 原有外护套的存在散热效果不好、易老化问题

我们根据新研制的产品特点，采用了目前橡胶中最好的硅橡胶材料，用它作为电缆的护套，它具有：良好的导热、散热、粘接性能；固化速度快，对金属有良好的附着力且无腐蚀；长期使用不会脱落，不会产生接触缝隙而降低散热效果；卓越的耐高低性能、耐老化性能、电绝缘性能和优异的防潮、防腐、耐油、耐电晕性能，可满足电缆的使用要求。

4.2 发热时电磁辐射问题

由于发热电缆一般用于人员较为密集的场所，而电缆在通电发热过程中，会产生电磁辐射（电磁辐射超过100微特斯拉对人身健康产生影响）。因此我们采用双层铝塑复合带和镀锡铜丝引流线屏蔽结构，有效地将电磁场屏蔽在缆芯内防止向周围扩散，且通过增设镀锡铜丝引流线，可将电磁场引入大地，使电缆屏蔽层与大地形成等电位端，使电缆产生的电磁辐射不超过20微特斯拉，避免了电磁辐射对人身的伤害。

4.3 冷热丝接头问题

目前市场上发热电缆大部分都采用冷接方法（冷、热线用机械压接的方式处理）。电缆在长期的运行中，发热部分与冷引线部份的接触点会因为接触不良而形成较大电阻，在接头部分产生高温，最终在接头处烧坏。冷接头就像家里用的电炉一样，电炉丝是很少被烧断的，而电炉丝与电源的接头就经常出现问题。而本新型的防腐耐油发热软电缆，采用隐式接头焊接方法（一种小直径金属丝对接方法），将发热丝与冷引线熔为一体，可有效避免发热丝因冷热变换而引起的接触不良现象，同时避免了冷热丝间焊接不牢、分层现象，提高了发热电缆的安全性和可靠性，从而延长了发热电缆的使用寿命。

5 产品主要性能指标

研制的防腐耐油发热软电缆，经上海电缆研究所国家电线电缆质量监督检验中心检测，各项性能符合或超过国内外相关产品的规定，同时满足使用要求。电缆具备了优良的电发热性能和优越的防腐耐油特性，其主要性能指标如下：

A.电缆具有较强的耐弯曲性能，最小弯曲半径可达4D。

B.电缆产品芯线为具有正电阻温度系数的金属合金丝组成，线性额定功率为20w/m，且产品绝缘电阻大于500MΩ·km。

C.电缆可在-60℃～+180℃温度和恶劣的环境中长期工作，防腐耐油耐高低温性能优异。

D.电缆燃烧时发烟量少，不含有卤素，不产生有毒有害气体和腐蚀性气体。

E.电缆不含有铅等重金属，不污染土壤，可以重复利用，再生性强。

结语

防腐耐油发热软电缆的使用场所广泛，既可在普通场合作供暖使用，也可用于防腐、耐油、耐高低温等特殊场合，同时也可作为石油、化工企业储油设备防冻伴热用。产品安装简单，维护费用低，有良好的经济效益和社会效益。本产品采用零排放、无污染的绿色环保的供暖方式，有利于国家环保，符合国家产业政策。产品已获国家实用新型专利证书（专利号：ZL201220038198.9）。

[1]GB/T20841—2007，额定电压300/500V生活设施加热和防结冰用加热电缆[S].

[2]王卫东.高温加热电缆结构设计[J].河南机电高等专科学校校报，2011，19（01）：7-9.

[3]韩庆起.一种加热电缆[P].中国专利数据库，授权公告号：CN 2676557Y.

[4]杨燕.双导单热发热电缆[P].中国专利数据库，授权公告号：CN 2634781Y.