关于煤矿用无卤阻燃电缆的结构及其性能的研究

2014-12-10刘洁

中国科技纵横 2014年12期

关键词：低烟聚烯烃氧指数

刘洁

(铜陵有色股份铜冠电工有限公司,安徽铜陵 244000)

关于煤矿用无卤阻燃电缆的结构及其性能的研究

刘洁

(铜陵有色股份铜冠电工有限公司,安徽铜陵 244000)

随着我国经济的快速发展,电缆阻燃技术也随之增高,无卤低烟阻燃电缆将是行业内发展的主流,本文主要讨论无卤阻燃电缆在煤矿中的应用,从而实现对其阻燃电缆机理的研究,此外还会对无卤阻燃电缆的性能和结构做出重要分析。同时对其阻燃性进行评估,为无卤阻燃电缆在各个行业中的应用范围做出判断。

无卤阻燃电缆性能结构阻燃性评估

在我国,由于电缆出问题引发的火灾事故不在少数,电缆的阻燃已经成为当前人们关注的重要问题之一,其阻燃材料的应用不仅关系着电缆的阻燃性还对环境和事故救援有着重要的影响。

1 无卤阻燃电缆的在煤矿中的应用

在我国煤矿企业中,多用0.66～10kV的阻燃电缆,电缆的质量关系着生产人员的生命安全,在电缆的选取前要对电缆的结构、电气、机械、阻燃等性能进行测试。无卤电缆的使用可以减少卤化物燃烧时给火灾现场人员造成二次伤害。无卤阻燃电缆和其它电缆相比较,它在保证一定安全时间后不能再次使用,其燃烧部分成为废品。

2 无卤阻燃电缆的阻燃机理分析

无卤阻燃电缆常用阻燃材料为聚乙烯、聚烯烃、硅橡胶等材料组成,橡胶套多为热固性较低的无卤阻燃聚烯烃材料。此类材料为水合金属氧化物作为阻燃填充剂。其阻燃机理为主要是水合金属氧化物在热环境下释放结晶水(释放结晶水时温度要控制在聚合物成型和分解温度之间),从而吸收热量,达到阻燃效果,其反应式为:

当前常用的阻燃剂为Al(OH)3和Mg(OH)2,通常,在电缆的生产中为减少阻燃填充剂的用量,多和磷系阻燃剂合用,当其受热后,会在电缆表面形成聚磷酸膜,促使了聚合物的炭化,达到阻燃目的。

3 无卤阻燃电缆的性能分析

无卤阻燃电缆和一般电缆比,有很多特性,其中主要有以下几点:

3.1 无卤性和发烟性

无卤阻燃电缆在燃烧时不产生有害气体,如HCl、Cl2、CoCl2、HBr,HF等,其透光率达到60%以上,较为环保。表1为各电缆在燃烧时发烟性性比较。

3.2 阻燃性

相关数据表示,电缆非金属体积达到7L时,其燃烧长度不会超过2.5m。对其燃烧时的氧指数进行考核,阻燃材料的氧指数在26～30,护套的氧指数在30以上,严重时可达45以上,按照IEC60332-3标准可以将电缆阻燃分为A、B、C三个等级。电缆在燃烧(温度达到850℃)时间大于90min以上依然可以保持通电,保证电力以及信号的准确传输。

3.3 机械性和电气性

表1 各类型电缆发烟性对比表(LTE法)(表中电缆规格采用3×5.5mm2)

表2 常见阻燃材料的氧指数及温度指数

无卤阻燃电缆满足一般电缆的机械性和电气性,在加入填充剂后,无卤阻燃电缆的机械性和电气性能受到影响,随着对无卤阻燃电缆的深入研究,其电气和物理等相关性能会趋近与一般电缆材料,在传输和阻燃方面更加稳定。

4 无卤阻燃电缆的结构分析

无卤阻燃电缆较之一般电缆,在结构上主要表现在无卤和低烟两个方面,无卤即为电缆线在燃烧时,不会产生有毒害的腐蚀性烟雾和气体,在含氟量、含酸量、PH值、和电导方面均符合国家相关标准,低烟是指电缆在燃烧时所产生的烟雾可视率高。无卤低烟电缆在不同的场所应用时,其结构组成均不同,例如,在一般场所中采用的是无卤聚烯烃类绝缘材料,可根据使用条件适当调整其阻燃保护套、吸烟无卤阻燃衬层以及金属铠装等组件。在特殊条件下,要采用无卤阻燃聚烯烃绝缘材料或是硅橡胶绝缘材料等。可根据使用环境对其组件进行适当调整,此类阻燃电缆多用于煤矿井用。

5 无卤阻燃电缆的阻燃性评价

在对无卤阻燃电缆的评估中,主要是通过阻燃材料的氧指数和温度指数来评定。氧指数是指在规定的条件下,阻燃材料在大气中保持燃烧的最低用氧浓度。其计算式为

氧指数(OI)=｛[O2]/[O2]+[N2]｝×100%

式中[O2]和[N2]分表表示氧气和氮气的流量(L/min)。根据我国标准MT/T 386-2011《煤矿用电缆阻燃性能的试验方法和判定规则》的相关要求,选取阻燃材料时多数选择氧指数高、温度指数高的材料,在氧指数的测试中,多数参考JISK 7201、ASTMD 2863等标准,温度指数可以参照NES711和ISO 4589-3等规范。电缆的燃烧可以参照IP-CEAS-19-81、IEEE383等标准,常见的几种材料的氧指数和温度指数如(表2)。

此外,在对无卤阻燃电缆的阻燃性评价时,还可以参照MT386-2011标准和MT818,对煤矿用阻燃电缆进行燃烧检测试验,通过对燃烧时间、电缆的炭化长度和规范对比来确定其阻燃性是否能达到煤矿用要求。