无卤低烟阻燃电线电缆结构设计

张广祥 钱力

摘  要：本文对无卤低烟阻燃电线电缆结构按照由内到外的顺序对导体、云母带层、电缆绝缘层、电缆金属铠装和电缆护套进行设计，详细介绍了各层的材料，并对相关参数进行了分析计算，从而实现了整体结构的合理性。

关键词：电线电缆;结构;阻燃;安全性

随着社会和经济发展，建筑物的结构和规模不断复杂化，人们对电线电缆的环保性和安全性要求不断提高，尤其是一类高层住宅建筑以及重要的公共场所如医院、学校、地铁、车站、大型商场等人口密度大的场所。传统的电线电缆其绝缘材料和外护套材料，阻燃耐火性能查，通常含有卤元素。发生火灾容易燃烧，并且会分解大量的有毒有害气體，不利于安全疏散和及时救援。无卤低烟阻燃电线电缆由于其结构和材料的安全性，成为这些重要建筑物的首先电缆。

1.无卤低烟阻燃电线电缆结构

电线电缆是用于传导电能的载体，其技术性能主要是导体具较好的导电性、稳定可靠性电缆整体结构发热与散热的平衡性、电动应力以及机械的承受能力。无卤低烟阻燃电线电缆还要去具有阻燃、低卤特点，其结构主要有导体、云母带 绝缘层、铠装和外护套组成。

2电缆导体设计

2.1导体材料

强度高，具有很好的塑性，易于进行热加工或冷加工，具有良好的耐腐蚀能力，抗氧化能力铜和铝通常用来做电线电缆的导体，与铝相比较，铜具有优良的导电性能，导热性能好，强，化学性能好，延展性能好，机械强度高，能承受较大的机械拉力，所以选择铜作为该电线电缆的导体材料[1]。

2.2导体结构尺寸

对于铜导体尺寸的计算：软导体的每根导体单线应具有相同的标称直径，由国标可知标称截面积1.5mm2的第五种软导体内最大单线直径为0.26mm，20℃最大电阻R=13.3Ω/km。查表可得，标称截面为95mm2紧压圆形铜导体，在20℃最大电阻RB=13.3Ω/km =13.3×10-3Ω/m。单线根数为7～61根，设计导体采用1+6+12正规紧压绞合结构，取紧压系数η=0.85，对应铜的延伸系数取μ=1.10，取ρ20=0.017241。对于六芯电缆取K3=1.02，而K1、K2可根据标称截面积A单丝近似直径d来确定。

3电缆绝缘层设计

3.1绝缘层材料

绝缘层采用交联聚乙烯是为了提高聚乙烯的性能，对聚乙烯进行交联，通过聚乙烯分子间的共价键形成一个网状的三维结构，迅速改善了聚乙烯树脂的性能，对聚乙烯的交联方法主要有物理和化学联两种方法。

3.2绝缘层结构设计

绝缘层结构主要包括挤包、绕包、绕包浸油、粉末填充、涂包、空气或空气组合式。

绝缘材料应采用GB/T 9330.1-2008中所规定的XLPE型交联聚乙烯，即热固性交联聚乙烯。在挤塑时绝缘材料应均匀紧密挤包在铜导体上，应容易剥离且不损伤绝缘体和导体。绝缘层的标称厚度应不小于0.6mm，绝缘层厚度的平均值应不小于标称值，其在最薄处的厚度应不小于标称值厚度的90%减去0.1mm[2]，即最小厚度为0.44。电缆绝缘层外径为：mm。

4电缆成缆填充物的设计

4.1绞合方向和绞合节距

绝缘线芯应绞合成缆，最外层的绞合方向为右方，绞合节距应不大于绞合外径的16倍.

4.2填充物

在绝缘线芯间的间隙填充物应采用非吸湿性、适合电缆运行温度并与电缆绝缘材料相兼容的材料，并且填充物应不粘接绝缘线芯。由于绝缘线芯结构和制造工艺原因，成缆时，其线芯之间会产生一定的空隙，尤其是三芯、四芯和五芯圆形线芯成缆时，其内部的空隙比较大，为了提高线缆结构的稳定性，需要对空隙填充材料，同时可提高电缆的圆整度[2]。对填充材料有很高的要求：要求填料耐热性能不能低于电线电缆工作的温度，并且不能促使与其接触材料的性能变化，同时还要具有不吸水性。常用填充材料主要有聚丙烯撕裂薄膜、成型塑胶条、纸捻绳、电缆麻、棉纱、塑料绳、橡皮填芯等。芯数为1+6的电缆侧面填充面积为mm?;中心填充面积为mm?。

5电缆金属铠装的设计

5.1金属铠装结构

金属铠装主要是根据机械应力来确定的，采用镀锌钢带材料，由双金属带左向螺旋状间隙绕包在内衬层上。外层金属带的中间大致在内层金属带间隙上方，包带间隙应不大于金属带宽度的50%。圆金属丝铠装由钢丝单层左向或双层钢丝内层右向、外层左向绕包在内衬层上，并且钢丝之间间隙的总和应不超过一根钢丝的直径。

5.2金属铠装尺寸

6.1外护套材料

采用交联聚乙烯护套，交联聚乙烯护套是一种用绝缘材料包裹多股铜丝绞合导体，通过先进技术自动化设备生产线通过护套材料压合而成的扁平型电缆，具有随意弯曲折叠、柔软、相对厚度薄、体积小、拆卸方便等优点。可以根据需要选择导线数目及间距，产品的体积大大减少，降低了生产成本，也提高生产效率，适合电气设备中做数据传输线缆或动力传输之用。

6.2外护套结构尺寸

护套厚度的标称值与符合下表规定，铠装型电缆护套的最小标称厚度应不小于1.5mm，其最薄处厚度应不小于标称值的80%减去0.2mm。

在电线电缆结构上，采用交联聚乙烯的绝缘层、云母带以及电缆金属铠装的设计，满足了电线电缆机械性能的要求，又保证了无卤低烟阻燃电线电缆在重要建筑物中使用的安全性和环保性。

参考文献

[1] 赵利会.新型铝合金电缆在风电场的应用[J].城市建设理论研究 2015

[2] 胡培生，丁荣.配电线路[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3] 房晓东.现代化电动汽车充电电缆技术综述[J].科学与信息化 2018

基金项目：芜湖职业技术学院校级自然重点项目“工业机器人焊接的轨迹规划与运动仿真”（Wzyzrzd202004）。