电缆负载条件下的燃烧试验及热电偶选型*

王玉龙

(山西省节能中心有限公司，山西 太原 030000)

0 引 言

随着煤矿井下作业电气化，自动化综采设备、掘进设备、运输设备的使用，井下用电量不断增加，煤矿电力电缆的作用越来越重要。煤矿井下是特殊作业场所，存在井下突发情况用电量猛增情况，电缆的负载会远大于电缆的额定负载，电缆温度增加到一定程度，会发生燃烧现象，如果井下矿用是没有阻燃性能的电缆，就会频发安全事故。因此电缆使用前进行阻燃性能试验，可以避免不具有阻燃性能的电缆应用于井下，以免造成井下事故的发生。

电缆负载条件下的燃烧试验是检验煤矿用电力电缆的重要试验，主要模拟电缆在负载条件下发生火灾时电缆耐火情况以及外界火源消失时电缆自身的阻燃性能情况。笔者通过电缆负载条件下的燃烧试验，发现了设备热电偶型号不同对试验准确性产生的影响，提出了用各种型号电缆做负载条件下燃烧试验时，同时接入两种不同型号热电偶，并对试验数据进行对比，最终得出解决试验过程中温度不准确的办法，为检验电缆阻燃性能的准确性提供参考。

1 电缆负载燃烧试验原理及方法

电缆负载燃烧试验原理：给试验电缆加载规定值的电流，当试件温度升到规定值，用喷灯进行燃烧，观察电缆的续燃情况。

试验方法如下：

(1) 从样品中截取长度约为1.8 m的电缆作为试样，若为非金属电缆中间接头试样，则连接上相应规格的电缆并使接头位于整个试样的中部。不论试样中是否包含其他线芯(如信号线芯等)，作为试样只应在每根动力线芯的两端剥去长度约为6 cm的绝缘。在距试样中心线20 cm±1 cm的一侧，用小刀切开试样的护套和绝缘等覆盖层，露出一根动力线芯导体，并将热电偶的测温头插入其中，使此测温头与动力线芯导体能良好地接触，然后掩上绝缘、护套等覆盖层，并扎紧此切口。

(2) 安装试样：将试样放置到燃烧箱内支架上，试样中心线位于燃烧箱中部，试样两端分别从燃烧箱两侧孔伸出箱外，将试样的两端接至控制台输出铜排，并可靠连接。然后将测温线与电控箱测温仪连接，以便能观察动力线芯导体的温度。注意观察控制台显示的试样导体的温度，当温度升至(205±5)℃时，移动调好喷灯，使喷灯火焰燃烧试样中心点，并启动计时器计时，燃烧1 min后移去喷灯，同时切断通过试件电流，观察试件的续燃情况，并用秒表记录试样的续燃时间。

2 试验过程中存在问题及分析

(1) 整个试验过程中，温度传递的准确性对试验的准确起到至关重要的作用，其中传递温度的热电偶就成了关键。试验过程中发现仪器设备上的温度显示跳数据现象，导致试验不准确。

(2) 进行以下观察和讨论

① 排除设备仪器故障。笔者把热电偶与相配套的显示表拆解送去国家认定的计量科学研究院进行检定，结果数据是准确的，说明设备仪器本身没有任何问题。

② 对电缆中的热电偶进行了负载燃烧试验在试样电缆上相同的位置不同的动力线芯上开口，一股动力线芯接入设备热电偶；另一股动力线芯接入FLUKE51Ⅱ型手持式温度表的热电偶(此表经过计量检定中心检定合格)。开启设备给电缆加载电流,使电缆的温度上升到规定温度,对比两组测试电偶显示器的数据。经过在升温过程中各个温度段的比对，两种热电偶的温度差值基本上是在1 ℃，基本一致，没有出现大的差值。通过分析此次比对试验用的煤矿用移动屏蔽橡套软电缆，动力线芯的面积为50 mm2，此种动力线芯的截面积是橡套电缆中的中游水平，既不是很细也不是很粗。电缆动力线芯中铜丝直径大约在0.5 mm左右。同时查询电缆负载燃烧试验台的设备资料和手持式温度的使用说明书得知电缆负载条件下的燃烧试验台设备上现在用的是E型热电偶，手持式温度表用的是K 型热电偶。两种热电偶的型号已经确定，热电偶的直径分别为E型热电偶：0.40 mm，K 型热电偶：0.81 mm。为了用更多的数据分析问题，笔者需要进行更多的试验。通过调查得出煤矿用电缆线芯主要分为两种：第一种为铜丝构成的软电缆(包括煤矿用移动橡套软电缆，煤矿用移动屏蔽橡套软电缆，煤矿用移动金属屏蔽监视型橡套软电缆，采煤机屏蔽橡套软电缆等)；另一种为细铜条构成的铠装电缆，例如：煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套通信电缆。笔者准备了两种品牌的电缆同时对两种品牌不同型号的电缆动力线芯面积、铜丝直径及面积测量数据表1和表2所列。

表1 第一厂家电缆动力线芯面积、直径、单根导线面积

表2 第二厂家电缆电缆动力线芯面积、直径、单根导线面积

依据两个表中的数据，两个厂家生产电缆的铜丝直径和截面积没有太大区别(部分电缆铜丝镀锌，直径影响不大)，所以选择第二厂家的电缆作为以后试验用电缆。

③ 依据标准MT/T386-2011《煤矿用电缆阻燃性能的试验方法和判定规则》的要求， 把上述所有型号的电缆全部制样并全部进行负载条件下燃烧试验，观察两个温度表的温度变化情况并同时用秒表记录达到标准规定的温度所需要的时间。

通过依次用不同型号的电缆重复上述试验得出两种不同热电偶在不同型号下温度随时间变化以及达到规定温度的时间值，如表3所列。

表3 不同动力线芯面积两种热电偶达到相同温度所需时间

④ 通过上表可以看出当动力线芯横截面积为50 mm2时，两种电偶达到规定温度时所用时间最接近，小于横截面积50 mm2达到规定温度所需要时间E型热电偶较少，大于横截面积50 mm2的K型热电偶较少。同时在试验中发现，由于各热电偶直径原因，在6 mm2，10 mm2的试验过程中，K型出现了虚接情况，通过表中时间看出，在面积比较大的电缆试验过程中，E型出现虚接情况，就是实际温度已超过了温度表所显示温度。

⑤通过这些数据分析得出：温度不稳定是热电偶直径跟电缆铜丝直径不同的主要原因，电缆动力线芯由铜丝构成，直径大小有一定差距，在插入热电偶时会因此原因导致出现虚接情况，热电偶直径越接近电缆铜丝直径出现虚接的情况就会减少，所以在试验时根据不同的电缆动力线芯的直径选择不同的热电偶。

3 燃烧试验台热电偶选型选择

热电偶选型的准确性是获得准确试验数据的可靠保证，表4详细统计了热电偶型号与测温范围和直径范围数据。

表4 各种热电偶型号、测温范围和直径

依据表4，通过核查电缆负载条件下燃烧试验台设备资料得知设备上提供的热电偶读数的仪表是可以变换与仪表匹配的热电偶型号。可以匹配热电偶：1.K型、2.E型、3.T型、4.PT100型、5.CU50型，6.S型，7.R型等。如：S型热电偶跟R型热电偶都是以铂金为主要成分的贵金属热电偶，热电势率小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，投入大，保管也比较麻烦。通过各个方面综合比较热电偶情况选用K型和E型综合使用，这两种热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点。在线芯直径小的情况下用E型，在直径大的情况下就切换用K型。对于铜条构成的电力电缆用K型就非常稳定。

4 结 语

煤矿用电力电缆的安全性能直接影响这整个煤矿井下作业的安全，通过电缆负载条件下的燃烧试验保证进入煤矿井下的电缆阻燃性是关键有效的措施。通过对电缆负载条件下燃烧试验台设备的研究及热电偶的选择，使得试验的结果更加的准确。进一步提升煤矿用电力电缆检验质量，避免不合格的电缆产品进入生产矿井，最大限度的消除煤矿井下安全隐患。