阻燃型电线电缆燃烧性能及其检测探讨

聊城市产品质量监督检验所 范海峰 岳远望 王程鹏

电线电缆检测包含多种性能，燃烧性能是其中较为重要的一个，确保电线电缆具有良好的燃烧性能，可在恶劣环境内发挥出对打的作用。对于传统电线电缆来说，仅注重传输性能，而忽略了阻燃性能，存在大量可燃性成分，缺乏合理的隔离措施，导致线缆的燃烧性能较低，当外界环境高温并出现明火后，容易发生燃烧问题，不符合相关规定的要求。针对这一情况，现代电力领域逐渐开发出燃烧性能良好的阻燃电线电缆，以此更好地对电力系统进行检测。基于此，本文以阻燃型电线电缆燃烧性能及其检测为题进行了研究，以进一步判断阻燃型电线电缆燃烧性质的好坏。

1 阻燃型电线电缆的燃烧性能概述

1.1 阻燃性能

燃烧性能由多个部分组成，阻燃性能是其中较为关键的一个，指的是材料被点燃后，自身能够对火焰进行抵抗能力的强弱。阻燃能力的提升，主要是通过不同措施实现的，其中常见的有三种方法，分别为：一是气相阻燃处理。即在电缆材料内，加入适量的气相阻燃剂，如含卤阻燃剂等，在高温条件下，可将其分解成多种不同的阻燃物质，在这些阻燃物质的作用下，使电缆达到阻燃的目的。二是凝聚相阻燃处理。确保线缆材料保持固相的同时，控制热分解反应的出现，以降低可燃气体的生成量，从而达到阻燃的目的，如可以在线缆内加入适量的磷化物等。三是断热交换处理。即在线缆内产生热量后，及时将一部分热量排出，使线缆内的温度保持在相对较低的水平，从而达到阻燃的目的[1]。

1.2 耐火性能

耐火性是材料燃烧性能的重要指标之一，指的是在明火燃烧作用下，线缆材料依然能够保持良好的能力。随着现代电力系统覆盖规模的不断扩大，社会各界均对电力电缆提出了更高的要求，特别是在一些重要区域更是如此，需要保证电缆周围出现火灾后，在一段时间当中，电线电缆不会随之而燃烧，依然可以安全、稳定地对电能进行传输，以此向用户提供良好的用电服务。

相对于一般电缆来说，耐火电缆的最大区别为：在线芯与外套之间，构建了一层耐火层，当线缆周围出现火灾，外套被烧毁后，耐火层继续阻隔一段时间，当阻隔层被烧坏后，才可使线芯燃烧。现代电力电缆领域耐火层材料较多，如白云母带、氟金合成云母带等，每种材料的耐火性质存在一定差异，需要根据实际情况而选择。对于云母带来说，主要耐火成分为云母纸，但其强度较弱，若直接应用，容易受到外力而损坏，因而在使用时，以粘合剂为材料，将其与玻璃丝布粘到一起，在提升材料整体耐火性的同时，防止材料受到外力而损坏[2]。

1.3 低烟性能

电线电缆燃烧后，将会产生大量烟气，从而引发多种危害，如遮挡人员视线，使火灾现场人员无法第一时间发现逃生通道；烟气中含有大量的有毒物质，会导致人们中毒晕厥，对人们的生命健康造成危害，不利于消防救火工作的进行等。所以，现代电力电缆生产制作时，逐渐对线缆的低烟性能产生了高度重视，利用加入适量助剂的方式，以提升线缆的低烟性能，如Al（OH）3与Mg（OH）2等。

通过这些助剂的使用，一方面可减少线缆燃烧时产生的烟雾量，另一方面，还可赋予线缆更强的阻燃性，因而在现代社会中应用得较为广泛。此外，近年来随着现代电力领域的快速发展，逐渐研发出了更多新型的低烟助剂，如钼化物、锌化物等，这些新型材料的出现，将会进一步提升线缆的低烟性能[3]。

2 阻燃型电线电缆基本结构

现代电力领域内，通常存在两种类型的阻燃电线电缆，一种为0.6/1.0kV 隔离型阻燃电缆，其结构如图1所示；另一种为中压（标准电压在6～35kV 范围内）隔离型阻燃电缆，其结构如图2所示。通过对上述两种隔离电缆与传统阻燃电缆进行观察能够发现，主要区别体现在两个方面，首先在线芯的外部，添加了隔离填充材料，其次在填充材料与护套之间，安装了一层隔离层，隔离材料通常为Al（OH）3与Mg（OH）2，这两种材料均具有良好的阻燃功能，将两种材料应用于电线电缆当中之后，即可有效提升电缆的燃烧性能。

图1 0.6/1.0kV 隔离型阻燃电缆内部截面图

图2 中压隔离型阻燃电缆内部截面图

3 阻燃型电线电缆阻燃机理

3.1 传统阻燃电缆

之前，电力领域为了防止电缆出现燃烧问题，已经研制出了一些阻燃电缆，这些阻燃电缆的应用在一定程度上提升了电力系统的安全性。对于这类阻燃电缆来说，主要是在外部护套制造时，在PVC等常规绝缘材料当中加入适量的阻燃剂，以提升外部护套的阻燃性，使电缆处于明火环境条件时，可自动阻隔明火的燃烧，从而达到阻燃的目的。护套阻燃剂加入量的多少，不仅影响到护套的阻燃性，而且还与护套电性能、机械性能等有关，阻燃剂加入量越高，护套的两种性能越低，因而会对阻燃电缆的使用造成一定干扰。此外，需要注意的是，在无卤护套当中，若添加一定含量的Al（OH）3与Mg（OH）2后，也会使其机械性能明显减弱[4]。

3.2 隔离型阻燃电缆

由上述基本结构介绍可知，在隔离型阻燃电缆当中，主要是在线芯与外套之间加入了多种阻燃材料，电缆外部出现明火之后，将会使电缆温度越来越高，当温度达到一定水平后，阻燃材料将出现分解反应，其中Al（OH）3的分解温度在230℃左右，Mg（OH）2的分解温度在340℃左右。在两种阻燃成分受热分解时，一方面分解反应需要较多热量的支持，因而会快速吸收周围产生的热能。

另一方面，分解后将会产生大量的水分，水分在汽化过程中，也会从周围吸收一定的热量，从而使电缆周围温度明显下降，避免高温导致外套燃烧。此外，两种材料受热分解后，还会形成氧化混合物：Al2O3与MgO，这些物质会附着在线芯的外表。因Al2O3与MgO 的易燃性低，不会受到高温而燃烧，也会对明火与内部芯材进行阻隔，从而达到阻燃的目的。

4 阻燃型电线电缆的燃烧性能检测

4.1 检测方法

近年来，随着国家对用电安全重视程度的不断提升，使得相关部门对防火建材产生了高度重视，制定并颁发了一些与此相关的法律法规，以此为提升用电安全性提供支持。其中，在电缆燃烧性能检测方面，主要有《电缆或光缆在或条件下火焰蔓延、热释放与产烟特性的试验方法》（GB/T 31248-2014）与《电缆及光缆燃烧性能分级》（GB/31247-2014）等，电线电缆使用之前，均要按照这些规定的要求对电缆性能予以检测，以此判断电线电缆的性能是否符合规定要求，以防止违规电缆应用到实际当中。

在GB/31247-2014当中，明确介绍了电缆燃烧性能的具体要求，见表1[5]。对电线电缆检测时，一方面应根据相关规定要求，进行烟密度（It）与单根垂直燃烧（H）试验，另一方面，还应检测火焰蔓延（FS）、热释放速率峰值（HRR 峰值）、受火1200s 内的热释放总量（THR1200）、燃烧增长速率指数（FIGRA）、产烟速率峰值（SPR 峰值）、受火1200s 内的产烟总量（TSP1200）等指标。

表1 燃烧等级划分表

为进一步了解阻燃型电线电缆燃烧性能的好坏，本研究当中，选择了三种不同类型的电缆作为研究对象，分别为：无卤的阻燃A 类电缆（P）、含卤的普通阻燃电缆（Q）以及无卤的隔离型阻燃电缆（R），并按照GB/T 31247-2014中介绍的B1接检测方法，对三种电缆的燃烧性能予以检测：以功率为20.5kW 的喷灯为工具，持续对电缆进行拱火，一段时间后，检测每种电缆的各种燃烧性能指标，结果见表1和表2。

表2 三种电缆燃烧性能检测结果

4.2 检测结果分析

通过对上述检测结果的整理与分析后可知：一是在R（隔离型阻燃电缆）方面，能够达到B1级检测的要求。该类型内部，由于使用了Al（OH）3与Mg（OH）2等阻隔材料，因而FS、FIGRA、SPR峰值、TSP1200等指标均明显低于最低限值；在HRR 峰值与THR1200方面，虽然较为接近最高限值，但依然处于最高限值以下。由此表明，隔离型阻燃电缆具有较好的燃烧性，在高温、明火环境下，可有效防止电缆发生燃烧的问题。

二是对于P（A 类电缆）方来说，虽然符合相关规定中A 类标准的要求，但在电缆的内部，并没有进行阻燃隔离处理，在高温、明火环境下，即便电缆出现的烟量较少，产烟速率相对较低，但将会释放出大量的热量，远远高于GB 31247-2014中的规定要求。由此表明，该类型电缆依然具有较高的燃烧安全隐患。

三是对于Q（普通阻燃电缆）来说，完全不符合B1级检测要求，在高温、明火环境下，将会产生大量的烟雾，且产烟速率快，燃烧较短时间后，即可在试验箱中观察到大量黑烟。由此表明，相对于前两种类型电缆类型来说，这类电缆燃烧性能最差，一般只能应用到对燃烧性能较低的地方。

4.3 综合分析

综合对上述三种类型的电缆进行分析后可发现，由于电缆内部结构、使用材料等方式存在明显差异，使得各种电缆的燃烧性能具有较大的差异。其中，隔离阻燃电缆的性能最好，满足GB/T 31248-2014中的B1级要求，可将其大规模推广到现代电力领域建设当中；其次为阻燃A 类电缆，其并未进行阻燃隔离处理，因而在FS、HRR 峰值、THR1200、SPR 峰值、TSP1200、FIGRA 等方面均高于B1级要求，但出烟量较小，可根据实际需求而应用到不同场所。最次的为普通阻燃电缆，若燃烧时间较长、温度较高，容易导致电缆的阻燃性完全丧失，使线芯燃烧，从而影响整个电力系统安全、稳定运行。

通过上述分析可知，相对于传统阻燃电缆来说，隔离型阻燃电缆具有更加良好的燃烧性能，产生的烟气量更大；火焰蔓延速率更低；热释放速率更小；在1200s 内，产生的热量总数越少；燃烧增长速率指数更低等。所以，我国电力系统建设时，应加强对隔离型阻燃电线电缆的应用，以提升整个电力系统的安全性，确保电力系统周围出现火灾隐患后，可有效对火灾进行阻隔，避免整个电缆出现燃烧等问题，防止火灾问题进一步扩大。