新型低烟无卤阻燃耐火电线电缆的设计

张广祥

新型低烟无卤阻燃耐火电线电缆的设计

张广祥

(芜湖职业技术学院，安徽芜湖，241003)

随着工业技术的发展、城市和工业建筑物结构和规模的不断复杂化以及消防安全意识的增加，人们对电线电缆产品的安全性和环保性要求越来越高。传统的普通阻燃耐火电线电缆，虽然有阻燃和耐火的功能，但由于其材料含有大量的卤聚合物和卤阻燃剂，在燃烧状态下，会释放出有毒有害气体和烟尘，因此已经无法满足安全环保的要求。新型低烟无卤阻燃耐火电缆的性能，满足了人们对安全环保电线电缆的要求。

阻燃；耐火；绝缘层；电线电缆。

1. 概述

在发生火灾事故时,由于传统电线电缆材料的热分解和燃烧会产生出大量烟雾和有毒有害气体, 这些烟雾和有毒有害气体具有减光性和刺激性，往往使人眼睛模糊、找不到安全出口逃生,以至于窒息而造成伤亡。造成这一现象的主要原因就是因为传统阻燃耐火电缆的绝缘层所采用的是含卤聚合物与含卤阻燃剂混合而成的阻燃材料[1]。此外，这类材料中还含有一定量的溴化物和铅，对人体和环境都有害，会慢慢腐蚀消防设施，给人体健康和消防救援都会带来极大的影响。于是新型的低烟无卤阻燃耐火电缆成为所要解决的新课题。

2. 阻燃耐火电缆的总体结构

在设计上，外护层材料主要采用Al(OH)3或者Mg(OH)2的聚烯烃，绝缘层材料应采用GB/T 9330中所列的XLPE型交联聚乙烯。在圆铜导体上进行搭接绕包云母带，起耐火层结构的作用，并云母带耐火层上挤交联聚乙烯绝缘层。新型的低烟无卤阻燃耐火电线电缆在总体结构设计上，由内到外依次是铜导体、云母带耐火层、绝缘层、阻燃包带成缆（岩棉填实）、隔氧层，阻燃外护层等，总体结构如图1所示。

图1 电线电缆的总体结构

3. 具体结构设计要求

3.1 导体

根据GB/T3956-2008标准，新型的低烟无卤阻燃耐火电线电缆导体采用圆形绞合铜导体结构。20℃时导体最大电阻为18.2Ω/km。

根据公式计算出导体的单丝直径：

根据公式计算出导体的紧压轮廓直径：

式中，——紧压导体的轮廓直径；——单丝直径；——单丝根数；——延伸系数；——紧压系数。

3.2 耐火云母带

电线电缆的耐火性能是指在规定的试验条件下和时间内，在火焰中燃烧，电缆仍然能保持正常供电运行特性[2]。耐火层的结构主要采用云母带和MgO矿物绝缘材料，而矿物绝缘耐火电缆制造工艺复杂，大多耐火电缆主要采用云母带结构。

云母带是采用大鳞片云母纸用甲基苯基硅树脂粘合在两层无碱玻璃布之间，烘焙而成，具有耐火性能[3]。云母带主要作用是耐火隔热，不具有组合的功能，所以要和具有阻燃功能的绝缘层和外护层配合使用。云母带在折弯的过程中，容易掉粉，并且在高温环境下电气性能会发生改变，所以云母带结构和圆铜导体配合，主要用在不超过1000v低压耐火电缆中。

3.3 绝缘层

绝缘层材料应采用GB/T 9330中所列的XLPE型交联聚乙烯，即热固性交联聚乙烯。交联聚乙烯绝缘材料在熔融状态时，紧密挤包在导体上，且对导体和绝缘层没有损伤。绝缘层的性能应符合下表相关规定。

表1 交联聚乙烯料绝缘层性能

3.4 外护层

在交联聚乙烯材料中加入大量的水合金属氧化物如Al(OH)3或者Mg(OH)2，挤包外护层结构。所采用的材料均不含有卤族元素，即使在燃烧状态下，也不会产生有毒有害气体和浓烟，只有少量的烟雾，酸气含量在5%以下。水合金属氧化物能够起到阻燃作用的原理是受热后会发生分解反应，产生大量的结晶水，变成水蒸气，吸收热量，并稀释可燃气体浓度，从而起到控制温度上升阻止燃烧的效果。

为了改善阻燃效果，在外护层材料中加入一定量的含磷阻燃剂，因为磷系阻燃剂在高温下会发生脱水反应，在表面会形成一层比较致密的薄膜从而阻隔空气，起到更好的阻燃效果。

4. 新型电缆的燃烧性能

在规定的试验条件下，燃烧状态中，型低烟无卤阻燃耐火电线电缆单根电缆阻燃性能以及其低烟性能如下表所示：

4.1 阻燃性能

表2 单根线缆阻燃性能

4.2 低烟性能

表3 电缆低烟性能

5. 结语

新型低烟无卤阻燃耐火电线电缆在结构和材料设计方面采用绝缘层材料XLPE型交联聚乙烯，外护层材料采用大量的水合金属氧化物Al(OH)3的聚烯烃。在圆铜导体上搭接绕包云母带，起到耐火层的作用。低烟无卤阻燃耐火方面性能得到了提高和改善，满足了人们对安全环保电线电缆的要求。

[1] 魏永乾. 无卤低烟隔氧层阻燃电力电缆的设计制造[J]. 甘肃科技, 2010(17):50-51.

[2] 乔月纯. 电线电缆结构设计[M]. 北京:中国电力出版社, 2017.

[3] 刘群. 耐火电力电缆结构设计及生产工艺的探讨[J]. 电线电缆, 2001(5):24-25.

[3] 马丽婵. 低烟无卤阻燃环保电缆的材料、结构与阻燃关系研究[J]. 建筑·建材·装饰, 2016(2):167.

A New Design on low-smoke, halogen-free, flame-retardant and fire-resistant wire and cable

ZHANGGuang-xiang

With the development of industrial technology, increasing complication of urban and industrial structure and scale and the increasingpublic awareness in fire control,people’s demand for safety and environmental friendiness of wire and cable products is getting higher and higher. The traditional flame-retardant and fire-resistant wires and cables, though they have flame-retardant and fire-retardant functions, will emit toxic and harmful gases and smoke in the burning state due to a lot of halogen polymers and halogen flame retardants contained in them, hence they have failed to meet the requirements for safety and environmental friendiness.The performance of new low-smoke halogen-free flame-retardant fire-resistant cables meets the requirements for safe and environmentally-friendly wires and cables.

flame-retardancy; fire-resistance; insulation; wire and cable.

TM246

A

1009-1114（2019）02-0001-03

2019-04-17

张广祥（1982.9—），安徽亳州人，硕士研究生，工程师。

研究项目：芜湖职业技术学院校级自然重点项目“基于 V－REP平台机器人仿真的建模与设计的研究”（Wzyzrzd201902）。

文稿责编 牛宝林