肖云濤， 高江濤， 劉書全， 武艷紅

（西部電纜有限公司，陜西西安710018）

6～35 kV XLPE絕緣耐火電纜的研制

肖云濤， 高江濤， 劉書全， 武艷紅

（西部電纜有限公司，陜西西安710018）

介紹了額定電壓6～35 kV XLPE絕緣耐火電纜的結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)隔熱耐火層、內(nèi)襯層、鎧裝、外護(hù)套組成復(fù)合耐火層，實(shí)現(xiàn)電纜的耐火性能。

6～35 kV交聯(lián)電纜；耐火電纜；結(jié)構(gòu)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，地鐵、發(fā)電廠、核電站、隧道等重要工程設(shè)施和高層建筑、智能小區(qū)、大型超市、公共場(chǎng)所等人員密集場(chǎng)合越來(lái)越多，這些場(chǎng)所的用電負(fù)荷很大，對(duì)電纜的供電可靠性也提出了更高的要求。由于1 kV電纜的供電范圍只有500 m，對(duì)大型高層建筑物而言，如果按照慣例采用1 kV低壓配電，電纜用量及敷設(shè)安裝工作量則較普通建筑物成數(shù)十倍增長(zhǎng)，電纜敷設(shè)空間成幾倍增長(zhǎng)，既耗材又耗能。因此，大型建筑物開始使用6～35 kV交聯(lián)聚乙烯（XLPE）絕緣電纜供電，變壓器設(shè)置在建筑物樓層的中間或頂部，電纜敷設(shè)在豎井內(nèi)連接變壓器，經(jīng)過(guò)變壓器降壓后，向相關(guān)的設(shè)備供電。為了保證火災(zāi)條件下的供電可靠性，用戶對(duì)額定電壓6 ～35 kV XLPE電纜也提出了耐火的要求，但該電纜目前還沒有國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，我們結(jié)合用戶提出的性能要求，設(shè)計(jì)了6～35 kV耐火電纜。

1 電纜設(shè)計(jì)

1.1結(jié)構(gòu)分析

6～35 kV XLPE絕緣電纜的結(jié)構(gòu)是由其在高壓下運(yùn)行的電氣參數(shù)所決定的，絕緣線芯由導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽、XLPE絕緣和絕緣屏蔽等組成（見圖1）。

圖1　6～35 kV耐火電纜結(jié)構(gòu)圖1—導(dǎo)體 2—導(dǎo)體屏蔽 3—XLPE絕緣 4—絕緣屏蔽5—金屬屏蔽 6—填充 7—包帶 8—隔熱耐火層9—內(nèi)襯層 10—鎧裝 11—外護(hù)套

交聯(lián)電纜的導(dǎo)體采用圓形絞合緊壓結(jié)構(gòu)，受制于生產(chǎn)工藝，導(dǎo)體表面不可避免地存在一些影響絕緣的缺陷，例如毛刺、銳邊等，這些缺陷會(huì)在電纜內(nèi)部形成電場(chǎng)集中或局部放電點(diǎn)，在試驗(yàn)或運(yùn)行過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致絕緣被擊穿。而在導(dǎo)體表面擠包半導(dǎo)電屏蔽層后，導(dǎo)體與半導(dǎo)電屏蔽層形成等電位，均化電場(chǎng)，消除缺陷。因此，低壓耐火電纜在導(dǎo)體表面繞包云母帶的結(jié)構(gòu)對(duì)6～35 kV耐火電纜而言是不可行的，否則會(huì)破壞絕緣線芯的結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)體屏蔽失去均化電場(chǎng)的作用，而且云母帶邊緣的纖維和層間間隙還可能形成局部放電點(diǎn)，增大電纜的局部放電量，成為電纜長(zhǎng)期運(yùn)行中的隱患。

由此可見，6～35 kV耐火電纜的結(jié)構(gòu)，不能采取在導(dǎo)體上繞包耐火云母帶的方式，也不能采取銅芯銅護(hù)套氧化鎂絕緣的方式，只能通過(guò)在電纜的纜芯外增設(shè)耐火層和其它保護(hù)層，通過(guò)各結(jié)構(gòu)層之間的共同作用，實(shí)現(xiàn)耐火性能。

1.2材料組成

在6～35 kV耐火電纜的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽和金屬屏蔽的材料并無(wú)特殊之處，與普通的交聯(lián)電纜相同。填充和包帶建議采用阻燃材料。以下主要介紹隔熱耐火層、內(nèi)襯層、鎧裝層和外護(hù)套組成的復(fù)合耐火層。

（1）隔熱耐火層。采用陶瓷化硅橡膠耐火復(fù)合帶。陶瓷化硅橡膠材料是近年出現(xiàn)的一種新型材料，具有無(wú)鹵、低煙、低毒、自熄、環(huán)保等特點(diǎn)。因其被燒蝕生成的最終產(chǎn)物如同陶瓷，故形象地稱之為陶瓷化硅橡膠。

陶瓷化硅橡膠材料，是以硅橡膠為基料及載體，加入無(wú)機(jī)納米硅粉狀耐火填充劑、陶瓷化添加劑以及各種助劑復(fù)合而成，經(jīng)過(guò)捏合、混煉，制成可供模壓或擠出成型的膠料。其中，硅橡膠基體主要提供復(fù)合材料的力學(xué)性能及工藝性能，其燃燒后的灰燼作為隔熱耐火層；耐火填充劑是復(fù)合材料的主要隔熱耐火層；陶瓷化添加劑保證硅橡膠基體燃燒灰燼和耐火填料在燃燒過(guò)程中不脫落，仍然具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，并促進(jìn)陶瓷層的形成，提高陶瓷層的力學(xué)強(qiáng)度和電氣絕緣性能；各種助劑主要包括結(jié)構(gòu)控制劑、催化劑、偶聯(lián)劑等。

陶瓷化硅橡膠是利用火災(zāi)發(fā)生時(shí)的高溫使硅橡膠燃燒后形成的殘余灰燼形成一層具有一定力學(xué)強(qiáng)度的絕緣耐火陶瓷層，利用形成的這層陶瓷層有效地保護(hù)陶瓷層內(nèi)部的絕緣線芯的電氣性能，從而保證耐火電纜在火災(zāi)中的正常工作。陶瓷化耐火硅橡膠的分解過(guò)程如下：

陶瓷化耐火復(fù)合帶是由陶瓷化硅橡膠和耐高溫玻纖布?jí)貉訌?fù)合而成，在350℃及以上火焰或無(wú)焰條件下開始變硬，最高可達(dá)3 000℃。隨著溫度升高，迅速被燒成完整的陶瓷狀堅(jiān)硬殼體，燒蝕時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高，殼體越堅(jiān)硬牢固。燃燒后生成的堅(jiān)硬殼體包覆在纜芯上，隔絕火焰和熱量向電纜內(nèi)部傳遞和蔓延，對(duì)絕緣線芯形成很好的保護(hù)作用，保障線路在火災(zāi)條件下的暢通。

（2）內(nèi)襯層。內(nèi)襯層為擠出型，為可選結(jié)構(gòu)元件。內(nèi)襯層材料應(yīng)有隔熱、降溫，受熱分解后結(jié)殼的效果，最好與外護(hù)套材料相同。選用填充有大量水合氧化物的無(wú)鹵阻燃材料。水合氧化物被燃燒時(shí)吸收周圍空氣中大量的熱量，降低電纜表面的溫度；釋放出的水分子蒸發(fā)，也可以吸收大量的熱量；形成的水蒸氣可以沖淡電纜周圍氧氣的濃度；燃燒生成的產(chǎn)物應(yīng)具有結(jié)殼性，降低向電纜內(nèi)部傳遞的熱量。

（3）鎧裝。鎧裝層亦為可選結(jié)構(gòu)元件。鎧裝層采用鍍鋅鋼帶，雙層間隙繞包。鎧裝層可以起到阻擋火焰向電纜內(nèi)部蔓延的作用，但不能完全地阻隔熱量向內(nèi)部傳遞，因此需要內(nèi)襯層和隔熱耐火層的協(xié)同作用來(lái)抵擋熱量，防止火焰熱量的傳遞使絕緣軟化。

（4）外護(hù)套。選用填充有水合氧化物的無(wú)鹵阻燃材料，應(yīng)有隔熱、降溫，受熱分解后結(jié)殼的效果，并有較高的氧指數(shù)。電纜若無(wú)內(nèi)襯層和鎧裝結(jié)構(gòu)，外護(hù)套材料的氧指數(shù)則應(yīng)不低于36。

通過(guò)隔熱耐火層、內(nèi)襯層、鎧裝和外護(hù)套的共同作用，使氧氣和火焰、熱量不能傳遞到絕緣層，從而實(shí)現(xiàn)電纜在火焰條件下一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定持續(xù)地供電的目的。

2 制造工藝及試驗(yàn)

2.1重要工序

該產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)和工藝上與普通的交聯(lián)電纜相比，增加了隔熱耐火層，其他結(jié)構(gòu)和工藝并無(wú)顯著差別，其加工生產(chǎn)過(guò)程也不復(fù)雜。

（1）導(dǎo)體工藝。應(yīng)選用光亮的電解銅桿拉制的單線。導(dǎo)體表面應(yīng)光潔、無(wú)油污、毛刺和銳邊，無(wú)凸起或斷裂的單線。填充系數(shù)不小于0.9。

（2）三層共擠。采用優(yōu)質(zhì)的XLPE絕緣材料和屏蔽材料，三層共擠工藝。生產(chǎn)中應(yīng)注意控制絕緣偏心率。

（3）隔熱耐火層繞包。選用陶瓷化硅橡膠耐火復(fù)合帶，繞包厚度5～8 mm，繞包表面應(yīng)平整，無(wú)褶皺。為了避免繞包后外徑不均勻，采用雙層間隙繞包形式，應(yīng)控制好繞包張力、角度和間隙，防止耐火帶被過(guò)度拉伸變薄起褶皺。

（4）內(nèi)襯層、外護(hù)套擠出。無(wú)鹵阻燃材料的粘

度大，流動(dòng)性差，應(yīng)選用低壓縮比的螺桿，擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速應(yīng)穩(wěn)定，擠出機(jī)要有良好的溫控和冷卻系統(tǒng)。

2.2耐火試驗(yàn)

2012年，國(guó)家電線電纜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心發(fā)布了TICW/08—2012《額定電壓6 kV（Um=7.2kV）到35 kV（Um=40.5 kV）擠包絕緣耐火電力電纜》技術(shù)規(guī)范，對(duì)6～35 kV耐火電纜的發(fā)展起到了積極的引導(dǎo)作用。此規(guī)范規(guī)定了6～35 kV耐火電纜的耐火試驗(yàn)，具體過(guò)程參見技術(shù)規(guī)范。

3 結(jié)束語(yǔ)

6～35 kV耐火電纜通過(guò)設(shè)計(jì)隔熱耐火層、內(nèi)襯層、鎧裝、外護(hù)套組成的復(fù)合耐火層實(shí)現(xiàn)了耐火性能，產(chǎn)品具有阻燃、耐火等特性，同時(shí)又有良好的電氣和機(jī)械性能，但在使用過(guò)程中也出現(xiàn)了電纜載流量降低、外徑偏大給敷設(shè)帶來(lái)不便等問題，這是今后改進(jìn)的方向，需要通過(guò)對(duì)電纜結(jié)構(gòu)和材料的優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

［1］ GB/T 19666—2005 阻燃和耐火電纜通則［S］.

［2］ GB/T 12706—2008 額定電壓1 kV（Um=1.2 kV）到35 kV （Um=40.5 kV）擠包絕緣電力電纜及附件［S］.

［3］ 龐玉春.無(wú)鹵低煙阻燃耐火控制電纜性能與設(shè)計(jì)［J］.電線電纜，2005（4）：15-17.

［4］ 深圳市沃爾核材股份有限公司.陶瓷化防火耐火復(fù)合帶產(chǎn)品樣本［Z］.

Development of XLPE Insulation Fire-Resistant cables for Rated Voltage 6～35 kV

XIAO Yun-tao，GAO Jiang-tao，LIU Shu-quan，WU Yan-hong
（Western Cable Co.，Ltd.，Xi’an 710018，China）

This paper introduced the structure of the XLPE insulated fire-resistant cable with the rated voltage from 6kV to 35kV.The fire-resistant performance can be realized by the usage of composite refractory layer which ismade up of heat insulation refractory，inner covering，armor and outer sheath.

6～35 kV XLPE insulation cables；fire-resistant cables；construction

TM247.1

A

1672-6901（2015）01-0016-03

2014-06-10

肖云濤（1983-），男，工程師.

作者地址：陜西西安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)草灘生態(tài)產(chǎn)業(yè)園尚苑路4699號(hào)［710018］.