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浅析高温阻燃填充应用于阻燃电缆的研究进展

12-12 09:25 阻燃材料百科


1
阻燃电缆的市场地位

  电力能源是市场重要的能源,电线、电缆是作为电力传输的重要纽带。近期,国内专家又一次提出电缆是国民经济的血管,这就进一步证明电缆在人们生活的方方面面,关系着国民经济的发展。由于,人们生活水平的提高,在电缆本身承载的电能输送的任务上有赋予其阻燃、安全、耐用等重要任务。

      消防安全的重要性大家都很清楚,然而随着社会的发展,近年来各种大型工业设施、高层商业建筑、地下建筑、住宅数量也逐渐增多,电力正承担着巨大的压力,同时也成为了火灾隐患的大头,因此电缆具备的较高的阻燃性能是市场的需要,也是消防安全的需要。


2

阻燃类电缆对于市场应用的重要性

  阻燃电缆的作用,就是在燃烧限定时间内能自行熄灭的电缆,根本特性是失火时将燃烧限制在局部范围内,不产生蔓延,保护其他设备避免更大损失。

设计阻燃电缆的常用标准有:

GB/T  19666-2019《阻燃和耐火电线电缆或光缆通则》

GB   50016-2014(2018版)《建筑设计防火规范》

GA  306.1-2007  《阻燃及耐火电缆 塑料绝缘阻燃及耐火电缆分级及要求 第1部分:阻燃电缆》

GB 31247-2014  《电缆及光缆燃烧性能分级》

GB 50229 《火力发电厂与变电站设计防火规范》

DL 5027 《电力设备典型消防规程》、

DL/T 5221 《城市电力电缆线路设计技术规定》

GB/T 18380.3-2001《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验》GBT 18380.3136-2008该系列标准分别   对垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验的试验装置、A FR类、A类、B类、C类、D类阻燃电缆试验要求作出了详细规定。

GB/T 31248-2014(其中采用的试验装置符合现行国家标准《电缆和光缆在火焰条件下的燃烧试验 第31部分:垂直安装的成束电线电缆火焰垂直蔓延试验 试验装置》

3

简述常用的电缆填充材料及标准要求

其实对于电缆填充材料大家并不陌生,但是很少对填充的材料的性能进行关注,其实填充材料的优劣也决定着电缆使用的性能和运行使用寿命。我把填充材料理解为电缆的“内衣”。

GB/T  12706 中对填充的规定为:

7.2.2  用于内衬层和填充物的材料应适合电缆的运行温度并与电缆绝缘材料相兼容,除纵向阻水型电缆外,内衬层和填充物应采用非吸湿性材料。

GB/T  9330中对填充物的规定为: 

7.3.3  绝缘线芯之间的间隙允许采用非吸湿性且适合电缆运行温度并与电缆的绝缘材料、护套材料相兼容的材料填充,填充物不应粘连绝缘线芯和护套。

GB/T  5023 规定 :

5.3 填充物

5.3.1 材料

除非在产品标准(GB/T5023.3—2008GB/T5023.4—2008等)中另有规定,填充物应由下列一种或任一种组合材料组成

——非硫化型橡皮或塑料混合物;

——天然或合成纺纤;

——纸。

当采用非硫化型橡皮填充时,其组分与绝缘和(或)护套之间不应产生有害的相互作用。

JB/T 8734 填充材料规定为:

5.3 填充5.3.1 材料

除非在JB/T8734.28734.6—2016中另有规定,填充物应由下列一种或任一种组合材料组成∶——非硫化型橡皮或塑料混合物;-天然或合成纺纤;—-纸。

当采用非硫化型橡皮填充时,其组分与绝缘和(或)护套之间不应产生有害的相互作用。


国家电网标准《国家电网公司总部--配网标准化物资固化技术规范书--10kV电力电缆--9906-500030091-00003)》以及国网(9906-500030091-00002)对电缆填充材料的规定为:

采用与电缆运行温度相适应的非吸湿性材料填充,应密实、圆整,并保证在成品电缆段附加老化试验后不粉化,三芯成缆后外形应圆整。

电缆不圆度要求:电缆不圆度应不大于10%。


南网通用标准:《南方电网设备标准技术标书--10kV电力电缆(铜芯)--通用部分》标准规定:

5.2.7 内衬层及填充物,缆芯采用非吸湿性聚丙烯网状撕裂填充绳或其它非吸湿性材料填充,应紧密无空隙。缆芯中间也应填充,三芯成缆后外形应圆整。

电缆不圆度应不大于15%


其实对于电缆填充材料总结起来也就是以下几点:

  1. 填充材料应适合电缆的运行温度;

  2. 除阻水型电缆以外,填充材料应采用非吸湿性材料;

  3. 填充材料应与绝缘材料相兼容,不能与绝缘和护套相粘连;

  4. 填充材料在工艺方面应填充密实,符合相应的圆整度;


填充绳在阻燃电缆元件中所起到的作用应增加以下几点:

  1. 填充材料的工作温度应和电缆的工作温度相同。

  2. 当填充材料具有较高的氧指数时,能够提高电缆的阻燃级别。

  3. 填充材料应具有一定的抗张强度和伸长率 

  4. 填充所用材料在成缆加工过程中应对环境无污染,对人体无伤害。



4

简述阻燃电缆常用填充材料的对比

在电缆填充物的选择过程中,PP聚丙烯是最常用的填充材料,其比重小,填充密实。




岩棉绳填充,有阻燃性能,多用于阻燃电缆的生产


吃火鸡时多数是焖烤

玻璃纤维填充,主要用于高阻燃电缆系列、柔性防火电缆系列,比重较大,且生产使用不佳。



高温阻燃填充绳,是新一代高阻燃填充产品,具备良好的机械性能和耐高温阻燃型性能,属无卤产品,且比重较低。



  1. 对于填充而言,关键的技术参数是该材料的氧指数和工艺性能,因此填充材料中需添加大量无机阻燃剂,因此对于PP聚丙烯类材料是很难实现的,那就更多的存在于具有粘附性强的纤维绳类材料中。因此填充材料的目标需定在≥40。

  2. 高温填充绳均具备很强的粘附能力,与无机化合物的相容性很大,该材料里面添加了无机阻燃剂,(无机阻燃剂多为氢氧化铝和氢氧化镁)不仅达到了相应的阻燃性能,而且具有良好的工艺性能。

    氧指数:  40—45

    烟密度:无焰:150       有焰:72

阻燃填充的阻燃性能对比

序号

项目

阻燃PP

玻纤绳

岩棉绳

阻燃绳ZR-GPT2

1

燃烧透光率

2

氧指数

≤28

≥50

≥50

≥40

3

成分分析

普通型因填充母料含有大量卤素和碳酸钙,比重大,卤含量高

含高碱和卤素,对身体、环境危害较大,且含大量水分,不环保

含大量卤素、有毒、含致癌物质,且含水分高,不环保,粗细不均,拉力差

无石棉、无玻纤、无卤素、符合ROHS

阻燃填充的非吸湿性能对比

序号

项目

阻燃PP

玻纤绳

岩棉绳

高温阻燃绳

2

含水率(%

≤3

含大量水份

含大量水份

≤3

3

是否吸湿   

吸湿   

吸湿

吸湿

不吸湿

阻燃填充的材料成本对比

序号

项目

阻燃PP

玻纤绳

岩棉绳

高温阻燃绳



定重 g/m

定重 g/m

定重 g/m

定重 g/m

1

Ф4mm

5.00

13.00

12.00

7.00

Ф6mm

13.00

24.00

30.00

14.00

Ф8mm

20.00

62.00

50.00

22.00

Ф10mm

32.00

96.00

80.00

38.00

Ф12mm

45.00

131.00

100.00

43.00

Ф14mm

62.00

227.00

180.00

53.00

Ф18mm

105.00

265.00

230.00

98.00


5

高温阻燃填充材料对于阻燃电缆的重要性

结构

高温阻燃填充材料必须具备将各种绝缘线芯形状结构填充圆整、紧密的基本填充性能

工艺

高温阻燃填充必须具备良好的开机性能,在抗拉强度和延伸方面必须适应成缆机械设备的要求;


运行

阻燃填充必须为非吸湿性材料,保护绝缘性能,在中压电缆的填充必须具备非吸湿性,防止铜带氧化等不良状况的发生。

性能

高温阻燃填充不仅优于电缆运行温度的要求,在填充圆整的情况下,还提高阻燃性能 ,填充材料氧指数均≥40。


纤填充绳在生产使用中的问题
  1. 当阻燃及耐火电缆采用的填充主要是玻璃丝填充时,无论是玻璃丝填充的阻燃还是耐高温性能都非常优越,但是操作工在生产过程中都对玻璃丝非常反感,原因是玻璃丝非常细,与人体皮肤接触后扎进皮肤,让人有痛痒感,且很难去除。

  2. 玻璃丝填充在国内市场上分两类,一种是无碱玻璃丝和有碱玻璃丝。无碱玻璃丝不含有水分,且柔韧性较好,但是有碱玻璃丝含有较高的水分,柔韧性差。但是无碱玻璃丝的成本原高于有碱玻璃丝,含有水分的填充在电缆里会腐蚀金属,影响电缆的使用寿命。

  3. 如果用玻璃丝填充大截面电缆,一个玻璃丝填的团不足100米,在生产过程中需要频繁的制作电缆接头,且玻璃丝填充的规格较大,在制作接头处往往使电缆外径超粗,使电缆的圆整度不佳。

6

高温阻燃填充应用的研究进展

高温阻燃填充也在不断改进

为了寻找替代玻璃丝填充的新型耐高温阻燃材料,从阻燃及耐高温性能考虑,采用一种高温阻燃填充绳代替玻璃丝填充。

高温阻燃填充绳    材料性能测试数据

高温阻燃填充绳具有耐高温、柔软、比重轻、阻燃性能好(氧指数≥40)、强度高等特点,不含玻纤、石棉、卤素等有害重金属,符合ROHS的标准。

规格/直径

mm

克重

g/m

抗涨强度

N/20cm

伸长率

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