關(guān)于煤礦用無鹵阻燃電纜的結(jié)構(gòu)及其性能的研究

劉潔

(銅陵有色股份銅冠電工有限公司,安徽銅陵 244000)

關(guān)于煤礦用無鹵阻燃電纜的結(jié)構(gòu)及其性能的研究

劉潔

(銅陵有色股份銅冠電工有限公司,安徽銅陵 244000)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,電纜阻燃技術(shù)也隨之增高,無鹵低煙阻燃電纜將是行業(yè)內(nèi)發(fā)展的主流,本文主要討論無鹵阻燃電纜在煤礦中的應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)對其阻燃電纜機(jī)理的研究,此外還會對無鹵阻燃電纜的性能和結(jié)構(gòu)做出重要分析。同時(shí)對其阻燃性進(jìn)行評估,為無鹵阻燃電纜在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用范圍做出判斷。

無鹵阻燃電纜 性能 結(jié)構(gòu) 阻燃性 評估

在我國,由于電纜出問題引發(fā)的火災(zāi)事故不在少數(shù),電纜的阻燃已經(jīng)成為當(dāng)前人們關(guān)注的重要問題之一,其阻燃材料的應(yīng)用不僅關(guān)系著電纜的阻燃性還對環(huán)境和事故救援有著重要的影響。

1 無鹵阻燃電纜的在煤礦中的應(yīng)用

在我國煤礦企業(yè)中,多用0.66～10kV的阻燃電纜,電纜的質(zhì)量關(guān)系著生產(chǎn)人員的生命安全,在電纜的選取前要對電纜的結(jié)構(gòu)、電氣、機(jī)械、阻燃等性能進(jìn)行測試。無鹵電纜的使用可以減少鹵化物燃燒時(shí)給火災(zāi)現(xiàn)場人員造成二次傷害。無鹵阻燃電纜和其它電纜相比較,它在保證一定安全時(shí)間后不能再次使用,其燃燒部分成為廢品。

2 無鹵阻燃電纜的阻燃機(jī)理分析

無鹵阻燃電纜常用阻燃材料為聚乙烯、聚烯烴、硅橡膠等材料組成,橡膠套多為熱固性較低的無鹵阻燃聚烯烴材料。此類材料為水合金屬氧化物作為阻燃填充劑。其阻燃機(jī)理為主要是水合金屬氧化物在熱環(huán)境下釋放結(jié)晶水(釋放結(jié)晶水時(shí)溫度要控制在聚合物成型和分解溫度之間),從而吸收熱量,達(dá)到阻燃效果,其反應(yīng)式為:

當(dāng)前常用的阻燃劑為Al(OH)3和Mg(OH)2,通常,在電纜的生產(chǎn)中為減少阻燃填充劑的用量,多和磷系阻燃劑合用,當(dāng)其受熱后,會在電纜表面形成聚磷酸膜,促使了聚合物的炭化,達(dá)到阻燃目的。

3 無鹵阻燃電纜的性能分析

無鹵阻燃電纜和一般電纜比,有很多特性,其中主要有以下幾點(diǎn):

3.1 無鹵性和發(fā)煙性

無鹵阻燃電纜在燃燒時(shí)不產(chǎn)生有害氣體,如HCl、Cl2、CoCl2、HBr,HF等,其透光率達(dá)到60%以上,較為環(huán)保。表1為各電纜在燃燒時(shí)發(fā)煙性性比較。

3.2 阻燃性

相關(guān)數(shù)據(jù)表示,電纜非金屬體積達(dá)到7L時(shí),其燃燒長度不會超過2.5m。對其燃燒時(shí)的氧指數(shù)進(jìn)行考核,阻燃材料的氧指數(shù)在26～30,護(hù)套的氧指數(shù)在30以上,嚴(yán)重時(shí)可達(dá)45以上,按照IEC60332-3標(biāo)準(zhǔn)可以將電纜阻燃分為A、B、C三個(gè)等級。電纜在燃燒(溫度達(dá)到850℃)時(shí)間大于90min以上依然可以保持通電,保證電力以及信號的準(zhǔn)確傳輸。

3.3 機(jī)械性和電氣性

表1 各類型電纜發(fā)煙性對比表(LTE法)(表中電纜規(guī)格采用3×5.5mm2)

表2 常見阻燃材料的氧指數(shù)及溫度指數(shù)

無鹵阻燃電纜滿足一般電纜的機(jī)械性和電氣性,在加入填充劑后,無鹵阻燃電纜的機(jī)械性和電氣性能受到影響,隨著對無鹵阻燃電纜的深入研究,其電氣和物理等相關(guān)性能會趨近與一般電纜材料,在傳輸和阻燃方面更加穩(wěn)定。

4 無鹵阻燃電纜的結(jié)構(gòu)分析

無鹵阻燃電纜較之一般電纜,在結(jié)構(gòu)上主要表現(xiàn)在無鹵和低煙兩個(gè)方面,無鹵即為電纜線在燃燒時(shí),不會產(chǎn)生有毒害的腐蝕性煙霧和氣體,在含氟量、含酸量、PH值、和電導(dǎo)方面均符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),低煙是指電纜在燃燒時(shí)所產(chǎn)生的煙霧可視率高。無鹵低煙電纜在不同的場所應(yīng)用時(shí),其結(jié)構(gòu)組成均不同,例如,在一般場所中采用的是無鹵聚烯烴類絕緣材料,可根據(jù)使用條件適當(dāng)調(diào)整其阻燃保護(hù)套、吸煙無鹵阻燃襯層以及金屬鎧裝等組件。在特殊條件下,要采用無鹵阻燃聚烯烴絕緣材料或是硅橡膠絕緣材料等。可根據(jù)使用環(huán)境對其組件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,此類阻燃電纜多用于煤礦井用。

5 無鹵阻燃電纜的阻燃性評價(jià)

在對無鹵阻燃電纜的評估中,主要是通過阻燃材料的氧指數(shù)和溫度指數(shù)來評定。氧指數(shù)是指在規(guī)定的條件下,阻燃材料在大氣中保持燃燒的最低用氧濃度。其計(jì)算式為

氧指數(shù)(OI)=｛[O2]/[O2]+[N2]｝×100%

式中[O2]和[N2]分表表示氧氣和氮?dú)獾牧髁?L/min)。根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)MT/T 386-2011《煤礦用電纜阻燃性能的試驗(yàn)方法和判定規(guī)則》的相關(guān)要求,選取阻燃材料時(shí)多數(shù)選擇氧指數(shù)高、溫度指數(shù)高的材料,在氧指數(shù)的測試中,多數(shù)參考JISK 7201、ASTMD 2863等標(biāo)準(zhǔn),溫度指數(shù)可以參照NES711和ISO 4589-3等規(guī)范。電纜的燃燒可以參照IP-CEAS-19-81、IEEE383等標(biāo)準(zhǔn),常見的幾種材料的氧指數(shù)和溫度指數(shù)如(表2)。

此外,在對無鹵阻燃電纜的阻燃性評價(jià)時(shí),還可以參照MT386-2011標(biāo)準(zhǔn)和MT818,對煤礦用阻燃電纜進(jìn)行燃燒檢測試驗(yàn),通過對燃燒時(shí)間、電纜的炭化長度和規(guī)范對比來確定其阻燃性是否能達(dá)到煤礦用要求。

6 結(jié)語

隨著我國對阻燃電纜的研究越來越深入,對阻燃材料的選取和研究越來越嚴(yán)格,不同阻燃劑的應(yīng)用,使阻燃電纜的成本越來越低,阻燃效果越來越高,在特殊場合的應(yīng)用中更是保證了其安全性。在今后的發(fā)展中,可以加大新型材料的研究和應(yīng)用,以及調(diào)整電纜的組成結(jié)構(gòu)來提高電纜的阻燃性。

[1]黎慧,黎福秋,雷黎等.阻燃劑在低煙無鹵電線電纜料中的應(yīng)用[J].中國塑料,2011,25(09):43.

[2]何震海.高填充無鹵阻燃電纜料的研制[J].合成樹脂及塑料,2005,22(06):13.

[3]付春太,李貞明,房連增等.煤礦用阻燃電纜及阻燃檢測[J].煤,2001,10(06):23,29.

[4]王冬梅.試析無鹵低煙阻燃電纜性能與擠出工藝[J].價(jià)值工程,2013,35:43.

[5]張凱,李秀峰,徐曼等.一種抗開裂低煙無鹵阻燃聚烯烴電纜護(hù)套料[J].電線電纜,2013,03:21-23,31.