電纜負(fù)載條件下的燃燒試驗(yàn)及熱電偶選型*

王玉龍

(山西省節(jié)能中心有限公司，山西 太原 030000)

0 引 言

隨著煤礦井下作業(yè)電氣化，自動(dòng)化綜采設(shè)備、掘進(jìn)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備的使用，井下用電量不斷增加，煤礦電力電纜的作用越來越重要。煤礦井下是特殊作業(yè)場所，存在井下突發(fā)情況用電量猛增情況，電纜的負(fù)載會(huì)遠(yuǎn)大于電纜的額定負(fù)載，電纜溫度增加到一定程度，會(huì)發(fā)生燃燒現(xiàn)象，如果井下礦用是沒有阻燃性能的電纜，就會(huì)頻發(fā)安全事故。因此電纜使用前進(jìn)行阻燃性能試驗(yàn)，可以避免不具有阻燃性能的電纜應(yīng)用于井下，以免造成井下事故的發(fā)生。

電纜負(fù)載條件下的燃燒試驗(yàn)是檢驗(yàn)煤礦用電力電纜的重要試驗(yàn)，主要模擬電纜在負(fù)載條件下發(fā)生火災(zāi)時(shí)電纜耐火情況以及外界火源消失時(shí)電纜自身的阻燃性能情況。筆者通過電纜負(fù)載條件下的燃燒試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了設(shè)備熱電偶型號不同對試驗(yàn)準(zhǔn)確性產(chǎn)生的影響，提出了用各種型號電纜做負(fù)載條件下燃燒試驗(yàn)時(shí)，同時(shí)接入兩種不同型號熱電偶，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，最終得出解決試驗(yàn)過程中溫度不準(zhǔn)確的辦法，為檢驗(yàn)電纜阻燃性能的準(zhǔn)確性提供參考。

1 電纜負(fù)載燃燒試驗(yàn)原理及方法

電纜負(fù)載燃燒試驗(yàn)原理：給試驗(yàn)電纜加載規(guī)定值的電流，當(dāng)試件溫度升到規(guī)定值，用噴燈進(jìn)行燃燒，觀察電纜的續(xù)燃情況。

試驗(yàn)方法如下：

(1) 從樣品中截取長度約為1.8 m的電纜作為試樣，若為非金屬電纜中間接頭試樣，則連接上相應(yīng)規(guī)格的電纜并使接頭位于整個(gè)試樣的中部。不論試樣中是否包含其他線芯(如信號線芯等)，作為試樣只應(yīng)在每根動(dòng)力線芯的兩端剝?nèi)ラL度約為6 cm的絕緣。在距試樣中心線20 cm±1 cm的一側(cè)，用小刀切開試樣的護(hù)套和絕緣等覆蓋層，露出一根動(dòng)力線芯導(dǎo)體，并將熱電偶的測溫頭插入其中，使此測溫頭與動(dòng)力線芯導(dǎo)體能良好地接觸，然后掩上絕緣、護(hù)套等覆蓋層，并扎緊此切口。

(2) 安裝試樣：將試樣放置到燃燒箱內(nèi)支架上，試樣中心線位于燃燒箱中部，試樣兩端分別從燃燒箱兩側(cè)孔伸出箱外，將試樣的兩端接至控制臺輸出銅排，并可靠連接。然后將測溫線與電控箱測溫儀連接，以便能觀察動(dòng)力線芯導(dǎo)體的溫度。注意觀察控制臺顯示的試樣導(dǎo)體的溫度，當(dāng)溫度升至(205±5)℃時(shí)，移動(dòng)調(diào)好噴燈，使噴燈火焰燃燒試樣中心點(diǎn)，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，燃燒1 min后移去噴燈，同時(shí)切斷通過試件電流，觀察試件的續(xù)燃情況，并用秒表記錄試樣的續(xù)燃時(shí)間。

2 試驗(yàn)過程中存在問題及分析

(1) 整個(gè)試驗(yàn)過程中，溫度傳遞的準(zhǔn)確性對試驗(yàn)的準(zhǔn)確起到至關(guān)重要的作用，其中傳遞溫度的熱電偶就成了關(guān)鍵。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)儀器設(shè)備上的溫度顯示跳數(shù)據(jù)現(xiàn)象，導(dǎo)致試驗(yàn)不準(zhǔn)確。

(2) 進(jìn)行以下觀察和討論

① 排除設(shè)備儀器故障。筆者把熱電偶與相配套的顯示表拆解送去國家認(rèn)定的計(jì)量科學(xué)研究院進(jìn)行檢定，結(jié)果數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，說明設(shè)備儀器本身沒有任何問題。

② 對電纜中的熱電偶進(jìn)行了負(fù)載燃燒試驗(yàn)在試樣電纜上相同的位置不同的動(dòng)力線芯上開口，一股動(dòng)力線芯接入設(shè)備熱電偶；另一股動(dòng)力線芯接入FLUKE51Ⅱ型手持式溫度表的熱電偶(此表經(jīng)過計(jì)量檢定中心檢定合格)。開啟設(shè)備給電纜加載電流,使電纜的溫度上升到規(guī)定溫度,對比兩組測試電偶顯示器的數(shù)據(jù)。經(jīng)過在升溫過程中各個(gè)溫度段的比對，兩種熱電偶的溫度差值基本上是在1 ℃，基本一致，沒有出現(xiàn)大的差值。通過分析此次比對試驗(yàn)用的煤礦用移動(dòng)屏蔽橡套軟電纜，動(dòng)力線芯的面積為50 mm2，此種動(dòng)力線芯的截面積是橡套電纜中的中游水平，既不是很細(xì)也不是很粗。電纜動(dòng)力線芯中銅絲直徑大約在0.5 mm左右。同時(shí)查詢電纜負(fù)載燃燒試驗(yàn)臺的設(shè)備資料和手持式溫度的使用說明書得知電纜負(fù)載條件下的燃燒試驗(yàn)臺設(shè)備上現(xiàn)在用的是E型熱電偶，手持式溫度表用的是K 型熱電偶。兩種熱電偶的型號已經(jīng)確定，熱電偶的直徑分別為E型熱電偶：0.40 mm，K 型熱電偶：0.81 mm。為了用更多的數(shù)據(jù)分析問題，筆者需要進(jìn)行更多的試驗(yàn)。通過調(diào)查得出煤礦用電纜線芯主要分為兩種：第一種為銅絲構(gòu)成的軟電纜(包括煤礦用移動(dòng)橡套軟電纜，煤礦用移動(dòng)屏蔽橡套軟電纜，煤礦用移動(dòng)金屬屏蔽監(jiān)視型橡套軟電纜，采煤機(jī)屏蔽橡套軟電纜等)；另一種為細(xì)銅條構(gòu)成的鎧裝電纜，例如：煤礦用交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套通信電纜。筆者準(zhǔn)備了兩種品牌的電纜同時(shí)對兩種品牌不同型號的電纜動(dòng)力線芯面積、銅絲直徑及面積測量數(shù)據(jù)表1和表2所列。

表1 第一廠家電纜動(dòng)力線芯面積、直徑、單根導(dǎo)線面積

表2 第二廠家電纜電纜動(dòng)力線芯面積、直徑、單根導(dǎo)線面積

依據(jù)兩個(gè)表中的數(shù)據(jù)，兩個(gè)廠家生產(chǎn)電纜的銅絲直徑和截面積沒有太大區(qū)別(部分電纜銅絲鍍鋅，直徑影響不大)，所以選擇第二廠家的電纜作為以后試驗(yàn)用電纜。

③ 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)MT/T386-2011《煤礦用電纜阻燃性能的試驗(yàn)方法和判定規(guī)則》的要求， 把上述所有型號的電纜全部制樣并全部進(jìn)行負(fù)載條件下燃燒試驗(yàn)，觀察兩個(gè)溫度表的溫度變化情況并同時(shí)用秒表記錄達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度所需要的時(shí)間。

通過依次用不同型號的電纜重復(fù)上述試驗(yàn)得出兩種不同熱電偶在不同型號下溫度隨時(shí)間變化以及達(dá)到規(guī)定溫度的時(shí)間值，如表3所列。

表3 不同動(dòng)力線芯面積兩種熱電偶達(dá)到相同溫度所需時(shí)間

④ 通過上表可以看出當(dāng)動(dòng)力線芯橫截面積為50 mm2時(shí)，兩種電偶達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)所用時(shí)間最接近，小于橫截面積50 mm2達(dá)到規(guī)定溫度所需要時(shí)間E型熱電偶較少，大于橫截面積50 mm2的K型熱電偶較少。同時(shí)在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于各熱電偶直徑原因，在6 mm2，10 mm2的試驗(yàn)過程中，K型出現(xiàn)了虛接情況，通過表中時(shí)間看出，在面積比較大的電纜試驗(yàn)過程中，E型出現(xiàn)虛接情況，就是實(shí)際溫度已超過了溫度表所顯示溫度。

⑤通過這些數(shù)據(jù)分析得出：溫度不穩(wěn)定是熱電偶直徑跟電纜銅絲直徑不同的主要原因，電纜動(dòng)力線芯由銅絲構(gòu)成，直徑大小有一定差距，在插入熱電偶時(shí)會(huì)因此原因?qū)е鲁霈F(xiàn)虛接情況，熱電偶直徑越接近電纜銅絲直徑出現(xiàn)虛接的情況就會(huì)減少，所以在試驗(yàn)時(shí)根據(jù)不同的電纜動(dòng)力線芯的直徑選擇不同的熱電偶。

3 燃燒試驗(yàn)臺熱電偶選型選擇

熱電偶選型的準(zhǔn)確性是獲得準(zhǔn)確試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠保證，表4詳細(xì)統(tǒng)計(jì)了熱電偶型號與測溫范圍和直徑范圍數(shù)據(jù)。

表4 各種熱電偶型號、測溫范圍和直徑

依據(jù)表4，通過核查電纜負(fù)載條件下燃燒試驗(yàn)臺設(shè)備資料得知設(shè)備上提供的熱電偶讀數(shù)的儀表是可以變換與儀表匹配的熱電偶型號?？梢云ヅ錈犭娕迹?.K型、2.E型、3.T型、4.PT100型、5.CU50型，6.S型，7.R型等。如：S型熱電偶跟R型熱電偶都是以鉑金為主要成分的貴金屬熱電偶，熱電勢率小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，對污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，投入大，保管也比較麻煩。通過各個(gè)方面綜合比較熱電偶情況選用K型和E型綜合使用，這兩種熱電偶具有線性度好，熱電動(dòng)勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。在線芯直徑小的情況下用E型，在直徑大的情況下就切換用K型。對于銅條構(gòu)成的電力電纜用K型就非常穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

煤礦用電力電纜的安全性能直接影響這整個(gè)煤礦井下作業(yè)的安全，通過電纜負(fù)載條件下的燃燒試驗(yàn)保證進(jìn)入煤礦井下的電纜阻燃性是關(guān)鍵有效的措施。通過對電纜負(fù)載條件下燃燒試驗(yàn)臺設(shè)備的研究及熱電偶的選擇，使得試驗(yàn)的結(jié)果更加的準(zhǔn)確。進(jìn)一步提升煤礦用電力電纜檢驗(yàn)質(zhì)量，避免不合格的電纜產(chǎn)品進(jìn)入生產(chǎn)礦井，最大限度的消除煤礦井下安全隱患。