新型礦物質(zhì)防火電纜特性及安全管理措施分析

■ 方國華 新疆胡楊線纜制造有限公司

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力在各領(lǐng)域中的應(yīng)用愈加廣泛。但由電線電纜造成的電氣重大火災(zāi)比例也在不斷升高，不僅造成社會區(qū)域重大經(jīng)濟(jì)損失，而且威脅著居民的健康與安全[1]。目前，在傳統(tǒng)的電線電纜市場中，消防電線電纜保護(hù)多采用聚氯乙烯、聚烯烴、橡膠等材料，當(dāng)發(fā)生電氣火災(zāi)時(shí)，電線電纜熱量高、燃燒快且燃燒后會產(chǎn)生大量濃煙和有毒害氣體，不僅威脅著居民的安全，還會威脅消防救援人員和環(huán)境的安全[2]。與傳統(tǒng)柔性電線電纜相比，本文研究的新型礦物質(zhì)絕緣防火電纜在設(shè)計(jì)材料上采用云母帶、線芯[3]、陶土、石棉等材料，可以提升耐高溫（1000℃以上）、高腐蝕、耐燃燒、無煙氣、無毒害等領(lǐng)域?qū)傩裕?dāng)出現(xiàn)電氣火情時(shí)，可以減少安全隱患，保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全[4]。同時(shí)，新型防火電線電纜采用銅、鋁管縱包氬弧連續(xù)焊接軋紋技術(shù)，可以增強(qiáng)該產(chǎn)品的火焰擊穿性、水噴淋性、高危環(huán)境中承受壓力性，該電纜還具備災(zāi)情過后無需更換的特征，不僅可以提高區(qū)域內(nèi)消防安全質(zhì)量等級，還能有效減少區(qū)域內(nèi)用電領(lǐng)域（建筑、市政、礦業(yè)、鐵路、航空等方面）[5-6]的經(jīng)濟(jì)損失。

本研究通過分析新型礦物質(zhì)防火電線電纜設(shè)計(jì)原理、生產(chǎn)工藝等，闡述防火電線電纜功能及結(jié)構(gòu)安全，并通過不同電纜類型比對分析，探索新型礦物質(zhì)防火電線電纜的安全特性和產(chǎn)品創(chuàng)新性，通過研究該產(chǎn)品的特點(diǎn)，分析不同行業(yè)領(lǐng)域中新型礦物質(zhì)防火電線電纜的安全應(yīng)用和管理措施，旨在為電力行業(yè)安全提供科學(xué)的指導(dǎo)技術(shù)。

一、新型礦物質(zhì)防火電纜設(shè)計(jì)及檢驗(yàn)準(zhǔn)則分析

（一）設(shè)計(jì)原理分析

為保證新型礦物質(zhì)防火電纜具備耐高溫、耐燃燒、無毒害煙氣等性能特征，在設(shè)計(jì)分析過程中，電纜總體采用導(dǎo)體、絕緣層、隔離層和外保護(hù)層等，其中絕緣層采用新型礦物質(zhì)防火型材料，電纜導(dǎo)體通過云母層、絕緣層等材質(zhì)包裹，同時(shí)通過銅、鋁管縱包氬弧連續(xù)焊接軋紋技術(shù)進(jìn)行縱包。同時(shí)，在高溫礦物質(zhì)繞包帶內(nèi)包覆多個(gè)導(dǎo)體，復(fù)合帶層處包覆陶瓷硅橡膠，在產(chǎn)生電氣火災(zāi)時(shí)，繞包帶和復(fù)合帶具備耐高溫、不延燃等特質(zhì)[7]，有效減少了電氣火情安全隱患，保障了電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)、電力傳輸和用戶用電安全的科學(xué)、平穩(wěn)運(yùn)行，對社會經(jīng)濟(jì)安全、居民健康安全和社會建筑安全保護(hù)具有關(guān)鍵作用。

（二）生產(chǎn)工藝分析

在新型礦物質(zhì)防火電纜原理基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析礦物質(zhì)防火電纜生產(chǎn)工藝，以解釋不同設(shè)計(jì)流程中材料特征、設(shè)備特征等。圖1 表明防火電纜材料類型依次為銅/ 鋁導(dǎo)體、云母、絕緣、填充、鎧裝、護(hù)套，而生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)流程通過拉絲機(jī)、框絞機(jī)、繞包機(jī)、成纜機(jī)、鎧裝機(jī)、擠出機(jī)等進(jìn)行線纜各層級生產(chǎn)。相比而言，不同生產(chǎn)工藝防火電纜功效不但具有同質(zhì)性，還存在異質(zhì)性，例如在防火電纜生產(chǎn)中，包括外包層、多層級防火電纜導(dǎo)體以及外包層和多層防火電纜導(dǎo)體間的內(nèi)腔填充，在外包層中包括外護(hù)套層和導(dǎo)體芯等，其中在生產(chǎn)過程中，金屬外護(hù)套層的防火安全極為關(guān)鍵，其主要在內(nèi)部設(shè)置耐火層、導(dǎo)體傳輸芯上安裝新型礦物質(zhì)絕緣材料防火層，同時(shí)在礦物絕緣層基礎(chǔ)上，設(shè)置金屬套和隔離套，形成一體四位的安全保護(hù)措施，使新型礦物質(zhì)防火電纜不但具有耐高溫、無公害的特性，又能將不同層級同質(zhì)性特征和異質(zhì)性優(yōu)勢相結(jié)合，例如礦物填充層設(shè)置在電纜導(dǎo)體外側(cè)壁圍成的內(nèi)腔中，無機(jī)纖維填充層設(shè)置在電纜絕緣線芯外側(cè)壁，通過成纜機(jī)和擠泥機(jī)在線芯外側(cè)包覆上防火護(hù)層，進(jìn)而形成具有設(shè)計(jì)合理、成本低廉、安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)質(zhì)特征工藝的新型礦物質(zhì)防火電線電纜。

圖1 防火電纜工藝流程示意圖

（三）新型礦物質(zhì)防火電纜安全運(yùn)行檢驗(yàn)準(zhǔn)則分析

檢驗(yàn)新型防火電纜在設(shè)備質(zhì)量安全、運(yùn)行安全和系統(tǒng)完整性安全對社會電力行業(yè)安全保障和經(jīng)濟(jì)、健康保障極為關(guān)鍵。本文通過系統(tǒng)和科學(xué)分析后，采用防火電纜國內(nèi)外主流檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19216-2003《在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗(yàn)》、BS 6387《在火焰條件下電纜保持線路完整性的耐火試驗(yàn)方法》等，檢驗(yàn)在科學(xué)合理地規(guī)定火源等級、燃燒時(shí)間、耐高溫指標(biāo)等級下新型礦物質(zhì)防火電纜運(yùn)行安全等級，進(jìn)而掌握新型礦物質(zhì)防火電纜的安全特性，制定相應(yīng)的安全管理措施。

二、新型礦物質(zhì)防火電纜設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及性能特征分析

（一）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及性能對比

新型礦物質(zhì)防火電纜不同組成單元的基礎(chǔ)參數(shù)對該材料在電力行業(yè)安全、經(jīng)濟(jì)的前景應(yīng)用極為關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上，本文通過對比傳統(tǒng)電纜與新型礦物質(zhì)電纜結(jié)構(gòu)、材料特征相同點(diǎn)與區(qū)別，探索新型礦物質(zhì)防火電纜結(jié)構(gòu)的安全性能特征。其中，傳統(tǒng)電纜結(jié)構(gòu)和材料特征具體表現(xiàn)為：（1）絕緣用聚乙烯或聚氯乙烯材料，絕緣性能好，但耐高溫性能差；（2）填充材料以聚丙烯為主，但密度低、不吸水、耐高溫性能差；（3）鎧裝層鋼帶可以抵御外部的磕碰。與傳統(tǒng)電纜相比，本文研究的新型礦物質(zhì)防火電纜的特征有：（1）絕緣層采用礦物質(zhì)材料云母帶和硅膠帶，絕緣性能好、耐高溫性能好、不燃燒；（2）采用氧化鎂材料進(jìn)行填充，防火電纜耐高溫性能好、不燃燒，同時(shí)在高溫作用下形成陶瓷化材料，黏結(jié)到云母帶上具備較硬的防護(hù)絕緣層；（3）鎧裝層選取銅或鋁帶焊接壓皺的金屬套，不僅可以預(yù)防外部的磕碰，還可以在燃燒時(shí)隔絕外部空氣，實(shí)現(xiàn)阻燃的效果。經(jīng)防火電纜各結(jié)構(gòu)特征和材料綜合模擬分析后，各指標(biāo)參數(shù)符合GB/T 19216-2003《在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗(yàn)》的規(guī)定范圍，因此新型礦物質(zhì)防火電纜具有耐高溫、耐燃燒的性能，電纜電力數(shù)據(jù)安全運(yùn)行，能應(yīng)用在不同領(lǐng)域中，且有效減少火情安全隱患。

（二）新型礦物質(zhì)防火電纜材料性能分析

1. 云母帶材料性能分析

在新型礦物質(zhì)防火電纜設(shè)計(jì)構(gòu)造中，導(dǎo)體性能和絕緣材料云母帶性能安全是保證防火材料耐高溫、耐燃燒的關(guān)鍵因素，其中導(dǎo)體性能優(yōu)質(zhì)有助于提升導(dǎo)電性能，相比之下，云母帶品質(zhì)性能是絕緣抗燃燒和穩(wěn)定供電的基礎(chǔ)。由于制成的新型礦物質(zhì)防火電纜需在950℃中保持15min 不被擊穿，不受噴淋和振動等影響因素發(fā)生擊穿，因此，選取的云母帶介電強(qiáng)度、絕緣電阻等指標(biāo)要符合BS 6387 耐火噴水和耐火振動試驗(yàn)驗(yàn)證范疇，通過表1 可知，云母帶四項(xiàng)基本指標(biāo)（公頻介電強(qiáng)度、體積電阻率、耐電壓、絕緣電阻）實(shí)際測量結(jié)果均滿足耐高溫、耐燃燒等試驗(yàn)測試要求，通過云母帶絕緣材料外包層設(shè)計(jì)，能在一定程度上促使電力行業(yè)電線電纜設(shè)備安全運(yùn)行。

表1 云母帶性能分析

2. 運(yùn)行溫度變化特征分析

為了進(jìn)一步分析新型礦物質(zhì)防火電纜的安全性能，選取耐防火電纜高溫指標(biāo)的運(yùn)行溫度變化趨勢特征分別分析傳統(tǒng)柔性防火電纜、效果優(yōu)質(zhì)的剛性防火電纜和新型礦物質(zhì)防火電纜，結(jié)果如表2 所示。在相同的長期工作溫度環(huán)境中，普通電力電纜承載力最低，為90℃，剛性防火電纜和新型礦物質(zhì)防火電纜均為250℃，在閾值溫度變化過程中，新型礦物質(zhì)防火電纜運(yùn)行時(shí)間為15min，溫度為950 ℃，相比之下，新型礦物質(zhì)防火電纜在耐溫性、耐壓性特征上均滿足GB/T 19216 -2003《在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗(yàn)》、BS 6387《在火焰條件下電纜保持線路完整性的耐火試驗(yàn)方法》的要求，而普通電線電纜不能滿足要求，剛性防火電纜也未滿足BS 6387《在火焰條件下電纜保持線路完整性的耐火試驗(yàn)方法》最高溫耐火閾值變化條件和噴淋振動規(guī)范，表明普通電線、剛性防火電纜要在進(jìn)入市場前進(jìn)行耐高溫、潮濕環(huán)境等指標(biāo)調(diào)整，而新型礦物質(zhì)防火電纜更適應(yīng)市場需求，也滿足安全生產(chǎn)基本準(zhǔn)則。

表2 電纜導(dǎo)體運(yùn)行溫度變化特征

三、新型礦物質(zhì)防火電纜管理措施及前景分析

（一）電力行業(yè)安全管理措施分析

由于電力行業(yè)安全關(guān)乎醫(yī)療、教育、工業(yè)、交通業(yè)等眾多領(lǐng)域，其安全管理措施的合理制定極為關(guān)鍵。新型礦物質(zhì)防火電纜在材料管理方面，采用耐高溫、絕緣、絕熱的云母材質(zhì)組建防火絕緣層，在安全管理中測定多參數(shù)指標(biāo)，滿足國標(biāo)要求后方可應(yīng)用；新型礦物質(zhì)電纜的絕緣采用無機(jī)物材質(zhì)，不會引起火災(zāi)，更不會產(chǎn)生毒性氣體，即使有外在火焰的燃燒，電纜仍可正常工作，既保障了消防電路使用安全，又提高了防火電纜材料管理、標(biāo)準(zhǔn)測試分析等性能。

（二）市場管理應(yīng)用前景分析

當(dāng)前，國內(nèi)西部地區(qū)（新疆等地）電力行業(yè)內(nèi)缺乏防火電纜產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建的電線電纜安全消防系數(shù)較低，而新型礦物質(zhì)防火電纜具備廣闊的市場前景。同時(shí)，該項(xiàng)目符合國家發(fā)展改革委發(fā)布的《戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》中第二大類的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)政策，該防火電纜項(xiàng)目的構(gòu)建，可以調(diào)整和優(yōu)化電纜行業(yè)結(jié)構(gòu)，提高當(dāng)?shù)毓I(yè)制造產(chǎn)品的市場競爭力和應(yīng)變能力，同該防火電纜產(chǎn)品具有技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性，能逐步取代傳統(tǒng)的電纜，有序推動西部地區(qū)電力制造發(fā)展、社會安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

四、結(jié)語

綜上所述，本文對設(shè)計(jì)研究的新型礦質(zhì)防火電纜自身特征及市場安全應(yīng)用措施進(jìn)行了原理探析、云母帶材料、耐高溫、耐燃燒等特性進(jìn)行比對分析，依據(jù)試驗(yàn)安全性能特征結(jié)果，得到相關(guān)結(jié)論：（1）該電纜具有耐高溫、耐腐蝕、抗老化、防水、防爆、無煙無毒等特點(diǎn)，本身不會燃燒或助燃，達(dá)到了GB/T 19216 -2003、BS 6387的標(biāo)準(zhǔn)，保障了公眾和財(cái)產(chǎn)安全；（2）新型礦物質(zhì)防火電纜引入了防火材料云母和硅膠高溫陶化材料等，完成了生產(chǎn)中主要設(shè)備和配套設(shè)施智能化生產(chǎn)線建設(shè)及優(yōu)化調(diào)試，同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和安全可靠運(yùn)行，推進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)與安全和諧發(fā)展。