耐火电力电缆结构设计及生产工艺的探讨 刘 群， 刘 艳 芬， 李 德 玲， 沈 淑 明， 袁 亮
(哈尔滨电缆厂，黑龙江哈尔滨 150086）
摘要：本文对额定电压0.6/1 kV聚氯乙烯绝缘耐火电力电缆结构设计及生产制造工艺进行探讨，以提高产品生产质量及耐火试验性能。
关键词：耐火电力电缆；工艺；结构；材料；性能；质量
中图分类号：TM247.1 文献标识码：A 文章编号：31-1392(2001)05-0024-03
1引 言
国外耐火电力电缆的开发研制是始于20世纪70年代，并以其较优良的防火耐燃烧，不延燃和在着火燃烧的情况下仍能维持一定时间正常通电运行的功能，广泛地被用于高层建筑、地铁、发电厂、核电站、隧道等重要部门及公共场所，并正逐步向低烟、低毒、低卤或无烟无卤方向发展。我国耐火电缆开发虽然较晚，但发展迅猛，因国内耐火电力电缆尚无行业或国家统一的标准，而只有非矿物绝缘耐火电缆的各种企业标准，而只有非矿物绝缘火电缆出的均为符合IEC331或GB12666.6—90规定的B 类耐火试验标准的产品，产品结构及生产工艺不统一，比较多样，而且处于本地区本企业摸索生产，电压等级也仅限于1kV 及以下产品，多用于低电压线路和电器设备。
本文主要针对目前国内生产耐火电缆的实际水平，并且根据哈尔滨电缆厂已开发研制的额定电压0.6/1kV聚氯乙烯绝缘耐火电力电缆，就结构设计和生产工艺上须注重的几个重要方面进行分析，与同行进行探讨，以期开发更多的新型耐火电缆，从而提高耐火电缆的产品质量水平和耐火试验性能等级。
2 产品的结构设计
2.1 结构
我厂研制生产了1~5芯的耐火电缆，本文以5芯耐火电缆为例进行阐述，其结构见图1。
（图1）
2.2材料的选用
(1)耐火层 耐火电缆的结构与普通塑料电缆最主要的不同点就是在它的导体与绝缘层之间增加了一层耐火层；也有人主张在绝缘层外加耐火层，但是与前者相比，在经济、结构和应用等方面有较多缺点。通常耐火层主要采用云母带绕包而成。这种云母带是选用金云母纸、有机硅树脂粘合剂和无碱玻璃丝布，经涂胶、粘合和烘焙而制成的。具有这种耐火层结构的耐火电缆一般均可以通过GB12666.6—90标准规定的B 类耐火试验，即在750~800℃火焰中燃烧90min ，在试样上施加额定电压，电缆不击穿，3A 保险丝不熔断。若要达到A 类耐火试验，即950～1000℃，供火时间90min ，试样施加额定电压而不击穿，还需要在耐火层结构上的材料选用上和材料选用上加以研究。
（2）绝缘和护套 绝缘层及外护套采用绝缘用、护套用的阻燃型聚氯乙烯料挤包而成。
（3）填充材料 对于多芯耐火电缆，绝缘线芯成缆时，采用阻燃型玻璃纤维绳填充，并用阻燃型玻璃纤维带绕包，或将其作为有铠装电缆的内垫层。
2.3 设计的思路
上述结构基本上能通过GB12666.6－90中B 类耐火试验，但如何开发更经济、更有效和低成本的产品，又能满足用户的要求。我们在结构设计和原材料选用上作以下几点的考虑及选择。
（1）导体线芯 因为铝导体不耐高温，所以生产耐火电缆时，选用铜芯形导体，并经绞合后紧压。圆形紧压导体与扇形导体相比有较多优点，在绕包耐火层时使云母带与导体结合紧密，有利于电场均匀分布，增强电缆绝缘的电气特性，同时可节约耐火云母带用量，降低成本。
（2）耐火层 耐火电缆的耐火特性及其质量的关键在于耐火层的云母带选择及云母带绕包工艺的质量。设计过程中，可以根据耐火电缆耐火特性要求而选择不同 类型的绕包云
[1，2]母带，这直接影响到耐火电缆试验类别。一般普通B 类耐火试验，则必须采用合成云母带(即人工合成氟金云母带) 。因为合成云母带有较好的耐高温性能，但目前价格昂贵。另外耐火云母带国内各生产厂家质量参差不齐，玻璃丝布有单、双面两种增强，其价格有同，特别是粘合剂的选用影响着云母带，在生产过程中如有刮磨、挤压都易损坏云母带，使之开裂脱落，导致电缆的电性能和耐火性能下降，所以工艺制造时上下工序应特别注意。
在绕包耐火层时，导电线芯截面大小同样会影响绕包工艺，生产中应正确选择云母带宽度、厚度，计算好搭盖率及调整好绕包角度，避免漏包、断带，减小缝隙、打褶。文献[3]中要求云母带搭盖率为50%，绕包两层但在实际生产中，实际层数与搭盖率之间是可以互为调整的，如果做得既省料又合格，既简单又高质量，那是最理想不过的。我厂企业标准要求云母带交叉重叠绕包，搭盖率不得低于带宽的30%，层数不少于两层，绕包均匀平整，断带搭接的接头处不允许用带有挥发性物质的材料粘接。
（3）绝缘层 我厂采用了阻燃型聚氯乙烯为0.6/1kV耐火电缆主要绝缘料，这也是目前国内各生产厂广泛采用的，其相应的挤出工艺也是比较成熟的，但应该看到，今后研制的
[4]耐火电缆向低卤低烟、无卤无烟型方向发展，即主绝缘材料选择不含卤素的混合物，如乙
丙橡胶、交联聚乙烯等，这样电缆在燃烧时就可以不释放或少释放有害气体及烟雾，现有不少厂家正研制开发这类的耐火电缆。
(4)成缆及填充包带 成缆填充选材也是重要一环，一般选用陶瓷纤维或阻燃型玻璃纤维制品，这样可进一步有利于防火，起到热屏障作用。
（5）外护套 外护套材料选取也决定了耐火电缆是低卤低烟还是无卤无烟型耐火电缆。另外外护套也应具备一定的成壳性和阻燃性，以及必要的机械性能和电性能，因外护套对耐火电缆而言是第一道防火、阻燃屏障，它的材料改进可有种于提高耐火电缆耐火试验等级。
3 关键工序的工艺制造及质量保证
耐火电缆在结构设计上和现有工艺要求上看似简单，但实际生产制造并容易，尤其关键工序绕包耐火层及挤包绝缘层等制造工艺中存在着困难，所以还须注重工艺过程的质量控制：
（1）根据产品的不同规格、用户要求和耐火试验等级，严格按照工艺文件，选择符合工艺要求的云母带品种、厚度和宽度，合理选择云母带的绕包的搭盖重叠率、绕包层数的绕包角度。
（2）合理选用绕包设备，调整好相应的绕包转张力、牵引速度。挤塑设备和工模器具要按特殊工序要求进行控制和选用。
（3）操作方法上，要求操作者严格按照工艺操作规程执行。特别是在生产小规格耐火电缆时，为减小绕包时导线的摆动，云母带盘在绕包头上应平衡对称地放置，以减小拉伸力。
（4）在转入下道工序，上下线搬运过程中，操作者应有极强的责任心，避免人为磕碰、刮磨和擦伤。上下工序间要严格执行自检、互检制度，同时应建立各方面质量监督及记录，质量保证体系应按照ISO9001标准要求严格执行。
（5）加强检测手段，稳定产品质量，必要的检测是证产品质量的手段，也是提高市场竞争能力的一大优势。
4 结束语
综上所述，耐电缆以其优良的耐火性能广泛受到用户欢迎，发展前景较好，国内能够生产万里火电缆的厂家逐年增多，企业之间竞争激烈，我厂开发研制的耐火电缆虽在本省内属于填补空白产品，但仍执行的是企业内部标准，建议行业协会制定相关的行业标准或国家标准，以统一国内耐火电缆研制、生产、应用。
研究人员在不断进行结构、材料和工艺的研究改进，解决当前小规格耐火电缆的生产难题。新材料、新技术的采用，对提高耐火电缆的质量水平有极大的促进作用，这是开发耐火电缆新产品的有效途径。
耐火电力电缆结构设计及生产工艺的探讨 刘 群， 刘 艳 芬， 李 德 玲， 沈 淑 明， 袁 亮
(哈尔滨电缆厂，黑龙江哈尔滨 150086）
摘要：本文对额定电压0.6/1 kV聚氯乙烯绝缘耐火电力电缆结构设计及生产制造工艺进行探讨，以提高产品生产质量及耐火试验性能。
关键词：耐火电力电缆；工艺；结构；材料；性能；质量
中图分类号：TM247.1 文献标识码：A 文章编号：31-1392(2001)05-0024-03
1引 言
国外耐火电力电缆的开发研制是始于20世纪70年代，并以其较优良的防火耐燃烧，不延燃和在着火燃烧的情况下仍能维持一定时间正常通电运行的功能，广泛地被用于高层建筑、地铁、发电厂、核电站、隧道等重要部门及公共场所，并正逐步向低烟、低毒、低卤或无烟无卤方向发展。我国耐火电缆开发虽然较晚，但发展迅猛，因国内耐火电力电缆尚无行业或国家统一的标准，而只有非矿物绝缘耐火电缆的各种企业标准，而只有非矿物绝缘火电缆出的均为符合IEC331或GB12666.6—90规定的B 类耐火试验标准的产品，产品结构及生产工艺不统一，比较多样，而且处于本地区本企业摸索生产，电压等级也仅限于1kV 及以下产品，多用于低电压线路和电器设备。
本文主要针对目前国内生产耐火电缆的实际水平，并且根据哈尔滨电缆厂已开发研制的额定电压0.6/1kV聚氯乙烯绝缘耐火电力电缆，就结构设计和生产工艺上须注重的几个重要方面进行分析，与同行进行探讨，以期开发更多的新型耐火电缆，从而提高耐火电缆的产品质量水平和耐火试验性能等级。
2 产品的结构设计
2.1 结构
我厂研制生产了1~5芯的耐火电缆，本文以5芯耐火电缆为例进行阐述，其结构见图1。
（图1）
2.2材料的选用
(1)耐火层 耐火电缆的结构与普通塑料电缆最主要的不同点就是在它的导体与绝缘层之间增加了一层耐火层；也有人主张在绝缘层外加耐火层，但是与前者相比，在经济、结构和应用等方面有较多缺点。通常耐火层主要采用云母带绕包而成。这种云母带是选用金云母纸、有机硅树脂粘合剂和无碱玻璃丝布，经涂胶、粘合和烘焙而制成的。具有这种耐火层结构的耐火电缆一般均可以通过GB12666.6—90标准规定的B 类耐火试验，即在750~800℃火焰中燃烧90min ，在试样上施加额定电压，电缆不击穿，3A 保险丝不熔断。若要达到A 类耐火试验，即950～1000℃，供火时间90min ，试样施加额定电压而不击穿，还需要在耐火层结构上的材料选用上和材料选用上加以研究。
（2）绝缘和护套 绝缘层及外护套采用绝缘用、护套用的阻燃型聚氯乙烯料挤包而成。
（3）填充材料 对于多芯耐火电缆，绝缘线芯成缆时，采用阻燃型玻璃纤维绳填充，并用阻燃型玻璃纤维带绕包，或将其作为有铠装电缆的内垫层。
2.3 设计的思路
上述结构基本上能通过GB12666.6－90中B 类耐火试验，但如何开发更经济、更有效和低成本的产品，又能满足用户的要求。我们在结构设计和原材料选用上作以下几点的考虑及选择。
（1）导体线芯 因为铝导体不耐高温，所以生产耐火电缆时，选用铜芯形导体，并经绞合后紧压。圆形紧压导体与扇形导体相比有较多优点，在绕包耐火层时使云母带与导体结合紧密，有利于电场均匀分布，增强电缆绝缘的电气特性，同时可节约耐火云母带用量，降低成本。
（2）耐火层 耐火电缆的耐火特性及其质量的关键在于耐火层的云母带选择及云母带绕包工艺的质量。设计过程中，可以根据耐火电缆耐火特性要求而选择不同 类型的绕包云
[1，2]母带，这直接影响到耐火电缆试验类别。一般普通B 类耐火试验，则必须采用合成云母带(即人工合成氟金云母带) 。因为合成云母带有较好的耐高温性能，但目前价格昂贵。另外耐火云母带国内各生产厂家质量参差不齐，玻璃丝布有单、双面两种增强，其价格有同，特别是粘合剂的选用影响着云母带，在生产过程中如有刮磨、挤压都易损坏云母带，使之开裂脱落，导致电缆的电性能和耐火性能下降，所以工艺制造时上下工序应特别注意。
在绕包耐火层时，导电线芯截面大小同样会影响绕包工艺，生产中应正确选择云母带宽度、厚度，计算好搭盖率及调整好绕包角度，避免漏包、断带，减小缝隙、打褶。文献[3]中要求云母带搭盖率为50%，绕包两层但在实际生产中，实际层数与搭盖率之间是可以互为调整的，如果做得既省料又合格，既简单又高质量，那是最理想不过的。我厂企业标准要求云母带交叉重叠绕包，搭盖率不得低于带宽的30%，层数不少于两层，绕包均匀平整，断带搭接的接头处不允许用带有挥发性物质的材料粘接。
（3）绝缘层 我厂采用了阻燃型聚氯乙烯为0.6/1kV耐火电缆主要绝缘料，这也是目前国内各生产厂广泛采用的，其相应的挤出工艺也是比较成熟的，但应该看到，今后研制的
[4]耐火电缆向低卤低烟、无卤无烟型方向发展，即主绝缘材料选择不含卤素的混合物，如乙
丙橡胶、交联聚乙烯等，这样电缆在燃烧时就可以不释放或少释放有害气体及烟雾，现有不少厂家正研制开发这类的耐火电缆。
(4)成缆及填充包带 成缆填充选材也是重要一环，一般选用陶瓷纤维或阻燃型玻璃纤维制品，这样可进一步有利于防火，起到热屏障作用。
（5）外护套 外护套材料选取也决定了耐火电缆是低卤低烟还是无卤无烟型耐火电缆。另外外护套也应具备一定的成壳性和阻燃性，以及必要的机械性能和电性能，因外护套对耐火电缆而言是第一道防火、阻燃屏障，它的材料改进可有种于提高耐火电缆耐火试验等级。
3 关键工序的工艺制造及质量保证
耐火电缆在结构设计上和现有工艺要求上看似简单，但实际生产制造并容易，尤其关键工序绕包耐火层及挤包绝缘层等制造工艺中存在着困难，所以还须注重工艺过程的质量控制：
（1）根据产品的不同规格、用户要求和耐火试验等级，严格按照工艺文件，选择符合工艺要求的云母带品种、厚度和宽度，合理选择云母带的绕包的搭盖重叠率、绕包层数的绕包角度。
（2）合理选用绕包设备，调整好相应的绕包转张力、牵引速度。挤塑设备和工模器具要按特殊工序要求进行控制和选用。
（3）操作方法上，要求操作者严格按照工艺操作规程执行。特别是在生产小规格耐火电缆时，为减小绕包时导线的摆动，云母带盘在绕包头上应平衡对称地放置，以减小拉伸力。
（4）在转入下道工序，上下线搬运过程中，操作者应有极强的责任心，避免人为磕碰、刮磨和擦伤。上下工序间要严格执行自检、互检制度，同时应建立各方面质量监督及记录，质量保证体系应按照ISO9001标准要求严格执行。
（5）加强检测手段，稳定产品质量，必要的检测是证产品质量的手段，也是提高市场竞争能力的一大优势。
4 结束语
综上所述，耐电缆以其优良的耐火性能广泛受到用户欢迎，发展前景较好，国内能够生产万里火电缆的厂家逐年增多，企业之间竞争激烈，我厂开发研制的耐火电缆虽在本省内属于填补空白产品，但仍执行的是企业内部标准，建议行业协会制定相关的行业标准或国家标准，以统一国内耐火电缆研制、生产、应用。
研究人员在不断进行结构、材料和工艺的研究改进，解决当前小规格耐火电缆的生产难题。新材料、新技术的采用，对提高耐火电缆的质量水平有极大的促进作用，这是开发耐火电缆新产品的有效途径。