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浅谈阻燃电缆与耐火电缆之异同

来源: 中国线缆资讯  日期:2021-01-25 00:01:46  点击:1068 
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随着电力、建筑、重大工程、特种装备等的飞速发展,耐高温、阻燃、耐火等电线电缆的使用量持续上升。由于广泛应用的聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和聚烯烃电线电缆的绝缘和护套材料在遇到短路和连接不良、绝缘体老化以及火源等时极易被点燃,燃烧时热释放速率高、火焰蔓延速度快,并且产生大量的浓烟和有毒气体,不仅危害环境,也会严重威胁人员安全。因此,特殊场合下电线电缆材料的阻燃与耐火已经成为广泛需求。阻燃电缆和耐火电缆的概念,很容易引起混淆,二者有很多共同之处,但区别也比较明显,以下将就概念、作用原理、结构和材料、标准和试验方法及未来发展方向作简要描述。

1、概念的区别

阻燃电缆是指在火焰条件下能够抑制火焰蔓延的电缆,即当火焰熄灭后电缆不再继续燃烧,或燃烧时间很短,或延燃长度很短。

耐火电缆指在火焰燃烧情况下,电缆仍能保持一定时间的运行,即保持电路的完整性,该类型电缆在火焰中具有一定时间的供电保障能力。

同时通过阻燃及耐火试验的,则为阻燃耐火电线电缆。

2、作用原理的区别

早期电缆采用PVC做绝缘或护套,或者添加含卤素类阻燃剂,这些卤素化合物通过捕捉活性高的·OH发挥阻燃效果,而·OH是支配燃烧反应的关键。这些阻燃剂以氯化石蜡、氯戊环癸烷、溴化石蜡、四溴苯丁烷、十溴联苯醚为代表。后来发展的聚乙烯或聚烯烃塑料电缆和橡胶电缆,则主要通过添加阻燃剂,这些阻燃剂在受热时形成炭化层或通过吸热反应降低燃烧温度。其中磷酸酯和一些含磷氮的化合物就通过形成炭化层而抑制氧向分解气体扩散,隔绝热量传播,从而起到阻燃作用。在电缆行业广泛应用的氢氧化铝和氢氧化镁等无机阻燃剂主要通过吸热反应来降低燃烧的温度。

早期耐火电缆是采用氧化镁作绝缘材料,无缝铜管作护套,经特殊工艺制作而成,具有优良的防火、防爆、耐高温、耐腐蚀等特性,该电缆的长期使用温度为250,在950~1000℃下可持续供电3h。后来又发展出将耐火云母带或玻璃纤维布绕包到导体外作为隔氧层,制成耐火电缆,可耐长时间的燃烧,即使施加火焰处的高聚物被烧毁,也能够保证线路正常运行。

3、结构和材料的区别

阻燃电缆的结构和材料与耐火电缆也不相同,典型的结构示意图见图1

阻燃电缆的基本结构是:绝缘层、护套层以及包带和填充采用阻燃材料。

耐火电缆通常要求绝缘具有耐火性能,或是在导体和/或电缆缆芯上设置耐火层。耐火层主要是耐火云母带、玻璃纤维布和氧化镁等无机物,绝缘材料与普通电缆相同,填充、绕包材料根据需要,可采用普通材料或阻燃型材料,铠装材料为镀锌钢丝或镀锌钢带等。

1 典型阻燃电缆(图左)和耐火电缆(图右)的结构示意图

 

4、标准和试验方法的区别

阻燃电缆和耐火电缆的标准试验方法存在很大差异。根据国内标准要求,电缆阻燃性能的评价主要可以分为单根燃烧试验测试和成束燃烧试验(图2)。单根燃烧是将一段电缆固定在专用试验装置中,施加超出引燃温度的火焰,持续数秒后撤去火源,观察火焰是否自熄、炭化部分长度是否符合标准要求。成束燃烧与单根燃烧方法基本原理相同,用来评价成束敷设的电缆在特定条件下抑制火焰蔓延的能力,主要与电缆的敷设方式相关。主要试验方法标准有IEC 60332/ BS 4066UL 1685FT4JIS2C23521UL 1581UL 1666GB/T 19666GB/T 18380GB/T 12666 GA 306.1等系列标准。

2 电缆单根垂直燃烧(图左)与电缆成束燃烧(图右)试验示意图

 

对于耐火电缆,IEC 60331对于火灾情况下的电缆性能要求进行了规范,根据供火温度和振动不同进行分类。BS 6387要求所做的燃烧实验要通过水平燃烧和水喷淋,配合机械冲击震动的方式,试验分为A 级、B 级、C 级。DIN 4102根据电缆耐受火焰的温度范围以及时间不同,将耐火电缆分为E30E60E90级别。GB/T 19666规定了电缆的耐火分类。而 GB/T 19216则等同IEC 60331,示意图见图3

3 电缆耐火完整性试验示意图

 

简单的说,阻燃电缆就是遇火烧不着或者很难烧,而耐火电缆遇火能保证电路完整供电运行,由于在阻燃耐火机理和材料结构设计上有很大不同,相应的标准试验方法也存在区别。

5. 发展方向

由于越来越多的应用场合要求电线电缆低烟无卤阻燃,而这些要求基本上都通过电缆料的改进来实现。目前阻燃电缆研究较多的方向是:(1)含卤阻燃电缆的低毒、环保化;(2)无卤阻燃电缆料的高性能化;(3)阻燃电缆料的低烟化。

由于矿物绝缘电缆存在制造和安装工艺复杂、价格昂贵等问题,无机耐火带存在易吸水、燃烧后易粉化等问题,因此新型耐火电缆的开发正在如火如荼的进行中。目前研究较多的方向是:(1)柔性矿物绝缘电缆;(2)陶瓷化耐火材料研发及应用。

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