防腐耐油發熱軟電纜的研制

居盛文 王文淵

（安徽江淮電纜集團有限公司，安徽 蕪湖 238371）

引言

發熱電纜廣泛應用在建筑、石化、石油等領域。尤其建筑采暖市場發展迅速，我國年需求將超過50億元人民幣。目前，普通發熱電纜生產工藝已經成熟，但普通的發熱電纜卻在某些特殊場合不能滿足使用要求，如油污等惡劣環境及防腐蝕、耐高低溫等場合。普通發熱電纜易腐蝕老化開裂，降低了電纜的使用壽命，影響正常生產生活活動，同時造成一定的經濟損失。新研制的防腐耐油發熱軟電纜具有安裝維護方便、節能環保、安全可靠、用途廣泛等特點，同時具備柔軟、防腐、耐油、耐高低溫等多項優越性能。產品符合國家環保要求和發展方向，屬新型環保類電纜高新技術產品。

1 電纜結構設計

防腐耐油發熱軟電纜其結構特征是：該電纜導體選用電阻率永久恒定的銅鎳合金和鎳鉻合金作為發熱體，發熱體是發熱電纜的核心，即使發熱電纜在惡劣的環境中工作（-60℃～180℃），也應保證其有效的加熱功能。內絕緣選用PTFE氟塑料，該種材料是有機物中電氣性能、機械性能、耐寒耐熱性能最佳塑料。該種PTFE絕緣材料的使用，能大大降低外絕緣交聯聚烯烴的表面溫度，使外絕緣層能夠保持在正常的溫度內工作，確保外絕緣料性能不受影響。在冷熱線接頭處采用PTFE氟塑料擠包，且擠包長度向外延伸3～4cm。因存在冷熱接頭，其所處部位電阻通常要高于正常值，產生的熱量和溫度也高。采用在冷熱線接頭處PTFE氟塑料絕緣向外延伸方法，就是要保證此處有良好的電氣性能和機械性能。外絕緣層采用絕緣性能優、耐熱性能好的交聯型聚烯烴材料，以滿足電纜的絕緣性能和耐高低性能。屏蔽采用雙層鋁塑復合帶縱包結構，使屏蔽覆蓋率達100%，同時在鋁塑復合帶屏蔽層下增設鍍錫銅絲引流線，可有效將電磁場引入大地，實現良好的抗電磁干擾能力。護套采用耐熱180度的抗拉撕硅橡膠材料，可使電纜具有優良的防腐、耐油特性，也可有效保護電纜線芯同時增加了電纜的散熱面積。電纜結構圖如下：

圖1

2 科學技術路線

2.1 發熱電纜導體選擇

根據國家標準《GB/T20841—2007額定電壓300/500V生活設施加熱和防結冰用加熱電纜》規定：發熱電纜直徑不得小于6mm，因此本發熱電纜設計導體直徑為6.5±0.3mm，同時導體采用新型的復合金屬發熱材料，由多股合金材料絞合而成，其具有抗拉強度高（70N/ mm2）、電阻率低、柔軟性好、接觸電阻低、可焊性好等優點。

2.2 耐高溫指標

原創性地將導熱功能引人高分子絕緣材料，將絕緣材料的導熱率提高了10倍，使高分子材料的熱老化溫度下降了近60℃，從而成倍地提高了發熱電纜的使用壽命、熱效率和升溫速率。《GB/ T20841—2007額定電壓300/500V生活設施加熱和防結冰用加熱電纜》標準規定：發熱電纜的導體線芯最高工作溫度為90℃，電纜護套最高工作溫度為65℃。而新研發的防腐耐油發熱軟電纜新產品導體采用合金導體，絕緣選用PTFE氟塑料和交聯聚烯烴材料，其線芯最高工作溫度可達150℃。護套采用硅橡膠材料，可使電纜耐環境溫度最高達180℃。電纜絕緣和護套材料的耐高溫指標均超過國家標準，其目的是：保證發熱電纜可在高溫環境中長期使用而不發生故障。我公司作比對試驗發現：新型的防腐耐油發熱軟電纜可經150℃工作溫度，180天不間斷加熱試驗，電纜仍完好無損；而普通發熱電纜在同等條件下，通電加熱23天后便出現故障停止加熱。

2.3 發熱電纜組成及工作原理

組成：分戶電表→配電裝置→溫控器→發熱電纜→向地面供暖。

工作原理：發熱電纜通電后產生熱量，其溫度一般可控制在50℃～60℃，熱量通過熱傳導方式向周圍的水泥、地磚傳熱，其傳導熱量約占電纜發熱量的70%；同時發熱電纜在通電后，還會產生7～10微米的遠紅外向空間輻射，這部分熱量約占電纜發熱量的30%，因此電纜供暖效果良好利用率高，熱效率幾乎無損耗。

3 產品試驗設計

3.1 彎曲性能

防腐耐油發熱軟電纜采用彈簧式制造技術，有效地提高了電纜的柔軟度，從而避免由于地面高度落差而造成對電纜敷設及產品性能的影響。

3.2 耐溫和耐高頻性能

一般來說絕緣層的質量好壞直接影響到發熱電纜的壽命，電纜絕緣材質的改進，提高了電纜的耐寒性、耐熱性能，使電纜可在-60℃～+180℃范圍內正常工作；電纜的耐高頻性能：在50赫到1000赫廣闊的超高頻范圍內，耐高頻性能幾乎不變，產品優于市場上銷售的任何發熱電纜。

3.3 防腐耐油性能

護套材料采用具有優異的耐腐蝕、耐高低溫的硅橡膠材料，既能滿足電纜的耐高低溫性能，又能滿足其在惡劣環境中長期使用。在酸堿液類型（HCL、NaOH標準溶液）1mol（168h）的試驗條件下：抗張強度變化率小于±30%，為14%；斷裂伸長率≥100%，為180%。

4 試制中存在的問題及解決方案

在試制過程中我們遇到了一些技術上的關鍵性問題，針對問題我們逐一分析、研究與突破，主要有以下幾點：

4.1 原有外護套的存在散熱效果不好、易老化問題

我們根據新研制的產品特點，采用了目前橡膠中最好的硅橡膠材料，用它作為電纜的護套，它具有：良好的導熱、散熱、粘接性能；固化速度快，對金屬有良好的附著力且無腐蝕；長期使用不會脫落，不會產生接觸縫隙而降低散熱效果；卓越的耐高低性能、耐老化性能、電絕緣性能和優異的防潮、防腐、耐油、耐電暈性能，可滿足電纜的使用要求。

4.2 發熱時電磁輻射問題

由于發熱電纜一般用于人員較為密集的場所，而電纜在通電發熱過程中，會產生電磁輻射（電磁輻射超過100微特斯拉對人身健康產生影響）。因此我們采用雙層鋁塑復合帶和鍍錫銅絲引流線屏蔽結構，有效地將電磁場屏蔽在纜芯內防止向周圍擴散，且通過增設鍍錫銅絲引流線，可將電磁場引入大地，使電纜屏蔽層與大地形成等電位端，使電纜產生的電磁輻射不超過20微特斯拉，避免了電磁輻射對人身的傷害。

4.3 冷熱絲接頭問題

目前市場上發熱電纜大部分都采用冷接方法（冷、熱線用機械壓接的方式處理）。電纜在長期的運行中，發熱部分與冷引線部份的接觸點會因為接觸不良而形成較大電阻，在接頭部分產生高溫，最終在接頭處燒壞。冷接頭就像家里用的電爐一樣，電爐絲是很少被燒斷的，而電爐絲與電源的接頭就經常出現問題。而本新型的防腐耐油發熱軟電纜，采用隱式接頭焊接方法（一種小直徑金屬絲對接方法），將發熱絲與冷引線熔為一體，可有效避免發熱絲因冷熱變換而引起的接觸不良現象，同時避免了冷熱絲間焊接不牢、分層現象，提高了發熱電纜的安全性和可靠性，從而延長了發熱電纜的使用壽命。

5 產品主要性能指標

研制的防腐耐油發熱軟電纜，經上海電纜研究所國家電線電纜質量監督檢驗中心檢測，各項性能符合或超過國內外相關產品的規定，同時滿足使用要求。電纜具備了優良的電發熱性能和優越的防腐耐油特性，其主要性能指標如下：

A.電纜具有較強的耐彎曲性能，最小彎曲半徑可達4D。

B.電纜產品芯線為具有正電阻溫度系數的金屬合金絲組成，線性額定功率為20w/m，且產品絕緣電阻大于500MΩ·km。

C.電纜可在-60℃～+180℃溫度和惡劣的環境中長期工作，防腐耐油耐高低溫性能優異。

D.電纜燃燒時發煙量少，不含有鹵素，不產生有毒有害氣體和腐蝕性氣體。

E.電纜不含有鉛等重金屬，不污染土壤，可以重復利用，再生性強。

結語

防腐耐油發熱軟電纜的使用場所廣泛，既可在普通場合作供暖使用，也可用于防腐、耐油、耐高低溫等特殊場合，同時也可作為石油、化工企業儲油設備防凍伴熱用。產品安裝簡單，維護費用低，有良好的經濟效益和社會效益。本產品采用零排放、無污染的綠色環保的供暖方式，有利于國家環保，符合國家產業政策。產品已獲國家實用新型專利證書（專利號：ZL201220038198.9）。

[1]GB/T20841—2007，額定電壓300/500V生活設施加熱和防結冰用加熱電纜[S].

[2]王衛東.高溫加熱電纜結構設計[J].河南機電高等專科學校校報，2011，19（01）：7-9.

[3]韓慶起.一種加熱電纜[P].中國專利數據庫，授權公告號：CN 2676557Y.

[4]楊燕.雙導單熱發熱電纜[P].中國專利數據庫，授權公告號：CN 2634781Y.