6～35 kV XLPE絕緣耐火電纜的研制

肖云濤， 高江濤， 劉書全， 武艷紅

（西部電纜有限公司，陜西西安710018）

6～35 kV XLPE絕緣耐火電纜的研制

肖云濤， 高江濤， 劉書全， 武艷紅

（西部電纜有限公司，陜西西安710018）

介紹了額定電壓6～35 kV XLPE絕緣耐火電纜的結構，通過設計隔熱耐火層、內襯層、鎧裝、外護套組成復合耐火層，實現電纜的耐火性能。

6～35 kV交聯電纜；耐火電纜；結構

0 引 言

隨著我國經濟的不斷發展，地鐵、發電廠、核電站、隧道等重要工程設施和高層建筑、智能小區、大型超市、公共場所等人員密集場合越來越多，這些場所的用電負荷很大，對電纜的供電可靠性也提出了更高的要求。由于1 kV電纜的供電范圍只有500 m，對大型高層建筑物而言，如果按照慣例采用1 kV低壓配電，電纜用量及敷設安裝工作量則較普通建筑物成數十倍增長，電纜敷設空間成幾倍增長，既耗材又耗能。因此，大型建筑物開始使用6～35 kV交聯聚乙烯（XLPE）絕緣電纜供電，變壓器設置在建筑物樓層的中間或頂部，電纜敷設在豎井內連接變壓器，經過變壓器降壓后，向相關的設備供電。為了保證火災條件下的供電可靠性，用戶對額定電壓6 ～35 kV XLPE電纜也提出了耐火的要求，但該電纜目前還沒有國家或行業標準，我們結合用戶提出的性能要求，設計了6～35 kV耐火電纜。

1 電纜設計

1.1結構分析

6～35 kV XLPE絕緣電纜的結構是由其在高壓下運行的電氣參數所決定的，絕緣線芯由導體、導體屏蔽、XLPE絕緣和絕緣屏蔽等組成（見圖1）。

圖1　6～35 kV耐火電纜結構圖1—導體 2—導體屏蔽 3—XLPE絕緣 4—絕緣屏蔽5—金屬屏蔽 6—填充 7—包帶 8—隔熱耐火層9—內襯層 10—鎧裝 11—外護套

交聯電纜的導體采用圓形絞合緊壓結構，受制于生產工藝，導體表面不可避免地存在一些影響絕緣的缺陷，例如毛刺、銳邊等，這些缺陷會在電纜內部形成電場集中或局部放電點，在試驗或運行過程中會導致絕緣被擊穿。而在導體表面擠包半導電屏蔽層后，導體與半導電屏蔽層形成等電位，均化電場，消除缺陷。因此，低壓耐火電纜在導體表面繞包云母帶的結構對6～35 kV耐火電纜而言是不可行的，否則會破壞絕緣線芯的結構，使導體屏蔽失去均化電場的作用，而且云母帶邊緣的纖維和層間間隙還可能形成局部放電點，增大電纜的局部放電量，成為電纜長期運行中的隱患。

由此可見，6～35 kV耐火電纜的結構，不能采取在導體上繞包耐火云母帶的方式，也不能采取銅芯銅護套氧化鎂絕緣的方式，只能通過在電纜的纜芯外增設耐火層和其它保護層，通過各結構層之間的共同作用，實現耐火性能。

1.2材料組成

在6～35 kV耐火電纜的結構中，導體、導體屏蔽、絕緣、絕緣屏蔽和金屬屏蔽的材料并無特殊之處，與普通的交聯電纜相同。填充和包帶建議采用阻燃材料。以下主要介紹隔熱耐火層、內襯層、鎧裝層和外護套組成的復合耐火層。

（1）隔熱耐火層。采用陶瓷化硅橡膠耐火復合帶。陶瓷化硅橡膠材料是近年出現的一種新型材料，具有無鹵、低煙、低毒、自熄、環保等特點。因其被燒蝕生成的最終產物如同陶瓷，故形象地稱之為陶瓷化硅橡膠。

陶瓷化硅橡膠材料，是以硅橡膠為基料及載體，加入無機納米硅粉狀耐火填充劑、陶瓷化添加劑以及各種助劑復合而成，經過捏合、混煉，制成可供模壓或擠出成型的膠料。其中，硅橡膠基體主要提供復合材料的力學性能及工藝性能，其燃燒后的灰燼作為隔熱耐火層；耐火填充劑是復合材料的主要隔熱耐火層；陶瓷化添加劑保證硅橡膠基體燃燒灰燼和耐火填料在燃燒過程中不脫落，仍然具有一定的力學強度，并促進陶瓷層的形成，提高陶瓷層的力學強度和電氣絕緣性能；各種助劑主要包括結構控制劑、催化劑、偶聯劑等。

陶瓷化硅橡膠是利用火災發生時的高溫使硅橡膠燃燒后形成的殘余灰燼形成一層具有一定力學強度的絕緣耐火陶瓷層，利用形成的這層陶瓷層有效地保護陶瓷層內部的絕緣線芯的電氣性能，從而保證耐火電纜在火災中的正常工作。陶瓷化耐火硅橡膠的分解過程如下：

陶瓷化耐火復合帶是由陶瓷化硅橡膠和耐高溫玻纖布壓延復合而成，在350℃及以上火焰或無焰條件下開始變硬，最高可達3 000℃。隨著溫度升高，迅速被燒成完整的陶瓷狀堅硬殼體，燒蝕時間越長，溫度越高，殼體越堅硬牢固。燃燒后生成的堅硬殼體包覆在纜芯上，隔絕火焰和熱量向電纜內部傳遞和蔓延，對絕緣線芯形成很好的保護作用，保障線路在火災條件下的暢通。

（2）內襯層。內襯層為擠出型，為可選結構元件。內襯層材料應有隔熱、降溫，受熱分解后結殼的效果，最好與外護套材料相同。選用填充有大量水合氧化物的無鹵阻燃材料。水合氧化物被燃燒時吸收周圍空氣中大量的熱量，降低電纜表面的溫度；釋放出的水分子蒸發，也可以吸收大量的熱量；形成的水蒸氣可以沖淡電纜周圍氧氣的濃度；燃燒生成的產物應具有結殼性，降低向電纜內部傳遞的熱量。

（3）鎧裝。鎧裝層亦為可選結構元件。鎧裝層采用鍍鋅鋼帶，雙層間隙繞包。鎧裝層可以起到阻擋火焰向電纜內部蔓延的作用，但不能完全地阻隔熱量向內部傳遞，因此需要內襯層和隔熱耐火層的協同作用來抵擋熱量，防止火焰熱量的傳遞使絕緣軟化。

（4）外護套。選用填充有水合氧化物的無鹵阻燃材料，應有隔熱、降溫，受熱分解后結殼的效果，并有較高的氧指數。電纜若無內襯層和鎧裝結構，外護套材料的氧指數則應不低于36。

通過隔熱耐火層、內襯層、鎧裝和外護套的共同作用，使氧氣和火焰、熱量不能傳遞到絕緣層，從而實現電纜在火焰條件下一定時間內穩定持續地供電的目的。

2 制造工藝及試驗

2.1重要工序

該產品在結構和工藝上與普通的交聯電纜相比，增加了隔熱耐火層，其他結構和工藝并無顯著差別，其加工生產過程也不復雜。

（1）導體工藝。應選用光亮的電解銅桿拉制的單線。導體表面應光潔、無油污、毛刺和銳邊，無凸起或斷裂的單線。填充系數不小于0.9。

（2）三層共擠。采用優質的XLPE絕緣材料和屏蔽材料，三層共擠工藝。生產中應注意控制絕緣偏心率。

（3）隔熱耐火層繞包。選用陶瓷化硅橡膠耐火復合帶，繞包厚度5～8 mm，繞包表面應平整，無褶皺。為了避免繞包后外徑不均勻，采用雙層間隙繞包形式，應控制好繞包張力、角度和間隙，防止耐火帶被過度拉伸變薄起褶皺。

（4）內襯層、外護套擠出。無鹵阻燃材料的粘

度大，流動性差，應選用低壓縮比的螺桿，擠出溫度和螺桿轉速應穩定，擠出機要有良好的溫控和冷卻系統。

2.2耐火試驗

2012年，國家電線電纜質量監督檢驗中心發布了TICW/08—2012《額定電壓6 kV（Um=7.2kV）到35 kV（Um=40.5 kV）擠包絕緣耐火電力電纜》技術規范，對6～35 kV耐火電纜的發展起到了積極的引導作用。此規范規定了6～35 kV耐火電纜的耐火試驗，具體過程參見技術規范。

3 結束語

6～35 kV耐火電纜通過設計隔熱耐火層、內襯層、鎧裝、外護套組成的復合耐火層實現了耐火性能，產品具有阻燃、耐火等特性，同時又有良好的電氣和機械性能，但在使用過程中也出現了電纜載流量降低、外徑偏大給敷設帶來不便等問題，這是今后改進的方向，需要通過對電纜結構和材料的優化來實現。

［1］ GB/T 19666—2005 阻燃和耐火電纜通則［S］.

［2］ GB/T 12706—2008 額定電壓1 kV（Um=1.2 kV）到35 kV （Um=40.5 kV）擠包絕緣電力電纜及附件［S］.

［3］ 龐玉春.無鹵低煙阻燃耐火控制電纜性能與設計［J］.電線電纜，2005（4）：15-17.

［4］ 深圳市沃爾核材股份有限公司.陶瓷化防火耐火復合帶產品樣本［Z］.

Development of XLPE Insulation Fire-Resistant cables for Rated Voltage 6～35 kV

XIAO Yun-tao，GAO Jiang-tao，LIU Shu-quan，WU Yan-hong
（Western Cable Co.，Ltd.，Xi’an 710018，China）

This paper introduced the structure of the XLPE insulated fire-resistant cable with the rated voltage from 6kV to 35kV.The fire-resistant performance can be realized by the usage of composite refractory layer which ismade up of heat insulation refractory，inner covering，armor and outer sheath.

6～35 kV XLPE insulation cables；fire-resistant cables；construction

TM247.1

A

1672-6901（2015）01-0016-03

2014-06-10

肖云濤（1983-），男，工程師.

作者地址：陜西西安經濟技術開發區草灘生態產業園尚苑路4699號［710018］.