聚氯乙烯阻燃電纜升溫技術(shù)及溫升測試研究

王劉芳，張佳慶，范明豪，李 偉，汪書蘋

(國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601)

聚氯乙烯阻燃電纜升溫技術(shù)及溫升測試研究

王劉芳，張佳慶，范明豪，李 偉，汪書蘋

(國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601)

通過研制電纜升溫及燃燒的模擬點火裝置，開發(fā)聚氯乙烯阻燃電纜升溫技術(shù)，對此電纜進(jìn)行表面溫升測試，對比3組鎧裝聚氯乙烯阻燃電纜在高溫環(huán)境中的紅外熱像儀測試結(jié)果，指出了電纜內(nèi)包裹材料有利于延長電纜引燃時間，為了解聚氯乙烯阻燃電纜著火行為提供支撐。

聚氯乙烯；阻燃電纜；紅外熱像儀；升溫技術(shù)；表面溫升

0 引言

電纜是電力系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，在役電纜的安全運行對保障安全供電具有重要意義。因老化、故障等原因?qū)е碌碾娎|火災(zāi)具有很大危害，而電纜的著火部位一般為其表面的護(hù)套材料。采用一定的升溫技術(shù)，對電纜護(hù)套材料進(jìn)行表面溫升測試，對了解電纜火災(zāi)特性具有重要的參考價值。目前，對電力電纜進(jìn)行的溫升特性試驗一般采用導(dǎo)體電流加熱，從內(nèi)部對電纜進(jìn)行循環(huán)加熱以達(dá)到電纜溫升目的。而在通電情況下的電纜溫升特性的研究中，對電纜溫升至著火情況下的特性研究較少。

1 聚氯乙烯阻燃電纜升溫技術(shù)研究

本研究設(shè)計并研制了一種電纜燃燒的模擬點火裝置，其電氣原理如圖1所示。該裝置包括3相電源、斷路器、熔斷器、交流接觸器、加熱圈、手動按鈕、加熱腔、熱電偶溫度控制器及紅外熱像儀等部分。加熱圈內(nèi)安裝加熱腔，加熱腔內(nèi)安裝熱電偶，用于測量并輸出測試過程中加熱腔內(nèi)的溫度；紅外熱像儀安裝在加熱腔窗口外部，通過非接觸的測量方式得到測試電纜在實驗過程中的表面溫度。熱電偶與紅外熱像儀的測量結(jié)果可通過溫度控制器讀出。通過以上系統(tǒng)設(shè)置，模擬點火裝置可實現(xiàn)在不同設(shè)定溫度條件下測試電纜的均勻加熱，并輸出測試過程中加熱腔及電纜表面的溫度變化情況。

圖1 電纜加溫及燃燒的模擬點火裝置原理

2 表面溫升測試

選取3種鎧裝阻燃聚氯乙烯護(hù)套電纜進(jìn)行測試。測試時，利用紅外熱像儀以非接觸測溫方式測量在溫升過程中加熱腔腔內(nèi)的電纜表面溫度。

2.1 電纜1

該電纜外徑15 mm，7芯結(jié)構(gòu)，截面如圖2(a)所示，內(nèi)部有一層鐵皮及銅皮包裹，中間有填充物。試驗中，加熱腔內(nèi)溫度設(shè)定為350 ℃，不同時刻電纜表面溫度測量結(jié)果如表1所示。在電纜表面3個典型測溫位置處測量，利用測量并轉(zhuǎn)換得到的電纜表面平均溫度對電纜的熱損傷進(jìn)行表征和分析。測試開始2 min后首次測溫，電纜表面平均溫度約為228 ℃，觀察到電纜表面有少量白煙冒出；1 min后，電纜表面平均溫度升高至328 ℃；此時電纜表皮融化起皺，有大量煙冒出。繼續(xù)加熱2 min后，電纜表面平均溫度升高至360 ℃，此時電纜即將燃燒。

表1 電纜1測量數(shù)據(jù) ℃

2.2 電纜2

外徑15 mm，14芯結(jié)構(gòu)，電纜截面如圖2(b)所示，內(nèi)部沒有銅皮及填充物包裹。試驗中加熱腔內(nèi)溫度設(shè)定為350 ℃，不同時刻電纜表面溫度測量結(jié)果如表2所示。采用3個溫度測量點的平均溫度進(jìn)行分析。測試開始2 min后首次測溫，電纜平均溫度約為310 ℃，試驗中可以觀察到電纜表面有較大量白煙冒出；與相同時刻電纜1相比，電纜表面溫度明顯升高，煙氣產(chǎn)生量增大；1 min后，電纜表面平均溫度升高至326 ℃，此時電纜表皮融化起皺，有大量煙冒出；繼續(xù)加熱2 min，電纜表面溫度升高至497 ℃，此時電纜已經(jīng)發(fā)生了燃燒，燃燒持續(xù)時間約為3 s。根據(jù)試驗可知，在相同溫度的熱環(huán)境條件下，電纜2的熱破壞程度高于電纜1。

表2 電纜2測量數(shù)據(jù) ℃

2.3 電纜3

該電纜外徑70 mm，3芯結(jié)構(gòu)，截面如圖2(c)所示，電纜內(nèi)部有一層鐵皮及銅皮包裹，中間有和表皮材料相仿的填充物。試驗中，加熱腔內(nèi)溫度設(shè)定為350 ℃，不同時刻電纜表面溫度測量結(jié)果如表3所示。

表3 電纜3測量數(shù)據(jù) ℃

采用平均溫度對電纜的熱損傷進(jìn)行表征和分析。測試開始2 min后首次測溫，電纜平均溫度約為183 ℃，可以觀察到電纜表面有少量白煙冒出。1 min后，電纜表面平均溫度升高至198 ℃；此時電纜表皮開始融化，有大量煙冒出。繼續(xù)加熱2 min后，電纜表面溫度升高至358 ℃，此時電纜即將發(fā)生燃燒。

圖2 3種電纜截面

3 結(jié)論

本研究設(shè)計并研制了一種電纜升溫及燃燒的模擬點火裝置，可用于實現(xiàn)不同設(shè)定溫度條件下測試電纜的均勻加熱，并輸出測試過程中加熱腔及電纜表面的溫度變化情況。利用該裝置對3種鎧裝阻燃聚氯乙烯護(hù)套電纜在高溫環(huán)境中的熱損傷特性進(jìn)行了測試。

結(jié)果表明，在350 ℃的高溫環(huán)境中，電纜首先發(fā)生表面材料熱解，可以觀測到有白煙冒出；隨著繼續(xù)加熱，當(dāng)電纜表面溫度達(dá)到約200 ℃時，表皮出現(xiàn)融化，并伴隨有大量煙氣的冒出；當(dāng)電纜表面溫度超過350 ℃后，電纜被引燃。對比3種電纜在相同溫度熱環(huán)境條件下的熱破壞程度可知，電纜內(nèi)包裹材料有利于延長電纜引燃時間。

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2016-08-08。

王劉芳(1970-)，男，高級工程師，主要從事高電壓技術(shù)工作，email：jqz@mail.ustc.edu.cn。

張佳慶(1987-)，男，工程師，主要從事電力安全防護(hù)技術(shù)工作。

范明豪(1975-)，男，高級工程師，主要從事電力火災(zāi)與安全防護(hù)工作。

李 偉(1974-)，男，高級工程師，主要從事高電壓技術(shù)工作。

汪書蘋(1977-)，女，高級工程師，主要從事電力火災(zāi)與安全防護(hù)工作。