無鹵阻燃電纜吸水性能測試方法探討

張 飛

（中國電力科學研究院有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引 言

20世紀80年代，艦船、軌道交通和核電等領域開始廣泛應用無鹵阻燃電纜。無鹵阻燃電纜的絕緣材料主要選擇無鹵阻燃聚烯烴類材料，由氫氧化鎂和氫氧化鋁等無機物，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等組成復合的高填充體系。該材料為非阻燃的絕緣材料，如果長時間使用會造成不間斷吸水，從而大大降低絕緣性。基于此，要想確保電纜長期運行的穩定性和安全性，必須保證其擁有良好的吸水性能。

1 重量法

對重量法而言，需要使電纜絕緣和護套吸水，增大其單位面積質量后評估吸水特性。測試電纜吸水性能時，主要選擇無鹵阻燃電纜產品規范。相較于有一定無機填充的EPR，基本無填充的XLPE吸水量較小，同時，相較于低煙無鹵聚烯烴類材料，這兩種材料的吸水量明顯較低。IEC 60502-1-2005系列規范中，第一次明確了熱塑性低煙無鹵聚烯烴護套材料的運用規范，并新增了額定電壓為1～3kV的無鹵阻燃電纜產品，從而進一步普及該產品[1]。現階段，只有額定電壓為1～3kV的無鹵阻燃電纜產品被人們列入了上述規范草案與有關技術文件中，沒有將電壓等級更高的低煙無鹵阻燃電纜納入其中。

2 電氣參數法

通常而言，電纜材料的介電常數大于2.1，小于5.0。而水的介電常數約為81，當電纜材料出現吸水情況時，將進一步增大電纜材料的電氣參數。電氣參數法依據上述原因試驗電纜材料吸水前和吸水后的相關電氣參數，如介質損耗角正切值和介電常數，能夠準確呈現其吸水特性。這一試驗方法具有較高的靈敏度。對于能夠適應潮濕環境的電纜材料，可以選用電氣參數法進行試驗。電氣參數法要求產品符合以下規范內容，即IEC 60092、IEEE 1580和ICEA S-73-532。其中，IEC 60092的具體規范內容包括國際電工委員會船用電纜相關規范、美國艦船和石油平臺中運用電纜材料應依據IEEE 1580-2010規范、美國儀表控制電纜所用材料應堅持ICEA S-73-532規范。

以上三種產品規范內容涉及了兩大類無鹵阻燃電纜。第一，絕緣線芯無需擁有阻燃特性的無鹵阻燃電纜。若絕緣線芯是不含有阻燃特性的產品，那么可選擇市場上售賣的XLPE或者以具有吸水性能的EPR作為絕緣材料。第二，絕緣線芯必須是通過燃燒試驗的無鹵阻燃電纜。若絕緣線芯必須擁有阻燃特性，那么其不僅需要具備較高的電氣絕緣特性，而且需要具有優良的阻燃特性，大大增加了產品研究與制造的技術難度。本文采用電氣參數法驗證吸水性能時，主要選擇了自己配制的低煙無鹵阻燃材料，并制定了兩種方案。一種方案是選擇XLPE/XLPO復合絕緣體系制造電纜絕緣線芯，再測試電氣法吸水性能；另一種方案的絕緣線芯需符合IEEE 1580-2010、ICEA S-73-532中的相關內容。但是，通過第一種方案研制的絕緣線芯無法通過VW-1垂直燃燒檢測，只能利用IEC 60332標準進行單根垂直燃燒檢測[2]。

3 擊穿法

當無鹵阻燃材料受到潮濕環境的影響時，會不斷吸水，久而久之，失去了絕緣特性。在此期間，選擇無鹵阻燃材料的電氣絕緣結構，會增加泄漏電流的可能性，甚至導致電纜擊穿，即擊穿法[3]。該種試驗手段讓產品處于標準電壓之下，再檢測擊穿狀況與泄漏電流，以此評判產品的吸水性能。對于機車車輛電纜產品的考核，主要選擇擊穿法進行測試。此試驗手段的具體運用必須遵循以下三種標準，分別為EN50264-3、EN50306-3和GB/T 12528-2008。歐洲規范EN50264-3中的試品為標準壁絕緣有護套多芯電纜，可以輕松通過檢測。歐洲規范EN50306-3中的電纜材料選擇多芯薄壁絕緣薄壁護套電纜，在試驗環境中檢測電纜絕緣層泄漏電流的變化，相關技術標準是一天內泄漏電流增值應≤10%。由于薄壁絕緣具有較大的絕緣強度，無法借助擊穿法檢測產品質量，因此可以根據泄漏電流的變化情況進行檢測，進而有效評估產品的吸水特性。相較于前兩個規范，GB/T 12528-2008主要選擇單芯電纜。具體實踐中，相關企業需要將一層比較薄的非阻燃隔離層添加到導體和電纜絕緣層。由于這層非阻燃材料的加入，提升了耐吸水性，并在一定程度上降低了產品的阻燃性能，因此企業在實踐過程中必須有效控制非阻燃隔離層的厚度。

4 機械物理法

機械物理法指將電纜護套運用于潮濕環境或者浸水環境，檢測產品的機械物理性能，即評估其抗張強度、斷裂伸長率等。但是，必須確保電纜護層材料具備一定的非吸水特性，機械物理性不會發生較大降解。該試驗手段除了考核電纜的外護套外，還能夠檢測長期放置于潮濕環境或浸水環境的電纜的吸水性能。無鹵阻燃電纜是HD 21.14 S1:2003中明確指出的低壓軟電線類產品[4]。這一標準于2003年歐洲電工委員提出，明確了熱塑性無鹵絕緣與護套軟電纜的規范，主要選擇機械物理法檢測產品的吸水性能。在此基礎上，IEC TC/20建立了熱塑性低煙無鹵電線工作組，明確了對應的項目組文件，即IEC TC 20/1368/NP。其中，無鹵阻燃電纜的絕緣材料選擇LSHF/D，護套材料選擇LSHF/ST1。此外，低煙無鹵熱塑性護套材料規范為JB/T 10707-2007。

通過比較發現，HD 21.14 S1:2003和IEC TC 20/1368/NP往往選擇熱塑性阻燃聚烯烴材料，并非聚氯乙烯護套料，非常重視吸水環境中熱塑性無鹵阻燃聚烯烴的機械物理性能變化情況。對此，相關人員必須高度重視草案中行業規范的修訂。本文依據這一草案選擇了4家電纜料企業生產的電纜護套料壓片和制樣，結合相關規范，采用機械物理法檢測材料的吸水性能。從相關規范標準中發現，一家電纜料企業的產品抗張強度變化率未達到相關規范要求，只有一家電纜料企業的產品完全滿足相關規范需求。由此可知，對于吸水性能的技術考核，我國一直依據JB/T 10707-2007規范，與HD 21.14 S1:2003、IEC TC 20/1368/NP標準具有較大技術差別[5]。

5 結 論

總而言之，高填充配方體系的無鹵阻燃電纜產品制作與探究中，存在一個比較嚴重的問題——吸水問題，受到了相關行業的廣泛關注。目前，已經有生產企業研發了低填充體系無鹵阻燃材料，并將TPE類材料應用于UL電子線、JCS無鹵線，將含苯環的阻燃材料應用于薄壁電纜。大量實踐證明，高填充體系無鹵阻燃材料因易吸水而造成絕緣性能下降，低填充體系無鹵阻燃材料可以在極大程度上杜絕此類問題。同時，通過探究四種電纜吸水性能測試方式，發現低煙無鹵阻燃電纜的吸水量數值較低，使用非阻燃隔離層時必須控制其厚度，避免產品阻燃性能降低。雖然低填充體系無鹵阻燃材料在相關行業電纜產品中得到運用，但未普及，需要相關工作人員進一步推廣，使其得到廣泛運用，提升企業效益。