電纜負載條件下的燃燒試驗及熱電偶選型*

王玉龍

(山西省節能中心有限公司，山西 太原 030000)

0 引 言

隨著煤礦井下作業電氣化，自動化綜采設備、掘進設備、運輸設備的使用，井下用電量不斷增加，煤礦電力電纜的作用越來越重要。煤礦井下是特殊作業場所，存在井下突發情況用電量猛增情況，電纜的負載會遠大于電纜的額定負載，電纜溫度增加到一定程度，會發生燃燒現象，如果井下礦用是沒有阻燃性能的電纜，就會頻發安全事故。因此電纜使用前進行阻燃性能試驗，可以避免不具有阻燃性能的電纜應用于井下，以免造成井下事故的發生。

電纜負載條件下的燃燒試驗是檢驗煤礦用電力電纜的重要試驗，主要模擬電纜在負載條件下發生火災時電纜耐火情況以及外界火源消失時電纜自身的阻燃性能情況。筆者通過電纜負載條件下的燃燒試驗，發現了設備熱電偶型號不同對試驗準確性產生的影響，提出了用各種型號電纜做負載條件下燃燒試驗時，同時接入兩種不同型號熱電偶，并對試驗數據進行對比，最終得出解決試驗過程中溫度不準確的辦法，為檢驗電纜阻燃性能的準確性提供參考。

1 電纜負載燃燒試驗原理及方法

電纜負載燃燒試驗原理：給試驗電纜加載規定值的電流，當試件溫度升到規定值，用噴燈進行燃燒，觀察電纜的續燃情況。

試驗方法如下：

(1) 從樣品中截取長度約為1.8 m的電纜作為試樣，若為非金屬電纜中間接頭試樣，則連接上相應規格的電纜并使接頭位于整個試樣的中部。不論試樣中是否包含其他線芯(如信號線芯等)，作為試樣只應在每根動力線芯的兩端剝去長度約為6 cm的絕緣。在距試樣中心線20 cm±1 cm的一側，用小刀切開試樣的護套和絕緣等覆蓋層，露出一根動力線芯導體，并將熱電偶的測溫頭插入其中，使此測溫頭與動力線芯導體能良好地接觸，然后掩上絕緣、護套等覆蓋層，并扎緊此切口。

(2) 安裝試樣：將試樣放置到燃燒箱內支架上，試樣中心線位于燃燒箱中部，試樣兩端分別從燃燒箱兩側孔伸出箱外，將試樣的兩端接至控制臺輸出銅排，并可靠連接。然后將測溫線與電控箱測溫儀連接，以便能觀察動力線芯導體的溫度。注意觀察控制臺顯示的試樣導體的溫度，當溫度升至(205±5)℃時，移動調好噴燈，使噴燈火焰燃燒試樣中心點，并啟動計時器計時，燃燒1 min后移去噴燈，同時切斷通過試件電流，觀察試件的續燃情況，并用秒表記錄試樣的續燃時間。

2 試驗過程中存在問題及分析

(1) 整個試驗過程中，溫度傳遞的準確性對試驗的準確起到至關重要的作用，其中傳遞溫度的熱電偶就成了關鍵。試驗過程中發現儀器設備上的溫度顯示跳數據現象，導致試驗不準確。

(2) 進行以下觀察和討論

① 排除設備儀器故障。筆者把熱電偶與相配套的顯示表拆解送去國家認定的計量科學研究院進行檢定，結果數據是準確的，說明設備儀器本身沒有任何問題。

② 對電纜中的熱電偶進行了負載燃燒試驗在試樣電纜上相同的位置不同的動力線芯上開口，一股動力線芯接入設備熱電偶；另一股動力線芯接入FLUKE51Ⅱ型手持式溫度表的熱電偶(此表經過計量檢定中心檢定合格)。開啟設備給電纜加載電流,使電纜的溫度上升到規定溫度,對比兩組測試電偶顯示器的數據。經過在升溫過程中各個溫度段的比對，兩種熱電偶的溫度差值基本上是在1 ℃，基本一致，沒有出現大的差值。通過分析此次比對試驗用的煤礦用移動屏蔽橡套軟電纜，動力線芯的面積為50 mm2，此種動力線芯的截面積是橡套電纜中的中游水平，既不是很細也不是很粗。電纜動力線芯中銅絲直徑大約在0.5 mm左右。同時查詢電纜負載燃燒試驗臺的設備資料和手持式溫度的使用說明書得知電纜負載條件下的燃燒試驗臺設備上現在用的是E型熱電偶，手持式溫度表用的是K 型熱電偶。兩種熱電偶的型號已經確定，熱電偶的直徑分別為E型熱電偶：0.40 mm，K 型熱電偶：0.81 mm。為了用更多的數據分析問題，筆者需要進行更多的試驗。通過調查得出煤礦用電纜線芯主要分為兩種：第一種為銅絲構成的軟電纜(包括煤礦用移動橡套軟電纜，煤礦用移動屏蔽橡套軟電纜，煤礦用移動金屬屏蔽監視型橡套軟電纜，采煤機屏蔽橡套軟電纜等)；另一種為細銅條構成的鎧裝電纜，例如：煤礦用交聯聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護套通信電纜。筆者準備了兩種品牌的電纜同時對兩種品牌不同型號的電纜動力線芯面積、銅絲直徑及面積測量數據表1和表2所列。

表1 第一廠家電纜動力線芯面積、直徑、單根導線面積

表2 第二廠家電纜電纜動力線芯面積、直徑、單根導線面積

依據兩個表中的數據，兩個廠家生產電纜的銅絲直徑和截面積沒有太大區別(部分電纜銅絲鍍鋅，直徑影響不大)，所以選擇第二廠家的電纜作為以后試驗用電纜。

③ 依據標準MT/T386-2011《煤礦用電纜阻燃性能的試驗方法和判定規則》的要求， 把上述所有型號的電纜全部制樣并全部進行負載條件下燃燒試驗，觀察兩個溫度表的溫度變化情況并同時用秒表記錄達到標準規定的溫度所需要的時間。

通過依次用不同型號的電纜重復上述試驗得出兩種不同熱電偶在不同型號下溫度隨時間變化以及達到規定溫度的時間值，如表3所列。

表3 不同動力線芯面積兩種熱電偶達到相同溫度所需時間

④ 通過上表可以看出當動力線芯橫截面積為50 mm2時，兩種電偶達到規定溫度時所用時間最接近，小于橫截面積50 mm2達到規定溫度所需要時間E型熱電偶較少，大于橫截面積50 mm2的K型熱電偶較少。同時在試驗中發現，由于各熱電偶直徑原因，在6 mm2，10 mm2的試驗過程中，K型出現了虛接情況，通過表中時間看出，在面積比較大的電纜試驗過程中，E型出現虛接情況，就是實際溫度已超過了溫度表所顯示溫度。

⑤通過這些數據分析得出：溫度不穩定是熱電偶直徑跟電纜銅絲直徑不同的主要原因，電纜動力線芯由銅絲構成，直徑大小有一定差距，在插入熱電偶時會因此原因導致出現虛接情況，熱電偶直徑越接近電纜銅絲直徑出現虛接的情況就會減少，所以在試驗時根據不同的電纜動力線芯的直徑選擇不同的熱電偶。

3 燃燒試驗臺熱電偶選型選擇

熱電偶選型的準確性是獲得準確試驗數據的可靠保證，表4詳細統計了熱電偶型號與測溫范圍和直徑范圍數據。

表4 各種熱電偶型號、測溫范圍和直徑

依據表4，通過核查電纜負載條件下燃燒試驗臺設備資料得知設備上提供的熱電偶讀數的儀表是可以變換與儀表匹配的熱電偶型號。可以匹配熱電偶：1.K型、2.E型、3.T型、4.PT100型、5.CU50型，6.S型，7.R型等。如：S型熱電偶跟R型熱電偶都是以鉑金為主要成分的貴金屬熱電偶，熱電勢率小，靈敏度低，高溫下機械強度下降，對污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，投入大，保管也比較麻煩。通過各個方面綜合比較熱電偶情況選用K型和E型綜合使用，這兩種熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優點。在線芯直徑小的情況下用E型，在直徑大的情況下就切換用K型。對于銅條構成的電力電纜用K型就非常穩定。

4 結 語

煤礦用電力電纜的安全性能直接影響這整個煤礦井下作業的安全，通過電纜負載條件下的燃燒試驗保證進入煤礦井下的電纜阻燃性是關鍵有效的措施。通過對電纜負載條件下燃燒試驗臺設備的研究及熱電偶的選擇，使得試驗的結果更加的準確。進一步提升煤礦用電力電纜檢驗質量，避免不合格的電纜產品進入生產礦井，最大限度的消除煤礦井下安全隱患。