電線電纜畢業(yè)設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計論文</b></p><p>　　論文題目：WDZB-YJY 8.7/10 3X95 電纜結(jié)構(gòu)設計及阻燃實驗</p><p>　　系 部： 電氣工程系 </p><p>　　專 業(yè)：電線電纜制造技術(shù)</p><p>　　班 級： 2009級01班

2、 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2012年05月15日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><

3、b>　　摘要 </b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　第1章 電纜結(jié)構(gòu)、材料、尺寸的確定及計算 </p><p>　　1.1 電纜結(jié)構(gòu)與材料的確定及電纜結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　1.2 導體結(jié)構(gòu)尺寸的計算</p><p>　　第二章

4、 單位長度電纜電性能參數(shù)的計算</p><p>　　2.1 導體的直流電阻和交流電阻的計算</p><p>　　2.2 電容與電感的計算</p><p>　　2.3 金屬屏蔽損耗因數(shù)的計算</p><p>　　第三章 電纜連續(xù)額定載流量和短路電流的計算</p><p>　　3.1 等效熱路圖及各種熱阻的計算<

5、/p><p>　　3.2 電纜額定載流量的計算</p><p>　　3.3 各種損耗及各點溫度計算</p><p>　　3.4 空氣中敷設電纜的的熱容和短時負荷（1h）載流量</p><p>　　3.5 允許短路電流和短路溫度的計算</p><p><b>　　第四章 阻燃實驗</b></p&g

6、t;<p>　　4.1 阻燃電纜的實驗 </p><p>　　4.2 阻燃系列電線電纜的材料</p><p>　　無鹵低煙阻燃電纜生產(chǎn)工藝</p><p>　　5.1無鹵低煙阻燃聚烯烴電線電纜料</p><p><b>　　5.2 生產(chǎn)工藝</b></p><p><b>

7、　　結(jié)束語</b></p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電線電纜被形象地喻為國民經(jīng)濟的“血管”和“神經(jīng)”。 隨著人們對環(huán)保和安全意識的增強，具有無鹵、

8、低煙、阻燃等特性的電線電纜無疑備受歡迎。無鹵低煙阻燃電纜不僅具有良好的阻燃性能，而且具有燃燒后產(chǎn)生的氣體中無鹵酸（有害）氣體并且發(fā)煙量低，有利于人員的逃生和施救，日益受到國內(nèi)外的廣泛應用。</p><p>　　本文論述了WDZB-YJY 8.7/10 3×95無鹵低煙阻燃B類電力電纜的結(jié)構(gòu)及其尺寸的確定，并對電氣性能參數(shù)、損耗、熱阻和載流量、短路電流進行了計算和校驗。也適當討論了無鹵低煙阻燃電纜的發(fā)

9、展前景和阻燃試驗的方法過程。</p><p>　　關(guān)鍵詞：無鹵低煙阻燃電纜，結(jié)構(gòu)，參數(shù)，載流量，阻燃試驗 </p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　自1836年世界上生產(chǎn)出第一條低壓電力電纜（橡皮帶繞包銅導線）至今，電線電纜已經(jīng)發(fā)展成為用途廣泛、品種繁多的一大產(chǎn)品類別。我國電線電纜行業(yè)經(jīng)過70多年的發(fā)展，也取得了較大的進

10、步。伴隨著中國電線電纜行業(yè)高速發(fā)展，新增企業(yè)數(shù)量不斷上升，行業(yè)整體技術(shù)水平得到大幅提高。目前我國電線電纜行業(yè)國有及規(guī)模以上企業(yè)約5000家，其中大型企業(yè)有19家，總產(chǎn)值占整個市場份額的11%。</p><p>　　電線電纜是輸送能源、傳遞信息所不可缺少的基礎器材，從在社會信息化、電氣化快速發(fā)展的今天，電線電纜已成為經(jīng)濟建設中最重要的基礎產(chǎn)品之一。電線電纜行業(yè)又是配套行業(yè)，產(chǎn)品必須滿足國民經(jīng)濟各主行業(yè)對電線電纜性能

11、的要求，國民經(jīng)濟覺得多數(shù)行業(yè)都與電線電纜相關(guān)，其產(chǎn)業(yè)地位是十分重要的。我國電線電纜行業(yè)目前仍處在發(fā)展階段，作為國民經(jīng)濟建設重要先導行業(yè)，電線電纜產(chǎn)銷指標的增長一般比國民經(jīng)濟總產(chǎn)值要略高一些。</p><p>　　火災給人類帶來的災害是慘重的，損失是巨大的，并隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市建設的發(fā)展，火災損失呈上升趨勢，因此國內(nèi)外均對火災的預防極為重視。電線電纜是傳播火災的重要途徑之一，據(jù)不完全統(tǒng)計，2002年我國發(fā)生的火災中

12、因電線電纜引起的占35%，在火災中死亡的人員中有三分之一的是因為吸入電線電纜燃燒時釋放的有毒氣體而窒息死亡，目前火災事故中，電線電纜引起的火災不容忽視，怎樣阻止電線電纜的燃燒，即是被明火燃燒還低煙無毒，這是電線電纜制造業(yè)的一大課題。</p><p>　　隨著人們環(huán)保和安全意識的增強，具有重量輕、體積小、低煙、無鹵、防火等特性的電線無疑備受歡迎，因此阻燃電纜是電纜行業(yè)極為關(guān)注的領(lǐng)域，我國在二十世紀八十年代和九十年代

13、開發(fā)并生產(chǎn)了多種阻燃電纜。隨著用戶對阻燃電纜深入了解，以及電纜燃燒時由于有毒有害氣體大量產(chǎn)生造成人員死亡，設備受損及煙霧嚴重使人員不能及時撤離的危害，提出了電纜不僅具有良好的阻燃性能，而且一旦燃燒后產(chǎn)生的氣體中無鹵酸（有害氣體）并且發(fā)煙量低，為此發(fā)展了無鹵低煙阻燃電纜。這些無鹵低煙阻燃包括電力電纜、控制電纜、光纜、建筑用線及數(shù)據(jù)電纜，用于地下鐵道、電站、化工廠、船艦、高層建筑、信息產(chǎn)業(yè)等重點工程和人員和設備密集場所，隨著經(jīng)濟高速發(fā)展，高

14、新技術(shù)不斷更新，產(chǎn)品向高層次發(fā)展，無鹵低煙阻燃電纜品種和數(shù)量大幅增加大勢所趨。</p><p>　　常規(guī)的電線電纜是相當嚴重的污染源，其在制造、使用及廢棄處理時會產(chǎn)生大量的二惡英、鉛、鹵等公害。近年來，歐洲、美國及日本對與電線有關(guān)的公害十分重視，其政府不僅對電纜制造過程的排放物進行嚴格的限制，而且對報廢電纜的處理實施了全面的監(jiān)控，迫使電纜廠商用符合環(huán)保要求的材料取代傳統(tǒng)材料，制造環(huán)保型電纜或所謂"清潔電

15、纜"。</p><p>　　該畢業(yè)設計的無鹵低煙阻燃B類電力電纜型號為WDZB-YJY 8.7/10 3X95，在此次的設計過程中，要充分考慮滿足無鹵低煙阻燃的條件。通過該畢業(yè)設計，不僅是為了完成這個題目而進行設計，更重要的是能夠使我在設計過程中加強與工廠實際的結(jié)合，為今后工作打下良好的基礎。</p><p>　　第1章 電纜結(jié)構(gòu)、材料、尺寸的確定及計算</p>

16、<p>　　電纜結(jié)構(gòu)與材料的確定及電纜結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由此電纜的型號WDZB-YJY 8.7/10 3X95可知，該電纜是無鹵低煙阻燃B類，銅導體，交聯(lián)聚乙烯絕緣，聚烯烴護套，同時具有內(nèi)外半導電屏蔽，電壓等級為8.7/10KV，三芯，標稱截面積為95mm2的電力電纜。此電纜的結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 WDZB-YJY 8.7/10 3&#

17、215;95 電纜結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.2 導體結(jié)構(gòu)尺寸的計算</p><p>　　1.2.1電纜導體結(jié)構(gòu)和單線根數(shù)的確定</p><p>　　導體采用緊壓絞合圓形結(jié)構(gòu)，導體用銅單線符合GB/T3953-2009《電工圓銅線》中TR型圓銅線。根據(jù)由喬月純、鄧先鋒等編寫的《電線電纜結(jié)構(gòu)設計》P11中表2-3可知，標稱截面積為95mm2的緊壓絞合圓形導體，其單

18、線最少為15根，本設計采用簡單正規(guī)絞合分層緊壓，即1+6+12=19，取緊壓系數(shù),η=0.90，延伸系數(shù)μ=1.10，ρ20=0.017241Ω·mm2/m，又有20℃時銅的最大電阻RB=0.193Ω?KM

19、 </p><p>　　由于此型號電纜為阻燃電纜，故纜芯可以有

20、絕緣單線和填充繩組成。填充繩為巖棉阻燃材料，燃燒溫度可達600℃，起到阻燃耐火作用。 </p><p>　　1.2.2單絲直徑和緊壓導體直徑的確定</p><p>　　對于三芯電纜取K3=1.02，而K1、K2可根據(jù)標稱截面積A1求出單絲近似直徑d1來確定。由</p><p><b>　　得 </b></p><

21、;p>　　可取K1=K2=1.02 </p><p><b>　　又有</b></p><p><b>　　緊壓絞合導體的直徑</b></p><p>　　應在工廠對上述結(jié)構(gòu)尺寸的絞合緊壓導體進行試生產(chǎn)校驗，即取一段試驗產(chǎn)品測電阻，電阻應合格，然后根據(jù)稱重質(zhì)量計算出ρJY，在進行有關(guān)計算。</p&

22、gt;<p>　　設緊壓導體的電阻率ρJY=0.01765Ω·mm2/m則可得</p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　DC符合課本P9中表2-1中的11至12mm的要求，因此可取d=2.59mm，并按照DC=11.4mm進行后續(xù)設計，既

23、符合電阻要求，又比較經(jīng)濟。</p><p>　　1.2.3絕緣和屏蔽層的確定</p><p>　　絕緣應采用符合課本表3-1的XLPE材料，由于此型號電纜為無鹵低煙阻燃電纜，所以應在絕緣料中加入不含鹵素的阻燃劑，如氫氧化鋁AL(OH)3、氫氧化鎂Mg(OH)2 。查表3-8可知8.7/10KV電纜的絕緣厚度標稱值Δi=4.5mm</p><p>　　內(nèi)外半導電屏蔽的

24、材料為交聯(lián)聚乙烯基料+導電炭黑+EVA+防老劑。其老化前后的電阻率為：內(nèi)半導電屏蔽不大于1000Ω·m，外半導電屏蔽不大于500Ω·m.根據(jù)經(jīng)驗，8.7/10kv交聯(lián)電纜可取內(nèi)外半導電層的厚度均為0.7mm, 即</p><p>　　Δnb=Δwb=0.7mm。</p><p>　　金屬屏蔽采用單層銅帶重疊搭蓋繞包方式。銅帶間搭蓋率的標稱值應不小于15%，最小搭蓋率應不

25、小于5%。銅帶的標稱厚度為0.10mm，則銅帶屏蔽的總厚度為Δj=0.10X2=0.20mm，銅帶的寬度為35mm。</p><p>　　1.2.4填充物的確定 </p><p>　　此型號阻燃電纜的填充，應用無鹵低煙阻燃帶繞包。</p><p>　　1.2.5外護套的確定</p><p>　　外護套應采用添加大量AL(OH)3或者M

26、g（OH)2的聚烯烴等無鹵低煙材料，選用合適的輔助材料作填充、包帶或者阻燃增強層，使產(chǎn)品達到相應的燃燒特性要求。所有材料中不應含有鹵素。</p><p>　　查課本附錄一中得，截面積為95mm2導體的假設直徑dL=11mm，</p><p><b>　　由金屬屏蔽的截面積</b></p><p>　　查得直徑增加值為djz=0.5mm</

27、p><p>　　則每相金屬屏蔽的假設直徑</p><p>　　DJJ=dL+2Δi+3.0+djz=11+2X4.5+3.0+0.8=23.8mm</p><p>　　三芯成纜纜芯的假設直徑</p><p>　　DLJ=2.16X23.8=51.41mm</p><p><b>　　則 </b>&l

28、t;/p><p>　　Δe=0.035D+1.0=0.035X51.41+1.0=2.8mm</p><p><b>　　符合厚度要求。</b></p><p>　　該電纜的結(jié)構(gòu)尺寸的設計值見表1-1所示。</p><p>　　表1-1電纜的結(jié)構(gòu)尺寸的設計值 單位：mm</

29、p><p>　　第二章 單位長度電纜電性能參數(shù)的計算</p><p>　　2.1 導體的直流電阻和交流電阻的計算</p><p>　　2.1.1 導體的直流電阻 </p><p>　　20℃下，單位長度的電纜導體的直流電阻為</p><p><b>　　取</b></p><

30、p>　　ρ20=0.017241Ω?㎜2/m K1=K2=K3=1.02</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　XLPE電纜長期運行最高溫度為90℃，其單位長度直流電阻為：</p><p>　　R=×k×k×k×[1+α(θ-20)]</p><p&g

31、t;<b>　　代入數(shù)值計算得 </b></p><p><b>　　導體交流電阻</b></p><p>　　在交流電阻作用下，導體交流電阻將受到集膚效應和鄰近效應影響，其計算公式為：</p><p>　　R= R（1+ y +y）

32、</p><p>　　式中：R-90℃下單位長度導體直流電阻；</p><p><b>　　y-集膚效應因數(shù)；</b></p><p>　　y- 鄰近效應因數(shù)。</p><p>　　1.集膚效應因數(shù) </p><p>　　集膚效應因數(shù)是由于集膚效應使電阻增加的百分數(shù)，表達式為：</p&

33、gt;<p>　　ys= </p><p>　　式中：x=×k×10,</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得：</b></p><p><b>　　將x帶入得：y=</b></p&g

34、t;<p><b>　　2.鄰近效應因數(shù) </b></p><p>　　鄰近效應因數(shù)是指由于鄰近效應使電阻增加的百分數(shù)，表達式為</p><p><b>　　[0.312 </b></p><p>　　式中：x=×k×10；</p><p>　　D-導體直徑，單位

35、mm；</p><p>　　s-線芯中心軸間距（s=Djp），單位mm；</p><p><b>　　k=1；</b></p><p>　　代入上式中得 綜合鄰近效應和集膚效應后，導體交流電阻為：&l

36、t;/p><p>　　R= R（1+ y +y）=</p><p><b>　　3．附加電阻的計算</b></p><p>　　當護套兩端接地形成通路時，會產(chǎn)生環(huán)流，有環(huán)流引起的附加電阻ΔR。</p><p>　　附加電阻的計算將在下節(jié)中進行。</p><p>　　2.2 電容與電感的計算 &l

37、t;/p><p>　　2.2.1 電容的計算</p><p>　　此三芯分享屏蔽電纜的每相電容和單芯電纜的電容計算公式一樣。</p><p>　　C`=x10-12=F/m</p><p>　　式中：ε-XLPE相對電容率，查表可得取值為2.5；</p><p>　　r-絕緣半徑，其值為10.9mm；</p>

38、<p>　　r-內(nèi)半導電層半徑，其值為6.4mm。</p><p><b>　　代入上式的</b></p><p>　　2.2.2 電感的計算</p><p>　　此次設計電纜為三芯分型屏蔽電纜，且敷設條件為等邊三角形敷設。又由于此電纜金屬屏蔽兩端通路，故導體上相應的會產(chǎn)生附加電感和附加電阻，則，每相上單位長度的的電感都要相應的

39、減去附加電感ΔL'，每相導體上的電阻則要加上H環(huán)流引起的附加電阻ΔR'。即有</p><p><b>　　又有</b></p><p>　　Li=0.5x10-7H/m s=Djp=23.6mm rc=5.7mm rs=mm </p><p>　　20℃時單位長度的金屬屏蔽的電阻</p><p&g

40、t;　　取金屬屏蔽的工作溫度為70℃，此時的</p><p><b>　　則附加電感</b></p><p><b>　　H/m</b></p><p><b>　　附加電阻</b></p><p>　　所以，單位長度的有效電感 </p><p>&l

41、t;b>　　有效電阻</b></p><p>　　RC=R交+ΔR/=2.57x10-4+6.09x10-6=2.63x10-4Ω/m</p><p>　　2.3 金屬屏蔽損耗因數(shù)的計算</p><p>　　三芯分相屏蔽型電纜與單芯電纜等邊三角形敷設金屬護套通路的情況一樣，其 λ1/要比λ1//大得多，故只需計算λ1/即可。

42、 </p><p>　　第三章 電纜連續(xù)額定載流量和短路電流的計算</p><p>　　3.1 等效熱路圖及各種熱阻的計算</p><p>　　3.1.1 等效熱路圖 </p><p>　　由電纜型號WDZB-YJY知此電纜無鎧裝結(jié)構(gòu)，故其等效熱路圖如圖3-1所示。&l

43、t;/p><p>　　圖3-1 分相屏蔽型三芯電纜等效熱路圖</p><p>　　其中θCθSθeθO分別為電纜導體、金屬屏蔽、電纜表面、周圍媒質(zhì)的溫度</p><p>　　T1 、T3 、T4分別為絕緣層、外護層、媒質(zhì)熱阻</p><p>　　3.1.2 絕緣層熱阻</p><p>　　此電纜為三芯，有屏蔽層的電纜，

44、其絕緣層的熱阻計算需按照下式計算</p><p>　　式中：G，幾何因數(shù)，其數(shù)值可通過查附錄圖1得出；</p><p>　　K，屏蔽因數(shù)，其數(shù)值可通過查附錄圖2得出；</p><p><b>　　N，電纜線芯根數(shù)；</b></p><p>　　ρT，絕緣熱阻系數(shù)；</p><p>　　通過一系列的

45、查圖計算可得K=0.525，G=1.27</p><p><b>　　又有</b></p><p><b>　　代入計算的</b></p><p>　　3.1.3外護套熱阻</p><p>　　外護層一般都為同心結(jié)構(gòu)，其熱阻計算為</p><p>　　式中：te，外被層的厚度

46、，單位mm；</p><p>　　DA，外被層以內(nèi)的直徑，單位mm；</p><p><b>　　有</b></p><p><b>　　代入計算的</b></p><p>　　3.1.4 媒質(zhì)熱阻</p><p>　　此電纜敷設于空氣中，且不受陽光直射，則其熱阻可有下式進

47、行計算</p><p>　　式中：De*，電纜外徑，單位為m；</p><p>　　h ，散熱系數(shù)，其值用計算；</p><p>　　此三芯電纜通過查表可得Z=0.21，E=3.94，g=0.60，代入計算的h=5.11W/（m2?K5/4)</p><p>　　有De*=0.057m

48、 </p><p>　　由于此處的計算用到電纜的介質(zhì)損耗，特在此進行介質(zhì)損耗的計算</p><p>　　下面用曲線圖法計算，此法通過兩步進行相應計算：</p><p><b>　　KA值的計算</b></p><p><b>　　其中 </b></p><p>&

49、lt;b>　　且還有</b></p><p>　　由λ1=0.0512 λ2=0 h=5.11W/m2K5/4 </p><p>　　T1=0.124TΩ.m T2=0 T3=0.058TΩ.m</p><p><b>　　代入上式計算的</b></p><p><b

50、>　　(b）計算</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　又有δ電纜表面對日光的吸收系數(shù)，此處取δ=0.4,H為日光輻射照度，一般都取值1000W/m2 </p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)進行計算</b></p><p>　　則=5

51、0+0.00152+2.27=52.27℃</p><p>　　下面通過附錄圖三查圖，確定=2.56 </p><p>　　則，媒質(zhì)熱阻 </p><p>　　3.2 電纜額定載流量的計算</p><p>　　此型號電纜為三芯分相型電纜，載流量的計算公式為 </p><p><b>　　

52、由前計算有</b></p><p>　　代入上式計算 </p><p>　　查標準知，YJY-8.7/10三芯電纜空氣敷設標準載流量為299A，偏差為</p><p><b>　?。?=7.4％ </b

53、></p><p>　　3.3 各種損耗及各點溫度計算</p><p>　　導體的損耗、介質(zhì)損耗、金屏損耗分別為：</p><p><b>　　電纜各處的溫度：</b></p><p>　　3.4 空氣中敷設電纜的的熱容和短時負荷（1h）載流量</p><p>　　此次設計電纜為低壓電纜

54、，則其熱容用等效熱熔來表示，具體計算公式為 </p><p>　　下面分別計算上述四個數(shù)值 </p><p>　　則單位長度的此電纜的等效熱容為 &l

55、t;/p><p><b>　　下面計算短時載流量</b></p><p>　　由公式且τ=KTTT等效熱阻</p><p>　　代入數(shù)據(jù)的 </p><p>　　τ=2582.5x0.612=1580.5秒</p><p><b>　　則</b></

56、p><p>　　3.5 允許短路電流和短路溫度的計算 </p><p>　　短路電流的計算公式為</p><p>　　下面計算導體的短路電流</p><p>　　經(jīng)過查資料，K=226</p><p>　　取β=234.5K t=3S θ1=90℃ θ2=250℃ 代入上式計算得</p><

57、;p>　　則，導體的短路溫度為</p><p>　　下面計算金屬屏蔽的短路電流</p><p>　　則金屬屏蔽的短路溫度為</p><p><b>　　第四章 阻燃試驗</b></p><p>　　隨著社會進步和人民生活水平的提高，市場對安全環(huán)保產(chǎn)品的需求日益增大。國家對人民生命財產(chǎn)密切相關(guān)的產(chǎn)品實行了強制認證，對

58、于稱之為社會神經(jīng)和血管的電線電纜產(chǎn)品，國家出了強制認證外，還針對使用場合的不同，出臺了一系列的產(chǎn)品附加性能的實驗標準。阻燃電線電纜是在保證各種電線電纜固有功能的基礎上對電線電纜施加的阻燃功能。2005年國家發(fā)布了GB/T19666-2005<<阻燃和耐火電線電纜通則>>,規(guī)定了阻燃電線電纜的型號以及技術(shù)要求、試驗方法和驗收規(guī)則。</p><p>　　阻燃電纜主要特點是不燃燒或燃燒后延緩燃燒

59、速度并局限在一定范圍內(nèi)。適用于有高阻燃要求，防爆、防燃的場合。阻燃產(chǎn)品比非阻燃產(chǎn)品能提供15倍以上的逃生時間；阻燃材料燒掉的材料僅為非阻燃材料的1／2；阻燃材料的熱釋放率僅為非阻燃材料的1／4；燃燒產(chǎn)品總的毒氣氣體量，如以一氧化碳的相當量表示，阻燃產(chǎn)品僅為非阻燃產(chǎn)品的1／3；普通阻燃產(chǎn)品與非阻燃產(chǎn)品的產(chǎn)煙性能、產(chǎn)煙量無大的區(qū)別。</p><p>　　有以上分析可知，在電纜交付客戶前對其進行阻燃實驗確保其阻燃性能的

60、達標有著十分重要的作用。</p><p>　　4.1阻燃電纜的實驗</p><p>　　根據(jù)GB/T19666-2005《阻燃和耐火電線電纜通則》的規(guī)定，阻燃系列電纜應該能通過下列實驗：</p><p><b>　　阻燃特性試驗</b></p><p>　　電纜的阻燃特性試驗按照GB/T18380-2008《電纜在火焰條

61、件下的燃燒試驗》進行。實驗分為單根阻燃性能試驗和成束阻燃性能試驗兩種。然而此次的設計應采用成束阻燃試驗。試驗按照GB/T18380-2008《電纜在火焰條件下的燃燒試驗 第34部分 垂直安裝的成束電線電纜火焰垂直蔓延試驗 B類》的規(guī)定進行。</p><p>　　實驗裝置有試驗箱、空氣源、鋼梯、凈化裝置等部分組成，其中特別說明的一點就是，引燃源需采用帶型丙烷燃氣噴燈，詳情見GB/T18380-2008《電纜和光

62、纜在火焰條件下的燃燒試驗 第31部分》</p><p>　　由于此次設計的電纜導體標稱截面積為95mm2，則，在阻燃實驗按照標準（第34部分）要求中應該取4根長度均為3.5m的電纜于鋼梯上吹，并垂直置于1000mmX2000mmX4000mm的試驗箱內(nèi)，用強度為20.6KW的燃氣噴燈垂直向電線電纜供火。持續(xù)供火40min，直至電纜停止燃燒或發(fā)光（最長1h），擦拭干凈后測量式樣的最大碳化范圍，都應不高于噴燈底邊2.

63、5m才算合格。</p><p>　　另外，次試驗方法還可按照美國UL1685、加拿大FT4、日本JIS-C-3521進行。</p><p><b>　?。?）無鹵特性試驗</b></p><p>　　含鹵素阻燃材料燃燒時，除了會產(chǎn)生許多煙霧之外，還會產(chǎn)生大量的腐蝕性鹵化氫氣體。這些腐蝕性鹵化氫氣體與水結(jié)合，形成酸，對金屬產(chǎn)生腐蝕作用，從而嚴重地

64、損壞電子儀器和機械設備。</p><p>　　電纜的無鹵特性試驗按照GB/T17650.2《取自電纜或光纜的材料燃燒時釋放出氣體的試驗方法》進行。實驗結(jié)果試樣的PH加權(quán)值≥4，電導率加權(quán)值≤10μs/mm為通過。</p><p>　　另外，為了確認阻燃材料在燃燒時和加熱老化時產(chǎn)生的氣體對金屬的腐蝕性，可根據(jù)標準ASTM D2671，進行銅鏡腐蝕試驗來評定。在該試驗方法里，觀察產(chǎn)生的氣體在蒸

65、鍍銅鏡上的腐蝕面積。如果蒸鍍銅鏡的腐蝕面積超過5%，則認為阻燃材料燃燒時產(chǎn)生的腐蝕性氣體太多，即該阻燃材料的腐蝕性不合格。</p><p><b>　　低煙特性實驗</b></p><p>　　對于低煙性能試驗，我們按照GB/T17651.2（等效IEC61034-2）進行試驗，以下對試驗作一簡述。</p><p>　　首先取校直的一根或多根1

66、m±0.05m長的電纜，在溫度為（23±5）℃的條件下放置至少16h。試樣根數(shù)的選擇符合GB/T17651.2中表2所示的要求，在試驗前應把電纜或纜束的兩端扎在一起，并且在距離每端300mm處用金屬線把它們固定在支架上，試樣應緊挨著水平放置并位于酒精盤上方的中心位置，使試樣的下表面和酒精盤底部之間的距離為150mm±5mm。開動風扇使空氣流通并點燃酒精，操作人員離開試驗室后把門關(guān)上，待火源熄滅之后5min或

67、者試驗持續(xù)時間達到40min時，透光率不再減小，則可認為試驗結(jié)束，記錄最小透光率，最小透光率應≥60%為合格。</p><p>　　4.2阻燃系列電線電纜的材料 </p><p>　　氧指數(shù)（O.I）是阻燃電纜所用非金屬材料的重要阻燃指標，指的是在規(guī)定條件下材料試樣在氧氣和氮氣的混合氣體中，維持穩(wěn)定燃燒的氧氣濃度。用混合流中氧氣所占的體積百分比表示。氧指數(shù)22及以下為易燃材料，氧指數(shù)

68、22-27為難燃材料，氧指數(shù)27以上為不燃材料。</p><p>　　從結(jié)構(gòu)上講，阻燃電纜和普通電纜無明顯區(qū)別。所不同的是在制造時絕緣或護套應該選擇氧指數(shù)27以下的材料來滿足不同的阻燃電纜燃燒試驗要求。</p><p>　　近年，公安部發(fā)行的強制性標準GA306—2001阻燃及耐火電纜：塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求。完善了阻燃及耐火電纜的標準體系。許多城網(wǎng)農(nóng)網(wǎng)工程改造及設備改造廣泛使用

69、阻燃防火電纜，并在工程設計中形成強制性要求，保證了工程質(zhì)量。隨著科學技術(shù)的發(fā)展。將會有更好的阻燃防火材料涌現(xiàn)。為防火、滅火工作提供有利的保證。</p><p>　　第五章 無鹵低煙阻燃電纜生產(chǎn)工藝</p><p>　　5.1低煙無鹵阻燃聚烯烴電線電纜料</p><p>　　此型號電纜的外護套為聚烯烴, 它燃燒時分解出水和二氧化碳, 不產(chǎn)生明顯的煙霧和有毒氣體。無鹵阻

70、燃聚烯烴電線電纜料一般添加無機阻燃劑為主, 如Al(OH)3、Mg(OH)2 , 這類阻燃劑具有消煙阻燃的功能, 并添加其它消煙阻燃劑如鉬酸銨、硼酸鋅等。用八鉬酸銨作為抑煙劑用于PVC、聚烯烴等電纜材料中, 試驗結(jié)果表明, 八鉬酸銨在各種材料中抑煙性及協(xié)同阻燃效果明顯。無機阻燃劑與樹脂的相容性差, 添加量又比較大, 往往造成電線電纜料的機械性能下降, 為改善無機阻燃劑與樹脂的相容性, 可加入偶聯(lián)劑或先將無機阻燃劑用偶聯(lián)劑進行活化處理。另

71、外可加入高填充量的EVA、EPDM等與聚烯烴組成基體樹脂。聚烯烴機械物理性能和阻燃性能見表5-1。</p><p>　　表5-1 無鹵低煙阻燃聚烯烴護套料性能</p><p>　　5.2 生產(chǎn)工藝（擠出）</p><p>　　5.2.1 電纜導體生產(chǎn)</p><p>　　此次設計電纜導體采用緊壓銅導體，其各項性能應符合GB/T 3956《電纜

72、的導體》的規(guī)定。</p><p>　　5.2.2 電纜的絕緣和護套生產(chǎn)</p><p><b>　　1.工藝要求 </b></p><p>　　此次設計的電纜采用無鹵低煙阻燃交聯(lián)聚烯烴絕緣材料。絕緣標稱厚度符合相關(guān)標準的規(guī)定，最薄點厚度不小于標稱厚度的90%（0.1 mm），平均厚度不小于標稱值。絕緣外觀平整、光潔，無擊穿現(xiàn)象，絕緣熱延伸達到

73、標準要求。電纜護套選用熱塑性無鹵低煙阻燃聚烯烴護套材料，其結(jié)構(gòu)尺寸按照相關(guān)標準執(zhí)行。</p><p><b>　　2.擠出設備</b></p><p>　　無鹵低煙阻燃聚烯烴電纜料的擠出，使用長徑比L/D為20或25的螺桿就能得到較為理想的擠出表面，但相比而言，使用長徑比L/D為20的螺桿擠出的電纜表面更加光潔。這是由于長徑比越大，能改進物料溫度分布，有利于塑料的混合

74、和塑化，并能減少漏流和逆流，提高擠出機的生產(chǎn)能力，適應性較強，但長徑比過大，會使塑料受熱時間增長易引起降解，并增大擠出機的功率消耗，而無煙阻燃電纜料中由于加入了較多的填充材料（氫氧化鎂或氫氧化鋁），受熱易分解而造成擠出表面變差，故采用長徑比L/D為20的螺桿擠出效果較好。</p><p>　　另外對于無鹵低煙阻燃電纜料的擠出，螺桿壓縮比為1～2.5 之間比較合適。并且采用擠出PVC 用的螺桿比采用擠出聚乙烯用的螺

75、桿擠出阻燃聚烯烴較好；這是由于壓縮比越大，螺槽深度越淺，螺旋角越小，螺桿與料筒之間的間隙越小，對塑料產(chǎn)生的剪切力和積壓力增大，物料在螺桿中的剪切生熱也越大，易引起物料機械分解，影響擠出質(zhì)量；而擠出PVC 用的螺桿壓縮比較小，螺槽深度較深，螺旋角較大，螺桿與料筒之間的間隙較大，故一般采用擠出PVC用的螺桿擠出阻燃聚烯烴電纜料。</p><p>　　擠出設備要有良好的冷卻裝置，因為阻燃聚烯烴擠出過程中會由于摩擦而生熱

76、，如果沒有良好的冷卻效果，材料極易分解而影響擠出效果。</p><p><b>　　3.擠出模具</b></p><p>　　由于無鹵低煙阻燃聚烯烴電纜料中有較多的填充物，導致在熔融狀態(tài)下熔體強度、拉伸比、熔體黏度與非阻燃電纜料的性能存在較大的差異，從而使模具的選取也有所不同。一般來說，無鹵低煙阻燃聚烯烴絕緣的擠出采用擠壓式，護套采用擠管式或半擠管式生產(chǎn)。采用擠壓式模

77、具時由于無鹵低煙阻燃聚烯烴熔體黏度大，使得機頭壓力增加，擠出制品壓得比較密實，導致離模時有所膨脹，故選用模具內(nèi)徑尺寸比成品的標稱直徑應小5%左右。使用擠管式或半擠管式生產(chǎn)時必須考慮拉伸比，無鹵低煙阻燃聚烯烴拉伸比為2.5～3.2，理論上是拉伸比越小，表面越光潔，實踐得出擠制護套配模：模芯內(nèi)徑＝繞包層外徑+（0.6～1.5）mm，模套內(nèi)徑＝電纜標稱外徑+（2～7）mm。</p><p><b>　　4.擠

78、出工藝</b></p><p>　　除選用合適的擠出機外,加工工藝也要合理。如溫度過高會使助劑分解,造成制品有氣孔。溫度過低,會產(chǎn)生塑化不良。應該盡量減少機身壓力, 螺桿轉(zhuǎn)速不宜過高,在保證物料充分塑化的條件下,適當降低擠出溫度。加工工藝要根據(jù)不同材料,不同配方進行調(diào)整。</p><p>　　擠出工藝主要包括擠出溫度和螺桿轉(zhuǎn)速。由于無鹵低煙阻燃聚烯烴擠出時會因摩擦而生熱，引起溫

79、升，冷卻一段后會趨于平衡，所以初始溫度設定一般比正常擠出溫度低5～10℃左右，以使擠塑穩(wěn)定時，溫度正好在材料的擠出溫度范圍之內(nèi)。一般來說，無鹵低煙阻燃聚烯烴電纜料比低煙低鹵及普通阻燃聚烯烴電纜料的摩擦升溫快，工藝溫度范圍窄。</p><p>　　擠出時螺桿轉(zhuǎn)速也是一個重要問題，擠包無鹵低煙阻燃聚烯烴時，螺桿轉(zhuǎn)速不能太快。這是由于螺桿轉(zhuǎn)速快后受到的剪切作用增大，易引起阻燃劑的機械熱分解；另外由于轉(zhuǎn)速增加，摩擦生熱量

80、也大，也會造成阻燃劑分解，從而影響擠出表面質(zhì)量。同時螺桿轉(zhuǎn)速快時，主機電流一般比較大，導致電動機超負荷運轉(zhuǎn)。</p><p>　　電線電纜料要達到低煙無鹵阻燃的要求,必須添加大量的無機阻燃劑,擠出時,熔體粘度大,流動性能差,容易產(chǎn)生摩擦生熱,導致熔體局部溫度過高,物料在機身停留時間長易發(fā)生分解,分解產(chǎn)生的氣體容易在制品里面形成氣孔。低煙無鹵阻燃電線電纜料擠出加工時,要注意：</p><p>

81、;　　由于低煙無鹵阻燃電線電纜料的添加劑較多,熔體粘度大,應該采用螺桿壓縮比較低的擠出機。普通單螺桿擠出機的剪切速率低, 混煉能力差。雙螺桿擠出機有較高的混煉能力,但加工高填充的低煙無鹵阻燃電線電纜料,往往因為過度剪切而產(chǎn)生物料分解、變色等問題, 因此最好選用單螺桿與雙螺桿組合的雙階混煉擠出機。據(jù)介紹往復式單螺桿混煉機是目前較理想的低煙無鹵阻燃電線電纜料加工設備。</p><p>　　另外，物料擠出加工前, 要進

82、行干燥處理, 以免制品斷面產(chǎn)生氣孔。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　本次設計，只是嘗試性的設計，無鹵低煙阻燃高壓電力電纜遠光集團還沒生產(chǎn)過，具體情況要等到遇到的時候在討論了，通過這次論文的設計，也促使我收集了很多關(guān)于環(huán)保型無鹵低煙阻燃電纜的最新技術(shù)方向和發(fā)展前景的資料。</p><p>　　其實還有很多實驗安排

83、，雖然在廠實習期間做了很多實驗，但是好多實驗還是沒做過，比如：小樣試品材料燃燒產(chǎn)物毒性指數(shù)的測定，用測量PH值和電導率來測定氣體酸度等，26/35kv電壓等級的電纜還需要做嚴格的電氣絕緣測試試驗，雷擊實驗，過電壓試驗等，所以要求很高，設計雖然都是書面的文章，怎么樣去實現(xiàn)，用什么樣的機械設備，都需要考慮嚴格，現(xiàn)在很多新產(chǎn)品都是很早都被提起過的，甚至試著生產(chǎn)過，只是設備能不能實現(xiàn)的問題，所以生產(chǎn)的環(huán)節(jié)至關(guān)重要。</p><

84、;p>　　論文中肯定有很多的不足，并且有很多是收集別人的東西，希望老師指導，使我能更加了解無鹵低煙阻燃電纜的關(guān)鍵技術(shù)和在市場上的發(fā)展情況，能在電纜制造方面有更進一步的提高，謝謝！</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　圖1 三芯圓導體帶絕緣電纜的幾何因數(shù)G</p><p>　　圖2圓形三芯屏蔽電纜的屏蔽系數(shù)&l

85、t;/p><p>　　圖3空氣中外部熱阻計算圖</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]喬月純，李吉浩.電線電纜結(jié)構(gòu)設計[M].北京：中國電力出版社，2010.</p><p>　　[2]蔣陸肆，周開艷.阻燃耐火系列電線電纜[J].</p><p>　　[3]郭紅霞.電

86、纜材料[M].新鄉(xiāng)，2010.</p><p>　　[4]徐應麟.耐火云母帶在電線電纜中的應用[J].電線電纜，2001（5）：3-9.</p><p>　　[5]董淑珍.淺談防火電纜的制造及產(chǎn)品特性[J].電線電纜，1997，（5）.</p><p>　　[6]應啟良.我國電力電纜技術(shù)引進及面向21世紀技術(shù)發(fā)展[J].電線電纜，1999（1）：2-22.</

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