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    WDZA-TZEER電纜

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    WDZA-TZEER電纜

    • 所屬分類:特種電纜

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    • 發布日期:2017/09/15
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    詳細介紹

    WDZA-TZEER電纜 1*185電纜

     

    1.高性能要求

    該直流軟電纜主要性能要求為:

    a) 電性能,要求使用乙丙絕緣,電纜能夠在額定電壓為1kV直流系統中運行;

    b) 柔軟,為保證電纜有足夠小的彎曲半徑和能夠經受一定程度的移動而主要性能不受影響,要求電纜為軟電纜;

    c) 防水,由于電纜的敷設和使用環境限制,要求電纜在有水或空氣濕度大的環境中能夠穩定運行;

    d) 防鼠,由于電纜使用環境可能會受到鼠害侵襲,因此要求電纜具有防鼠功能;

    e) 低煙、無鹵、低毒、A類阻燃,由于此電纜敷設在地鐵線路中,因此要求其具有優良的阻燃性能,并且在緊急狀態下(如電氣事故、火災),不應產生有害氣體及腐蝕性氣體,且燃燒時發煙量少,不能含有對環境造成有害影響的鉛、鎘等重金屬,不含環境激素,不污染土壤。

    f) 要求護套采用熱固性低煙、無鹵、阻燃橡膠型護套。

     

    2.結構設計和材料選用及研制

    2.1電纜結構設計

    由于此電纜極高的綜合性能要求,要同時達到低煙、無鹵、低毒、阻燃、防鼠、防水、柔軟等多重特性,電纜的結構應合理穩定且不同的功能結構之間不相互影響。

    為確保電纜高可靠性,公司專門組織成立了由技術、質檢、生產等部門組成的聯合開發研制小組,經過反復討論、分析,結合以往的設計經驗,為使各功能層的功能充分發揮且相互不影響,最終確定了WDZA-TZEER 1*185的復合型結構。最終設計確定了如圖1所示的電纜結構。


    2.2 電纜各組成部分要求

    2.2.1導體

        由于導體要求柔軟,因此本電纜導體結構采用了多股復合的絞合結構,具體為37×40/0.40mm,是束絞和正規絞合的結合,絞合節距適中,確保了絞合導體的柔軟性。為確保導體不易氧化,因此采用了鍍錫單絲。

    2.3絕緣層

    通過綜合性能分析,選定了具有優良電氣性能、耐老化性能的三元乙丙橡膠作為電纜的絕緣層主體材料。經過配方設計、試驗,最終確定了材料配方,絕緣主要性能指標與XJ-30A型橡皮絕緣的性能指標對比情況見表1。

    表1  絕緣性能指標

    序號

    項目

    單位

    XJ-30A型橡皮絕緣的性能指標

    本電纜絕緣性能設計指標

    1

    電性能      絕緣電阻

    MΩ·km

    ≥100

    2

    老化前      抗張強度

    MPa

    ≥4.2

    ≥5.5

    斷裂伸長率

    %

    ≥200

    ≥300

    3

    空氣老化箱熱老化試驗

     

     

     

    老化條件  溫度

    時間

    min

    153

    7×24

     

    老化后抗張強度變化率

     

    ≤±30

    ≤±20

    老化后斷裂伸長率變化率

    %

    ≤±30

    ≤±20

    4

    熱延伸試驗

     

     

     

    試驗條件  空氣溫度

    載荷時間

    機械應力

    min

    N/cm2

    250

    15

    20

     

    載荷下伸長率

    %

    ≤175

    ≤175

    冷卻后永久變形

    %

    ≤15

    ≤15

    以上數據表明此電纜絕緣綜合性能遠高于國家標準,達到國內先進水平。

    2.4阻水層

    電纜設計了具有徑向阻水作用的阻水層,阻水結構為繞包阻水材料帶, 阻水帶由膨脹粉末和無紡布組合構成,遇水時膨脹粉末能迅速吸收水份,并通過膨脹作用在電纜局部形成一個隔離層,進水方向立刻封閉,水無法進一步滲透,故可有效控制水份和潮氣在電纜內縱向和徑向的滲透。

    2.5橡膠熱固性低煙無鹵隔氧層

    為提高電纜整體的阻燃性能,圍繞電纜燃燒三要素(溫度、可燃物和氧氣)的燃燒機理,在電纜的絕緣層和護套之間增加了一層厚度約為1.5mm的隔氧層。當電纜遇明火燃燒時,隔氧材料能夠使電纜達到自熄目的,從而提高電纜阻燃性能級別,達到A類水平。

    2.5.1隔氧層阻燃方式

    眾所周知,線纜材料的阻燃可以通過化學或物理的方法,改變聚合物的組成結構,以達到阻燃效果,如:在聚合物分子中加入起阻燃作用的元素,如磷、銻、硼等;用化學交聯或輻照交聯,使線性聚合物大分子變成具有三度空間網狀、體型結構的物質,提高其熱穩定性和成炭性。也可以通過添加阻燃劑到基體聚合物中,燃燒時,阻燃成分以不同的方式與機制在聚合物燃燒的不同區域進行阻燃。此隔氧層即同時采用上述幾種阻燃方式,使其具有優良的阻燃性能。電纜在遇火燃燒時,隔氧層會燒結成一種保護殼,起到隔絕氧氣的作用,控制燃燒要素,使電纜燃燒變得困難,進而達到了阻燃目的。

    2.6防鼠層

    電纜設計了具有高耐磨性、高強度、柔軟的金屬帶防鼠層,不僅具有防鼠功能,還兼顧了屏蔽、阻燃功能。

    2.7高阻燃帶

    電纜在金屬帶防鼠層外繞包具有高阻燃性能,較玻璃絲帶抗拉強度高的高阻燃帶,不僅提高了阻燃效果,還便于護套的擠出和增加護套的附著力。

    2.8橡膠熱固性低煙無鹵護套

    低煙無鹵隔氧層僅需注重阻燃效果,而低煙無鹵護套則不僅需要阻燃,更重要的是其機械物理性能。本護套材料通過特殊配方,使其不僅具有優良的阻燃性能、機械物理性能,而且具有良好的工藝擠出性能。其具體性能見表2。

     

    3.本電纜制造的工藝研究要點概述

    3.1模具制作

    由于低煙無鹵隔氧層、低煙無鹵護套主體材料的特殊性,以及添加大量的阻燃劑,導致膠料的的可塑性、流動性等加工性能與常規材料差異較大,而擠出使用的是普通螺桿,故針對材料的性能及設備情況對擠出模具也進行了改進。即合理調整模具的定徑區長度、模套內錐角角度,使擠包密實且偏心度便于控制;模具內表面光滑、不能有劃痕,減小膠料流動阻力。

    3.2絕緣擠出

    絕緣擠出過程中主要進行了以下幾個方面的控制:

    a.     避免雜質和焦燒粒子等引起絕緣場強集中,生產前對設備進行徹底清理,擠出過程中避免雜質混入料中,同時嚴格控制擠出溫度。

    b.     結合材料塑性及流動性合理調整模芯、模套間距,使擠包密實,但不出現倒膠現象。

    c.     采用先進的阻水接頭工藝防止了水分的進入,保證絕緣性能。

    d.     因絕緣擠出硫化后還要進行隔氧層、護套的擠出和硫化,絕緣即相當于進行了三次硫化,因此嚴格控制線速度和蒸汽壓力,使絕緣硫化程度適中,避免多次硫化造成絕緣過硫化。

    3.3低煙無鹵隔氧層擠出

    熱固性(橡膠型)低煙無鹵隔氧層材料其綜合性能特別是耐熱性能較熱塑性低煙無鹵隔氧材料有很大提高,可保證在護套連硫生產中不出現軟化變形。但熱固性(橡膠型)低煙無鹵隔氧層材料在國內生產的廠家少之又少,資料也很少介紹,給材料開發研制帶來了一定困難。經過反復調整配方,最終研制成功,且首次大批量用于生產,結合試擠出經驗總結出擠出控制要點為:

    a.     材料配方雖按照設備情況進行了調整,但由于螺桿壓縮比大,擠出壓力很大,因此需適當調整模芯、模套間距,使擠出壓力適當,偏心易于控制。

    b.     因正常硫化是在溫度為200℃以上完成的,為防止絕緣層外包覆的阻水層在此高溫下熔化、分解,所以適當降低了硫化蒸汽壓力和線速度。

    c.     因隔氧層擠出硫化后還要進行護套的擠出和硫化,隔氧層即相當于進行了兩次硫化,因此嚴格控制線速度和蒸汽壓力,使隔氧層硫化程度適中,避免多次硫化造成隔氧層過硫化。

    3.4防鼠層繞包

    金屬帶繞包工藝控制要點為:

    a.     采用重疊繞包,保證包帶平整、無褶皺,以減少氣隙,使電纜圓整。

    b.     適當減小繞包帶張力,防止電纜彎曲過程中金屬包帶對隔氧層造成損傷以及在護套連硫生產中熱膨脹導致金屬帶斷裂。

    3.5橡膠型熱固性低煙無鹵護套擠出

    對于本電纜,外護層是關鍵工序之一,它直接與外界接觸,肩負著無鹵、低煙、阻燃、耐化學腐蝕、耐磨、抗開裂等多項功能,因此在材料確定的情況下,保證擠出、硫化后護套性能完全正常就是至關重要的一環。護套擠出控制要點為:

    a.     避免雜質和焦燒粒子等造成護套機械性能下降,生產前對設備進行徹底清理,擠出過程中避免雜質混入料中,同時嚴格控制擠出溫度。

    b.     護套膠料生產好后應在20℃的環境中停放12~36h,使膠料完全冷卻,內應力完全釋放及膠料產生的低分子揮發物完全揮發后才能投入使用。

    c.     高阻燃帶具有好的阻燃性能,其機械強度雖較玻璃絲帶高,但仍容易擦破,因此護套擠出時配置模芯應適當放大,否則易擦破高阻燃帶,影響護套表面質量,嚴重的會導致卡模停機。

    d.     由于高阻燃帶表面涂有在高溫下易分解的膠水,膠水在高溫下分解出氣體產物,此氣體同膠料本身存在的低分子揮發物均不能及時排出,當氣體累積到一定程度經過高溫膨脹,當膨脹點出硫化管,外界壓力消失后就會形成明顯的鼓包。因此護套擠出時在保證硫化程度的前提應盡可能提高生產速度,縮短電纜在硫化管內的時間,并適當提高冷卻水壓力,避免氣體累積后形成鼓包。

    4.測試結果簡述

    我公司對本電纜性能進行了嚴格測試,主要性能指標要求與測試結果見表2。

    表2環保直流軟電纜標準性能指標與實測值對照表

    序號

    試驗項目

    單位

    標準要求

    檢測結果

    1

    絕緣電阻

    MΩ·km

    ≥100

    258

    2

    絕緣老化前 抗張強度

    斷裂伸長率

    MPa

    %

    ≥5.5

    ≥300

    5.8

    350

    絕緣老化后 抗張強度變化率

    斷裂伸長率變化率

    %

    %

    ±20

    ±20

    +16

    0

    3

    護套老化前 抗張強度

    斷裂伸長率

    MPa

    %

    ≥9.0

    ≥125

    10.2

    170

    護套老化后 抗張強度變化率

    斷裂伸長率變化率

    %

    %

    ±30

    ±30

    +6

    -17

    4

    熱延伸試驗

    空氣溫度

    載荷時間

    機械應力

    絕緣載荷下伸長率

    絕緣冷卻后永久伸長率

    護套載荷下伸長率

    護套冷卻后永久伸長率

     

    min

    N/cm2

    %

    %

    %

    %

     

    250

    15

    20

    ≤175

    ≤15

    ≤175

    ≤15

     

     

     

     

    20

    0

    5

    0

    5

    煙密度試驗

    透光率

     

    %

     

    ≥60

     

    80

    6

    鹵酸氣體含量測定

    pH值

    電導率

     

    μS/mm

     

    ≥4.3

    ≤10

     

    7

    6

    7

    成束燃燒試驗(A類)

    碳化部分高度

     

    m

     

    ≤2.5

     

    0.5

     

    耐水試驗

    水溫

    浸水時間

     

    h

     

    25

    72

    通過

    從主要指標的檢驗結果分析可以看出,我公司的環保型直流軟電纜已達到國內同類產品先進水平。

    a.   絕緣電阻遠大于標準要求,說明此電纜絕緣性能極佳。

    b.   絕緣、護套熱延伸試驗遠低于標準規定的數值,冷卻后沒有任何變形。

    c.   煙密度試驗的透光率為80%,遠高于標準規定的60%,表現為燃燒發煙量少,透光率(能見度)高。

    d.   鹵酸氣體含量測定中pH值為7,為中性,幾乎沒有毒性氣體排放,說明此電纜的環保設計是成功的。

    e.   A類成束燃燒試驗碳化部分高度僅為0.5米,遠低于標準規定的2.5米,說明此電纜的阻燃效果相當好


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