浅析护套材料的氧指数对电缆阻燃性能的影响

高红阳，高天磊，丁志英，秦冬利

（无锡江南电缆有限公司，江苏 宜兴 214251）

目前，根据国家相关标准设计要求，对电缆可能着火蔓延导致严重事故的回路、易受外部影响波及火灾的电缆密集场所，可选用阻燃电缆，故现在越来越多的阻燃电缆被选用，对于电缆的阻燃性能，有相关的标准可以进行检测，但对于电缆制造企业来说，如何选择相应的电缆材料，来生产符合阻燃性能的电缆，一直都是难题。在相应的电缆护套材料标准中，对材料的阻燃性能一般采用测定氧指数的方式来判定。对于材料的氧指数和电缆成品的阻燃性能是否必然相关，行业内一直都存在2 种不同的看法，本文针对该课题进行了相关的比对试验，并做出了研究分析。

1 电缆护套材料选择

对于护套材料的各项性能检验项目，与燃烧性能相关性最近的就是氧指数，它代表着在通入23℃±2℃的氧、氮混合气体的条件下，刚好维持材料燃烧的最小氧浓度，即材料开始燃烧所需的最小氧浓度。所以，材料的氧指数代表着该材料本身的阻燃性能。因此，本次试验选用的两款不同牌号的电缆护套料，A 款材料氧指数34%，远远大于B 款材料的氧指数30%，其余性能近乎一致，可以作为材料氧指数对电缆阻燃性的影响的试验样本。

2 电缆试样选择

试验电缆考虑到每种电缆结构的阻燃试验通过难度不一致，选用3 种差异较大的电缆结构，其中10kV 电缆选择单芯和三芯电缆各一种，同时选择绝缘厚度更厚的35kV 电缆单芯电缆一种。确定型号分别为WDZC-YJY 8.7/15 3×120、WDZC-YJY 8.7/15 1×185 和WDZC-YJY 26/35 1×95，A 款材料和B 款材料分别生产3 种电缆结构，每种材料每种电缆生产25m。本次电缆的燃烧特性选用阻燃C 类，其试样非金属材料体积为1.5L/m，供火时间为20min，试验方法未GB/T 18380.35，合格指标为是试样上的炭化范围不应超过喷灯底边以上2.5m，本次比对试验对电缆阻燃性的优劣，以炭化距离衡量，炭化距离约小，则电缆的阻燃性能越好。

3 电缆结构设计

针对本次比对试验，电缆结构按较为常规的结构设计，与行业内实际生产的电缆结构差异不大。三芯电缆采用紧压圆形铜导体，内屏蔽挤包半导电屏蔽料，绝缘挤包交联聚乙烯绝缘料，外屏蔽挤包半导电屏蔽料，铜带屏蔽采用一层标称厚度为0.10mm 的铜带以平均搭盖率15%重叠绕包，成缆填充采用聚丙烯撕裂网状填充绳，以平均搭盖率15%重叠绕包两层无碱玻纤带，挤包无卤低烟阻燃聚烯烃护套料的结构；单芯电缆采用紧压圆形铜导体，内屏蔽挤包半导电屏蔽料，绝缘挤包交联聚乙烯绝缘料，外屏蔽挤包半导电屏蔽料，铜带屏蔽采用一层标称厚度为0.12mm 的铜带以平均搭盖率15%重叠绕包，以平均搭盖率15%重叠绕包两层无碱玻纤带，挤包无卤低烟阻燃聚烯烃护套料的结构见图1。

图1 电缆结构图

可见，根据该电缆结构设计，护套材料为保证成品电缆阻燃性能的主要材料，且仅有电缆护套材料为差异项。电缆的结构尺寸见表1。

表1 电缆结构尺寸（单位：mm）

4 生产跟踪

因主要为护套差异，本次生产跟踪主要以护套挤出机为主，为消除不同设备工艺的差异性，选择在同一台150 挤出机进行，设备数据及生产数据见表2 和表3。

表2 挤出机温度

表3 设备参数

根据实际生产数据可以看出，A 料和B 料的料温控制基本一致，但如需挤出相同厚度的护套，B 料需要更大的螺杆转速，即挤出性能B 料较A 料略差，应为配方不同导致。

5 检验结果

针对本次试制电缆，我公司的测试中心对电缆的结构尺寸、成束燃烧C 类和烟密度进行测试。对阻燃性能有直接相关的测试数据见表4。

表4 成品测试数据

6 成束燃烧试验分析

根据燃烧试验结果和过程，可以得到以下结论：

（1）在WDZC-YJY 8.7/15 3×120 的燃烧试验结果中，A 料和B 料护套厚度基本一致，但炭化高度A 料为1.0m，B 料为0.8m；外屏炭化距离上，B 料比A 料更小，但透光率B 料相对A 料有所不如。

（2）在WDZC-YJY 8.7/15 1×185 的燃烧试验结果中，A 料和B 料护套厚度基本一致，炭化高度均为0.7m，透光率A 料比B 料略好。

（3）在WDZC-YJY 26/35 1×95 的燃烧试验结果中，A 料的护套厚度略高于B 料的护套厚度，而炭化距离上B 料反而低于A 料；然而，燃烧后A 料的电缆外屏和绝缘完好，B 料的电缆却有10cm 绝缘线芯烧光。

对于现象发生的原因，分析如下。

（1）电缆燃烧过程比较复杂，一般是由火焰温度传递至外护套，外护套经过熔融、热分解、着火、燃烧和火焰传播，将热量传递至无碱玻纤带，无碱玻纤带吸收部分热量，将其余热量传递至填充和铜带屏蔽线芯，铜带吸收大量热量，并传递至绝缘线芯，绝缘材料受热膨胀，外屏由软化、炭化转化为完全燃烧，传递至绝缘，绝缘燃烧易滴落、易燃烧，若绝缘在试验时间内未燃或少量燃烧，则试验通过；若大量燃烧，则试验无法通过。所以结构设计的重点是在将热量挡在绝缘之前，不让绝缘接受大量热量。

（2）材料的氧指数仅能反映该材料的起始燃烧所需氧浓度，可能不算反馈到成品电缆阻燃性能的最主要因素。通过WDZC-YJY 26/35 1×95 中，B 料的电缆有10cm 绝缘线芯烧光，A 料外屏和绝缘保持完好，但炭化距离反而B 料更优可以看出，B 料在表现护套阻止火焰蔓延上可能没有A 料优秀，结壳性略差，但可能因为其本身燃烧过程中释放的热量更小，所以传递进电缆内部结构的热量更小，从而导致了成品电缆的成束燃烧炭化距离更低的结果发生。

7 结语

通过多次生产试制、取样测试的大量数据分析，均能说明电缆材料的氧指数不是决定成品电缆阻燃性能的唯一指标，因燃烧过程过于复杂，目前行业内也没有能完全模拟一种电缆材料在整个电缆燃烧过程中的燃烧性能指标和试验，希望本文能给电缆制造企业和电缆材料制造企业一些参考和启发。