新型矿物质防火电缆特性及安全管理措施分析

■ 方国华 新疆胡杨线缆制造有限公司

近年来，随着科学技术的不断发展，电力在各领域中的应用愈加广泛。但由电线电缆造成的电气重大火灾比例也在不断升高，不仅造成社会区域重大经济损失，而且威胁着居民的健康与安全[1]。目前，在传统的电线电缆市场中，消防电线电缆保护多采用聚氯乙烯、聚烯烃、橡胶等材料，当发生电气火灾时，电线电缆热量高、燃烧快且燃烧后会产生大量浓烟和有毒害气体，不仅威胁着居民的安全，还会威胁消防救援人员和环境的安全[2]。与传统柔性电线电缆相比，本文研究的新型矿物质绝缘防火电缆在设计材料上采用云母带、线芯[3]、陶土、石棉等材料，可以提升耐高温（1000℃以上）、高腐蚀、耐燃烧、无烟气、无毒害等领域属性，当出现电气火情时，可以减少安全隐患，保障居民的生命财产安全[4]。同时，新型防火电线电缆采用铜、铝管纵包氩弧连续焊接轧纹技术，可以增强该产品的火焰击穿性、水喷淋性、高危环境中承受压力性，该电缆还具备灾情过后无需更换的特征，不仅可以提高区域内消防安全质量等级，还能有效减少区域内用电领域（建筑、市政、矿业、铁路、航空等方面）[5-6]的经济损失。

本研究通过分析新型矿物质防火电线电缆设计原理、生产工艺等，阐述防火电线电缆功能及结构安全，并通过不同电缆类型比对分析，探索新型矿物质防火电线电缆的安全特性和产品创新性，通过研究该产品的特点，分析不同行业领域中新型矿物质防火电线电缆的安全应用和管理措施，旨在为电力行业安全提供科学的指导技术。

一、新型矿物质防火电缆设计及检验准则分析

（一）设计原理分析

为保证新型矿物质防火电缆具备耐高温、耐燃烧、无毒害烟气等性能特征，在设计分析过程中，电缆总体采用导体、绝缘层、隔离层和外保护层等，其中绝缘层采用新型矿物质防火型材料，电缆导体通过云母层、绝缘层等材质包裹，同时通过铜、铝管纵包氩弧连续焊接轧纹技术进行纵包。同时，在高温矿物质绕包带内包覆多个导体，复合带层处包覆陶瓷硅橡胶，在产生电气火灾时，绕包带和复合带具备耐高温、不延燃等特质[7]，有效减少了电气火情安全隐患，保障了电力系统数据、电力传输和用户用电安全的科学、平稳运行，对社会经济安全、居民健康安全和社会建筑安全保护具有关键作用。

（二）生产工艺分析

在新型矿物质防火电缆原理基础上，进一步分析矿物质防火电缆生产工艺，以解释不同设计流程中材料特征、设备特征等。图1 表明防火电缆材料类型依次为铜/ 铝导体、云母、绝缘、填充、铠装、护套，而生产设备及生产流程通过拉丝机、框绞机、绕包机、成缆机、铠装机、挤出机等进行线缆各层级生产。相比而言，不同生产工艺防火电缆功效不但具有同质性，还存在异质性，例如在防火电缆生产中，包括外包层、多层级防火电缆导体以及外包层和多层防火电缆导体间的内腔填充，在外包层中包括外护套层和导体芯等，其中在生产过程中，金属外护套层的防火安全极为关键，其主要在内部设置耐火层、导体传输芯上安装新型矿物质绝缘材料防火层，同时在矿物绝缘层基础上，设置金属套和隔离套，形成一体四位的安全保护措施，使新型矿物质防火电缆不但具有耐高温、无公害的特性，又能将不同层级同质性特征和异质性优势相结合，例如矿物填充层设置在电缆导体外侧壁围成的内腔中，无机纤维填充层设置在电缆绝缘线芯外侧壁，通过成缆机和挤泥机在线芯外侧包覆上防火护层，进而形成具有设计合理、成本低廉、安全可靠、结构紧凑等优质特征工艺的新型矿物质防火电线电缆。

图1 防火电缆工艺流程示意图

（三）新型矿物质防火电缆安全运行检验准则分析

检验新型防火电缆在设备质量安全、运行安全和系统完整性安全对社会电力行业安全保障和经济、健康保障极为关键。本文通过系统和科学分析后，采用防火电缆国内外主流检验标准GB/T 19216-2003《在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试验》、BS 6387《在火焰条件下电缆保持线路完整性的耐火试验方法》等，检验在科学合理地规定火源等级、燃烧时间、耐高温指标等级下新型矿物质防火电缆运行安全等级，进而掌握新型矿物质防火电缆的安全特性，制定相应的安全管理措施。

二、新型矿物质防火电缆设计结构及性能特征分析

（一）产品结构及性能对比

新型矿物质防火电缆不同组成单元的基础参数对该材料在电力行业安全、经济的前景应用极为关键，在此基础上，本文通过对比传统电缆与新型矿物质电缆结构、材料特征相同点与区别，探索新型矿物质防火电缆结构的安全性能特征。其中，传统电缆结构和材料特征具体表现为：（1）绝缘用聚乙烯或聚氯乙烯材料，绝缘性能好，但耐高温性能差；（2）填充材料以聚丙烯为主，但密度低、不吸水、耐高温性能差；（3）铠装层钢带可以抵御外部的磕碰。与传统电缆相比，本文研究的新型矿物质防火电缆的特征有：（1）绝缘层采用矿物质材料云母带和硅胶带，绝缘性能好、耐高温性能好、不燃烧；（2）采用氧化镁材料进行填充，防火电缆耐高温性能好、不燃烧，同时在高温作用下形成陶瓷化材料，黏结到云母带上具备较硬的防护绝缘层；（3）铠装层选取铜或铝带焊接压皱的金属套，不仅可以预防外部的磕碰，还可以在燃烧时隔绝外部空气，实现阻燃的效果。经防火电缆各结构特征和材料综合模拟分析后，各指标参数符合GB/T 19216-2003《在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试验》的规定范围，因此新型矿物质防火电缆具有耐高温、耐燃烧的性能，电缆电力数据安全运行，能应用在不同领域中，且有效减少火情安全隐患。

（二）新型矿物质防火电缆材料性能分析

1. 云母带材料性能分析

在新型矿物质防火电缆设计构造中，导体性能和绝缘材料云母带性能安全是保证防火材料耐高温、耐燃烧的关键因素，其中导体性能优质有助于提升导电性能，相比之下，云母带品质性能是绝缘抗燃烧和稳定供电的基础。由于制成的新型矿物质防火电缆需在950℃中保持15min 不被击穿，不受喷淋和振动等影响因素发生击穿，因此，选取的云母带介电强度、绝缘电阻等指标要符合BS 6387 耐火喷水和耐火振动试验验证范畴，通过表1 可知，云母带四项基本指标（公频介电强度、体积电阻率、耐电压、绝缘电阻）实际测量结果均满足耐高温、耐燃烧等试验测试要求，通过云母带绝缘材料外包层设计，能在一定程度上促使电力行业电线电缆设备安全运行。

表1 云母带性能分析

2. 运行温度变化特征分析

为了进一步分析新型矿物质防火电缆的安全性能，选取耐防火电缆高温指标的运行温度变化趋势特征分别分析传统柔性防火电缆、效果优质的刚性防火电缆和新型矿物质防火电缆，结果如表2 所示。在相同的长期工作温度环境中，普通电力电缆承载力最低，为90℃，刚性防火电缆和新型矿物质防火电缆均为250℃，在阈值温度变化过程中，新型矿物质防火电缆运行时间为15min，温度为950 ℃，相比之下，新型矿物质防火电缆在耐温性、耐压性特征上均满足GB/T 19216 -2003《在火焰条件下电缆或光缆的线路完整性试验》、BS 6387《在火焰条件下电缆保持线路完整性的耐火试验方法》的要求，而普通电线电缆不能满足要求，刚性防火电缆也未满足BS 6387《在火焰条件下电缆保持线路完整性的耐火试验方法》最高温耐火阈值变化条件和喷淋振动规范，表明普通电线、刚性防火电缆要在进入市场前进行耐高温、潮湿环境等指标调整，而新型矿物质防火电缆更适应市场需求，也满足安全生产基本准则。

表2 电缆导体运行温度变化特征

三、新型矿物质防火电缆管理措施及前景分析

（一）电力行业安全管理措施分析

由于电力行业安全关乎医疗、教育、工业、交通业等众多领域，其安全管理措施的合理制定极为关键。新型矿物质防火电缆在材料管理方面，采用耐高温、绝缘、绝热的云母材质组建防火绝缘层，在安全管理中测定多参数指标，满足国标要求后方可应用；新型矿物质电缆的绝缘采用无机物材质，不会引起火灾，更不会产生毒性气体，即使有外在火焰的燃烧，电缆仍可正常工作，既保障了消防电路使用安全，又提高了防火电缆材料管理、标准测试分析等性能。

（二）市场管理应用前景分析

当前，国内西部地区（新疆等地）电力行业内缺乏防火电缆产业链，构建的电线电缆安全消防系数较低，而新型矿物质防火电缆具备广阔的市场前景。同时，该项目符合国家发展改革委发布的《战略新兴产业重点产品和服务指导目录》中第二大类的智能制造装备产业政策，该防火电缆项目的构建，可以调整和优化电缆行业结构，提高当地工业制造产品的市场竞争力和应变能力，同该防火电缆产品具有技术可行性和经济可行性，能逐步取代传统的电缆，有序推动西部地区电力制造发展、社会安全和经济发展。

四、结语

综上所述，本文对设计研究的新型矿质防火电缆自身特征及市场安全应用措施进行了原理探析、云母带材料、耐高温、耐燃烧等特性进行比对分析，依据试验安全性能特征结果，得到相关结论：（1）该电缆具有耐高温、耐腐蚀、抗老化、防水、防爆、无烟无毒等特点，本身不会燃烧或助燃，达到了GB/T 19216 -2003、BS 6387的标准，保障了公众和财产安全；（2）新型矿物质防火电缆引入了防火材料云母和硅胶高温陶化材料等，完成了生产中主要设备和配套设施智能化生产线建设及优化调试，同时实现产业化生产和安全可靠运行，推进了社会经济与安全和谐发展。