影响电缆成束燃烧结果的原因及方法分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：徐昌盛（1980），男，汉族，江苏宿迁人，本科学历，正高级工程师，主要从事机电工作。-35-影响电缆成束燃烧结果的原因及方法分析 徐昌盛 张 磊 冀中能源峰峰集团有限公司检测检验中心，河北 邯郸 056201 摘要：摘要：电缆成束燃烧是指在电缆成束状时发生燃烧的过程中，由于电缆在输送电力和信号方面具有广泛应用，一旦发生火灾，往往会造成严重的后果。因此，了解影响电缆成束燃烧结果的原因，并采取相应的方法进行分析和解决，对于预防和控制电缆成束燃烧事故具有重要的意义。本文对于影响电缆成束燃烧结果的原因及方法分析，仅供参考。关键词：关键词：电缆成束；燃烧结果；原因分析 中图分类号：中图分类号：TK16 0 引言 电缆成束燃烧是一种严重的火灾形式，其结果受到多种因素的影响，包括电缆自身因素、实验因素和敷设选型因素等。为了更好地预防和控制电缆成束燃烧，需要在提高电缆自身的防火性能、优化燃烧实验方法和优化敷设选型等方面进行研究工作。这将有助于减轻电缆成束燃烧事故带来的人员伤亡和财产损失，提高社会的安全性和可持续发展能力。1 影响电缆成束燃烧结果的因素 1.1 自身因素 1.1.1 材料 电缆通常由导体、绝缘层、绝缘隔离层和护套层等部分构成，本身的结构和材料特性是影响电缆成束燃烧结果的重要因素，它们的燃烧性能直接影响火灾的发展，电缆的护套层燃烧性能较差，容易导致火焰蔓延，加剧燃烧过程，而电缆所使用的材料，如聚乙烯、聚氯乙烯等，也会对燃烧结果产生影响。氧指数：氧指数是反映材料阻燃性能的固有特性，是影响电缆阻燃性能的一个因素，一般氧指数越高，越容易通过成束阻燃，但也需要有合理的结构设计。材料设计需要平衡各种材料特性，电缆中使用的材料会对线束的燃烧结果产生重大影响，不同的材料具有不同的燃烧特性，包括燃烧速度、产生的烟雾量和释放的热量。一些材料具有较低的燃烧特性，从而降低束燃烧的风险。热释放量：在成束阻燃试验或火灾中，在质量和温度增加相同的情况下，电缆中的有机材料具有更大的比热容和放热速率，而燃烧时释放的总热量更大，并将在有限范围内导致热量快速积累，阻燃电缆也“无能为力”。由于燃烧产生大量热量，很难要求电缆在测试时自熄，电缆中的有机材料不完全燃烧会产生易燃且有毒的一氧化碳气体，热值为 12.67MJ/Nm3 与氢气（12.74MJ/Nm3）相当，一氧化碳气体排放到空气中会毒害人体并引起火灾，还与材料配方中的阻燃体系、分子结构稳定性、键能、分子量等微观因素有关。1.1.2 结构 电缆结构中的绝缘层和护套等也对成束燃烧结果起着关键作用，较好的绝缘层和护套能够有效阻止火焰向电缆内部的扩散，从而减少成束燃烧的情况发生。电缆的尺寸和形状也会对束燃烧结果产生一定的影响，较大尺寸的电缆由于其较高的表面积和体积，使得其束燃烧的危险性增加。通过试验探索和研究，合理的结构设计对阻燃特性的影响较大，在一般情况下，具有以下结构的电缆更容易通过复合阻燃试验：具有高氧指数的挤包隔氧层；具有金属防护结构；具有金属防护结构；规格尺寸较大；多芯电缆；坚固的电缆结构。电缆结构会影响可燃性含量，进而影响用于阻燃测试的线束数量，这些因素也必须考虑在内。1.1.3 工艺 工作人员通过试验跟踪分析发现，阻氧层和套管层的挤压方式对阻燃试验结果影响较大。当挤出压力较高时，橡胶材料与电缆芯紧密结合，电缆芯内的间隙被完全填充，有利于气体的逸出，同时胶料层不易中国科技期刊数据库 工业 A-36-形成气孔，显著提高电缆的阻燃性能。在实际生产过程中，建议采用挤压式工艺挤出，同时应考虑影响挤出机压力的因素，如挤出机主机的功率、螺杆转速、压力、温度等。另外，为避免压力对物料的影响，工作人员建议将第一段冷却水温度设置在 60左右，基于可追溯性和减少阻燃性能波动的考虑，过程中应改进上述影响因素的挤出工艺参数。1.2 实验因素 1.2.1 实验装置 实验装置是进行电缆成束燃烧实验的基础设备，其设计和性能将直接影响到实验结果的准确性和可靠性。合理的实验装置应该包括加热源、温度控制系统、燃烧室、引燃源以及数据采集系统。其中，加热源可以通过电热丝或灯丝进行加热，温度控制系统可以根据实验需要灵活调节温度，燃烧室应该具备适宜的尺寸和材料，引燃源可以选择明火或电火花等方式，数据采集系统应当能够实时监测和记录实验过程中的关键参数。在进行电缆成束燃烧实验时，实验条件的选择和操作方式也会对燃烧结果产生重要影响，实验室中常用的燃烧试验设备和方法具有一定的局限性，不能完全模拟实际环境中的电缆燃烧情况。1.2.2 实验环境 实验环境是指进行电缆成束燃烧实验时的环境条件，包括温度、湿度、气流速度等因素，这些环境因素将直接影响到电缆成束燃烧的燃烧速度、生成的烟雾和有害气体等特性。一般来说，实验环境应当尽可能接近实际使用环境，以获取更具实际意义的实验结果，实验环境的控制可以通过调节实验室的温湿度或者使用专用的气流控制装置来实现。而燃烧环境对束燃烧结果同样具有重要影响，不同的燃烧环境会导致不同的氧浓度和温度等参数变化，从而影响电缆束燃烧的特性。1.2.3 样品处理 合理设计和选择这些因素，将有助于提高实验结果的准确性和可靠性，并为进一步研究电缆燃烧机理和防火技术提供理论依据。样品处理是指在进行电缆成束燃烧实验前对电缆样品进行预处理的过程，主要包括去除电缆表面的污物和保护层，确保电缆的纯净度和一致性。样品处理的目的是排除外界因素对实验结果的干扰，保证实验的准确性和可比性，可以通过对电缆样品进行清洗、除尘等操作来实现。1.2.4 电缆安装 电缆安装是指将处理好的电缆样品按照特定的方式固定在实验装置中，以便进行成束燃烧实验。电缆安装的方式应当合理选择，以确保电缆的形状和受力分布与实际使用情况相匹配。同时，在安装过程中还需要注意保持电缆的完整性和一致性，以避免因安装不当导致实验结果的不准确性，合理设计和选择这些因素，将有助于提高实验结果的准确性和可靠性，并为进一步研究电缆燃烧机理和防火技术提供理论依据，可以帮助人们更好地了解电缆的燃烧特性，并采取相应的防火措施。1.2.5 引燃源 电缆是现代社会中不可或缺的一种电力传输设备，而在火灾发生时，电缆成束燃烧的情况将会给人们的生命和财产安全带来严重威胁。引燃源是指用于启动电缆成束燃烧的点火装置，引燃源的选择应当考虑到实验对象和实验目的的不同而灵活调整，以保障实验结果的准确性。常用的引燃源有明火、电火花和高温丝等，明火方式引燃的优点是简单易行，适用于各类型电缆的成束燃烧实验；电火花引燃的优点是引燃点明确，可以更精确地控制电缆的引燃过程；高温丝引燃则适用于燃烧温度较高的特殊类型电缆。1.3 敷设选型因素 1.3.1 敷设环境 敷设环境是指电缆在敷设过程中所处的环境条件，包括室内、室外或者地下等不同的场所。在电缆敷设时，选用的敷设方式和材料也会对电缆成束燃烧结果产生影响，不同的敷设方式会导致电缆成束的密度不同，选用的敷设材料也会对电缆燃烧过程中的氧气供应和火焰蔓延产生影响，从而影响燃烧结果。一般来说，室外环境通常温度较高，敷设电缆的导热系数也会有所增加；而室内环境通常温度较低，导热系数相对较小。因此，在选型时需要考虑到敷设环境对电缆的辐射传热效应的影响。1.3.2 线路根数 电缆的线路根数是指在同一敷设环境下电缆敷设的并列根数，线路根数的多少将直接影响到电缆成束燃烧时的辐射传热效应，该因素对火灾的蔓延速度和程度有着显著影响。一般来说，线路根数越多，电缆中国科技期刊数据库 工业 A-37-之间的热交换效应越强，辐射传热效果也相应增强，导致电路火势蔓延速度越快、影响范围越大。因此，在实际应用中，需要根据火灾风险评估中所需的阻燃性能等级，考虑到电缆线路的具体情况，选择适当的电缆线路根数，以提高火灾安全性。1.3.3 电缆尺寸 电缆的尺寸是指电缆的外径、截面积和壁厚等尺寸参数，而电缆尺寸是影响电缆燃烧结果的重要因素之一，将直接影响到电缆成束燃烧时的辐射传热效果。一般来说，电缆尺寸越大，辐射传热效果越强，导致燃烧更加激烈。因此，在选型时需要综合考虑到电缆的安全需求和成束燃烧时的辐射传热效应，根据敷设环境和所需安全等级等因素，选择适当的电缆尺寸，以提高电缆成束燃烧的安全性。此外，还需要借助相关技术手段，例如火灾风险评估等方法，进行火灾安全评估和选型工作，以保证电缆在成束燃烧过程中的安全性。1.3.4 敷设分类 电缆的敷设分类是指根据不同的敷设方式将电缆分为室内敷设、室外敷设或者地下敷设等不同的类型，不同的敷设分类将直接影响到电缆的辐射传热效果。室内敷设通常温度较低，辐射传热效果相对较小，而室外敷设和地下敷设通常温度较高，使得辐射传热效果相对较强。敷设分类的不同会影响电缆的燃烧结果。例如，电缆敷设在地下或地面敷设、架空或埋地敷设等不同分类下，其火灾发展速度和蔓延程度都会有所不同。因此，在选型时需要综合考虑到敷设分类对电缆成束燃烧的辐射传热效应的影响，并根据不同的敷设分类，选择适用的电缆，以提高火灾安全性。1.3.5 动力电缆发热 动力电缆在工作过程中由于电流通过而产生一定的发热量，动力电缆发热与其导体材料、截面积和电流负载等因素有关，发热量的大小将直接影响到电缆成束燃烧的辐射传热效应。一般来说，动力电缆发热越高，辐射传热效果越强，导致燃烧更加激烈，如果动力电缆的发热过大，容易引发阻燃性能下降，从而增加火灾的危险性。因此，在选型电缆时需要根据所需电流负载等因素，并综合考虑电缆的负载要求和成束燃烧时的辐射传热效应，选择合适的动力电缆，以保证其发热量在安全范围内。2 电缆成束燃烧试验讨论 2.1 规范阻燃电缆的鉴别及安装方法 2.1.1 鉴别阻燃电缆的标准 在选购电缆时，需要鉴别其是否具有阻燃性能，阻燃性能主要通过以下几个方面来进行鉴别：燃烧特性、燃烧性能指标、材料结构与配方等。针对电缆成束燃烧试验，需要进一步细化相关标准和规范，使其更加科学、准确，并符合实际应用需求，加强标准的制定，能够规范电缆的选购、安装、使用和检测工作，并提高电缆的安全性。从实验角度评估阻燃性能已经非常成熟，建议完善阻燃电线电缆的识别、选用、安装、敷设制度，减少隐患和由此引发的事故。但从设计、用户和市场角度来看，工作人员很难正确识别和选择电缆的标准，这就需要应制定相关指导文件进行规范和指导。2.1.2 阻燃电缆地安装方法 阻燃电缆的安装方法需要按照相关规范进行操作。其中包括以下几个方面：选择合适的电缆型号和截面积，保持电缆的外观完整，避免对电缆进行损伤；采用合适的固定装置，保证电缆的固定牢固；防止电缆过度弯曲或过度张力等，相关部门和企业可以积极推广先进的阻燃技术和材料，例如磷酸铵铝（APP）、纳米材料、磷氮阻燃剂等，这些材料和技术具有良好的阻燃效果，并能提高电缆的成束燃烧性能。另外，工作人员需要根据 GB/T 19666-2005 和 GB 31247-2014标准建立了相应的阻燃电缆燃烧性能分级，如何对电线电缆进行标识也给电缆企业带来了难题。2.2 老化后成束阻燃实验 2.2.1 老化机理及影响因素 电缆老化是指电缆在长时间使用或恶劣环境条件下所导致的电性能量、屏蔽性能、绝缘性能及机械性能等方面的退化现象。在电缆成束燃烧试验中，老化后的电缆需要经过特殊测试以评估其成束阻燃性能。老化机理主要包括化学老化、热老化、紫外线老化等，而电缆在使用过程中会受到各种环境因素的影响，导致其老化和性能下降。影响电缆老化的因素主要包括温度、湿度、紫外线辐射、化学物质等，根据测试结果分析老化后电缆的阻燃性能，并根据需要做出决策。如果测试结果符合要求，则可以继续使用老化后的电缆；如果测试结中国科技期刊数据库 工业 A-38-果不达标，则需要采取相应的措施修复或更换电缆。在电缆成束燃烧试验中，规范阻燃电缆的鉴别及安装方法至关重要。通过正确选择阻燃电缆，确保其质量和性能达到要求，可以有效地减少电缆火灾的发生和蔓延。2.2.2 老化后成束阻燃实验的目的及方法 老化后成束阻燃实验旨在评估电缆在老化状态下的成束燃烧性能，实验需要根据实际情况选择老化时间和老化条件，并选择合适的实验方法进行测试，例如 CO2 烟和燃烧时间等。由于材料生产中添加了各种阻燃电缆的材料，且每一种电缆中所加入的阻燃剂不同，电缆在长期运行后会因热老化等因素而导致其阻燃性能发生变化。为验证电缆在长期运行后是否具有与出厂原电缆相同的阻燃性能，建议增加对成束电缆因热老化引起的阻燃性能的验证测试。工作人员根据电缆的材料和预设条件，选择适当的老化方法，将电缆样品置于老化设备中，依据预设的老化条件进行老化试验。同时，进行老化后成束阻燃实验，可以对电缆老化后的阻燃性能进行评估，保证其安全可靠的使用。在实际应用中应严格遵守相关的标准和规范，从源头上提高电缆的阻燃性能，为工业和建筑应用提供更可靠的保障。3 结束语 综上所述，影响电缆成束燃烧结果的原因很多，涉及自身因素、实验因素和敷设选型因素等。只有深入分析这些因素，并采取相应的措施，才能更好地预防和控制电缆成束燃烧事故的发生，保障人员安全和财产安全。为了预防电缆束燃烧事故的发生，工作人员可以从材料选用、优化设计、加大尺寸、选择合理的敷设方式和方法、加强监测与预警等方面着手，并不断完善和创新，提高电缆的防火性能，保障人们的生命财产安全，这将对建立安全可靠的电缆燃烧防护系统具有重要的指导和促进作用。参考文献 1杨春尧,吴维翔.浅析电线电缆成束阻燃性能不合格原因J.质量探索,2020,17(03):85-89.2孔译辉.阻燃电缆仿真模型的构建与仿真试验研究D.哈尔滨:哈尔滨理工大学,2020.3高科,闫静,李伟.圆形非等芯电缆成束直径计算J.机械制造与自动化,2019,48(06):43-46.4胡林明,冯军,唐勇.阻燃电缆成束燃烧试验研究J.建筑电气,2019,38(07):51-56.5唐玲,肖振威,谢剑锋.电缆护套材料氧指数与成束阻燃特性关系的探讨J.电线电缆,2017(04):31-32.