WDZA-TZEER电缆

WDZA-TZEER电缆 1*185电缆

1．高性能要求

该直流软电缆主要性能要求为：

a) 电性能，要求使用乙丙绝缘，电缆能够在额定电压为1kV直流系统中运行；

b) 柔软，为保证电缆有足够小的弯曲半径和能够经受一定程度的移动而主要性能不受影响，要求电缆为软电缆；

c) 防水，由于电缆的敷设和使用环境限制，要求电缆在有水或空气湿度大的环境中能够稳定运行；

d) 防鼠，由于电缆使用环境可能会受到鼠害侵袭，因此要求电缆具有防鼠功能；

e) 低烟、无卤、低毒、A类阻燃，由于此电缆敷设在地铁线路中，因此要求其具有优良的阻燃性能，并且在紧急状态下（如电气事故、火灾），不应产生有害气体及腐蚀性气体，且燃烧时发烟量少，不能含有对环境造成有害影响的铅、镉等重金属，不含环境激素，不污染土壤。

f) 要求护套采用热固性低烟、无卤、阻燃橡胶型护套。

2．结构设计和材料选用及研制

2.1电缆结构设计

由于此电缆极高的综合性能要求，要同时达到低烟、无卤、低毒、阻燃、防鼠、防水、柔软等多重特性，电缆的结构应合理稳定且不同的功能结构之间不相互影响。

为确保电缆高可靠性，公司专门组织成立了由技术、质检、生产等部门组成的联合开发研制小组，经过反复讨论、分析，结合以往的设计经验，为使各功能层的功能充分发挥且相互不影响，最终确定了WDZA-TZEER 1*185的复合型结构。最终设计确定了如图1所示的电缆结构。

2.2 电缆各组成部分要求

2.2.1导体

    由于导体要求柔软，因此本电缆导体结构采用了多股复合的绞合结构，具体为37×40/0.40mm，是束绞和正规绞合的结合，绞合节距适中，确保了绞合导体的柔软性。为确保导体不易氧化，因此采用了镀锡单丝。

2.3绝缘层

通过综合性能分析，选定了具有优良电气性能、耐老化性能的三元乙丙橡胶作为电缆的绝缘层主体材料。经过配方设计、试验，最终确定了材料配方，绝缘主要性能指标与XJ-30A型橡皮绝缘的性能指标对比情况见表1。

表1  绝缘性能指标

序号

项目

单位

XJ-30A型橡皮绝缘的性能指标

本电缆绝缘性能设计指标

1

电性能      绝缘电阻

MΩ·km

—

≥100

2

老化前      抗张强度

MPa

≥4.2

≥5.5

断裂伸长率

%

≥200

≥300

3

空气老化箱热老化试验

老化条件  温度

时间

℃

min

153

7×24

老化后抗张强度变化率

≤±30

≤±20

老化后断裂伸长率变化率

%

≤±30

≤±20

4

热延伸试验

试验条件  空气温度

载荷时间

机械应力

℃

min

N/cm2

250

15

20

载荷下伸长率

%

≤175

≤175

冷却后永久变形

%

≤15

≤15

以上数据表明此电缆绝缘综合性能远高于国家标准，达到国内先进水平。

2.4阻水层

电缆设计了具有径向阻水作用的阻水层，阻水结构为绕包阻水材料带， 阻水带由膨胀粉末和无纺布组合构成，遇水时膨胀粉末能迅速吸收水份，并通过膨胀作用在电缆局部形成一个隔离层，进水方向立刻封闭，水无法进一步渗透，故可有效控制水份和潮气在电缆内纵向和径向的渗透。

2.5橡胶热固性低烟无卤隔氧层

为提高电缆整体的阻燃性能，围绕电缆燃烧三要素（温度、可燃物和氧气）的燃烧机理，在电缆的绝缘层和护套之间增加了一层厚度约为1.5mm的隔氧层。当电缆遇明火燃烧时，隔氧材料能够使电缆达到自熄目的，从而提高电缆阻燃性能级别，达到A类水平。

2.5.1隔氧层阻燃方式

众所周知，线缆材料的阻燃可以通过化学或物理的方法，改变聚合物的组成结构，以达到阻燃效果，如：在聚合物分子中加入起阻燃作用的元素，如磷、锑、硼等；用化学交联或辐照交联，使线性聚合物大分子变成具有三度空间网状、体型结构的物质，提高其热稳定性和成炭性。也可以通过添加阻燃剂到基体聚合物中，燃烧时，阻燃成分以不同的方式与机制在聚合物燃烧的不同区域进行阻燃。此隔氧层即同时采用上述几种阻燃方式，使其具有优良的阻燃性能。电缆在遇火燃烧时，隔氧层会烧结成一种保护壳，起到隔绝氧气的作用，控制燃烧要素，使电缆燃烧变得困难，进而达到了阻燃目的。

2.6防鼠层

电缆设计了具有高耐磨性、高强度、柔软的金属带防鼠层，不仅具有防鼠功能，还兼顾了屏蔽、阻燃功能。

2.7高阻燃带

电缆在金属带防鼠层外绕包具有高阻燃性能，较玻璃丝带抗拉强度高的高阻燃带，不仅提高了阻燃效果，还便于护套的挤出和增加护套的附着力。

2.8橡胶热固性低烟无卤护套

低烟无卤隔氧层仅需注重阻燃效果，而低烟无卤护套则不仅需要阻燃，更重要的是其机械物理性能。本护套材料通过特殊配方，使其不仅具有优良的阻燃性能、机械物理性能，而且具有良好的工艺挤出性能。其具体性能见表2。

3．本电缆制造的工艺研究要点概述

3.1模具制作

由于低烟无卤隔氧层、低烟无卤护套主体材料的特殊性，以及添加大量的阻燃剂，导致胶料的的可塑性、流动性等加工性能与常规材料差异较大，而挤出使用的是普通螺杆，故针对材料的性能及设备情况对挤出模具也进行了改进。即合理调整模具的定径区长度、模套内锥角角度，使挤包密实且偏心度便于控制；模具内表面光滑、不能有划痕，减小胶料流动阻力。

3.2绝缘挤出

绝缘挤出过程中主要进行了以下几个方面的控制：

a.     避免杂质和焦烧粒子等引起绝缘场强集中，生产前对设备进行彻底清理，挤出过程中避免杂质混入料中，同时严格控制挤出温度。

b.     结合材料塑性及流动性合理调整模芯、模套间距，使挤包密实，但不出现倒胶现象。

c.     采用先进的阻水接头工艺防止了水分的进入，保证绝缘性能。

d.     因绝缘挤出硫化后还要进行隔氧层、护套的挤出和硫化，绝缘即相当于进行了三次硫化，因此严格控制线速度和蒸汽压力，使绝缘硫化程度适中，避免多次硫化造成绝缘过硫化。

3.3低烟无卤隔氧层挤出

热固性（橡胶型）低烟无卤隔氧层材料其综合性能特别是耐热性能较热塑性低烟无卤隔氧材料有很大提高，可保证在护套连硫生产中不出现软化变形。但热固性（橡胶型）低烟无卤隔氧层材料在国内生产的厂家少之又少，资料也很少介绍，给材料开发研制带来了一定困难。经过反复调整配方，最终研制成功，且首次大批量用于生产，结合试挤出经验总结出挤出控制要点为：

a.     材料配方虽按照设备情况进行了调整，但由于螺杆压缩比大，挤出压力很大，因此需适当调整模芯、模套间距，使挤出压力适当，偏心易于控制。

b.     因正常硫化是在温度为200℃以上完成的，为防止绝缘层外包覆的阻水层在此高温下熔化、分解，所以适当降低了硫化蒸汽压力和线速度。

c.     因隔氧层挤出硫化后还要进行护套的挤出和硫化，隔氧层即相当于进行了两次硫化，因此严格控制线速度和蒸汽压力，使隔氧层硫化程度适中，避免多次硫化造成隔氧层过硫化。

3.4防鼠层绕包

金属带绕包工艺控制要点为：

a.     采用重叠绕包，保证包带平整、无褶皱，以减少气隙，使电缆圆整。

b.     适当减小绕包带张力，防止电缆弯曲过程中金属包带对隔氧层造成损伤以及在护套连硫生产中热膨胀导致金属带断裂。

3.5橡胶型热固性低烟无卤护套挤出

对于本电缆，外护层是关键工序之一，它直接与外界接触，肩负着无卤、低烟、阻燃、耐化学腐蚀、耐磨、抗开裂等多项功能，因此在材料确定的情况下，保证挤出、硫化后护套性能完全正常就是至关重要的一环。护套挤出控制要点为：

a.     避免杂质和焦烧粒子等造成护套机械性能下降，生产前对设备进行彻底清理，挤出过程中避免杂质混入料中，同时严格控制挤出温度。

b.     护套胶料生产好后应在20℃的环境中停放12～36h，使胶料完全冷却，内应力完全释放及胶料产生的低分子挥发物完全挥发后才能投入使用。

c.     高阻燃带具有好的阻燃性能，其机械强度虽较玻璃丝带高，但仍容易擦破，因此护套挤出时配置模芯应适当放大，否则易擦破高阻燃带，影响护套表面质量，严重的会导致卡模停机。

d.     由于高阻燃带表面涂有在高温下易分解的胶水，胶水在高温下分解出气体产物，此气体同胶料本身存在的低分子挥发物均不能及时排出，当气体累积到一定程度经过高温膨胀，当膨胀点出硫化管，外界压力消失后就会形成明显的鼓包。因此护套挤出时在保证硫化程度的前提应尽可能提高生产速度，缩短电缆在硫化管内的时间，并适当提高冷却水压力，避免气体累积后形成鼓包。

4．测试结果简述

我公司对本电缆性能进行了严格测试，主要性能指标要求与测试结果见表2。

表2环保直流软电缆标准性能指标与实测值对照表

序号

试验项目

单位

标准要求

检测结果

1

绝缘电阻

MΩ·km

≥100

258

2

绝缘老化前 抗张强度

断裂伸长率

MPa

%

≥5.5

≥300

5.8

350

绝缘老化后 抗张强度变化率

断裂伸长率变化率

%

%

±20

±20

+16

0

3

护套老化前 抗张强度

断裂伸长率

MPa

%

≥9.0

≥125

10.2

170

护套老化后 抗张强度变化率

断裂伸长率变化率

%

%

±30

±30

+6

-17

4

热延伸试验

空气温度

载荷时间

机械应力

绝缘载荷下伸长率

绝缘冷却后永久伸长率

护套载荷下伸长率

护套冷却后永久伸长率

℃

min

N/cm2

%

%

%

%

250

15

20

≤175

≤15

≤175

≤15

20

0

5

0

5

烟密度试验

透光率

%

≥60

80

6

卤酸气体含量测定

pH值

电导率

—

μS/mm

≥4.3

≤10

7

6

7

成束燃烧试验（A类）

碳化部分高度

m

≤2.5

0.5

耐水试验

水温

浸水时间

℃

h

25

72

通过

从主要指标的检验结果分析可以看出，我公司的环保型直流软电缆已达到国内同类产品先进水平。

a.   绝缘电阻远大于标准要求，说明此电缆绝缘性能极佳。

b.   绝缘、护套热延伸试验远低于标准规定的数值，冷却后没有任何变形。

c.   烟密度试验的透光率为80%，远高于标准规定的60%，表现为燃烧发烟量少，透光率（能见度）高。

d.   卤酸气体含量测定中pH值为7，为中性，几乎没有毒性气体排放，说明此电缆的环保设计是成功的。

e.   A类成束燃烧试验碳化部分高度仅为0.5米，远低于标准规定的2.5米，说明此电缆的阻燃效果相当好