周建 李楷純 李楷東 戴彥雍 楊滔 鄧偉杰

摘要：高溫耐火性能是YTTW 型電纜產(chǎn)品在火焰燃燒條件下保持電氣線路完整性的關(guān)鍵性指標(biāo)。分析了同類(lèi)型產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在的缺點(diǎn)，根據(jù)產(chǎn)品性能要求和工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)影響產(chǎn)品“高性能”耐火試驗(yàn)合格率的因素分析，明確提出了帶絕緣層材料應(yīng)選用高溫性能相容的合成云母包帶，成纜包帶層應(yīng)采用具有緩沖作用且采用“無(wú)水分”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確了生產(chǎn)過(guò)程中帶絕緣繞包工藝和波紋金屬護(hù)套制造的若干控制要點(diǎn)，提出相應(yīng)改進(jìn)措施。同時(shí)還提出了目前產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步完善帶絕緣相容性的描述，修訂電纜本體銅護(hù)套完整性試驗(yàn)類(lèi)型，增加電纜安裝后金屬護(hù)套完整性試驗(yàn)的條款。完善后的YTTW 產(chǎn)品經(jīng)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐表明，產(chǎn)品質(zhì)量合格率得到顯著提升。

關(guān)鍵詞：YTTW;礦物絕緣;高性能耐火電纜;控制方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TM245文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492（2021）11-0293-08

The Factors Affecting the Qualified Rate of YTTW

Zhou Jian，Li Kaichun，Li Kaidong，Dai Yanyong，Yang Tao，Deng Weijie

（ Guangzhou Nanyang Cable Group Co.，Ltd.，Guangzhou 511356，China ）

Abstract：High temperature fire resistance is a key index for YTTW cables required to maintain circuit integrity under fire conditions.The shortcomings existing in the design of the same type of products were analyzed.According to the product performance requirements and process structure design，through the analysis of many factors affecting the qualified rate of high-performance fire resistance test，it was clearly proposed that the synthetic mica tape with high-temperature performance compatibility should be used as the insulation，and the wrapping tape layer should be buffered and non-water.Many control points of tape insulation wrapping process and corrugated metal sheath manufacturing in the production process were clarified，and the corresponding improvement measures were put forward.At the same time，it was put forward that the current product standard needs to further improve the description of tape insulation compatibility，the inspection type of copper sheath should be revised，and the terms of metal sheath integrity test should be added after cable installation.The long-term production practice of the improved YTTW products shows that the product quality qualification rate has been significantly improved.

Key words：YTTW;mineral insulated;high-performance fire resistant cable;control method

0 引言

YTTW型高性能耐火電纜廣泛使用于高層建筑?地鐵站臺(tái)?醫(yī)院等人員密集的建筑，特別是《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的消防系統(tǒng)應(yīng)急和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)[1-2]?YTTW型礦物絕緣電纜在JG/ T 313-2014 《額定電壓0. 6 / 1 kV及以下金屬護(hù)套無(wú)機(jī)礦物絕緣電纜及終端》[3]中的術(shù)語(yǔ)和定義為“金屬護(hù)套無(wú)機(jī)礦物絕緣電纜（Metal Sheath Inorganic Mineral Insulated Cables）”， 即“在同一金屬護(hù)套內(nèi)，由無(wú)機(jī)礦物帶作絕緣層的單根或多根絞合的軟銅線芯組成的電纜”?YTTW 型礦物絕緣電纜這個(gè)術(shù)語(yǔ)解釋?zhuān)cBTTZ礦物絕緣電纜的氧化鎂礦物絕緣相比[4] ，具有一定差異?按照傳統(tǒng)的命名方式，應(yīng)該描述為“銅導(dǎo)體云母包帶絕緣皺紋銅護(hù)套高性能耐火電纜”?耐火電纜的本質(zhì)問(wèn)題，其實(shí)就是考驗(yàn)在高溫條件下絕緣層的“高溫絕緣電阻性能”的問(wèn)題?但美中不足的是，作為耐火電纜的耐高溫性能的主要承擔(dān)者，以云母為基的耐火絕緣材料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB / T 5019. 10 2009[5] 在性能要求中規(guī)定了在耐火試驗(yàn)溫度下的高溫絕緣電阻（大于1. 0 × 105 Ω） 的試驗(yàn)要求，但在其試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB / T 5019. 2 2009中的第26條款“高溫絕緣電阻”的“試驗(yàn)方法待定”[6] ， 至今還只是一個(gè)留白?

嚴(yán)格意義上講，YTTW系列和BTLY?BTTRZ 這兩個(gè)系列相比，在實(shí)現(xiàn)高溫耐火的措施和設(shè)計(jì)原理上，存在著根本性的本質(zhì)不同，盡管都采用了同樣的耐火性能試驗(yàn)方案?YTTW 系列實(shí)現(xiàn)BS 6387?BS8491規(guī)定“C”、“W”、“Z”的功能[7-8]，幾乎完全純粹是依靠耐火云母包帶的高溫電阻特性的選擇，在試驗(yàn)條件下，是“烈火英雄”的表現(xiàn)，而B(niǎo)TLY 和 BBTRZ 則是比較“投機(jī)取巧”一些，用“穿棉衣”、“蓋棉被”的隔火、隔熱、保溫、降溫等方式，借助隔火泥的高熱阻特性，使電纜內(nèi)部溫度遠(yuǎn)低于耐火試驗(yàn)的溫度，實(shí)際是改變了內(nèi)部各絕緣層耐火試驗(yàn)的溫度條件，降低了對(duì)云母包帶在耐高溫上的依賴。鑒于JG/T 313-2014標(biāo)準(zhǔn)對(duì)YTTW 帶絕緣層相容性的描述不夠清晰，導(dǎo)致市場(chǎng)上的YTTW 工藝結(jié)構(gòu)特別是帶絕緣結(jié)構(gòu)形色，產(chǎn)品耐火性能參差不齊。通過(guò)耐火機(jī)理的分析，本文提出了一種可以大幅度提高質(zhì)量合格率的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1YTTW （ Y ）型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成

YTTW （ Y ）型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

1.1 關(guān)于導(dǎo)體的選用

導(dǎo)體應(yīng)符合GB/T 39562008中第1種和第2種導(dǎo)體的規(guī)定，可采用圓型緊壓導(dǎo)體、異型緊壓導(dǎo)體、大截面預(yù)扭導(dǎo)體。

1.2 關(guān)于芯絕緣的定義

絕緣由無(wú)機(jī)礦物“合成云母帶”組成，應(yīng)符合 GB/T 5019.102009中表4的規(guī)定。從標(biāo)準(zhǔn)文本結(jié)構(gòu)上看，該絕緣是指芯絕緣，即在每根導(dǎo)體上應(yīng)繞包無(wú)機(jī)礦物合成云母帶，標(biāo)準(zhǔn)要求芯絕緣的平均厚度不應(yīng)小于JG/T 313-2014中表A.1～A.6規(guī)定的絕緣標(biāo)稱(chēng)厚

度的90%。

1.3 關(guān)于帶絕緣的定義

所謂“帶絕緣”，這是JG/T 313這部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)創(chuàng)的一個(gè)新名詞術(shù)語(yǔ)，其實(shí)就是繞包型“隔離層”的功用，不過(guò)在這里，導(dǎo)體和金屬護(hù)套都是同一種物質(zhì)“銅”而已，而不是GB/T12706等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的相鄰不同金屬之間的隔離套的定義和作用[9]。為了實(shí)現(xiàn)纜芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和緊湊，保持電纜圓整，纜芯間的間隙被密實(shí)填充，并加以包帶繞包扎緊。“帶絕緣”在纜芯和銅護(hù)套之間，不僅要起到絕緣線芯和填充條扎緊的扎帶功效，還要在纜芯和銅護(hù)套之間發(fā)揮絕緣性隔離套的效果，彌補(bǔ)導(dǎo)體和銅護(hù)套之間的絕緣性。JG/T313中對(duì)帶絕緣層的厚度做出了要求，其平均厚度不應(yīng)小于JG/T 313-2014表A.1～ A.6規(guī)定的帶絕緣標(biāo)稱(chēng)厚度的90%。

關(guān)于帶絕緣的材料要求，在JG/T 313中規(guī)定應(yīng)適合電纜的“運(yùn)行溫度”，并和電纜絕緣材料相容。但在標(biāo)準(zhǔn)中似乎通篇沒(méi)有出現(xiàn)表征“運(yùn)行溫度”的數(shù)值。因此在帶絕緣和芯絕緣的用材上出現(xiàn)了界定不明的隱患。芯絕緣，在標(biāo)準(zhǔn)明確要求采用符合GB/T5019.102009中表4規(guī)定的“無(wú)機(jī)礦物合成云母帶”。言下之意，帶絕緣也應(yīng)滿足GB/T 5019.102009中表4中合成云母的規(guī)定，負(fù)責(zé)耐火溫度下的高溫絕緣電阻的材料高溫性能。

1.4 絕緣電阻

電纜的絕緣電阻（MΩ）與電纜長(zhǎng)度的乘積不應(yīng)小于100Ω·km。當(dāng)電纜長(zhǎng)度小于100 m 時(shí)，測(cè)量的絕緣電阻不應(yīng)低于1000 MΩ。

1.5 金屬護(hù)套

材料應(yīng)為普通退火銅或銅合金，護(hù)套應(yīng)符合GB/T 2059-2008中T2或TU2牌號(hào)帶材的規(guī)定。護(hù)套的平均厚度不應(yīng)小于JG/T 313-2014中表A.1～ A.6規(guī)定的標(biāo)稱(chēng)厚度。

2YTTW （ Y ）型的基本生產(chǎn)工藝流程

YTTW 型礦物絕緣電纜（銅導(dǎo)體云母包帶絕緣皺紋銅護(hù)套高性能耐火電纜），其生產(chǎn)工藝流程基本如

3YTTW （ Y ）耐火電纜“高性能”的緣由

YTTW 型礦物絕緣電纜，之所以謂之為“高性能”耐火電纜，主要是緣于在耐火性能要求上的加強(qiáng)型、強(qiáng)化版的耐火電纜。電纜本身性能要求符合了GB/T 19216.21第6章規(guī)定的耐火試驗(yàn)步驟的要求[10]，首先是試驗(yàn)時(shí)選用火焰溫度為950～1000℃，燃燒時(shí)間為180 min，同時(shí)也按照產(chǎn)品外徑的界定，分別要求符合通過(guò)BS 6387、BS 8491中耐火性能試驗(yàn)方法，在同一根試樣上按單純耐火（C ）、耐火噴淋（W ）、耐火加機(jī)械振動(dòng)（Z ）的順序進(jìn)行試驗(yàn)的線路完整性試驗(yàn)。BS 6387適用于額定電壓不超過(guò)0.6/1 kV 、直徑不大于20 mm 的電纜，而B(niǎo)S 8491適用于額定電壓不超過(guò)600/1000 V、直徑大于20 mm 的電力電纜。

試驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。

4 影響YTTW （ Y ）耐火電纜“高性能”主要因素

本文從YTTW 的材料選型、“無(wú)水分析出”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程控制（“繞包質(zhì)量”、“焊接效應(yīng)”）、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目缺位等幾個(gè)因素，來(lái)分析對(duì)產(chǎn)品“高性能”耐火試驗(yàn)合格率的影響，做一些歸納分析。

4.1 材料選型的影響

4.1.1芯絕緣材料的選型

以云母為基的絕緣材料，采用的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為 IEC 60371《Specification for insulating materials based onmica》和GB/T 5019-2009《以云母為基的絕緣材料》。在常溫下，絕緣性能最好的是合成云母帶，白云母帶次之，金云母帶較差;在耐高溫性能方面，合成云母帶最好，不含結(jié)晶水，熔點(diǎn)1375℃，耐高溫達(dá)到950～1000℃，具有天然云母帶的特性，介電強(qiáng)度大、電阻率高和介電常數(shù)均勻，安全裕度大，是制造高性能耐火產(chǎn)品最理想的首選材料;金云母次之，在800℃以上釋放出結(jié)晶水，在溫度840℃電壓1000 V的條件下可保證90 min 內(nèi)不發(fā)生擊穿，價(jià)格低廉，是制造普通耐火線纜的首選材料;白云母耐高溫性能較差，在600℃釋出結(jié)晶水，不適合用于耐火電纜的制造。

在JG/T 313-2014中，絕緣層材料明確提出使用 GB/T 5019.102009中表4規(guī)定的由無(wú)機(jī)礦物“合成云母帶”組成，指向性非常強(qiáng)烈。用耐溫等級(jí)稍低的金云母耐火包帶代替合成云母包帶，其耐火性能不穩(wěn)定是可以預(yù)見(jiàn)的。

4.1.2 帶絕緣材料的選型

在JG/T 313-2014中，對(duì)帶絕緣材料的選型敘述不詳，留下了很大的想象空間，造成了目前YTTW 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的混亂局面。結(jié)合銅護(hù)套波紋管結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)，成纜包帶層至少有兩個(gè)部分組成。應(yīng)該至少由帶絕緣層和具有緩沖功能的扎緊層（成纜包帶層）共同構(gòu)成。根據(jù)前面所講，對(duì)于帶絕緣材料的選型，采用與芯絕緣相容性的、同等材質(zhì)合成云母耐火包帶，是天然的首選，但是結(jié)合厚度最低需求要求，成本是必須考慮的。同時(shí)，云母包帶沒(méi)有彈性，不具備緩沖應(yīng)力的能力，它在與銅護(hù)套波紋管接觸及在生產(chǎn)制造過(guò)程承受應(yīng)力時(shí)都容易破損。

帶絕緣直接采用彈性和絕緣性能的高溫陶瓷化硅膠帶，是否合理可行則值得商榷。陶瓷化硅膠帶是以玻璃纖維布經(jīng)陶瓷化硅橡膠壓延或浸漬而成，典型性能上，抗拉強(qiáng)度達(dá)5.5 MPa，硬度達(dá)ShoreA 70，體積電阻率達(dá)1×1015Ω·cm，擊穿電壓達(dá)30 kV/mm。

陶瓷化硅膠帶，嚴(yán)格意義上說(shuō)，在“陶瓷化”煅燒之前不是完全意義上的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)。

（1）需確認(rèn)陶瓷化硅膠帶的溫度等級(jí)，德國(guó)DIN VDE 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硅橡膠的最高工作溫度是180℃，短路工作溫度為350℃（ 在T/ASC11-2020《額定電壓0.6/1 kV 及以下陶瓷化硅膠（礦物）絕緣耐火電纜》第4章中規(guī)定導(dǎo)體允許的長(zhǎng)期最高工作溫度為90℃;短路持續(xù)5s 時(shí)，導(dǎo)體最高溫度為250℃）。

同時(shí)，作為骨架的玻璃纖維種類(lèi)的選擇，決定了玻璃絲的耐溫等級(jí)。根據(jù)成份，玻璃纖維被分為很多種，有高堿、中堿、無(wú)堿以及石英、高硅氧等玻璃纖維。不同的品種，其耐溫差異很大。普通的中、無(wú)堿玻璃纖維，在500～600℃下，雖然仍然保持纖維形態(tài)，但其強(qiáng)度損失已經(jīng)很大;而石英/高硅氧玻璃纖維，在1000℃下，仍保持其理化特性。

在高導(dǎo)熱的銅護(hù)套下，實(shí)現(xiàn)陶瓷化硅膠帶的溫度等級(jí)與為合成云母而量身定制的高性能耐火試驗(yàn)溫度（900～1000℃）之間良好匹配，即溫度等級(jí)實(shí)現(xiàn)“相容”，對(duì)于導(dǎo)體和銅護(hù)套之間的高溫絕緣性，非常重要。

（2）如何規(guī)避“陶瓷化”過(guò)程中瓷化粉和玻璃絲纖維中低熔點(diǎn)堿金屬氧化物和硅酸鹽在熔融階段的熔體導(dǎo)電性問(wèn)題，了解“陶瓷化”的化學(xué)機(jī)理，非常重要。根據(jù)玻璃態(tài)導(dǎo)電機(jī)理，玻璃中低熔點(diǎn)組分含量越多，在相同溫度下形成的液相越多，離子移動(dòng)能力越強(qiáng)，玻璃態(tài)導(dǎo)電能力越強(qiáng)，絕緣性則越低。

（3）需要解決陶瓷化硅膠帶的基材-有機(jī)材料硅化合物在燃燒過(guò)程的炭化導(dǎo)電問(wèn)題（具有可燃性）?？扇夹匀鐖D3所示。

（4）陶瓷化硅膠帶在“陶瓷化”過(guò)程中難以避免“無(wú)水分”析出。陶瓷化硅膠帶在受火后的陶瓷化過(guò)程中，有機(jī)基體、填料、助劑等燃燒、分解、炭化，產(chǎn)生水汽及導(dǎo)電性炭化物，將會(huì)降低耐火材料的絕緣性導(dǎo)致?lián)舸?/p>

（5）陶瓷化硅膠帶在“陶瓷化”后，因?yàn)橛袡C(jī)硅膠等煅燒的消失，“陶瓷化”結(jié)殼的斷面實(shí)際上是呈多孔蜂窩狀疏松物質(zhì)，并不密實(shí)。同時(shí)玻璃纖維絲的經(jīng)緯密度大小的選擇，也是不密實(shí)的因素之一。如圖4所示。

（6）保證陶瓷化硅膠在制造過(guò)程中因“粘糯”在并線模具內(nèi)不被損傷。在上面幾大潛在要素中，陶瓷化硅膠帶的填料組成（低熔點(diǎn)物質(zhì)的導(dǎo)電粒子如堿金屬）是影響陶瓷化材料高溫絕緣性的主要因素，是陶瓷化耐火電纜高溫?fù)舸┑母驹?。因此選用具有良好高溫絕緣性的陶瓷化硅膠帶是關(guān)鍵。

基于以上考慮，成纜繞包層最好是由3部分組件構(gòu)成，即由云母包帶層+陶瓷化硅膠帶層+無(wú)機(jī)繞包扎緊層組合而成，各層包帶的層數(shù)，可以按耐火試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行組合設(shè)計(jì)。云母包帶層在整個(gè)陶瓷化過(guò)程中，既起絕緣作用，也起“陶瓷化”過(guò)程中的熔體隔離作用;陶瓷化硅膠帶，在常溫下起絕緣作用和緩沖層作用;無(wú)機(jī)繞包扎緊層起到扎緊和保護(hù)陶瓷化硅膠帶層的保護(hù)（過(guò)模潤(rùn)滑）作用。這3層，同時(shí)最好要做到無(wú)水分析出的材料選型和工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？紤]到銅護(hù)套波紋管的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以及絕緣繞包式生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)，金屬管內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采用無(wú)“水分析出”的材料選型。水分的析出，在密封性極強(qiáng)的金屬管內(nèi)，對(duì)高溫絕緣電阻影響較大，這一點(diǎn)非常重要，卻常容易被忽略。

（7）絕緣繞包工序配套在線火花試驗(yàn)。無(wú)論是芯絕緣的繞包制造過(guò)程，還是帶絕緣的繞包制造過(guò)程，在每道絕緣繞包工序生產(chǎn)線的最后，應(yīng)配套安裝火花試驗(yàn)設(shè)備，并按照GB/T3048.9中的絕緣線芯火花試驗(yàn)電壓規(guī)定（表1），以絕緣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高壓火花試驗(yàn)，以檢驗(yàn)制品的絕緣完整性，確保每道工序都合格。做到早檢測(cè)、早發(fā)現(xiàn)、早返工，好的過(guò)程，必然有好的結(jié)果。

4.2 繞包質(zhì)量的影響

4.2.1搭蓋率的影響

搭蓋率越大，芯絕緣和帶絕緣的絕緣效果不一定就越好。在大量的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，成功通過(guò)耐火試驗(yàn)的樣本中，搭蓋率5%～15%的合格數(shù)比例較高，而搭蓋率更高時(shí)，合格的比率反而大幅度下降。在耐火試驗(yàn)中，發(fā)生擊穿的，原因大概率為繞包不平整。絕緣線芯火花試驗(yàn)電壓推薦值如表2所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，繞包平整性比追求高搭蓋率更為重要。追求高搭蓋率以實(shí)現(xiàn)耐火層厚度快速達(dá)標(biāo)，是一件得不償失的行為：（1）搭蓋率越高，繞包的平整越難實(shí)現(xiàn)，耐火層不平整、皺褶甚至起三角包，造成微觀局部曲率小，導(dǎo)致耐火帶云母片的折斷，是對(duì)耐火層絕緣完整性最大的物理性傷害，因此必須掌握好繞包張力、繞包角度，不發(fā)生斷帶或漏包現(xiàn)象，使繞包后的絕緣線芯表面光滑平整，無(wú)云母脫落;（2）通過(guò)小搭蓋率+多層耐火包帶繞包的絕緣方式，可以最大程度避免耐火帶本身的質(zhì)量缺陷，畢竟不同層的耐火帶質(zhì)量缺陷，在同一處同時(shí)重疊出現(xiàn)的概率是極低的，除非是耐火帶本體存在根本性的質(zhì)量品質(zhì)問(wèn)題，由于小截面導(dǎo)體線徑較小，云母帶寬度較窄，在高溫度條件下，絕緣電阻急劇下降，容易在繞包縫隙處出現(xiàn)電閃絡(luò)，電閃絡(luò)的次數(shù)過(guò)多，造成快速熔斷器燒斷，分析原因時(shí)很難找到擊穿點(diǎn)，在這種情況下，除適當(dāng)增加繞包層數(shù)外，應(yīng)盡可能地選用大一個(gè)規(guī)格的云母包帶，同時(shí)注意要把兩層繞包縫隙予以錯(cuò)開(kāi)，并且要仔細(xì)處理好耐火包帶的接頭。

4.2.2繞包曲率的影響

繞包曲率的影響包括兩個(gè)方面：一是芯絕緣繞包曲率的影響;二是帶絕緣繞包曲率的影響。兩者在YTTW 礦物絕緣“高性能”耐火條件下，保持線路完整性，同樣極為重要。線路完整性試驗(yàn)與導(dǎo)體直徑的大小、成纜外徑大小存在一定關(guān)聯(lián)性。云母包帶在繞包中的曲率變化如圖5所示。圖5最小曲率半徑的變化

云母紙?jiān)试S的最小曲率半徑越小，意味著耐火云母包帶在繞包后能保持絕緣層最大程度的完整性。繞包彎曲最小允許的曲率半徑主要是由云母紙的彎曲韌性（柔軟度）、粘合劑的韌性決定，云母紙的柔軟度決定著云母紙的折斷，粘合劑的韌性，影響著云母帶的分層。應(yīng)該特別指出，在繞制小截面導(dǎo)線和成纜線芯時(shí)，在一定范圍內(nèi)直徑時(shí)，當(dāng)繞包曲率半徑小于云母包帶中云母片允許的最小彎曲半徑時(shí)，合成云母比金云母脆，更容易造成云母片容易斷裂、分層、脫落，導(dǎo)致云母片不完整，芯絕緣層的絕緣性能下降，極易造成耐火電纜的耐火特性不合格。

4.2.3機(jī)械損傷的影響

云母紙質(zhì)地較脆，韌性也相對(duì)較差，幾乎沒(méi)有彈性，很容易遭機(jī)械性損壞，礦物質(zhì)和無(wú)機(jī)粘合劑具有吸濕特性，因此注意耐火云母帶的保存和使用一樣重要：耐火云母帶在繞包、轉(zhuǎn)移和存放的過(guò)程中，都要防止碰撞、刮擦而損壞云母帶;在擠出絕緣過(guò)程中，也要避免導(dǎo)輪曲率半徑太小，同時(shí)應(yīng)要注意擠出模具刮傷云母層;繞包好云母帶的導(dǎo)體均勻地纏繞在線軸上，應(yīng)注意不要刮傷云母層，尤其截面較大的耐火電纜更要避免因兩根導(dǎo)體相互刮蹭而刮傷云母層的情況;繞制好的半成品要盡快安排擠出絕緣，防止吸潮;在金屬管氬弧焊接前，要對(duì)纜芯進(jìn)行烘干處理，提高耐火層的絕緣電阻，特別是在多雨的梅雨季節(jié)和濕度較大的“回南天”季節(jié)。

因此，根據(jù)工裝設(shè)備的特點(diǎn)，依據(jù)試驗(yàn)情況，不斷調(diào)整和改進(jìn)，對(duì)繞包這個(gè)關(guān)鍵工序要嚴(yán)格把好關(guān)，才能較大幅度地提高成品的合格率。只要克服繞包質(zhì)量這個(gè)主要問(wèn)題，其他生產(chǎn)工序?qū)δ突鹦阅艿挠绊懴啾纫『芏唷?/p>

4.3 焊接效應(yīng)的影響

對(duì)于YTTW 高性能耐火電纜來(lái)說(shuō)，銅金屬波形金屬管的生產(chǎn)工藝是影響“高性能”性能的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，主要涉及到尺寸設(shè)計(jì)、焊峰的焊接質(zhì)量、焊接過(guò)程熱效應(yīng)的治理。

4.3.1金屬護(hù)套波紋管的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)

金屬護(hù)套的波紋管的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)主要涉及兩個(gè)方面：一是波紋管的焊接軋紋工藝，保證彎曲性能，金屬管在彎曲中保持彈性，金屬層不折斷;二是波紋管內(nèi)徑和電纜芯之間隙的余量設(shè)計(jì)，原則就是“宜松不宜緊”。對(duì)于“高性能”耐火功能而言，第二點(diǎn)尤為重要，如圖6所示。圖中，波紋節(jié)距P 值、波紋斜面高度a、圓弧半徑r以及波紋高度h （H）等參數(shù)的設(shè)定和選擇，主要是與波紋管的彎曲性能有關(guān);但對(duì)于“高性能”耐火功能而言，帶絕緣下的成纜外徑D0 以及波紋管的內(nèi)孔徑D1，這兩個(gè)參數(shù)才顯得最為重要。

Δ=0.5（D1-D0）的數(shù)字，不僅是衡量帶絕緣的有效厚度，更是決定著纜芯和金屬波紋管兩個(gè)硬質(zhì)元件之間的應(yīng)力緩沖，這個(gè)應(yīng)力緩沖，對(duì)于實(shí)現(xiàn)耐火的“高性能”極為關(guān)鍵，“宜松不宜緊”的設(shè)計(jì)原則，對(duì)改善芯線和銅護(hù)套之間的擊穿，效果極其明顯。如果Δ不夠大，因?yàn)槟突鹪颇赴鼛Р馁|(zhì)較脆，沒(méi)有彈性，首先是在波紋管軋制過(guò)程中，無(wú)法消化機(jī)械應(yīng)力而受傷或斷裂;其次是因?yàn)樘o，導(dǎo)致電纜在收放彎曲的過(guò)程中，因?yàn)榻饘俟軆?nèi)相鄰螺紋位移變化產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致以耐火云母包帶為代表的帶絕緣在纜芯外層受到機(jī)械損傷，甚至斷裂;第三是電纜必須經(jīng)受JG/T313-2014第7.5.3條規(guī)定壓扁試驗(yàn)，壓扁系數(shù)應(yīng)符合表3所示的規(guī)定，金屬護(hù)套應(yīng)無(wú)裂紋。壓扁部分浸入水中1h 后，在導(dǎo)體之間及全部導(dǎo)體和銅護(hù)套之間，分別施加試驗(yàn)電壓：500 V 電纜施加交流電壓750 V;0.6/1 kV 電纜施加交流電壓1500 V，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間15 min 不應(yīng)被擊穿。第一種因素是導(dǎo)致電纜收線后，直接做耐壓試驗(yàn)通不過(guò)，絕緣電阻搖不上;第二種因素可能是直接收盤(pán)檢查都合格，但是經(jīng)過(guò)一兩次收放卷繞后，出現(xiàn)耐壓試驗(yàn)通不過(guò)，絕緣電阻搖不上。

如果Δ足夠大，則會(huì)出現(xiàn)松套，纜芯從金屬管直接輕松無(wú)障礙地滑出。因此纜芯和金屬管之間的繞包層設(shè)計(jì)，是個(gè)關(guān)鍵。繞包層的設(shè)計(jì)應(yīng)該包括帶絕緣層的設(shè)計(jì)，也應(yīng)該包括具有彈性緩沖功能的繞包層設(shè)計(jì)。

4.3.2 焊縫密封性的影響

金屬護(hù)套波紋管氬弧焊接質(zhì)量，包括焊縫的機(jī)械強(qiáng)度、焊接的連續(xù)性。銅波紋管的密封性的好壞，決定著電纜防潮性能的好壞，對(duì)以帶材繞包方式制作的絕緣層是重要的一環(huán)。在JG/T 313-2014中，銅護(hù)套波紋管的密封性是通過(guò)“銅護(hù)套完整性”試驗(yàn)方法來(lái)檢驗(yàn)的，具體方法就是“每根成品電纜在兩端密封情況下，電纜應(yīng)充入50～100 kPa 的干燥空氣或氮?dú)猓跉鈮壕夂?h，電纜任一端氣壓應(yīng)不下降”。需要特別指出的一點(diǎn)是：在焊接成型進(jìn)入水槽進(jìn)行冷卻的過(guò)程中，最好是保持銅管焊縫稍高于水面，千萬(wàn)不能將銅管完全沉沒(méi)于水下。因?yàn)橐坏┖缚p不完全，冷卻水極大可能滲入電纜芯中，造成無(wú)法挽救的損失。

4.3.3焊接過(guò)程熱效應(yīng)的影響

在高溫下，銅的屬性還是比較活潑的。在焊接過(guò)程中常見(jiàn)的問(wèn)題，就是銅管的氧化問(wèn)題。特別是在高溫、高濕的生產(chǎn)季節(jié)。YTTW 銅護(hù)套波紋管的氧化發(fā)暗甚至發(fā)黑，影響客戶的感受。從生產(chǎn)實(shí)踐中不難發(fā)現(xiàn)，銅護(hù)套波紋管徑越小，銅管表面氧化程度越高，色澤越暗，且隨著時(shí)間會(huì)日益加深。究其原因，在于YTTW 銅護(hù)套波紋管的厚度差異不大，因此焊接電流、焊接生產(chǎn)速度差距變化不是很大，但是銅管直徑因?yàn)槔|芯直徑的差異而變化較大。銅是良好的導(dǎo)熱材料（比熱容為0.39×103/（ kg ·℃），以焊接熔池為熱源點(diǎn)，則銅管相當(dāng)于散熱片的功能。如圖7所示，靠近焊接熔池處，溫度最高，遠(yuǎn)離焊接熔池的最遠(yuǎn)端，溫度最低。

物體吸收或放出的熱量由物體質(zhì)量、比熱容和溫度變化量這3個(gè)量的乘積決定。熱量計(jì)算的一般式為：

Q =cmΔt

式中：c 為比熱容，J/（ kg ·℃）;m 為質(zhì)量，kg;t 為溫度，℃;Q 為熱量，J。

在熱量相近的情況下，銅管直徑較小，熱量集中，散熱越慢，溫度越高，易于氧化，表面暗淡;而銅管直徑越大，熱量容易分散，散熱越好，冷卻較快，氧化較慢，表面較為光澤。

4.3.4 焊接過(guò)程中抗氧化措施

基于上面的原因，如何做好YTTW 在焊接過(guò)程的氬氣保護(hù)外，在焊接后的水槽或空氣的冷卻過(guò)程不被氧化或減輕氧化，保持表面光澤，極為重要，特別是濕度大和環(huán)境溫度較高的季節(jié)。在焊接后和牽引前，在水槽里的自來(lái)水（最好采用蒸餾水）添加銅抗氧化劑實(shí)現(xiàn)抗漂白粉（次氯酸、氯氣）氧化成分的副作用（溫?zé)崴畻l件下易形成黑色氧化銅），在銅金屬管表面涂覆抗銅緩蝕劑苯并三氮唑（ BTA，1，2，3-benzotriazole ）直接鈍化，在軋紋前涂覆硅油隔離空氣，這三步是個(gè)很好的工藝設(shè)計(jì)，抗氧化效果很明顯。圖8所示為抗氧化（鈍化）的效果。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)缺位的影響

標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)項(xiàng)目的缺位有以下3方面。

（1）云母包帶層絕緣制品高溫絕緣電阻測(cè)量方法需完善。關(guān)于GB/T 5019.22009的第26條款“高溫絕緣電阻”的“試驗(yàn)方法待定”，至今還是一個(gè)留白。以云母為基的絕緣材料，本身立足于高溫場(chǎng)合的應(yīng)用，對(duì)其在耐火試驗(yàn)溫度下實(shí)施高溫絕緣電阻性能的檢測(cè)，是一個(gè)繞不過(guò)去的課題，通過(guò)耐火試驗(yàn)間接驗(yàn)證，本身牽扯材料本身、繞包工藝等其他復(fù)雜的因素，在材料廠家和電纜廠家之間存在相互扯皮推諉的隱患。

（2）帶絕緣的材料選型要完善描述。在JG/T 313- 2014關(guān)于帶絕緣的材料要求，要求應(yīng)適合電纜的“運(yùn)行溫度”，并和電纜絕緣材料相容，在標(biāo)準(zhǔn)中似乎通篇沒(méi)有出現(xiàn)表征“運(yùn)行溫度”數(shù)值。因此在帶絕緣和芯絕緣的用材上出現(xiàn)了界定不明的隱患，描述太過(guò)模糊，導(dǎo)致帶絕緣的設(shè)計(jì)千奇百怪，花樣迭出。

（3）“銅護(hù)套完整性試驗(yàn)”，對(duì)非擠包型絕緣體系來(lái)說(shuō)，應(yīng)該列為例行試驗(yàn)項(xiàng)目，而不僅是型式試驗(yàn)項(xiàng)目。在JG/T 313-2014中，銅護(hù)套波紋管的密封性是通過(guò)“銅護(hù)套完整性”試驗(yàn)方法來(lái)驗(yàn)證的，但檢驗(yàn)類(lèi)型選擇不對(duì)。幾乎可以講，銅管焊接出現(xiàn)漏焊是個(gè)常見(jiàn)的工藝性問(wèn)題，對(duì)焊縫的密封性進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)該是一個(gè)例行檢查的行為，“銅護(hù)套完整性”試驗(yàn)項(xiàng)目列為型式試驗(yàn)項(xiàng)目，如圖9所示，進(jìn)而規(guī)避試驗(yàn)過(guò)程的繁瑣，是一種不科學(xué)、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男袨椤Ｍ瑫r(shí)，為考察銅護(hù)套在安裝過(guò)程是否出現(xiàn)破損或開(kāi)裂，在電纜安裝完畢后，同樣應(yīng)在電纜兩端之間，按JG/T 313-2014中同樣的方法，進(jìn)行銅護(hù)套波紋管的完整性試驗(yàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)YTTW 型高性能耐火電纜從材料選型、“無(wú)水分析出”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程控制、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目完善等幾個(gè)因素，對(duì)產(chǎn)品“高性能”耐火試驗(yàn)合格率的影響因素及其糾正有效措施做了詳盡分析，提出產(chǎn)品帶絕緣應(yīng)采用與芯絕緣層耐溫等級(jí)一致的合成云母，成纜包帶層應(yīng)采用具有緩沖能力的干式無(wú)水分材料，同時(shí)增加了電纜本體和安裝后的金屬護(hù)套完整性的例行試驗(yàn)指標(biāo)，完善了帶絕緣繞包和金屬護(hù)套制造工藝。通過(guò)新的材料選型和工藝結(jié)構(gòu)改進(jìn)，經(jīng)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐表明，YTTW 型高性能耐火電纜的產(chǎn)品合格率顯著提升，降低了潛在的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)公安部.建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50016-2018[ S ].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2018.

[2]唐崇健.礦物絕緣電纜的特性及相關(guān)電氣規(guī)范的采用[J].電線電纜，2004（6）：10-13.

[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.額定電壓0. 6 / 1 kV 及以下金屬護(hù)套無(wú)機(jī)礦物絕緣電纜及終端：JG/ T 313 - 2014[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[4]刑本仁，寧國(guó)昕，楊震球，等.礦物絕緣電纜[M].北京：華夏出版社，1997.

[5]中國(guó)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).以云母為基的絕緣材料第10部分：耐火安全電纜用云母包帶：GB/ T 5019. 10-2009[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[6]中國(guó)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).以云母為基的絕緣材料第2部分：試驗(yàn)方法：GB/ T 5019. 2-2009[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[7]British Standards Institution （BSI）. Test method for resistance tofire of cables required to maintain circuit integrity under fireconditions：BS 6387：2013[S]. London：BSI，2013.

[8]British Standards Institution （BSI）. Method for assessment of fireintegrity of large diameter power cables for use as components forsmoke and heat control systems and certain other active firesafety systems：BS 8491：2008[S]. London：BSI，2008.

[9]中國(guó)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).額定電壓1 kV（Um = 1. 2 kV）到35 kV（Um = 40. 5 kV）擠包絕緣電力電纜及附件第1部分額定電壓1 kV（Um = 1. 2 kV）到3 kV（Um = 3. 6kV）電纜：GB/ T 12706. 1-2020[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2020.

[10]中國(guó)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).在火焰條件下電纜或光纜的線路完整性試驗(yàn)第21部分：試驗(yàn)步驟和要求——額定電壓0. 6 / 1. 0 kV及以下電纜：GB/ T19216. 21—2003[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

第一作者簡(jiǎn)介：周建（1972-），男，江蘇揚(yáng)州人，大學(xué)本科，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)殡娋€電纜研發(fā)和制造，已發(fā)表論文4篇.

（編輯：王智圣）