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1、浅析不同类型防火电缆的载流量李 治 ， 任虹光， 曹永刚， 梁玉莹( 江苏亨通电力电缆有限公司，江 苏 苏 州 215234)摘要 : 在建筑消防设计领域，防火电缆越来越受到重视，但目前缺乏该类电缆载流量的研究，严重影响了选 型和推广应用。分析了三种不同类型防火电缆的结构特点，基于归一化原理研究了云母带 / 气隙复合绝緣热阻，测量了防火电缆常用材料的热阻系数，计算了不同类型防火电缆的载流量，并进行了对比分析。关键词：防火电缆；热阻；归一化原理；载流量中图分类号 :TM246. 9文献标识码： B文章编号 :16726901(2018)01名044-03The Brief Research of
2、 Fire Resistant Cables Current-CarryingCapacity for Different TypesLI Zhi, REN Hong-guang, CAO Yong-gang, LIANG Yu-ying(Jiangsu Hengtong Power Cable Co., Ltd., Suzhou 215234, China)Abstract：In the field of building fire protection design, fire resistant cables attracted more and more attention. The
3、lack of current-carrying capacity impeded the selection and promotion. This paper analyzed the structural characteris tics of three different types of fire resistant cables. Based on the normalization principle, the thermal resistance of mi ca ribbon / air gap composite insulation was researched. Th
4、e thermal resistance of materials commonly used in fire re sistant cables measurement were measured. The current carrying capacity of different types of fire resistant cable was calculated and analyzed together.Key words：fire resistant cables；thermal resistance；normalization principle；current carryi
5、ng capacity引 言近年来建筑领域一系列火灾事故的发生，给国家和人民带来了严重的生命财产损失，其中电气火灾占据很大比例，而电线电缆是引起电气火灾的重要来源，所以电线电缆的防火性能至关重要。防火电缆具有耐火焰灼烧、无卤低烟、安全可靠等特点，是火灾情况下安全等级最高的电缆。目前防火电缆有三种:氧化镁矿物绝缘电缆，金属护套无机矿物绝缘电缆，柔性矿物绝缘防火电缆。柔性矿物绝缘电缆具有工艺简单、弯曲性能好、敷设安装简便等优点，越来越受到用户和消防设计部门的关注。目前缺乏防火电缆载流量的研究，严重影响了设计选型和推广应用。本文对不同类型防火电缆的结构进行分析，测量了防火电缆常用材料的热阻系数，计算
6、了不同类型防火电缆的载流量，对防火电缆设计选型和推广应用具有重要参考意义。收稿日期 =2017-07-03作者简介 : 李 治 （ 1991 - ) ，男 ，助理工程师 .作者地址 : 江苏苏州市吴江区七都工业园 215234.防火电缆的分类不同类型防火电缆的结构如图1 所示：图 l a 为矿物绝缘电缆（BTTZ) ，导体采用铜导体，绝缘为灌装的氧化镁粉，拉制的铜金属管作为金属护套，金属护套外可挤包外护层;图l b 为金属护套无机绝缘电缆（YTTW) ，导体为二类绞合铜导体，绝缘采用氟金云母带绕包结构，外护层采用皱纹铜护套，皱纹铜护套外可挤包低烟无卤外护套;图l c 为新型柔性矿物绝缘电缆（B
7、BTRZ) ,导体为二类绞合铜导体，绝缘采用陶瓷化聚烯烃挤包结构，隔氧层为陶瓷化聚烯烃材料，外护套采用低烟无卤阻燃聚烯烃。2载流量计算对于低压防火电缆，可忽略介质损耗因数和屏蔽损耗因数，因无铠装结构，铠装损耗因数为,因此三芯柔性矿物绝缘电缆载流量的公式可以简化为13:_(K_ 0_( 1)3R( + T2 + T3 + T4)其中:R = R(l+ Ys+ Fp)a) BTTZb) YTTWc) BBTRZ图 1 不同类型防火电缆结构图式 中为单根导体流过的额定电流（A ) ; 为导体最高额定温度（K ) 为环境温度（K ) 为最高额定温度下导体单位长度的交流电阻（fl/m) 为最高额定温度下
8、导体单位长度的直流电阻（fl/m) ;7 为绝缘层热阻（K *m/W) ;r 2 为电缆内护套热阻（K - m/w );r 3 为电缆外护层热阻（IOm/W) ; 为电缆外部热阻(IOm/W) ;Fs、Fp 分别为集肤效应因数和临近效应因数。绝 缘 热 阻 、内护套热阻 r 2 和外护套热阻 r 3 由电缆结构和材料特性决定，基本不随温度变化，其计算公式如下：算 值时的常数值，取值和电缆敷设排列有关，对于单根电缆敷设，z = 0. 62，E = 0. 95，g = 0. 25;仏为电缆外径（m)为电缆表面温度和环境温度之间的差值（K ) 。(八1/4采用迭代法计算5:Ka = nDeh( Tx
9、 + T2 + T3)( 6 )(A以zA 沒：、I/4( V )式中， 为导体温度对环境温度的允许温升（K ) ，令（1/4的初值为2 并反复迭代至：(As) - (As) f 0.001(8)一般迭代4 6 次可确定（A R )1/4的值Q3多层绕包结构热阻研究YTTW防火电缆的绝缘层由多层云母带重叠绕包而成，相邻带材之间会有气隙。 由于密闭气隙的热 阻 系 数 很 高 ，达到 3 5 40 IOm/W，会大大降低电缆导热性能，从而降低电缆载流量，因此气隙对载流量的影响不可忽略。本文采用热阻归一化原理对云母带/气隙的多层热阻复合模型进行简化，即根据云母带和气隙的体积占比，将云母带和气隙分别
10、归并到内层和外层#如图 2 所示。式中：pT为材料热阻系数（K *m/W) 为该结构计算直径（mm) ;d 为该结构前（不含此结构厚度）计算直径(mm) 0目前行业内对绝缘、护套材料的热阻系数研究较少，为了提高防火电缆载流量计算的准确度，采用激光导热仪对不同层材料的热阻系数进行了测量。实验仪器型号为耐驰LFA447,测试温度90 C ，试样厚度为 2 mm左右，测试结果如表1 所示。表 1防火电缆各层材料热阻系数（单位: K m/W)玻璃 纤 维 带 氟金云母带 陶瓷化聚烯烃绝缘隔氧层低 烟 无 卤 聚 烯 烃 护 套图 2 云母带/气隙多以绕包结构热阻归一化处理云 母带填充系数为：7 =/
11、M/ p 2x x 100%(9)5. 885. 022 .792. 631.58式 中 : 为 导 体 半 径 （mm) ;/?3 为绝缘线芯半 径敷设于静止空气中电缆的外部热阻7；的计算(mm) 为单位长度缆芯云母带的重量（g/m) ;p为云母带密度（g/mm3) 。公式如下4:归一化后云母带层等效半径A 为：1T,irDe h ( A s) R2 = Vv(R23 - 圮）+ R2!(10)hZ+ E(5)云母带层和气隙的热阻串联相加即为绝缘层热(DJ阻乃，如下式所示：式中 4为散热系数（W/m2K5/4) ，对于裸铜护套电2 .Pj缆取 0. 为敷设于空气中黑色表面电缆计4载流量对比分
12、析假设条件如下：（1) BTTZ，金属套温度70 C ，环境温度 30 C ,单芯电缆采用三根平行紧挨敷设，三芯电缆单根独立敷设，载 流 量 数 据 引 用 GB/T 16895. 152002建筑物电器装置第五部分电 器设备的选择和安装；（2 ) YTTW和 BTTRZ，导体温度 90 C ，环境温度40 C ，单芯电缆采用三根平行紧挨敷设，三芯电缆单根独立敷设；（3 ) YJV ，导体温度 90 C ，环境温度40 C ，单芯电缆采用三根平行紧挨敷 设，三芯电缆单根独立敷设，载流量数据引用参考文献 3。不同类型防火电缆载流量对比结果如表 2 所示由表2 可知：（1)对于单芯电缆，BBTRZ
13、载流量优于 BTTZ和 YTTW,略低于普通低压电缆Y JV ;(2) 对于三芯电缆，BTTZ和 BBTRZ载流量优于 YTTW,与 Y J V 电缆基本相同；（3)综合比较，单芯 BTTZ和BBTRZ电缆载流量优于YTTW电缆，多芯电缆载流量 BBTRZ BTTZ YTTW,单芯和三芯 BBTRZ载流量 均接近Y JV ,可按 Y JV 进行电缆选型。原因分析：（1 ) BTTZ绝缘为多孔无机结构，不利于热量散出，且裸铜护套的散热系数较低；（2 ) YTTW绝缘为绕包云母带结构，密闭气隙的高热阻特性阻碍了热量的散失，其载流量较低；（3 ) BBTRZ的绝缘、隔氧层和护套材料热阻系数较小，挤包
14、结构无气隙，有利于散热，因此其载流量较高。表 2不同类型防火电缆载流量对比导体截面单芯电缆载流量 / A三芯电缆载流量 / ABTTZYTTWBBTRZYJVBTTZYTTWBBTRZYJV/m m 2450/750 V0. 6/1 kV450/750 V0. 6/1 kV1.526193130221523202 .534254041302030284453352544026403765743656851345047107762919369487165161028311912092639384251321121541551208312211035161138187195147101148135
15、501981712242351821161781707024121828029522314522421595289275343370267177275265120331321396430308204319310150377370452495352230365350185426428520570399-420405240498515619680466-500480300-597714790-575555400-669834920-6676405结束语通过载流量计算和对比分析，柔性矿物绝缘防火电缆的绝缘、隔氧层和护套材料热阻系数较小，挤包结构无气隙，有利于散热，其载流量高于传统的氧化镁矿物绝缘电缆
16、和金属护套无机矿物绝缘电缆，与普通的低压电力电缆基本相同。参考文献： 1 JB/T 10181. 1-62000电缆载流量计算S . 2 JB/T 313 2 14额定电压 0.6/lk V 及以下金属护套无机矿物绝缘电缆及终端S . 3 马国栋电线电缆载流量M.北京：中国电力出版社，23 . 4 卓金玉电力电缆设计原理M北京:机械工业出版社，1999. 5 任虹光，沈智飞，刘浩，等核电站用1E 级电缆热老化寿命研究 J 电线电缆，2016(2) :21-25.电线电缆编辑部声明| 本刊已许可中国学术期刊（光盘版）电子杂志社在中国知网及其系列数据库产品中以数字化方式复制、汇编、发行、+ j信息网络传播本刊全文 。 同时，本刊已在 “万方数据 -数字化期刊群 ”全文上网，被中国核心期刊（遴选）数据库、中 国 j j 学术期刊综合评价数据库和中国科技期刊数据库（全文版）全文收录 。该社著作权使用费与本刊稿酬一并支付 。作 者 + +向本刊提交文章发表的行为即视为同意上述声明 。