張 飛

（中國電力科學(xué)研究院有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引 言

20世紀(jì)80年代，艦船、軌道交通和核電等領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用無鹵阻燃電纜。無鹵阻燃電纜的絕緣材料主要選擇無鹵阻燃聚烯烴類材料，由氫氧化鎂和氫氧化鋁等無機(jī)物，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等組成復(fù)合的高填充體系。該材料為非阻燃的絕緣材料，如果長時(shí)間使用會造成不間斷吸水，從而大大降低絕緣性。基于此，要想確保電纜長期運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，必須保證其擁有良好的吸水性能。

1 重量法

對重量法而言，需要使電纜絕緣和護(hù)套吸水，增大其單位面積質(zhì)量后評估吸水特性。測試電纜吸水性能時(shí)，主要選擇無鹵阻燃電纜產(chǎn)品規(guī)范。相較于有一定無機(jī)填充的EPR，基本無填充的XLPE吸水量較小，同時(shí)，相較于低煙無鹵聚烯烴類材料，這兩種材料的吸水量明顯較低。IEC 60502-1-2005系列規(guī)范中，第一次明確了熱塑性低煙無鹵聚烯烴護(hù)套材料的運(yùn)用規(guī)范，并新增了額定電壓為1～3kV的無鹵阻燃電纜產(chǎn)品，從而進(jìn)一步普及該產(chǎn)品[1]?，F(xiàn)階段，只有額定電壓為1～3kV的無鹵阻燃電纜產(chǎn)品被人們列入了上述規(guī)范草案與有關(guān)技術(shù)文件中，沒有將電壓等級更高的低煙無鹵阻燃電纜納入其中。

2 電氣參數(shù)法

通常而言，電纜材料的介電常數(shù)大于2.1，小于5.0。而水的介電常數(shù)約為81，當(dāng)電纜材料出現(xiàn)吸水情況時(shí)，將進(jìn)一步增大電纜材料的電氣參數(shù)。電氣參數(shù)法依據(jù)上述原因試驗(yàn)電纜材料吸水前和吸水后的相關(guān)電氣參數(shù)，如介質(zhì)損耗角正切值和介電常數(shù)，能夠準(zhǔn)確呈現(xiàn)其吸水特性。這一試驗(yàn)方法具有較高的靈敏度。對于能夠適應(yīng)潮濕環(huán)境的電纜材料，可以選用電氣參數(shù)法進(jìn)行試驗(yàn)。電氣參數(shù)法要求產(chǎn)品符合以下規(guī)范內(nèi)容，即IEC 60092、IEEE 1580和ICEA S-73-532。其中，IEC 60092的具體規(guī)范內(nèi)容包括國際電工委員會船用電纜相關(guān)規(guī)范、美國艦船和石油平臺中運(yùn)用電纜材料應(yīng)依據(jù)IEEE 1580-2010規(guī)范、美國儀表控制電纜所用材料應(yīng)堅(jiān)持ICEA S-73-532規(guī)范。

以上三種產(chǎn)品規(guī)范內(nèi)容涉及了兩大類無鹵阻燃電纜。第一，絕緣線芯無需擁有阻燃特性的無鹵阻燃電纜。若絕緣線芯是不含有阻燃特性的產(chǎn)品，那么可選擇市場上售賣的XLPE或者以具有吸水性能的EPR作為絕緣材料。第二，絕緣線芯必須是通過燃燒試驗(yàn)的無鹵阻燃電纜。若絕緣線芯必須擁有阻燃特性，那么其不僅需要具備較高的電氣絕緣特性，而且需要具有優(yōu)良的阻燃特性，大大增加了產(chǎn)品研究與制造的技術(shù)難度。本文采用電氣參數(shù)法驗(yàn)證吸水性能時(shí)，主要選擇了自己配制的低煙無鹵阻燃材料，并制定了兩種方案。一種方案是選擇XLPE/XLPO復(fù)合絕緣體系制造電纜絕緣線芯，再測試電氣法吸水性能；另一種方案的絕緣線芯需符合IEEE 1580-2010、ICEA S-73-532中的相關(guān)內(nèi)容。但是，通過第一種方案研制的絕緣線芯無法通過VW-1垂直燃燒檢測，只能利用IEC 60332標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單根垂直燃燒檢測[2]。

3 擊穿法

當(dāng)無鹵阻燃材料受到潮濕環(huán)境的影響時(shí)，會不斷吸水，久而久之，失去了絕緣特性。在此期間，選擇無鹵阻燃材料的電氣絕緣結(jié)構(gòu)，會增加泄漏電流的可能性，甚至導(dǎo)致電纜擊穿，即擊穿法[3]。該種試驗(yàn)手段讓產(chǎn)品處于標(biāo)準(zhǔn)電壓之下，再檢測擊穿狀況與泄漏電流，以此評判產(chǎn)品的吸水性能。對于機(jī)車車輛電纜產(chǎn)品的考核，主要選擇擊穿法進(jìn)行測試。此試驗(yàn)手段的具體運(yùn)用必須遵循以下三種標(biāo)準(zhǔn)，分別為EN50264-3、EN50306-3和GB/T 12528-2008。歐洲規(guī)范EN50264-3中的試品為標(biāo)準(zhǔn)壁絕緣有護(hù)套多芯電纜，可以輕松通過檢測。歐洲規(guī)范EN50306-3中的電纜材料選擇多芯薄壁絕緣薄壁護(hù)套電纜，在試驗(yàn)環(huán)境中檢測電纜絕緣層泄漏電流的變化，相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是一天內(nèi)泄漏電流增值應(yīng)≤10%。由于薄壁絕緣具有較大的絕緣強(qiáng)度，無法借助擊穿法檢測產(chǎn)品質(zhì)量，因此可以根據(jù)泄漏電流的變化情況進(jìn)行檢測，進(jìn)而有效評估產(chǎn)品的吸水特性。相較于前兩個(gè)規(guī)范，GB/T 12528-2008主要選擇單芯電纜。具體實(shí)踐中，相關(guān)企業(yè)需要將一層比較薄的非阻燃隔離層添加到導(dǎo)體和電纜絕緣層。由于這層非阻燃材料的加入，提升了耐吸水性，并在一定程度上降低了產(chǎn)品的阻燃性能，因此企業(yè)在實(shí)踐過程中必須有效控制非阻燃隔離層的厚度。

4 機(jī)械物理法

機(jī)械物理法指將電纜護(hù)套運(yùn)用于潮濕環(huán)境或者浸水環(huán)境，檢測產(chǎn)品的機(jī)械物理性能，即評估其抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率等。但是，必須確保電纜護(hù)層材料具備一定的非吸水特性，機(jī)械物理性不會發(fā)生較大降解。該試驗(yàn)手段除了考核電纜的外護(hù)套外，還能夠檢測長期放置于潮濕環(huán)境或浸水環(huán)境的電纜的吸水性能。無鹵阻燃電纜是HD 21.14 S1:2003中明確指出的低壓軟電線類產(chǎn)品[4]。這一標(biāo)準(zhǔn)于2003年歐洲電工委員提出，明確了熱塑性無鹵絕緣與護(hù)套軟電纜的規(guī)范，主要選擇機(jī)械物理法檢測產(chǎn)品的吸水性能。在此基礎(chǔ)上，IEC TC/20建立了熱塑性低煙無鹵電線工作組，明確了對應(yīng)的項(xiàng)目組文件，即IEC TC 20/1368/NP。其中，無鹵阻燃電纜的絕緣材料選擇LSHF/D，護(hù)套材料選擇LSHF/ST1。此外，低煙無鹵熱塑性護(hù)套材料規(guī)范為JB/T 10707-2007。

通過比較發(fā)現(xiàn)，HD 21.14 S1:2003和IEC TC 20/1368/NP往往選擇熱塑性阻燃聚烯烴材料，并非聚氯乙烯護(hù)套料，非常重視吸水環(huán)境中熱塑性無鹵阻燃聚烯烴的機(jī)械物理性能變化情況。對此，相關(guān)人員必須高度重視草案中行業(yè)規(guī)范的修訂。本文依據(jù)這一草案選擇了4家電纜料企業(yè)生產(chǎn)的電纜護(hù)套料壓片和制樣，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，采用機(jī)械物理法檢測材料的吸水性能。從相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)現(xiàn)，一家電纜料企業(yè)的產(chǎn)品抗張強(qiáng)度變化率未達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，只有一家電纜料企業(yè)的產(chǎn)品完全滿足相關(guān)規(guī)范需求。由此可知，對于吸水性能的技術(shù)考核，我國一直依據(jù)JB/T 10707-2007規(guī)范，與HD 21.14 S1:2003、IEC TC 20/1368/NP標(biāo)準(zhǔn)具有較大技術(shù)差別[5]。

5 結(jié) 論

總而言之，高填充配方體系的無鹵阻燃電纜產(chǎn)品制作與探究中，存在一個(gè)比較嚴(yán)重的問題——吸水問題，受到了相關(guān)行業(yè)的廣泛關(guān)注。目前，已經(jīng)有生產(chǎn)企業(yè)研發(fā)了低填充體系無鹵阻燃材料，并將TPE類材料應(yīng)用于UL電子線、JCS無鹵線，將含苯環(huán)的阻燃材料應(yīng)用于薄壁電纜。大量實(shí)踐證明，高填充體系無鹵阻燃材料因易吸水而造成絕緣性能下降，低填充體系無鹵阻燃材料可以在極大程度上杜絕此類問題。同時(shí)，通過探究四種電纜吸水性能測試方式，發(fā)現(xiàn)低煙無鹵阻燃電纜的吸水量數(shù)值較低，使用非阻燃隔離層時(shí)必須控制其厚度，避免產(chǎn)品阻燃性能降低。雖然低填充體系無鹵阻燃材料在相關(guān)行業(yè)電纜產(chǎn)品中得到運(yùn)用，但未普及，需要相關(guān)工作人員進(jìn)一步推廣，使其得到廣泛運(yùn)用，提升企業(yè)效益。