高层建筑中压电力电缆设计研究

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初中音乐随着城市现代化进程加速，城市建筑越来越密集，为节约有限的土地资源，高层建筑已成为城市建筑发展的重要趋势。中压电力电缆是建筑供电系统中的重要环节。本文从结构设计和材料选用上着手，设计了一种高层建筑用低烟无卤防火中压电力电缆，以满足高层建筑的电缆吊装、低烟无卤、阻燃、防火要求，同时也兼顾电缆载流设计。

１电缆性能要求

出于经济角度考虑，高层建筑顶层用于安置输配电设备。中压电力电缆的功能就是将中压电从楼外传输至高楼顶层，通过配电设备降压到所需的电压供各楼层使用［１］。中压电力电缆采用垂直敷设方式，以高楼顶层为受力点，电缆其余部分均受力于顶点的拉力而悬挂在电缆井中，中间不受力，因此电缆结构需采用吊装设计。近年来，由于线缆老化而导致短路、自燃等原因引起的电气火灾事故时有发生，造成人员和财物损失。为了在发生火灾时给大楼人员争取更为安全的逃生环境，线缆材料必须选择低烟无卤材料，同时中压吊装电缆还必须具备在火灾时能够持续为安防设施供电的能力，即防火性能。在受火前中压吊装电缆应具有良好的弯曲性能和散热效果，以利于敷设安装和提高电缆的载流能力，防止电缆因自身传输电能而产生的热量造成提前老化。

２电缆结构设计和选材

２．１电缆整体结构设计

在查阅了一些关于高层吊装电缆和中压电缆的专利文献后发现：ａ．在电缆结构设计时将高层吊装要求和耐火性能分别考虑，未进行综合考虑。ｂ．在设计耐火电缆结构时，仅仅考虑了在火灾发生时，采用隔温材料将火灾产生的热量阻挡在外边的方法，但这样的结构在电缆正常运行中阻碍了电缆导体因电流通过而产生热量的往外散发，最终影响电缆的载流能力或电缆的使用寿命。

２．２中压电力电缆单元结构设计

对于该电缆的中压电力电缆单元导体、内屏蔽、绝缘、外屏蔽及金属屏蔽的结构设计和制造工艺，各电缆厂家基本上一致，仅在导体材料或结构上有略微差异，本文对此就不再赘述。

２．３填充加强件结构设计和选材

填充加强件起承担整根电缆重量的拉力件作用。常规电缆的做法是采用钢丝铠装结构，但这样的结构仅适合于微小落差的敷设环境。为满足１５０ｍ及更高层建筑垂吊敷设要求，经过强度计算和结构设计，采用了将电缆的抗拉件设置在填充层内充当填充加强件，即在电缆的绝缘线芯成缆排列的间隙填充３根填充加强件，与绝缘线芯一起绞合成缆并采用包带扎紧。这样在吊装张力作用下，填充加强件与线芯接触面产生的压力转换成摩擦力而承担着电缆的重力，增大两者间摩擦力及整体性，大大提高了电缆整体抗拉强度，因而可以承受极大的拉力，同时也有利于提高电缆载流量。电缆的载流量可提高１５％～２５％，重量可减轻２５％～３５％，大大降低了电缆成本。填充加强件的弧面扇形承载体对电缆侧压力小，使电缆安全、可靠性好，其三边承载独立结构，降低了工艺生产难度，确保了电缆的高层吊装功能。所设计的填充加强件可为在钢丝绳或芳纶丝上挤出高强度聚烯烃材料形成的扇形填充条。为了避免交流输电时的金属涡流损耗，优化选择了不产生电磁感应和涡流损耗的非金属芳纶丝作为加强填充件的承力载体。

２．４隔离套、隔热层的结构设计和选材

由于中压防火电缆所采用的绝缘材料为交联聚乙烯，从绝缘材料的耐温性能考虑，其最高耐温为２５０℃，因此必须要设置隔热层，使电缆在火灾中确保绝缘、导体的温度控制在２５０℃以内。目前，隔热层常规采用耐火无机包带绕包再挤包高氧指数的低烟无卤阻燃材料，或是在电缆缆芯外挤包高氧指数的阻燃磁化硅橡胶并绕包耐火无机包带。上述两种结构虽然都有一定的隔温性能，但在受火前均对电缆的散热性能产生了影响。为了设计一种既能确保电缆在受火前不影响电缆散热或影响较小，又能在发生火灾时迅速转变为挡火隔热层的电缆隔热层，通过对相关公开技术的分析和电线电缆新材料的运用，采用了隔离套＋隔热层（一种新型防火涂料）的形式。隔离套可提高电缆缆芯的整体性，也作为隔热层的载体；隔热层阻挡火焰或高温对内层绝缘线芯和填充加强件的损坏。隔离套材料选用氧指数不小于３０的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料。隔热层选用的新型防火涂料由叔丙乳液水性材料添加各种防火阻燃剂、增塑剂等组成（细度≤８０μｍ、黏度≥９８Ｐａ•ｓ、表面干燥时间≤４ｈ、实际干燥时间≤８ｈ）。在没遇火之前该防火涂料厚度只有０．５～０．８ｍｍ，受火时能生成均匀致密的海绵状泡沫隔热层，填充了隔离套与挡火层（连锁铠装层）之间的间隙，有效地抑制、阻隔火焰的传播与蔓延。这种隔离套＋隔热层的结构既能保证火灾发生时起到隔温层的作用，又能在电缆正常运行的情况下不影响电缆的散热，可以说是高层建筑用中压电力防火电力电缆隔热层的最佳结构形式。

２．５挡火层的结构设计和选材

挡火层的作用是将火焰的明火阻挡在电缆外部，不让其火焰向电缆内部蔓延。目前，挡火层常规选用具有很高氧指数的磁化硅橡胶，但磁化硅橡胶需要足够的厚度才能满足耐火要求，且厚度会影响电缆的散热功能，最终导致电缆的载流能力的下降。因此，该电缆挡火层采用了铝合金带连锁铠装结构，铝合金带截面为“∽”形状，圈圈相扣，厚度为０．５ｍｍ。该设计具有重量轻、弯曲性好、散热效果佳的特点，有利于敷设安装和提高电缆的载流能力，同时还具有一定的抗压和抗拉特性，对吊装电缆而言，具有更高的吊装安全特性。\

２．６外护套的结构设计和选材

在电缆挡火层（连锁铠装层）外挤包一层低烟无卤聚烯烃护套，起到保护、防水作用。护套材料选用高氧指数的低烟无卤阻燃聚烯烃护套料，确保护套具有低烟、无卤、阻燃等效果，即使在发生火灾时，因其烟、毒气的开释量极低，没有侵蚀性，从而能给人员的逃生赢得宝贵时间。

３生产工艺流程和关键技术

按照设计要求确认高层建筑用低烟无卤防火中压电力电缆的生产工艺流程为：拉丝退火→圆形紧压绞合→三层共挤→绕包金属屏蔽→局放、耐压试验→成缆、填充、绕包→挤包隔离套→隔热层→挡火层→挤包外护套→成品检验→包装入库。由于使用环境的特殊性，对高层建筑用低烟无卤防火中压电力电缆的结构尺寸、电气性能、物理机械性能、防火阻燃性能等要求极为严格，因此对加工过程应提高精度控制，关键技术主要有：ａ．合理配模及优化挤塑机温度分布，提高绝缘挤出质量；ｂ．填充加强件拉伸强度的控制；ｃ．填充加强件结构尺寸的控制；ｄ．防火涂料的喷涂的控制；ｅ．连锁铠装层内径的控制；ｆ．合理配模及优化挤塑机温度分布，提高护套挤出质量。

４结束语

该高层建筑用低烟无卤防火中压电力电缆在设计和研制过程中，从结构设计、原材料选用到工艺控制，都充分考虑了使用特性，完全可以满足高层建筑供电系统的特殊要求，可以说是一款为高层建筑供电系统量身定制的实用型电缆产品。

［参考文献］

［１］朱中柱．高层建筑电缆防火综述［Ｊ］．电线电缆，１９８４（５）：５２－５５．

［２］黄诚，潘树超．中高压防火电缆及其制备方法：２０１３１０７１８２７８．８［Ｐ］．２０１４－０３－１９．

作者:刘炜 单位:安徽华宇电缆集团有限公司