高層建筑中壓電力電纜設計研究

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初中音樂隨著城市現代化進程加速，城市建筑越來越密集，為節約有限的土地資源，高層建筑已成為城市建筑發展的重要趨勢。中壓電力電纜是建筑供電系統中的重要環節。本文從結構設計和材料選用上著手，設計了一種高層建筑用低煙無鹵防火中壓電力電纜，以滿足高層建筑的電纜吊裝、低煙無鹵、阻燃、防火要求，同時也兼顧電纜載流設計。

１電纜性能要求

出于經濟角度考慮，高層建筑頂層用于安置輸配電設備。中壓電力電纜的功能就是將中壓電從樓外傳輸至高樓頂層，通過配電設備降壓到所需的電壓供各樓層使用［１］。中壓電力電纜采用垂直敷設方式，以高樓頂層為受力點，電纜其余部分均受力于頂點的拉力而懸掛在電纜井中，中間不受力，因此電纜結構需采用吊裝設計。近年來，由于線纜老化而導致短路、自燃等原因引起的電氣火災事故時有發生，造成人員和財物損失。為了在發生火災時給大樓人員爭取更為安全的逃生環境，線纜材料必須選擇低煙無鹵材料，同時中壓吊裝電纜還必須具備在火災時能夠持續為安防設施供電的能力，即防火性能。在受火前中壓吊裝電纜應具有良好的彎曲性能和散熱效果，以利于敷設安裝和提高電纜的載流能力，防止電纜因自身傳輸電能而產生的熱量造成提前老化。

２電纜結構設計和選材

２．１電纜整體結構設計

在查閱了一些關于高層吊裝電纜和中壓電纜的專利文獻后發現：ａ．在電纜結構設計時將高層吊裝要求和耐火性能分別考慮，未進行綜合考慮。ｂ．在設計耐火電纜結構時，僅僅考慮了在火災發生時，采用隔溫材料將火災產生的熱量阻擋在外邊的方法，但這樣的結構在電纜正常運行中阻礙了電纜導體因電流通過而產生熱量的往外散發，最終影響電纜的載流能力或電纜的使用壽命。

２．２中壓電力電纜單元結構設計

對于該電纜的中壓電力電纜單元導體、內屏蔽、絕緣、外屏蔽及金屬屏蔽的結構設計和制造工藝，各電纜廠家基本上一致，僅在導體材料或結構上有略微差異，本文對此就不再贅述。

２．３填充加強件結構設計和選材

填充加強件起承擔整根電纜重量的拉力件作用。常規電纜的做法是采用鋼絲鎧裝結構，但這樣的結構僅適合于微小落差的敷設環境。為滿足１５０ｍ及更高層建筑垂吊敷設要求，經過強度計算和結構設計，采用了將電纜的抗拉件設置在填充層內充當填充加強件，即在電纜的絕緣線芯成纜排列的間隙填充３根填充加強件，與絕緣線芯一起絞合成纜并采用包帶扎緊。這樣在吊裝張力作用下，填充加強件與線芯接觸面產生的壓力轉換成摩擦力而承擔著電纜的重力，增大兩者間摩擦力及整體性，大大提高了電纜整體抗拉強度，因而可以承受極大的拉力，同時也有利于提高電纜載流量。電纜的載流量可提高１５％～２５％，重量可減輕２５％～３５％，大大降低了電纜成本。填充加強件的弧面扇形承載體對電纜側壓力小，使電纜安全、可靠性好，其三邊承載獨立結構，降低了工藝生產難度，確保了電纜的高層吊裝功能。所設計的填充加強件可為在鋼絲繩或芳綸絲上擠出高強度聚烯烴材料形成的扇形填充條。為了避免交流輸電時的金屬渦流損耗，優化選擇了不產生電磁感應和渦流損耗的非金屬芳綸絲作為加強填充件的承力載體。

２．４隔離套、隔熱層的結構設計和選材

由于中壓防火電纜所采用的絕緣材料為交聯聚乙烯，從絕緣材料的耐溫性能考慮，其最高耐溫為２５０℃，因此必須要設置隔熱層，使電纜在火災中確保絕緣、導體的溫度控制在２５０℃以內。目前，隔熱層常規采用耐火無機包帶繞包再擠包高氧指數的低煙無鹵阻燃材料，或是在電纜纜芯外擠包高氧指數的阻燃磁化硅橡膠并繞包耐火無機包帶。上述兩種結構雖然都有一定的隔溫性能，但在受火前均對電纜的散熱性能產生了影響。為了設計一種既能確保電纜在受火前不影響電纜散熱或影響較小，又能在發生火災時迅速轉變為擋火隔熱層的電纜隔熱層，通過對相關公開技術的分析和電線電纜新材料的運用，采用了隔離套＋隔熱層（一種新型防火涂料）的形式。隔離套可提高電纜纜芯的整體性，也作為隔熱層的載體；隔熱層阻擋火焰或高溫對內層絕緣線芯和填充加強件的損壞。隔離套材料選用氧指數不小于３０的低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料。隔熱層選用的新型防火涂料由叔丙乳液水性材料添加各種防火阻燃劑、增塑劑等組成（細度≤８０μｍ、黏度≥９８Ｐａ?ｓ、表面干燥時間≤４ｈ、實際干燥時間≤８ｈ）。在沒遇火之前該防火涂料厚度只有０．５～０．８ｍｍ，受火時能生成均勻致密的海綿狀泡沫隔熱層，填充了隔離套與擋火層（連鎖鎧裝層）之間的間隙，有效地抑制、阻隔火焰的傳播與蔓延。這種隔離套＋隔熱層的結構既能保證火災發生時起到隔溫層的作用，又能在電纜正常運行的情況下不影響電纜的散熱，可以說是高層建筑用中壓電力防火電力電纜隔熱層的最佳結構形式。

２．５擋火層的結構設計和選材

擋火層的作用是將火焰的明火阻擋在電纜外部，不讓其火焰向電纜內部蔓延。目前，擋火層常規選用具有很高氧指數的磁化硅橡膠，但磁化硅橡膠需要足夠的厚度才能滿足耐火要求，且厚度會影響電纜的散熱功能，最終導致電纜的載流能力的下降。因此，該電纜擋火層采用了鋁合金帶連鎖鎧裝結構，鋁合金帶截面為“∽”形狀，圈圈相扣，厚度為０．５ｍｍ。該設計具有重量輕、彎曲性好、散熱效果佳的特點，有利于敷設安裝和提高電纜的載流能力，同時還具有一定的抗壓和抗拉特性，對吊裝電纜而言，具有更高的吊裝安全特性。\

２．６外護套的結構設計和選材

在電纜擋火層（連鎖鎧裝層）外擠包一層低煙無鹵聚烯烴護套，起到保護、防水作用。護套材料選用高氧指數的低煙無鹵阻燃聚烯烴護套料，確保護套具有低煙、無鹵、阻燃等效果，即使在發生火災時，因其煙、毒氣的開釋量極低，沒有侵蝕性，從而能給人員的逃生贏得寶貴時間。

３生產工藝流程和關鍵技術

按照設計要求確認高層建筑用低煙無鹵防火中壓電力電纜的生產工藝流程為：拉絲退火→圓形緊壓絞合→三層共擠→繞包金屬屏蔽→局放、耐壓試驗→成纜、填充、繞包→擠包隔離套→隔熱層→擋火層→擠包外護套→成品檢驗→包裝入庫。由于使用環境的特殊性，對高層建筑用低煙無鹵防火中壓電力電纜的結構尺寸、電氣性能、物理機械性能、防火阻燃性能等要求極為嚴格，因此對加工過程應提高精度控制，關鍵技術主要有：ａ．合理配模及優化擠塑機溫度分布，提高絕緣擠出質量；ｂ．填充加強件拉伸強度的控制；ｃ．填充加強件結構尺寸的控制；ｄ．防火涂料的噴涂的控制；ｅ．連鎖鎧裝層內徑的控制；ｆ．合理配模及優化擠塑機溫度分布，提高護套擠出質量。

４結束語

該高層建筑用低煙無鹵防火中壓電力電纜在設計和研制過程中，從結構設計、原材料選用到工藝控制，都充分考慮了使用特性，完全可以滿足高層建筑供電系統的特殊要求，可以說是一款為高層建筑供電系統量身定制的實用型電纜產品。

［參考文獻］

［１］朱中柱．高層建筑電纜防火綜述［Ｊ］．電線電纜，１９８４（５）：５２－５５．

［２］黃誠，潘樹超．中高壓防火電纜及其制備方法：２０１３１０７１８２７８．８［Ｐ］．２０１４－０３－１９．

作者:劉煒 單位:安徽華宇電纜集團有限公司