毕业设计-耐火电缆设计

耐火电缆论文1绪论在当今的工业化社会里，能源和信息是社会的两大支柱，而无论是电能还是信息的传输；都离不开电线电缆。随着社会的发展，科技的进步，众多的电厂、冶金企业、石化企业向大型集团化方向发展，高层建筑、公共娱乐场所、地铁及地下街道等不断涌现，其用电量与日俱增，电线电缆的品种及用量也相应增加。电线电缆既可输配电能、传递信息，又是易引起火灾的“导火线”，存在着利与弊问题，为此对电线电缆阻燃耐火性能提出了更高的要求。为提高电气线路的安全水平，电缆的阻燃问题越来越引起人们的关注。电缆的阻燃化已成为线缆行业的一个综合性发展方向。在70年代初一些工业发达的国家已开发了阻燃聚氯乙烯电缆，在阻止火灾蔓延方面取得了重大进展。然而，阻燃系列的电缆仅使燃烧局限于一定范围内，在实际发生火灾时电缆燃烧时不能通电。但许多重要场合万一发生火灾时，人员疏散。通道的照明，防火报警装置，自动消防设施以及其它应急设备，都要求在火灾发生时电缆能保持在规定时间内的正常通电。因此，人们研制出耐火电缆。火灾给人类社会带来的惨重损失是严重的。这就要求耐火电缆在火焰燃烧情况下，仍能保持一定时间内维持运行，以使线路畅通，及时报警，信号灯显示导引、疏散群众，并使消防电梯、水泵及排烟装置在事故状态下能持续运行。因此，要研制适应不同耐火等级的耐火电线电缆以满足市场需要。然而伴随着耐火电缆的出现，却出现了“耐火电缆到底要不要阻燃的问题？”提出这个问题，也许有人觉得荒唐。其实不然。见到有些厂的产品样本中，把耐火电缆分为不阻燃的和阻燃的两种型号，使人不得其解。于是乎提出，耐火电缆到底要不要阻燃的问题。主张耐火电缆不需要阻燃的意见是：耐火电缆的耐火性主要是依靠导体外面绕包的云母带，即使绝缘和护套很快烧光了，电缆仍然能保持通电。所以耐火电缆的绝缘和护套根本不需要具有阻燃性。还有的认为，只有在敷设了阻燃电缆的线路中才使用阻燃耐火电缆，而在普通非阻燃电缆线路中，没有必要使用阻燃耐火电缆。这种观点是否正确，至今也没有人出来澄清过。众所周知，耐火电缆燃烧试验合格的重要条件之一是供火时间。如果电缆的绝缘和护套很快就被烧光了，就全靠云母带来承担绝缘作用。万一云母带的质量有点问题或者电缆制造工艺不够完善，那么这个云母绝缘层的绝缘效果，也不可能一直保持到规定的时间。在2003年全国电缆行业大会上。日本unicar公司在介绍环保型电缆材料时指出：耐火电缆应尽量延长燃烧时间，火焰蔓延速度要慢，并且体积电阻要小。这种说法是符合电缆工程实践的。延长电缆的燃烧时间、减缓电缆燃烧时火焰的蔓延速度，尽量延长耐火电缆的工作时间，这正是消防救援的需要。因此，无论从哪一方面来看，耐火电缆都应当采用阻燃绝缘和护套。否则，所谓的耐火电缆只能是一个幌子而已。故而，所谓的耐火电缆就是不但要达到线芯耐火要求，更应该保证绝缘和护耐火电缆论文2套的阻燃性能，不然所谓的耐火不仅不耐火还不会阻燃了，在此我们就讨论一下真正可以称得上的耐火电缆也既是阻燃耐火电缆。阻燃耐火电缆在耐火方面：应当保证不易着火致完全烧毁．在火灾中及火灾后尚能继续工作，保证救火过程中的用电需要；在阻燃方面：即在燃烧状态下能够降低火焰的蔓延速度，用成束电缆燃烧试验来考核。应当保证单根电缆垂直燃烧时可阻止火焰蔓延，火焰移去后会自动熄灭。耐火电缆论文3第1章设计原理及总体思路1.1序言此次所设计电缆为阻燃耐火控制电缆，以450/750V电压等级的ZN—KVV为例。即在满足一般的使用特性条件下还应达到特定的技术指标。对于产品一般的使用特性容易达到，而对于特别要求的耐火阻燃特性则需要通过一定的结构和工艺来实现。1.2产品使用特性1.2.1工作温度电缆导体的长期允许工作温度为70℃。1.2.2敷设温度电缆的敷设温度应不低于0℃。1.2.3弯曲半径推荐的允许弯曲半径：本电缆，应不小于电缆外径的6倍。1.2.3耐压试验交流耐压试验试验电压为3000V，施压时间为5min.1.3电缆应达到的技术指标1.3.1耐火指标耐火指标按GB/T19216.21-2003在火焰条件下电缆和光缆的完整性试验第21部分：实验步骤和要求---额定电压0.6/1kV及以下电缆。该试验应使用在GB/T19216.11中详细说明的试验装置完成试验步骤。熔断器应符合GB13539.5规定的DII型，允许使用具有等效特性的熔断器代替。注意调节喷灯到正确的位置，在靠近变压器的试样一端，把中性导体和所有保护导体接地。点燃喷灯，把丙烷和空气流量调节到验证步骤（见GB/T19216.11）中得到的数值。试验应按给定的供火时间持续进行（供火时间应在相关的电缆标准中规定。如果没有，推荐供火时间为90min。），之后应熄灭火焰，但应对电缆试样继续供电耐火电缆论文415min。即总的试验时间应为供火时间加上15min的冷却时间。参照试验步骤，具有保持线路完整性的电缆，只要在试验过程中：—保持电压，即没有一个熔断器或断路器断开；—导体不断，即灯泡一个也不熄灭。即为合格。如果试验失败，根据有关标准的要求应另取两根试样进行试验。如果两个都符合试验要求，则应认为试验合格。1.3.2阻燃指标阻燃指标应符合GB/T18380.3-2001电缆在火焰条件下的燃烧试验第3部分：成束电线或电缆的燃烧试验方法之A类阻燃要求；一般来讲，通常有很多根电线电缆成束敷设，那么相对于多根电线电缆明线垂直敷设情况来说．由于所谓的“烟囱通道通风效应”，变得更加容易延燃。因此我们对该电线电缆阻燃性的评定采用的是通过成束垂直燃烧试验，成束电线或电缆燃烧试验方法：电缆在实际使用场合经常是集束敷设的，因此评价成束敷设的电缆的阻燃性能更具有具体的意义，成束电线或电缆燃烧试验是一种模拟实际使用状况的大型的试验方法，专门用来评价成束敷设的电缆的阻燃性能，该试验方法的国家标准为GB/T18380.3-2001，等同于IEC60332.3-1992（IEC最新版2001年版）。其他指标按GB9330标准要求。1.4设计原理及总体思路为了达到指标，在尽量节约创效益的基础上，对电缆结构进行设计，对所用材料进行合适的选择，对工艺严格要求。1.4.1设计原理根据国标采用4×2.5铜导体结构，重迭外绕三层合成云母带，并在其外围绕包一层聚脂薄膜，以牢固云母带。四芯导体绞合后以阻燃PP带填充，高阻燃涂胶玻璃布带作包带。绝缘以及护套均采用高阻燃PVC材料。在此主要为了达到阻燃耐火要求，更为达到A类阻燃试验，则选择合成云母而不选金云母或白云母，选择高阻燃涂胶玻璃布带而放弃阻燃玻璃布带，绝缘和护套上也应相应选择高阻燃原料取代普通级阻燃料。1.4.2总体思路本文首先对原材料性能叙述，根据技术指标，结合结构设计，进行最后选择。进而通过计算对设定的结构尺寸进行验证，来证实所设计结构在电性能、物理机械性能方面是符合相关要求的。耐火电缆论文51.5本章小结本章简单介绍了设计原理和总体思路，在实际生产中应注意阻燃和和耐火试验的操作，注意使用的设备。根据截面的不同选择而选择不同的根数进行试验，并注意同B类、C类试验不同之处。耐火电缆论文6第2章原材料的选择及结构设计2.1引言材料选择什么，结构怎样设计对电缆至关重要，材料选择不当，结构设计不合适不仅会影响产品的性能，即使产品达到指标，也有可能会造成材料的浪费。材料选择正确，结构设计合理，则会达到预期目标，也会给厂家带来效益。2.2导体导体为什么选用铜？铜有哪些特点？导体结构怎样选择？2.2.1铜导体特点铜是电线电缆工业的重要材料，主要用作电线电缆的导体，其主要特点如下：2.2.1.1导电性好，仅次于银而处于第二位。2.2.1.2导热性好，仅次于银、金而处于第三位，导热率为78％。2.2.1.3塑性好，在加工时，首次加压力加工量可达30％--40％。2.2.1.4耐腐蚀性较好，与盐酸或稀硫酸作用甚微。铜在干燥中具有较好的耐腐蚀性，但在潮湿的空气中易生成有毒的铜绿2.2.1.5易于焊接。2.2.1.6力学性能较好，有足够的抗拉强度和拉伸率。2.2.2导体要求导体表面要光洁、无油污、无损伤、绝缘的毛刺、锐边以及凸起或断裂单线。2.3.3导体结构及尺寸参照GB／T3956根据设计电缆指标要求导体采用第一种实心导体即单根不镀锡铜导体。并确定设计电缆导体结构及尺寸大小，参见：表（1）、（2）、（3）、（4）。表（1）单芯或多芯电缆用第一种实心导体标称截面㎜220℃时导体最大电阻Ω／㎞圆铜导体不镀金属镀金属0.50.7511.536.024.518.112.136.724.818.212.2耐火电缆论文72.546··7.414.613.08··7.564.703.11··表（2）导体结构标称截面㎜导体结构20℃时导体电阻Ω／㎞不大于种类根数／单线标成直径㎜不镀锡镀锡0.50.750.750.751.01.01.01.51.51.52.52.52.544661031231231231231212216／0.201／0.977／0.3724／0.201／1.137／0.4332／0.201／1.387／0.5230／0.251／1.787／0.6850／0.251／2.257／0.851／2.767／1.047／1.3539.024.524.526.018.118.119.512.112.113.37.417.417.984.614.613.083.081.8340.124.824.826.718.218.220.012.212.213.77.567.568.214.704.703.113.111.84表（3）电缆规格型号额定电压V导体标称截面0.50.751.01.52.54610芯数KVV450∕750——2～612～142～10耐火电缆论文8表（4）KVV型450/750V铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套控制电缆结构及外形尺寸芯数×标称截面㎜2导体种类绝缘标称厚度㎜护套标称厚度㎜平均外径㎜70℃最小绝缘电阻MΩ·㎞下限上限2×0.75······3×1.0······4×0.75······4×1.54×2.54×2.5··1······2······1······212··0.6······0.6······0.6······0.70.80.8··1.2······1.2······1.2······1.21.21.2··6.4······7.2······7.2······9.010.010.0··8.0······9.2······9.0······11.512.013.0··0.012······0.013······0.012······0.0100.0100.009··为达到要求技术指标，参照GB／T3956及GB9330而确定电缆导体材料、导体结构和相关技术要求。在进行耐火云母层绕包前，使用导体清刷装置，清除导体表面的铜屑，消除了铜屑对耐火云母层的刺破损失作用，减少耐火云母带电压击穿的可能性，提高高温燃烧时的绝缘电阻。2.3耐火层（云母带）大多数电缆在燃烧过程中和燃烧结束后，其灰烬仍有一定的绝缘性能，但遇到震动时，绝缘灰烬便脱落。基于上述原因，越来越多的电缆采用高云母含量、高质量的云母带。试验证明，只有选用高质量云母带并采用适当的电缆结构和生产工艺才能保证电缆通过阻燃耐火试验。2.3.1三种云母云母是一种天然矿物质，由于其出色的介电性能、热稳定性、辐射稳定性和化学稳定性，云母一直被列为电气领域最佳的绝缘材料之一。天然云母分白云母、金云母两种。白云母的化学成份为铝一钾硅酸盐，金云母为铝一钾一镁硅酸盐。其本质为具有片状结构矿物质。经过特殊的热处理、化学处理和机械加工可将云耐火电缆论文9母矿石浆化，并制成云母纸。合成云母是指以氟离子替代羟基人工合成而制得的云母。氟金云母与天然云母相比，其高温下电气绝缘性能较好，但硬度较高，氟金云母的莫氏(mohs)硬度为3．4，而天然云母为2．5。三种云母材料的物理电气特性如表（5）所示表（5）三种云母特性特性白云母金云母氟金云母密度／（／㎝3）2.7～2.92.7～2.852.78～2.85硬度（莫氏）2.82.53.4熔