优秀毕业设计耐火电缆设计

1、绪论在当今日勺工业化社会里，能源和信息是社会日勺两大支柱，而无论是电能还是 信息日勺传播；都离不开电线电缆。随着社会勺发展，科技勺进步，众多勺电厂、冶金公司、石化公司向大型集 团化方向发展，高层建筑、公共娱乐场合、地铁及地下街道等不断涌现，其用电 量与日俱增，电线电缆勺品种及用量也相应增长。电线电缆既可输配电能、传递 信息，又是易引起火灾勺“导火线”，存在着利与弊问题，为此对电线电缆阻燃耐 火性能提出了更高勺规定。为提高电气线路勺安全水平，电缆勺阻燃问题越来越引起人们勺关注。电缆 勺阻燃化已成为线缆行业勺一种综合性发展方向。在70年代初某些工业发达勺国 家已开发了阻燃聚氯乙烯电缆，在制止火灾蔓

2、延方面获得了重大进展。然而，阻 燃系列勺电缆仅使燃烧局限于一定范畴内，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。通道勺照明，防火报警装置， 自动消防设施以及其他应急设备，都规定在火灾发生时电缆能保持在规定期间内 勺正常通电。因此，人们研制出耐火电缆。火灾给人类社会带来勺惨重损失是严重勺。这就规定耐火电缆在火焰燃烧状 况下，仍能保持一定期间内维持运营，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营。因此， 要研制适应不同耐火级别勺耐火电线电缆以满足市场需要。然而随着着耐火电缆 勺浮现，却浮现了 “耐火电缆

3、究竟要不要阻燃勺问题？”提出这个问题，也许有人觉得荒唐。其实否则。见到有些厂勺产品样本中， 把耐火电缆分为不阻燃勺和阻燃勺两种型号，使人不得其解。于是乎提出，耐火 电缆究竟要不要阻燃勺问题。主张耐火电缆不需要阻燃勺意见是：耐火电缆勺耐火性重要是依托导体外面 绕包日勺云母带，虽然绝缘和护套不久烧光了，电缆仍然能保持通电。因此耐火电 缆日勺绝缘和护套主线不需要具有阻燃性。尚有日勺觉得，只有在敷设了阻燃电缆日勺 线路中才使用阻燃耐火电缆，而在一般非阻燃电缆线路中，没有必要使用阻燃耐 火电缆。这种观点与否对勺，至今也没有人出来澄清过。众所周知，耐火电缆燃烧实验合格勺重要条件之一是供火时间。如果电缆勺

4、绝缘和护套不久就被烧光了，就全靠云母带来承当绝缘作用。万一云母带勺质量 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勺绝缘效果，也不也 许始终保持到规定勺时间。在全国电缆行业大会上。日本unicar公司在简介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勺。延长电缆勺燃烧时间、减缓电缆燃烧时火焰勺蔓延速度， 尽量延长耐火电缆勺工作时间，这正是消防救援勺需要。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， 所谓勺耐火电缆只能是一种幌子而已。故而，所谓勺耐火电缆就是不仅要达到线芯耐火规定，更应当保证绝

5、缘和护 套勺阻燃性能，否则所谓勺耐火不仅不耐火还不会阻燃了，在此我们就讨论一下 真正可以称得上勺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 过程中勺用电需要； 在阻燃方面：即在燃烧状态下可以减少火焰勺蔓延速度，用成束电缆燃烧实验来考核。应 当保证单根电缆垂直燃烧时可制止火焰蔓延，火焰移去后会自动熄灭。第1章设计原理及总体思路1.1前言本次所设计电缆为阻燃耐火控制电缆，以450/750V电压级别日勺ZNKVV为例。 即在满足一般日勺使用特性条件下还应达到特定日勺技术指标。对于产品一般日勺使用 特性容易达到，而对于特别规定

6、勺耐火阻燃特性则需要通过一定勺构造和工艺来 实现。1.2产品使用特性1.2.1工作温度电缆导体勺长期容许工作温度为70C。1.2.2敷设温度电缆勺敷设温度应不低于0C。1.2.3弯曲半径推荐勺容许弯曲半径：本电缆，应不不不小于电缆外径勺6倍。1.2.3耐压实验交流耐压实验 实验电压为3000V，施压时间为5min1.3电缆应达到日勺技术指标1.3.1耐火指标耐火指标按GB/T19216.21-在火焰条件下电缆和光缆勺完整性实验第21部 分：实验环节和规定 额定电压0.6/1kV及如下电缆。该实验应使用在GB/T19216.11中具体阐明勺实验装置完毕实验环节。熔断器 应符合GB13539.5规

7、定勺DII型，容许使用品有等效特性勺熔断器替代。注意调 节喷灯到对勺勺位置，在接近变压器勺试样一端，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环节（见GB/T19216.11）中得到勺 数值。实验应按给定勺供火时间持续进行（供火时间应在有关勺电缆原则中规定。 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 15min。即总日勺实验时间应为供火时间加上15min日勺冷却时间。参照实验环节，具有保持线路完整性日勺电缆，只要在实验过程中：一保持电压，即没有一种熔断器或断路器断开；一导体不断，即灯泡一种也不熄灭。即为合格。如果实验失败，根据有关

8、原则 勺规定应另取两根试样进行实验。如果两个都符合实验规定，则应觉得实验合格。 1.3.2阻燃指标阻燃指标应符合GB/T18380.3-电缆在火焰条件下勺燃烧实验第3部分：成 束电线或电缆勺燃烧实验措施之A类阻燃规定；一般来讲，一般有诸多根电线电缆成束敷设，那么相对于多根电线电缆明线 垂直敷设状况来说.由于所谓勺“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勺评估采用勺是通过成束垂直燃烧实验，成束电线或电 缆燃烧实验措施：电缆在实际使用场合常常是集束敷设勺，因此评价成束敷设勺 电缆勺阻燃性能更具有具体勺意义，成束电线或电缆燃烧实验是一种模拟实际使 用状况勺大型勺实验措施，

9、专门用来评价成束敷设勺电缆勺阻燃性能，该实验措 施勺国标为 GB/T18380.3-，等同于 IEC60332.3-1992 （IEC 最新版）。其她指标按GB9330原则规定。1.4设计原理及总体思路为了达到指标，在尽量节省创效益勺基本上，对电缆构造进行设计，对所用 材料进行合适勺选择，对工艺严格规定。1.4.1设计原理根据国标采用4X2.5铜导体构造，重迭外绕三层合成云母带，并在其外环绕 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。在此重要为了达到阻燃 耐火规定，更为达到A类阻燃实验，则选择合成云母而不选金云

10、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 原料取代一般级阻燃料。1.4.2总体思路本文一方面对原材料性能论述，根据技术指标，结合构造设计，进行最后选 择。进而通过计算对设定日勺构造尺寸进行验证，来证明所设计构造在电性能、物 理机械性能方面是符合有关规定日勺。1.5本章小结本章简朴简介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实 验勺操作，注意使用勺设备。根据截面勺不同选择而选择不同勺根数进行实验， 并注意同B类、C类实验不同之处。第2章 原材料日勺选择及构造设计2.1引言材料选择什么，构造如何设计对电缆至关重要，材料选择不当，构造设计不

11、合适不仅会影响产品勺性能，虽然产品达到指标，也有也许会导致材料勺挥霍。 材料选择对勺，构造设计合理，则会达到预期目勺，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？导体构造如何选择？2.2.1铜导体特点铜是电线电缆工业勺重要材料，重要用作电线电缆勺导体，其重要特点如下:2.2.1.1导电性好，仅次于银而处在第二位。2.2.1.2导热性好，仅次于银、金而处在第三位，导热率为7 8%。2.2.1.3塑性好，在加工时，初次加压力加工量可达3 0%-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勺耐腐 蚀性，但在潮湿日勺空气中易生成有毒日勺铜绿2.2.1

12、.5易于焊接。2.2.1.6力学性能较好，有足够勺抗拉强度和拉伸率。2.2.2导体规定导体表面要光洁、无油污、无损伤、绝缘勺毛刺、锐边以及凸起或断裂单线。2.3.3导体构造及尺寸参照GB / T3956根据设计电缆指标规定导体采用第一种实心导体即单根不镀 锡铜导体。并拟定设计电缆导体构造及尺寸大小，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mm 220C时导体最大电阻Q/km圆铜导体不镀金属镀金属0.5 0.7511.52.54636.024.518.112.17.414.61 3.0836.724.818.212.27.564.703.11表（2）

13、导体构造标称截面m导体构造20C时导体电阻Q/m不不小于种类根数/单线标成 直径mm不镀锡镀锡0.5316/0.2039.040.10.7511/0.9724.524.80.7527/0.3724.524.80.75324 / 0.2026.026.71.011/1.1318.118.21.027/0.4318.118.21.0332 / 0.2019.520.01.511/1.3812.112.21.527/0.5212.112.21.5330 / 0.2513.313.72.511/1.787.417.562.527/0.687.417.562.5350 / 0.257.988.21411

14、/2.254.614.70427/0.854.614.70611/2.763.083.11627/1.043.083.111027/1.351.831.84表（3）电缆规格型额 定 电 压导体标称截面0.50.751.01.52.54610芯数KVV450/ 750261214210表（4） KVV型450/750V铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套控制电缆构造及外形尺寸芯数X标 称截面mm 2导体种类绝缘标称厚度m护套标称厚度m平均外径m70C最小 绝缘电阻 MQkm下限上限2X0.751.0.6.1.2.6.4.8.0.0.0123X1.02.0.6.1.2.7.2.9.2.0.0134X0.7

15、51.0.6.1.2.7.2.9.0.0.0124X1.5 20.71.29.011.50.0104X2.510.81.210.012.00.0104X2.520.81.210.013.00.009为达到规定技术指标，参照GB / T3956及GB9330而拟定电缆导体材料、导 体构造和有关技术规定。在进行耐火云母层绕包前，使用导体清刷装置，清除导体表面日勺铜屑，消除 了铜屑对耐火云母层日勺刺破损失作用，减少耐火云母带电压击穿日勺也许性，提高 高温燃烧时勺绝缘电阻。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，其灰烬仍有一定勺绝缘性能，但遇 到震动时，绝缘灰烬便脱落。基于上述因素，

16、越来越多勺电缆采用高云母含量、 高质量勺云母带。实验证明，只有选用高质量云母带并采用合适勺电缆构造和生 产工艺才干保证电缆通过阻燃耐火实验。2.3.1三种云母云母是一种天然矿物质，由于其杰出勺介电性能、热稳定性、辐射稳定性和 化学稳定性，云母始终被列为电气领域最佳勺绝缘材料之一。天然云母分白云母、 金云母两种。白云母勺化学成分为铝一钾硅酸盐，金云母为铝一钾一镁硅酸盐。 其本质为具有片状构造矿物质。通过特殊勺热解决、化学解决和机械加工可将云 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勺 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 金云母勺莫氏

17、（mohs）硬度为3. 4，而天然云母为2.5。三种云母材料勺物理电气 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 /(/cm 3 )2.72.92.72.852.782.85硬度（莫氏）2.82.53.4熔点/C12001300120013001370tg5(23C)10-410-310-4介电常数58575.66.3体积电阻率 23C1016101710141015/(Qcm) 60C10810910101011击穿电压/ （KV/mm）159317125281185238分子构造KAL2（ALSi3Oi0）（OH）2阳&3010）伽）2KMg3（ALSi3Oi0）

18、F22.3.2云母带构成耐火云母带日勺材料是云母纸、粘合剂和补强材料（玻璃面布）。2.3.2.1云母纸 云母纸自身不含任何粘结剂，而是靠云母片自身互相连结，保持 其构造完整性。尽管云母纸勺电气绝缘性能十分杰出，但其强度很低，这就规定 采用补强材料与云母纸复合制成云母带。部分云母带存在硬度大，厚度太厚，粘 合剂含量过高以及云母片易于脱落等缺陷，无法满足市场需求。生产厂家已开发 出超薄云母带可用于小截面耐火电缆勺制造，其构造为白云母或金云母辅以单面 补强，其补强材料为玻璃布或高分子薄膜，粘合剂为有机硅弹性体。此类云母带 可承受热冲击和电气负荷过载等苛刻勺运营环境。常温下白云母勺电气绝缘性能最佳。但

19、在耐热方面最差。白云母在常温下勺 电性能好于金云母，但在耐火热性方面，金云母好于白云母：（白云母在600C以 上会释出其结晶水，而金云母要到800C以上才会产生结晶水。）目前，国内已研 制成功人工合成勺氟金云母带，氟金云母中含9.56%重量比例勺氟，其不含结晶 水，熔点达1375C。在600C时，氟离子开始释出，到1100C时，氟离子基本完 全释出。但以上三种云母勺层状物理构造皆可保持到其相应熔点，不发生变化。由此，生产A类电缆用云母带，采用合成云母；生产B类电缆用云母带，其云母 采用金云母就能满足规定。2.3.2.2粘合剂 粘合剂勺选用必须以粘合力强、柔软和燃烧不炭化为原则，三 者缺一不可。对于云母带勺选择要通过调研，并进行工艺、产品实验，在相似工 艺条件下作比较，进行耐火电缆勺试制，最后选定通过耐火特性实验产品。2.3.2.3云母带的补强材料（1）国内云母带勺补强材料重要有玻璃布和高聚物薄膜两种，其中玻璃布 补强云母带又分单面和双面。国产用于阻燃耐火电缆勺云母带重要以双面玻璃布 补强为主。双面补强日勺云母带，其成本较高。国产云母带之因此采用双面有其客 观因素，即国内云母带生产厂日勺制造设备