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【學(xué)術(shù)精選】挑戰(zhàn)15min冷卻時間內(nèi)不斷裂!非金屬耐火光纜可以這樣設(shè)計

來源: 作者: 時間:2023-05-10
導(dǎo)讀



目前,通信行業(yè)對管道、隧道用光纜僅要求阻燃,在火災(zāi)發(fā)生時,雖然可以阻止火勢蔓延,但也犧牲了光纜的通信功能。因此,通信光纜在與電力電纜同路由敷設(shè)時,須具有耐火性能,在發(fā)生火災(zāi)時和救災(zāi)過程中保證通信暢通,避免信號中斷和數(shù)據(jù)丟失造成的災(zāi)害擴大;同時為免受強電磁環(huán)境影響,通信光纜應(yīng)采用全介質(zhì)非金屬結(jié)構(gòu)。而在非金屬光纜實際耐火性能測試過程中,保證15min冷卻時間內(nèi)光纖不發(fā)生斷裂,是行業(yè)內(nèi)的難點,這對非金屬耐火光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高要求;目前光纜廠家一般都只考慮燃燒階段,對冷卻階段不作具體要求。因此,設(shè)計與研發(fā)耐火性能滿足IEC 60331-25:1999要求的電力通信用非金屬光纜具有重要意義。


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精讀
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型非金屬耐火光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化

1



火光單元設(shè)計


基于傳統(tǒng)非金屬耐火光纜結(jié)構(gòu),本工作提出了一種耐火光單元的設(shè)計,取消在纜芯外被覆耐火層,而將耐火層直接被覆到光纖松套管外,形成一個獨立的耐火光單元,目的是將耐火層內(nèi)移,縮小耐火光單元的內(nèi)部空間,提高耐火光單元在燃燒后的穩(wěn)定性。新型非金屬耐火光纜結(jié)構(gòu)見圖1。


圖1 非金屬耐火光纜結(jié)構(gòu)


根據(jù)IEC 60331-25:1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,取足夠長度的光纜試樣,以750℃的火焰溫度,燃燒90min,冷卻15min,經(jīng)3次重復(fù)性試驗,基于耐火光單元的非金屬光纜線路完整性測試結(jié)果見表1。


表1 基于耐火光單元的非金屬光纜線路完整性測試


由表1可知,基于耐火光單元的非金屬光纜的耐火性能滿足IEC 60331-25:1999要求。


提高光單元燃燒后的穩(wěn)定性,是保證非金屬耐火光纜在冷卻階段線路完整性的關(guān)鍵,采用耐火光單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計,其典型結(jié)構(gòu)為半干式雙護套,從內(nèi)向外依次為基于耐火光單元的纜芯、陶瓷化阻燃聚烯烴料、玻璃纖維編織帶、阻燃外護套,很好地彌補了傳統(tǒng)非金屬光纜在耐火性能方面的不足。


2



原材料選型優(yōu)化


基于耐火光單元的非金屬光纜耐火性能已滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,但依然存在原材料及加工成本高的缺點。因此,本工作從原材料選型的角度對光纜結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了優(yōu)化,分別對比驗證了采用常規(guī)阻燃料替代陶瓷化聚烯烴、云母帶替代玻纖編織帶的結(jié)構(gòu)對光纜耐火性能的影響,優(yōu)化方案見表2。


非金屬耐火光纜原材料選型優(yōu)化


由表2可知,內(nèi)護層分別采用常規(guī)阻燃料替代陶瓷化聚烯烴、云母帶替代玻璃纖維編織帶,經(jīng)驗證,3種方案的非金屬光纜在750℃的溫度下,燃燒90min后冷卻15min,光纖均未發(fā)生斷裂,耐火性能均合格。非金屬耐火光纜原材料選型優(yōu)化方案2中,外徑減小,原材料及加工成本明顯降低。


3

護套結(jié)構(gòu)優(yōu)化


目前廣泛應(yīng)用的非金屬耐火光纜仍然延續(xù)了典型的雙護套結(jié)構(gòu),為了進一步探究光纜結(jié)構(gòu)可優(yōu)化的空間,單獨對耐火光單元制備的纜芯進行了耐火性能測試,測試結(jié)果見圖2。


圖2 纜芯結(jié)構(gòu)耐火性能測試


由圖2可知,纜芯在750℃火焰溫度下燃燒90min及冷卻15min過程中,光纖未發(fā)生斷裂,說明采用耐火層被覆松套管結(jié)構(gòu)的耐火光單元給管內(nèi)光纖提供了一個非常穩(wěn)定的內(nèi)部空間,對非金屬耐火光纜的耐火性能起到?jīng)Q定性作用,為今后非金屬耐火光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。


經(jīng)驗證,非金屬耐火光纜將雙護套結(jié)構(gòu)優(yōu)化為單護套結(jié)構(gòu),纜芯可以不需要外被覆云母帶,典型結(jié)構(gòu)為耐火光單元的纜芯+阻燃外護套,結(jié)構(gòu)圖見圖3。


圖3 新型非金屬耐火光纜單護套典型結(jié)構(gòu)


經(jīng)第三方測試,單護套結(jié)構(gòu)的非金屬光纜耐火性能也滿足IEC 60331-25:1999要求。非金屬耐火光纜由雙層護套結(jié)構(gòu)優(yōu)化為單層護套結(jié)構(gòu),在相同的松套管尺寸下,光纜外徑至少減小25%,質(zhì)量更輕,運輸與敷設(shè)也更便捷,可適應(yīng)特定場景下的應(yīng)用需求。

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結(jié)束語

本工作通過分析傳統(tǒng)的非金屬耐火光纜的結(jié)構(gòu),提出了一種耐火光單元設(shè)計,開發(fā)了一種新型非金屬耐火光纜,耐火性能滿足IEC 60331-25:1999標(biāo)準(zhǔn)要求,保證了光纜在燃燒及冷卻過程中的線路完整性。同時,基于耐火光單元的設(shè)計,對非金屬耐火光纜結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,促進了非金屬光纜向尺寸微型化、輕量化方向發(fā)展,更有利于產(chǎn)品運輸與施工敷設(shè),為電力、鐵路、隧道、礦井及數(shù)據(jù)中心等特殊場景用非金屬耐火光纜的設(shè)計提供參考。



《電線電纜》1958年由國家新聞出版署批準(zhǔn)正式創(chuàng)刊,上海市國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會主管,上海電纜研究所有限公司主辦,是電線電纜行業(yè)應(yīng)用類學(xué)術(shù)刊物。主要欄目有綜述、線纜產(chǎn)品、線纜材料、測試技術(shù)、敷設(shè)運行、工藝設(shè)備和經(jīng)驗交流等,報道國內(nèi)外電線電纜行業(yè)的新理論、新方法、新技術(shù)、新成果,歡迎來稿!

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來源 |  上纜所傳媒


編輯 |  朱莉 黃婷婷

審核 |  何曉芳


【聲明】本文為原創(chuàng)內(nèi)容,版權(quán)歸“上纜所傳媒”所有,未經(jīng)授權(quán)請勿轉(zhuǎn)載。






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