张 飞

（中国电力科学研究院有限公司，湖北 武汉 430074）

0 引 言

20世纪80年代，舰船、轨道交通和核电等领域开始广泛应用无卤阻燃电缆。无卤阻燃电缆的绝缘材料主要选择无卤阻燃聚烯烃类材料，由氢氧化镁和氢氧化铝等无机物，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等组成复合的高填充体系。该材料为非阻燃的绝缘材料，如果长时间使用会造成不间断吸水，从而大大降低绝缘性。基于此，要想确保电缆长期运行的稳定性和安全性，必须保证其拥有良好的吸水性能。

1 重量法

对重量法而言，需要使电缆绝缘和护套吸水，增大其单位面积质量后评估吸水特性。测试电缆吸水性能时，主要选择无卤阻燃电缆产品规范。相较于有一定无机填充的EPR，基本无填充的XLPE吸水量较小，同时，相较于低烟无卤聚烯烃类材料，这两种材料的吸水量明显较低。IEC 60502-1-2005系列规范中，第一次明确了热塑性低烟无卤聚烯烃护套材料的运用规范，并新增了额定电压为1～3kV的无卤阻燃电缆产品，从而进一步普及该产品[1]。现阶段，只有额定电压为1～3kV的无卤阻燃电缆产品被人们列入了上述规范草案与有关技术文件中，没有将电压等级更高的低烟无卤阻燃电缆纳入其中。

2 电气参数法

通常而言，电缆材料的介电常数大于2.1，小于5.0。而水的介电常数约为81，当电缆材料出现吸水情况时，将进一步增大电缆材料的电气参数。电气参数法依据上述原因试验电缆材料吸水前和吸水后的相关电气参数，如介质损耗角正切值和介电常数，能够准确呈现其吸水特性。这一试验方法具有较高的灵敏度。对于能够适应潮湿环境的电缆材料，可以选用电气参数法进行试验。电气参数法要求产品符合以下规范内容，即IEC 60092、IEEE 1580和ICEA S-73-532。其中，IEC 60092的具体规范内容包括国际电工委员会船用电缆相关规范、美国舰船和石油平台中运用电缆材料应依据IEEE 1580-2010规范、美国仪表控制电缆所用材料应坚持ICEA S-73-532规范。

以上三种产品规范内容涉及了两大类无卤阻燃电缆。第一，绝缘线芯无需拥有阻燃特性的无卤阻燃电缆。若绝缘线芯是不含有阻燃特性的产品，那么可选择市场上售卖的XLPE或者以具有吸水性能的EPR作为绝缘材料。第二，绝缘线芯必须是通过燃烧试验的无卤阻燃电缆。若绝缘线芯必须拥有阻燃特性，那么其不仅需要具备较高的电气绝缘特性，而且需要具有优良的阻燃特性，大大增加了产品研究与制造的技术难度。本文采用电气参数法验证吸水性能时，主要选择了自己配制的低烟无卤阻燃材料，并制定了两种方案。一种方案是选择XLPE/XLPO复合绝缘体系制造电缆绝缘线芯，再测试电气法吸水性能；另一种方案的绝缘线芯需符合IEEE 1580-2010、ICEA S-73-532中的相关内容。但是，通过第一种方案研制的绝缘线芯无法通过VW-1垂直燃烧检测，只能利用IEC 60332标准进行单根垂直燃烧检测[2]。

3 击穿法

当无卤阻燃材料受到潮湿环境的影响时，会不断吸水，久而久之，失去了绝缘特性。在此期间，选择无卤阻燃材料的电气绝缘结构，会增加泄漏电流的可能性，甚至导致电缆击穿，即击穿法[3]。该种试验手段让产品处于标准电压之下，再检测击穿状况与泄漏电流，以此评判产品的吸水性能。对于机车车辆电缆产品的考核，主要选择击穿法进行测试。此试验手段的具体运用必须遵循以下三种标准，分别为EN50264-3、EN50306-3和GB/T 12528-2008。欧洲规范EN50264-3中的试品为标准壁绝缘有护套多芯电缆，可以轻松通过检测。欧洲规范EN50306-3中的电缆材料选择多芯薄壁绝缘薄壁护套电缆，在试验环境中检测电缆绝缘层泄漏电流的变化，相关技术标准是一天内泄漏电流增值应≤10%。由于薄壁绝缘具有较大的绝缘强度，无法借助击穿法检测产品质量，因此可以根据泄漏电流的变化情况进行检测，进而有效评估产品的吸水特性。相较于前两个规范，GB/T 12528-2008主要选择单芯电缆。具体实践中，相关企业需要将一层比较薄的非阻燃隔离层添加到导体和电缆绝缘层。由于这层非阻燃材料的加入，提升了耐吸水性，并在一定程度上降低了产品的阻燃性能，因此企业在实践过程中必须有效控制非阻燃隔离层的厚度。

4 机械物理法

机械物理法指将电缆护套运用于潮湿环境或者浸水环境，检测产品的机械物理性能，即评估其抗张强度、断裂伸长率等。但是，必须确保电缆护层材料具备一定的非吸水特性，机械物理性不会发生较大降解。该试验手段除了考核电缆的外护套外，还能够检测长期放置于潮湿环境或浸水环境的电缆的吸水性能。无卤阻燃电缆是HD 21.14 S1:2003中明确指出的低压软电线类产品[4]。这一标准于2003年欧洲电工委员提出，明确了热塑性无卤绝缘与护套软电缆的规范，主要选择机械物理法检测产品的吸水性能。在此基础上，IEC TC/20建立了热塑性低烟无卤电线工作组，明确了对应的项目组文件，即IEC TC 20/1368/NP。其中，无卤阻燃电缆的绝缘材料选择LSHF/D，护套材料选择LSHF/ST1。此外，低烟无卤热塑性护套材料规范为JB/T 10707-2007。

通过比较发现，HD 21.14 S1:2003和IEC TC 20/1368/NP往往选择热塑性阻燃聚烯烃材料，并非聚氯乙烯护套料，非常重视吸水环境中热塑性无卤阻燃聚烯烃的机械物理性能变化情况。对此，相关人员必须高度重视草案中行业规范的修订。本文依据这一草案选择了4家电缆料企业生产的电缆护套料压片和制样，结合相关规范，采用机械物理法检测材料的吸水性能。从相关规范标准中发现，一家电缆料企业的产品抗张强度变化率未达到相关规范要求，只有一家电缆料企业的产品完全满足相关规范需求。由此可知，对于吸水性能的技术考核，我国一直依据JB/T 10707-2007规范，与HD 21.14 S1:2003、IEC TC 20/1368/NP标准具有较大技术差别[5]。

5 结 论

总而言之，高填充配方体系的无卤阻燃电缆产品制作与探究中，存在一个比较严重的问题——吸水问题，受到了相关行业的广泛关注。目前，已经有生产企业研发了低填充体系无卤阻燃材料，并将TPE类材料应用于UL电子线、JCS无卤线，将含苯环的阻燃材料应用于薄壁电缆。大量实践证明，高填充体系无卤阻燃材料因易吸水而造成绝缘性能下降，低填充体系无卤阻燃材料可以在极大程度上杜绝此类问题。同时，通过探究四种电缆吸水性能测试方式，发现低烟无卤阻燃电缆的吸水量数值较低，使用非阻燃隔离层时必须控制其厚度，避免产品阻燃性能降低。虽然低填充体系无卤阻燃材料在相关行业电缆产品中得到运用，但未普及，需要相关工作人员进一步推广，使其得到广泛运用，提升企业效益。