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带您了解关于耐热电线电缆技术的九个问题

更新时间:2020-09-07 08:41    点击数:次 来源:www.sdfytzxl.com/

    带您了解关于耐热电线电缆技术的九个问题

    在开发低压耐热电线电缆时,通常陷入对选择何种耐热导体、绝缘材料、护层结构以及耐热电线电缆的使用环境及方法陷入困惑。本文参考国外耐热电线电缆专家的意见,对这些问题做简要回答。

    问1:如果FEP(俗称铁氟龙--氟化乙烯丙烯共聚物)和硅橡胶绝缘电缆的连续额定温度都是200℃,那么,其区别是什么?对于同一种用途而言,哪种材料更好些?

    答:FEP铁氟龙是热塑性塑料,在暴露于足够高的温度时会再次熔融。而硅橡胶是热固性材料,在热活化催化剂的作用下,在其分子内可形成更强的化学键。当暴露于过高的温度下时,硅橡胶将会碳化或者降解为非常细的粉末。

    这种根本性的差别,对于决定把电缆产品应用于特高温环境还是火焰环境是十分重要的。塑料类绝缘层会在安装管道内和电缆桥架上熔融,并滴落在下方的结构和设备上,需要花费昂贵的清理费用或更换。而硅橡胶材料则相反,它高温或火焰环境中只是碳化成粉末,清除和更换都很容易。另外,铁氟龙是一种比硅橡胶硬的材料,极限抗拉强是硅橡胶的2倍。

    这一差别就是,为什么硅橡胶绝缘电线电缆表面还要加上一个纤维编织层的原因。加上编织层可提高产品的耐切割性和耐磨性。

    FEP铁氟龙既僵又硬。FEP绝缘层具有一定的记忆性,电线电缆绕在线盘上再放开来以后,会一直保持原来成卷包装时的环形形状。

    硅橡胶绝缘电线电缆则相反,它们非常柔软,对形状没有记忆性,很适合于反复弯曲的场合。

    从电气性能来看,这两种材料都是良好的电气绝缘材料。FEP特氟龙更适合于传输高频交流信号,因为FEP特氟龙可以挤制成较薄的绝缘厚度,可减少信号路径损耗,提高传输速率和延长传输距离,而不需要使用放大器。相反,硅橡胶绝缘电线电缆会在很长时间内保留着电容电荷。

    另外在防潮性方面,FEP铁氟龙是能防潮的。它不会吸收水分,即使绝缘厚度很薄,水分也不会渗入内部。而硅橡胶就像许多电气绝缘材料那样,会吸收少量的水分,透过绝缘层进入结构内部。

    问2:如果PFA铁氟龙和硅橡胶绝缘电缆的连续额定温度都是200℃,那么,其区别是什么?对于同一种用途而言,哪种材料更好些?

    答:PFA铁氟龙(四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物,又称过氟烷基化物、可溶性聚四氟乙烯)的性能与FEP相似,只不过PFA的额定温度为250℃。额定温度200℃的硅橡胶的性能与那些额定温度250℃的混合物材料相类似。

    问3:PFA、FEP、TPFE和Tefzel都是特氟龙类绝缘材料。它们之间有何差别?

    答:有许多属于特氟龙家族的含氟聚合物都可用作电气绝缘。其中,绝大多数材料是杜邦公司首先开发的。至今,杜邦公司仍然是全球较大的绝大多数含氟聚合物的制造商。

    这些材料包括FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)、PFA(四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物)、PTFE(聚四氟乙烯)以及Tefzel(乙烯-四氟乙烯共聚物)。

    这些材料有许多相似之处,诸如:优良的耐恶劣化学环境、耐潮、阻燃性能,以及电器绝缘材料其他特性。

    其中,Tefuzel的连续额定温度只有150℃,但具有较好的韧性,能抵抗机械冲击和损坏。

    FEP的额定温度为200℃,在燃烧时不会产生烟雾。

    PTFE和PFA的定温度都是250℃,都具有良好的耐室外老化性能,其中包括碳弧、日晒和雨淋等。

    问4:芳纶(Kevlar)编织护层和玻璃纤维编织护层有何差别?

    答:纤维编织层的作用是增强导体绝缘层和电缆结构的强度。

    通常情况下,编织层上需要进行表面涂漆处理,以提高耐磨性,防止水分浸入。涂漆层通常是着色的,以便于电路识别或者改善电线电缆的外观。

    玻璃纤维和芳纶是较常用的编织材料。玻璃纤维的热稳定性好,软化温度700℃,熔融温度1400℃。芳纶的分解温度600℃左右。玻璃纤维编织层的平均厚度为0.002-0.035吋(0.05-0.89mm)。芳纶编织层的平均厚度稍小些,为0.018-0.040吋(0.457-1.02mm)。玻璃纤维很容易着色,并且外观色调鲜艳光亮,其本色为自然白色。而芳纶很难做成亮白色的,只有其他鲜艳的颜色,但外观光亚无泽。芳纶较显著的特点是其耐磨性和抗剪切性,其强度比玻璃纤维大若干倍,因此而成为电线电缆外护层的材料。

    问5:有没有额定温度250℃以上的防潮电线电缆产品?

    答:电线电缆上安全的挡潮层,是挤包上一种在任何情况下都不会吸水的材料,例如FEP铁氟龙。对于额定温度250℃及以下的电线电缆,可挤包PFA铁氟龙,或者绕包多层PTFE铁氟龙包带。对于额定温度超过250℃及以上的电线电缆,能实现这种保护的材料并不多。在大多数情况下,可以使用PTFE包带,但不能在太长的时间内经受太高的温度。

    问6:色标对于多芯电缆来说是很重要的。是否有能耐高温的色标?

    答:有多种材料可用于制做电线电缆线芯色标,可根据电线电缆较高额定温度条件下的褪色性选择出使用何种色标材料。

    对于使用于额定温度150℃、200℃和250℃场合的电线电缆,其色标的着色剂须与纤维编织层的涂漆材料相兼容。对于挤出铁氟龙绝缘,可以把染料混合在基础材料中,可形成牢固的颜色。也可以用耐高温油墨,在电线电缆线芯表面印上色条。

    对于使用于额定温度250℃以上场合的电线电缆,可在纤维编织层内一起编入一些耐高温色标线。这些色标线预先涂覆了有色材料,耐热温度可达600℃。

    问7:如果设计和安装正确,耐高温电线电缆在其额定温度下的使用寿命,比同样使用场合中的低温电线电缆更长。到底能长多少?

    答:如果高温电线电缆设计和安装正确的话,将会无故障地运行许多年。不过,高温电线电缆的初始成本比低温电缆高得多。只有安装之后,才能明确真实的安装成本。

    有一个电线电缆常用的法则是,每超过额定温度5℃,使用寿命将缩短一半。这意味着,如果把额定温度90℃的移动式电线电缆安装在250℃的环境温度中,很可能经过8-10小时就坏了。

    问8:镀镍铜导体用于哪些场合?

    答:UL曾经对许多种电气装置和布线器材进行过广泛的生命周期试验。

    UL建议,由直径为0.015吋(0.38mm)及以下的单线绞合而成的导体,应采用镀银或镀镍铜单线,以防铜单线表面发生氧化。UL发现,很细的铜线更容易因发生氧化腐蚀而损坏。

    选择镍作为镀层材料有明显的优点。在许多金属材料中,镍被认为是在高温环境中抵抗加速氧化性能更好的材料。镍的熔点也很高(大约是铜的2倍),所以能对被镀导体进行有效的高温保护。铜导体镀上镍之后,只是电阻率稍大一些,但很柔软和抗疲劳。

    在250℃温度下,使用镀镍铜导体非常重要,镍镀层的重量比2%就足够了。当温度为450℃及以上时,建议加大镍镀层厚度,在美国,镀镍层的重量比通常为27%。

    当温度超过600℃时,特别是高低温不断地交替变化时,应使用纯镍导体。

    镀镍导体的载流量比相等规格铜导体的载流量大。假如在管道、线槽或电缆桥架中的所有电线电缆都在同样的绝缘温度下传输同样大的电流,那么,镀镍导体电线电缆的外径和所占据的空间可显著减小。关于镀镍铜导体和铜导体的允许载流量,可参阅美国NEC规程。

    问9:为什么要规定镀镍导体载流量的减额系数(de-ratingfactor)?

    答:从NEC手册中查得基本载流量之后,还必须要考虑附加系数(additionalfactor)。

    基本载流量可以定义为:某种标准规格(横截面积)导体材料在正常环境温度下传输电流的数值。导线在其长度方向上的热量聚集对传输电流的能力影响很大。热可通过多种方式进入导体,例如:金属导电路径上的电阻、电线电缆遭受辐射热或者环境温度很高等。

    有时候,电线电缆可能要同时或者依次经受上述三种环境情况。在这些情况下,热量聚集在导体内部,因而会改变导体传输电能的能力。

    根据不同的安装方式(管道、桥架或直埋),电线电缆可能会不同程度地把热量散发出去。考虑到所有这些影响导体功能的因素,已经假定了一系列的减额系数。例如,在不同的环境温度下,导体的较大载流量减小到其正常数值的百分数。

    如果多根电线电缆安装在一个密闭的空间里,其传热能力会减小,则需要参照其他的减额系数,来确定其允许载流量减小到其正常数值的百分数。在NEC规程的第310款中有关于这些系数及其使用方法的详解。


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