防靜電耐油保安型特種測(cè)量電纜主要適用于對(duì)防明火安全要求特高的油罐、油井、以及大型儲(chǔ)油容器環(huán)境中使用，直接長(zhǎng)期接觸或浸泡在油中作為測(cè)量?jī)x器與傳感器連接傳輸控制信號(hào)及測(cè)量信號(hào)。由于該電纜具有較好的柔軟性及耐寒性、耐磨性、高強(qiáng)度等特性，電纜在使用過(guò)程中可反復(fù)卷繞展開(kāi)不影響電纜的電性能。石油行業(yè)耐高溫電纜。

1 電纜的性能

    1．1 電纜主要技術(shù)指標(biāo)

        使用環(huán)境溫度：-40～60℃ ；介質(zhì)環(huán)境條件：浸泡在油中(汽油、柴油)；卷繞展開(kāi)次數(shù)不小于3000次(卷繞升降落差20 m)；電纜應(yīng)具有防靜電特性；承載能力80 kg。

    1．2 電纜型號(hào)、規(guī)格及結(jié)構(gòu)

         (1)電纜型號(hào)：TETURP；

         (2)電纜規(guī)格：6 x 0.5 mm²；

        (3)電纜結(jié)構(gòu)：電纜中心為6根0.5 mm²絕緣信號(hào)線芯纜芯；纜芯外為彈性體內(nèi)護(hù)套層；在內(nèi)護(hù)套層外為電纜承載抗拉加強(qiáng)層(并同時(shí)起防電磁干擾屏蔽作用；電纜最外層為防靜電高分子彈性體外護(hù)套。

2 電纜的研制過(guò)程

        由于“防靜電耐油保安型特種測(cè)量電纜”使用條件環(huán)境苛刻，可靠安全性要求嚴(yán)格，技術(shù)性能要求高，因此對(duì)構(gòu)成電纜的材料、結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。為了保證電纜具有理想的電氣性能、機(jī)械物理性能、適合于使用特殊要求的特性，通過(guò)對(duì)組成電纜的材料進(jìn)行了研究?jī)?yōu)選、在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

    2．1 電纜承載能力的研究

        電纜在使用過(guò)程中要求具備一定的承載能力，主要目的承受測(cè)試儀器對(duì)電纜的拉力，技術(shù)協(xié)議中要求電纜承載能力為80 kg，電纜本身雖說(shuō)能承受一定的拉力；但考慮到電纜如承受拉力會(huì)對(duì)電纜的電氣性能帶來(lái)影響，因此需在電纜中設(shè)置承載結(jié)構(gòu)。如果增加承載結(jié)構(gòu)會(huì)在電纜中占用一定的體積，因電纜外徑(體積)在技術(shù)協(xié)議中有嚴(yán)格限制，所以根據(jù)電纜有限體積的限制，對(duì)承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)比，從中選擇了最佳的結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)電纜所需的承載能力并考慮到電纜承載時(shí)的具有可靠的安全性，考慮到電纜其他性能方面的影響最終承載結(jié)構(gòu)采用了鋼絲編織結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)柔軟性好，最適合于電纜要求的3000次以上的收放卷繞性能要求，承載能力相對(duì)較大，該種結(jié)構(gòu)的最大的特點(diǎn)是電纜在彎折卷繞時(shí)對(duì)電纜導(dǎo)電線芯造成的機(jī)械應(yīng)力最小，并且該種承載結(jié)構(gòu)同樣起到了電纜防電磁干擾的屏蔽作用。

    2．2 電纜導(dǎo)體的設(shè)計(jì)

        電纜導(dǎo)體的最佳設(shè)計(jì)是關(guān)系到電纜電性能及機(jī)械物理性能的關(guān)鍵，因?yàn)閷?dǎo)體是決定電纜電性能的主體，導(dǎo)體材料的選擇根據(jù)電纜性能的需要可以是銅芯或帶有鍍層的導(dǎo)體(鍍錫、鍍銀或鍍鎳)，帶有鍍層的導(dǎo)體可有效的防止鍍層內(nèi)的導(dǎo)體被氧化。由于電纜工作溫度的不同選擇適合不同溫度等級(jí)的鍍層，工作溫度較高的應(yīng)選擇應(yīng)依次選擇鍍鎳、鍍銀、鍍錫，鍍鎳可達(dá)250℃ ；鍍銀可達(dá)200℃ ；鍍錫可達(dá)150℃ ，由于所研制的電纜的耐等級(jí)較低，最高工作溫度只在60℃ ，所以選擇的導(dǎo)體是銅導(dǎo)體，選擇的原則是在滿(mǎn)足電纜性能需要，降低材料成本。在導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，考慮到電纜對(duì)柔軟性的影響，采用了適合于電纜柔軟性的軟結(jié)構(gòu)，采用小外徑的單線，多股絞合或束線，并在絞線節(jié)距上限制最大絞線節(jié)距，以保證減小導(dǎo)體的柔軟型對(duì)電纜的柔軟性的影響。因此根據(jù)電纜的性能要求，最終所設(shè)計(jì)的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)確定為見(jiàn)表1。

    2．3 電纜絕緣層的設(shè)計(jì)

        在電纜的設(shè)計(jì)中絕緣層的設(shè)計(jì)是最重要的，因?yàn)殡娎|的主要性能就是導(dǎo)體的絕緣性能。對(duì)于防靜電耐油保安型特種測(cè)量電纜而言就更有其獨(dú)特設(shè)計(jì)要求，主要是該種電纜對(duì)絕緣性能有特殊要求，由于電纜受到外徑的限制(技術(shù)協(xié)議中要求電纜最大外徑為10.5 mm)，所以電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則除滿(mǎn)足各頊電性能的同時(shí)還應(yīng)滿(mǎn)足電纜的體積要求，這樣給電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)較大的困難，牽涉到絕緣層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及絕緣材料有選擇問(wèn)題，考慮至電纜體積及柔軟性的限制電纜絕緣層結(jié)構(gòu)尺寸適當(dāng)減小，同時(shí)就要求考慮提高絕緣層的強(qiáng)度問(wèn)題，一是滿(mǎn)足電纜絕緣的電性能；二是考慮由于電纜需承載所受拉力而產(chǎn)生對(duì)絕緣線芯的壓力，絕緣層的承受能力，也就是考慮研究?jī)?yōu)選適合于強(qiáng)度要求的最佳材料。

        為了使電纜更具有較高的綜合性能，除絕緣材料強(qiáng)度外電絕緣性能、其他機(jī)械物理性能等，對(duì)于絕緣材料的優(yōu)選做了充分研究，表2中列舉了幾種初選的絕緣材料電性能及機(jī)械物理性能的對(duì)比，從表2中可以得出，F40(ETFE)對(duì)比其他幾種材料，強(qiáng)度最高，體積電阻率較高、絕緣性能好、耐寒性能優(yōu)良，密度小、重量輕等，所以F40對(duì)該電纜的綜合性能適應(yīng)是最佳的。

        絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的考慮是因所優(yōu)選的材料強(qiáng)度高，所以絕緣結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)厚度比其他材料小，完全可滿(mǎn)足電纜所要求的性能，并根據(jù)電纜所要求的絕緣性能設(shè)定了絕緣厚度的公差范圍、同心度、最薄點(diǎn)、平均厚度值，表3列出了絕緣層的設(shè)計(jì)結(jié)果。

    2．4 內(nèi)護(hù)套的設(shè)計(jì)

        電纜內(nèi)護(hù)套的設(shè)置依據(jù)是考慮到由于電纜需承重所造成的承載鋼芯對(duì)絕緣層的壓力，內(nèi)護(hù)套所起的作用是為緩解及減輕壓力對(duì)電纜絕緣層的影響。內(nèi)護(hù)套主要是起填充作用，盡可能填滿(mǎn)絕緣線芯外圍的空隙，使絕緣線芯外部所承受的壓力面增大，既而減小絕緣線芯所承受的壓強(qiáng)，以保證絕緣層不妥壓力的損傷。內(nèi)護(hù)套的材料選擇主要考慮了緩沖壓力的柔軟性及摔性，為此選擇了TPV熱塑性硫化橡膠材料，該種材料彈性好、柔軟性好硬度小在紹氏硬度75左右。

        由于電纜受體積的限制，內(nèi)護(hù)套只起填充緩解壓力作用，所以?xún)?nèi)護(hù)套的設(shè)計(jì)厚度不需要太太，只要滿(mǎn)足緩沖壓力的要求盡可能設(shè)計(jì)的越薄越理想。因此我們?cè)O(shè)計(jì)的內(nèi)護(hù)套的結(jié)構(gòu)尺寸在保證占有較小的體積又完全符合緩沖絕緣受壓力的效果。內(nèi)護(hù)套的擠出工藝采用的是緊壓性工藝擠出，可有效地填滿(mǎn)絕緣線芯外圍的空隙，只占用不影響電纜外徑的空間，可有效的緩解絕緣線芯所承受的壓力。

    2．5 護(hù)套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

        該電纜研制的主要特性是防靜電和耐油，電纜的防靜電和耐油特性完全靠外護(hù)套來(lái)實(shí)現(xiàn)，為此對(duì)電纜外護(hù)套的設(shè)計(jì)做了重點(diǎn)性的研究。

        2．5．1 電纜的防靜電特性研究

        電纜的防靜電特性要求是電纜在使用過(guò)程中與燃油接觸密切，并且是移動(dòng)使用，如果電纜護(hù)套不具備防靜電功能，由于電纜護(hù)套與燃油摩擦必然會(huì)產(chǎn)生靜電，由于燃油具有較高的絕緣性，靜電蓄積的越多，隨著電壓的升高如遇放電，會(huì)產(chǎn)生電火花引起然油起火及爆炸，所以對(duì)護(hù)套的防靜電研究是達(dá)到電纜具有防靜電的關(guān)鍵。

        對(duì)護(hù)套材料的研究的考慮是護(hù)套與燃油摩擦所產(chǎn)生的靜電要少，與外套材料和燃油的材料性質(zhì)有關(guān)，為此對(duì)護(hù)套材料進(jìn)行了性質(zhì)適用的選擇性研究，最終認(rèn)定護(hù)套材料來(lái)用聚氨酯作為電纜的護(hù)套材料，這種材料非常適合于該種電纜所要求的特性，可以基本解決電纜防靜電的要求。但加大電纜防靜電的可靠性，在此基礎(chǔ)上又對(duì)護(hù)套材料做了防靜電的改性研究，通過(guò)改性后的護(hù)套材料具備了可靠的防靜電性能。

        2，5．2 電纜耐油性的研究

        電纜的耐油特性是由護(hù)套材料的耐油性所決定的，對(duì)于耐油性護(hù)套材料的選擇我們進(jìn)行了充分的研究。關(guān)于護(hù)套材料的耐油性通過(guò)對(duì)幾種有關(guān)典型材料的對(duì)比分析，雖然大多數(shù)材料都具備耐油性能，但所選擇的聚氨脂作為護(hù)套材料依據(jù)是聚氨脂材料在綜合性能方面最為突出，單就耐油性能來(lái)講脂型聚氨脂材料起耐油性非常優(yōu)良，據(jù)有關(guān)資料介紹有些燃油容器的材質(zhì)就是脂型聚氨脂材料，不但耐油性好而且具有一定得防靜電性能。

        2，5．3 護(hù)套材料對(duì)電纜綜合機(jī)械物理性能影響的研究

        所選擇的聚氨脂護(hù)套材料具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，護(hù)套材料選擇最主要的依據(jù)是符合電纜主要性能，其次也要考慮電纜的其他機(jī)械物理性能。

        2．5．3．1 柔軟性能

        由于電纜在使用中反復(fù)卷繞，電纜要求應(yīng)具有較好的柔軟性，所以既是要求護(hù)套材料具有柔軟性，一般電纜的柔軟性起較大作用是護(hù)套，因護(hù)套結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)比電纜內(nèi)部其他部分的結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較大，如果護(hù)套材料的材質(zhì)硬度較大，必然會(huì)影響電纜的柔軟程度，選擇聚氨脂做護(hù)套材料的考慮是其材質(zhì)柔軟硬度較小、一般硬度指標(biāo)在邵氏70-80 A，其材質(zhì)的柔軟度比其他常用的護(hù)套材料要小得多，所以保證了電纜具有較好的柔軟性。

        2．5．3．2 抗張強(qiáng)度

        由于電纜在使用中反復(fù)卷繞并且不可避免受到扭絞力，為防止受到機(jī)械損傷，要求護(hù)套必須具備較好的強(qiáng)度，通過(guò)對(duì)幾種有關(guān)材料抗張強(qiáng)度的數(shù)據(jù)對(duì)比聚氨脂材料的強(qiáng)度是最好的，所以選擇酶聚氨脂做護(hù)套材料充分滿(mǎn)足了電纜的強(qiáng)度性能要求。

        2．5．3．3 耐磨性能

        由于電纜在使用中反復(fù)卷繞收放線，電纜護(hù)套與護(hù)套外屏蔽層會(huì)產(chǎn)生相互摩擦，則電纜護(hù)套應(yīng)具備較高的耐磨性能，才可滿(mǎn)足使用要求，聚氨脂具有較高的耐磨性，是最適合于電纜的適用要求。

        2．5．3．4 耐低溫性能

        電纜要求具有耐低溫-40℃ ，因此要求護(hù)套材料也必須具有耐低溫特性，聚氨脂的耐低溫性能指標(biāo)較高，所以所選擇的聚氨脂護(hù)套材料充分滿(mǎn)足了電纜的耐低溫性能要求。

3 電纜試制結(jié)論

        電纜經(jīng)試驗(yàn)其各項(xiàng)性能都達(dá)到了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)要求，并且己形成了批量生產(chǎn)，并經(jīng)用戶(hù)實(shí)際長(zhǎng)時(shí)間使用結(jié)果證明的研制是成功的。

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