防靜電耐油保安型特種測量電纜主要適用于對防明火安全要求特高的油罐、油井、以及大型儲油容器環(huán)境中使用，直接長期接觸或浸泡在油中作為測量儀器與傳感器連接傳輸控制信號及測量信號。由于該電纜具有較好的柔軟性及耐寒性、耐磨性、高強度等特性，電纜在使用過程中可反復(fù)卷繞展開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、規(guī)格及結(jié)構(gòu)

         (1)電纜型號：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絕緣信號線芯纜芯；纜芯外為彈性體內(nèi)護套層；在內(nèi)護套層外為電纜承載抗拉加強層(并同時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套。

2 電纜的研制過程

        由于“防靜電耐油保安型特種測量電纜”使用條件環(huán)境苛刻，可靠安全性要求嚴格，技術(shù)性能要求高，因此對構(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、機械物理性能、適合于使用特殊要求的特性，通過對組成電纜的材料進行了研究優(yōu)選、在結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化設(shè)計。

    2．1 電纜承載能力的研究

        電纜在使用過程中要求具備一定的承載能力，主要目的承受測試儀器對電纜的拉力，技術(shù)協(xié)議中要求電纜承載能力為80 kg，電纜本身雖說能承受一定的拉力；但考慮到電纜如承受拉力會對電纜的電氣性能帶來影響，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)議中有嚴格限制，所以根據(jù)電纜有限體積的限制，對承載結(jié)構(gòu)進行了多方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計對比，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，承載能力相對較大，該種結(jié)構(gòu)的最大的特點是電纜在彎折卷繞時對電纜導(dǎo)電線芯造成的機械應(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

        電纜導(dǎo)體的最佳設(shè)計是關(guān)系到電纜電性能及機械物理性能的關(guān)鍵，因為導(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250℃ ；鍍銀可達200℃ ；鍍錫可達150℃ ，由于所研制的電纜的耐等級較低，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)計上，考慮到電纜對柔軟性的影響，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)計的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)確定為見表1。

    2．3 電纜絕緣層的設(shè)計

        在電纜的設(shè)計中絕緣層的設(shè)計是最重要的，因為電纜的主要性能就是導(dǎo)體的絕緣性能。對于防靜電耐油保安型特種測量電纜而言就更有其獨特設(shè)計要求，主要是該種電纜對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)計的原則除滿足各頊電性能的同時還應(yīng)滿足電纜的體積要求，這樣給電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來較大的困難，牽涉到絕緣層的結(jié)構(gòu)設(shè)計及絕緣材料有選擇問題，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，同時就要求考慮提高絕緣層的強度問題，一是滿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)生對絕緣線芯的壓力，絕緣層的承受能力，也就是考慮研究優(yōu)選適合于強度要求的最佳材料。

        為了使電纜更具有較高的綜合性能，除絕緣材料強度外電絕緣性能、其他機械物理性能等，對于絕緣材料的優(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械物理性能的對比，從表2中可以得出，F40(ETFE)對比其他幾種材料，強度最高，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對該電纜的綜合性能適應(yīng)是最佳的。

        絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計的考慮是因所優(yōu)選的材料強度高，所以絕緣結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計厚度比其他材料小，完全可滿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、平均厚度值，表3列出了絕緣層的設(shè)計結(jié)果。

    2．4 內(nèi)護套的設(shè)計

        電纜內(nèi)護套的設(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絕緣層的壓力，內(nèi)護套所起的作用是為緩解及減輕壓力對電纜絕緣層的影響。內(nèi)護套主要是起填充作用，盡可能填滿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，以保證絕緣層不妥壓力的損傷。內(nèi)護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)護套只起填充緩解壓力作用，所以內(nèi)護套的設(shè)計厚度不需要太太，只要滿足緩沖壓力的要求盡可能設(shè)計的越薄越理想。因此我們設(shè)計的內(nèi)護套的結(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)護套的擠出工藝采用的是緊壓性工藝擠出，可有效地填滿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 護套的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

        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套來實現(xiàn)，為此對電纜外護套的設(shè)計做了重點性的研究。

        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程中與燃油接觸密切，并且是移動使用，如果電纜護套不具備防靜電功能，由于電纜護套與燃油摩擦必然會產(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，會產(chǎn)生電火花引起然油起火及爆炸，所以對護套的防靜電研究是達到電纜具有防靜電的關(guān)鍵。

        對護套材料的研究的考慮是護套與燃油摩擦所產(chǎn)生的靜電要少，與外套材料和燃油的材料性質(zhì)有關(guān)，為此對護套材料進行了性質(zhì)適用的選擇性研究，最終認定護套材料來用聚氨酯作為電纜的護套材料，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)上又對護套材料做了防靜電的改性研究，通過改性后的護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套材料的耐油性所決定的，對于耐油性護套材料的選擇我們進行了充分的研究。關(guān)于護套材料的耐油性通過對幾種有關(guān)典型材料的對比分析，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 護套材料對電纜綜合機械物理性能影響的研究

        所選擇的聚氨脂護套材料具有優(yōu)良的綜合機械性能，護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，所以既是要求護套材料具有柔軟性，一般電纜的柔軟性起較大作用是護套，因護套結(jié)構(gòu)尺寸對比電纜內(nèi)部其他部分的結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，如果護套材料的材質(zhì)硬度較大，必然會影響電纜的柔軟程度，選擇聚氨脂做護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，為防止受到機械損傷，要求護套必須具備較好的強度，通過對幾種有關(guān)材料抗張強度的數(shù)據(jù)對比聚氨脂材料的強度是最好的，所以選擇酶聚氨脂做護套材料充分滿足了電纜的強度性能要求。

        2．5．3．3 耐磨性能

        由于電纜在使用中反復(fù)卷繞收放線，電纜護套與護套外屏蔽層會產(chǎn)生相互摩擦，則電纜護套應(yīng)具備較高的耐磨性能，才可滿足使用要求，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套材料充分滿足了電纜的耐低溫性能要求。

3 電纜試制結(jié)論

        電纜經(jīng)試驗其各項性能都達到了設(shè)計的標(biāo)準要求，并且己形成了批量生產(chǎn)，并經(jīng)用戶實際長時間使用結(jié)果證明的研制是成功的。

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