一种火灾感温报警电缆的研究
摘 要：针对传统火灾报警产品的缺陷进行分析，指出了设计新型火灾感温报警电缆的技术关键和有关试验方式。
1. 前言
火灾是造成人员伤害和财产损失的重大灾害之一，随着建筑物向高层发展，自动化技术的广泛应用，各种电气设施的增加，更增加了发生火灾的危险性。据有关报道统计，目前各种类火灾在美国最多时达到5300次/天，英国为800次/天，中国为500次/天。火灾给人类带来的损失是触目惊心的。
各国各地区都相继制定了日趋严格的消防法规，对建筑工程的消防要求也更为严格。当前舰船、采油平台、石化企业、电厂电站、自控中心建筑、宾馆饭店、地下建筑、隧道地铁等都需要火灾监测自动报警装置，以利于早期灭火、报警。
我国对建筑物等方面的防火安全和消防救生也相当重视，目前国家已颁布的各种工程设计规范中均有关于防火设计的规定，如GBJ167《建筑设计防火规范》、GB50217《电力工程电缆设计规范》等等。
2. 电子感应式火灾报警器的不足
传统的火灾自动报警系统装置中一般采用电子感应式探测器，但该类火灾报警产品存在的不足使适用受到限制：
1)火灾报警产品及系统价格昂贵，整个系统施工、维护技术要求高；
2)产品质量及稳定性有待进一步提高，特别是存在静电效应引进的场效应管击穿问题；另外，产品防潮性能低，对环境的湿度要求相应较高；
3)电子感应器(主要是烟感器)的密封性能差，这是该类产品无法克服的设计缺陷，以致经常因灰尘或蚊虫进入而误报警。调查及统计表明，烟感器及系统的误报警率较高，原因不明的报警率多达30%；
4)电子感应式产品的灵敏度问题也不容忽视，生产厂家往往将灵敏度调得过高，使得产品产生不必要的报警干扰，不能与自动灭火系统联动。
3. 火灾感温报警电缆的特点
针对火灾报警产品的现状，研发具有报警功能的新型产品的课题的核心思路是在电缆内设置热敏绝缘绞合线芯，一改过去的电子感应式或记忆合金式探测器的设计方案，而是根据电线电缆的特点，将热敏绝缘材料与弹性导体相结合，可探测到沿其长度范围内任一点的超温，达到火灾感温报警的效果，该产品应能弥补电子报警产品的不足，能适应特殊环境，并具有如下特点：
1)采用热敏绝缘进行感温报警，能降低报警系统工程成本；产品的报警温度不受环境影响，也不因使用时间的长短而变化；产品在监测状态只需提供报警信号电平，具有零功耗的优点。
2)适合于工程的特殊环境要求(如多粉尘、湿度大及易腐蚀等恶劣环境)，具有较强的抗干扰能力。
3)产品任一点都具有感温报警性能，可联动防火门和灭火设备。
4)安装和连接简便，内部钢芯导线可有效防止机械损伤。维护方便，火灾报警后仅需将已发生报警作用的一段电缆切去，更换成同温度等级的报警电缆即可。
5)该产品信号采集精度高，报警控制器功能结构变换灵活，可与同一回路中的其它报警设备(如手拉报警器、感烟探测器)兼容。
6)不同温度等级的感温电缆可在同一探测回路中使用，是灭火系统(如雨淋系统和预作用灭火系统)最理想的启动感应器。
7)当本产品的绝缘材料确定后，报警温度也就固定了，无须进行报警温度及灵敏度的调节。
4. 火灾感温报警电缆的设计和研制
4.1 报警电缆的结构设计
该产品主要采用两根热敏聚合物绝缘的钢芯单线组成，两根绝缘单线按一定的节距对绞在一起。当环境温度升高，电缆内绝缘线芯受热温度逐渐升高。达到规定温度时，热敏绝缘层迅速熔化并发生短路，报警数据采集器得到短路信号，发出相应位置的超温报警，从而起到火灾报警作用。为提高电缆短路的响应速度，在满足其他性能要求的同时，应使热敏绝缘层尽可能薄，这样当绝缘层受热熔化时钢丝由于自身扭曲弹力而迅速破坏绝缘层，形成短路。
4.2 热敏绝缘材料的选用
火灾感温报警电缆的感温性能主要取决于绝缘材料的感温灵敏程度，如何找到适合报警电缆的热敏绝缘材料是该项目研发的关键。为此，经多年的研究和试验，确定了感温报警性能和电缆加工性能俱佳的热敏聚合绝缘材料，该材料是在聚乙烯中均匀添加乙酸乙酯后，使聚乙烯聚合物的强度提高，熔点降低。报警电缆的感温性能正是利用了热敏聚合物的这一特点，其感温等级则取决于乙酸乙酯的添加量。
4.3 热敏绝缘层与护套的挤制
在热敏聚合物挤出中，我们主要采用下列措施提高薄绝缘结构的质量：
1)利用多圈张力校直轮和钢丝定心模保证钢丝校直和提高绝缘同心度。
2)进行适当的预热，确保钢丝与薄绝缘层间无空隙而又不形成粘接。热敏聚合物的挤塑温度控制要求较高，机身每一加热区均要防止温度过高或过低。温度过高，会使添加物提前分解，从而改变实际短路报警温度，过低则会塑化不好而使绝缘表面粗糙，无法开薄。
薄护套的加工主要在绝缘生产线上进行，在实际操作时，我们根据挤塑机机身的特点，确定了合理的工作温度，并采用半挤压式挤出，以确保护套包覆紧密，电缆结构稳定。
4.4 热敏线芯的对绞工艺
由于对绞线芯为钢丝，强度较高，给对绞结构的稳定带来一定的困难，因此结绞节距大小的确定尤为重要。若对绞节距过大，则对绞后钢丝受力小而影响短路响应速度，反之过小则会使钢丝受力超出弹性限度，也影响报警速度。这可通过多次工艺试验，获得最合理的对绞工艺参数。
5. 火灾感受温报警电缆的性能试验
火灾感温报警电缆有关结构尺寸和机械物理性能试验可参照相关电线电缆的试验方法。报警性能试验是用来衡量该产品报警功能的，试验方法的合理选择尤为重要，根据国家相关标准规定的火灾探测器的技术要求和试验方法，结合实践经验，以下提出了该产品感温报警性能的试验要求和方法。
1)短路温度试验
将试样的中间段(约1m长)放入温箱，一端接上通断试验用蜂鸣器。在温箱气流初始温度为25℃、流速为0.8m/s左右的条件下，以1℃/min的速度升温，直到蜂鸣器发出短路指示，记录下这一短路温度。试验结果误差应在±10%以内，且不得低于55℃。
2)不短路温度试验
将试样的中间段(约10m长)放入温箱，一端接上通断试验用蜂鸣器。将温箱温度调至相应的额定温度值以下30%的温度并保持30min。试验期间及试验后，不应出现短路报警现象。
3)低温试验
将不小于10m长的试样接上通断试验用蜂鸣器，放入温度为–30℃的环境中，保持时间为1h。试验期间及试验后，不应出现短路报警现象。
6. 结束语
火灾感温报警电缆属电子与信息技术领域，广泛应用于电缆架、煤炭传送带装置、电源配电装置、矿井、输油管道、油库、机房等易燃危险环境的火灾感温探测自动报警系统，能与自动消防系统、应急照明报警系统进行联动控制。产品已获国家专利，专利号ZL99230594.2，相信该产品将能更好地适应我国智能报警系统领域里的需要.
本火灾感温报警电缆还需在报警装置的长期使用中进行验证，产品的有关设计和试验有待进一步探讨和完善。
www.secu.com.cn 中国安防产品网 (库海摘录时对文字做了修订)
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