針對核電廠、大型倉庫等高危環(huán)境中的電力電纜防火問題，印度理工學(xué)院（IIT Roorkee）、GD哥恩卡大學(xué)、印度石油大學(xué)（UPES）、約翰霍普金斯大學(xué)及巴哈原子研究中心聯(lián)合開展的研究，通過臺架實驗與數(shù)值仿真，量化了不同厚度阻燃涂層對電纜抗輻射火災(zāi)能力的提升效果。相關(guān)成果已于2025年8月13日發(fā)表于《Frontiers in Thermal Engineering》。

研究背景源于工業(yè)火災(zāi)教訓(xùn)。2010年大連油庫火災(zāi)初期，供電電纜受損導(dǎo)致低壓電源中斷，緊急閥門無法電動關(guān)閉，嚴(yán)重阻礙滅火作業(yè)。該事件凸顯了在火災(zāi)中，連接安全設(shè)備的電纜往往成為應(yīng)急系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

為探究防護(hù)方案，研究團(tuán)隊以一根1.1千伏、四芯XLPE絕緣帶鋁鎧裝的PVC護(hù)套電力電纜為對象（外徑26.2毫米，額定電流70安培）。實驗分為通電穩(wěn)態(tài)、外部輻射預(yù)燃及電纜自身燃燒三個階段。設(shè)定兩種平均熱通量條件（約15千瓦/平方米和20千瓦/平方米），測試0至0.8毫米共五種阻燃涂料厚度，共計十組實驗。阻燃漆由阻燃劑與專用漆調(diào)配而成，單層干膜厚度90至100微米，干燥需20至24小時。固化涂層導(dǎo)熱系數(shù)為1.633瓦/米·開，比熱容1690.581焦/千克·開，密度1272.308千克/立方米，厚度測量精度誤差控制在1.5%至2%以內(nèi)。

未涂層裸電纜在15千瓦/平方米熱通量下于1897秒失效，此時鋁芯溫度達(dá)282.60攝氏度、外護(hù)套353.90攝氏度；熱通量升至20千瓦/平方米時，失效時間縮短至991秒，芯護(hù)套溫度分別為223.16攝氏度和310.16攝氏度。高強度輻射加速了絕緣層降解，導(dǎo)致護(hù)套先于芯線完全受熱前破裂。

施加阻燃涂層后，電纜耐災(zāi)時間顯著延長。在15千瓦/平方米條件下，涂層厚度從0增至0.8毫米，失效時間依次延長至2017秒、2140秒、2241秒和2542秒，Zui大增益接近11分鐘。在20千瓦/平方米條件下，對應(yīng)失效時間提升至1204秒、1300秒、1386秒和1522秒。涂層不僅使點火時間隨厚度近似線性增加，還改變了失效形態(tài)：處理后的絕緣層在高溫下硬化附著或分層脫落，而非熔融滴落，有效抑制了直接熱通量并限制了表面火焰蔓延。

基于實驗數(shù)據(jù)，團(tuán)隊利用Zui小二乘法擬合了電纜失效時間與熱通量及涂層厚度的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，預(yù)測值與實測偏差控制在2%以內(nèi)。研究引入“溫降比”（TRR）指標(biāo)評估隔熱效果。在15千瓦/平方米工況下，0.8毫米涂層達(dá)到Zui大TRR值0.1822，提示臨界厚度約為0.8至1.0毫米；而在20千瓦/平方米工況下，Zui大TRR值0.1813出現(xiàn)在0.2至0.4毫米區(qū)間，表明Zui優(yōu)涂層厚度需根據(jù)火災(zāi)熱應(yīng)力動態(tài)調(diào)整。

為拓展臺架結(jié)論，團(tuán)隊在COMSOL Multiphysics中構(gòu)建了包含四層鋁芯、同心絕緣層、內(nèi)護(hù)套、鍍鋅鋼鎧裝及外PVC套的三維數(shù)值模型。網(wǎng)格劃分逾百萬個四面體單元，耦合固體傳熱與電流物理接口，施加210安培穩(wěn)態(tài)電流1470秒后，對四分之一外護(hù)套施加實驗對應(yīng)的熱通量。仿真成功復(fù)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)運行、短路失效、完全燃燒及對流冷卻四個階段。模擬結(jié)果與實驗高度吻合，例如15千瓦/平方米裸電纜失效時間預(yù)測值為1898秒（實測1897秒），20千瓦/平方米為990秒（實測991秒）。全樣本外護(hù)套平均偏差為9.94%，芯線為14.19%。

研究指出，當(dāng)前關(guān)聯(lián)式因?qū)嶒灁?shù)據(jù)有限僅適用于較窄的熱通量范圍，未來需擴大驗證?，F(xiàn)有基準(zhǔn)數(shù)據(jù)可為高風(fēng)險區(qū)域電纜選型提供依據(jù)，指導(dǎo)高效耐火涂層研發(fā)，助力工程師確保關(guān)鍵設(shè)施的安全電纜不致成為火災(zāi)中的隱患點。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-17。本文為資料編譯。