CN101169993B - 中压耐火电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中压输电耐火电缆，其特征是中压缆芯外耐火层为，内侧耐火无机纤维隔热层，和外侧正常使用为柔软型热固性弹性体、遇着火则转变为挡火隔热层的复合耐火隔热层，所说热固性弹性体，由30-50wt％的硅基弹性材料、40-60wt％无机填充料、5-15wt％中低温熔块、4-10wt％硫化剂，混合挤压成型、硫化而成。该复合耐火隔热层，在未遇到火焰情况下，是较柔软护层材料，可以确保正常时耐火结构的良好弯曲性能，在遇火或高温时则迅速转变为壳管状耐火隔热结构，在救火环境中仍能维持一定时间不被损坏，有效阻挡火焰或高温对内层绝缘的损坏，当外层850℃火焰温度，内侧绝缘表面温度低于180℃。此耐火隔热结构，可以按常规电缆生产方式施加，生产效率极高。

Description

中压耐火电缆

技术领域

本发明涉及一种中压耐火电缆，特别是正常使用为软耐火结构，遇火则转变为硬壳状耐火隔热结构的中压耐火电缆。

背景技术

特大型高层建筑物，如果按惯例采用0.6/1kV低电压配电，其电缆用量及敷设安装工作量，较通常建筑物成数十倍增长，电缆敷设空间成几倍增长，既耗材，又耗能，并且建筑物中电缆敷设过多、过大，也会给安全使用带来不利影响。因此特大型高层建筑物，开始采用中压(6-35kV)供电。作为耐火电缆，低压电缆结构上不需加绝缘屏蔽层，因此可以直接在导体上施加耐火绝缘层，并只要满足火焰温度下具有绝缘性能；中压电缆结构上必须在导体外增加绝缘及屏蔽，然后再在其外施加耐火层，耐火层在火焰温度下，不仅要耐火，而且要有较高绝热性，保证外界着火高温热不损害内侧绝缘，以满足着火后在一定时间内绝缘完好，仍然能继续供电。由此现有技术中压耐火电缆，基本都是采用在中压结构缆芯外施加“耐火层+绕包钢带”，或是施加“矿物质”耐火层结构，电缆较硬、弯曲性能差，不利于运输、施工敷设。如：

中国专利CN2814625公开的中压耐火电缆，结构为由交联聚乙烯绝缘铜带屏蔽线芯、耐火云母带和无碱玻璃丝包带混合构成复合耐火护层、无碱岩棉绳填充层、无碱玻璃丝包带、内护套、钢带铠装层和外护套组成。

中国专利CN2837993公开的6KV及以上中高压耐火电缆，缆芯由导体、导体屏蔽、高压绝缘、绝缘屏蔽、金属屏蔽组成，缆芯与外护套间有绕包耐火隔热层及绕包钢带隔火层。虽然在着火环境具有很好阻火、隔热性，隔热层外面800-1000℃高温，可以保持内侧温度低于200℃，可以确保电缆着火后1000℃正常运行120分钟以上。

中国专利CN1480958公开的6KV及以上中压膨胀型耐火电缆，绝缘线芯外表设有隔离套，隔离套外表填充有矿物质复合层，矿物质复合层外设有膨胀套，膨胀套外为护套。

上述中压耐火电缆，均为采用绕包钢带作阻火层，或采用矿物质耐火隔热层，所得电缆均为弯曲性能极差的硬电缆。此类电缆不仅弯曲性能差，弯曲半径较大，通常至少需20倍电缆直径，而且电缆重量大，不利于运输和施工敷设，只能用于大直径、大空间敷设，敷设占位空间大，安装困难；另外，外层钢带仅起挡火作用，而基本无隔热功能，因此需要内层的隔热层具有相当厚度，过厚的隔热层又会在正常使用下，影响电缆正常使用时的载流量。特别是矿物质耐火隔热结构：电缆遇火燃烧时，外护套首先被烧毁，里面的耐火膨胀隔热套缺乏强有力的保护作用，在遇到水淋和振动等恶劣状况时，极易造成矿物质耐火隔热层破坏，很难保证着火后较长时间保持动态安全供电。

现有技术虽然有耐火软电缆，但基本都是0.6/1kV低压电缆，因而可以直接在导体外包覆耐火绝缘层，例如：

中国专利CN1152969耐火电线，导体上缠绕无机材料耐火绝缘带。

中国专利CN2051009公开的耐火电缆，在导电线芯外绕包一层玻璃丝云母带，作为主要耐火层。

中国专利CN1095181公开的高耐火电缆，由铜导体制成线芯上绕包有云母带，在云母带上涂有一层不燃涂料，再挤压有由混合塑料构成的绝缘层。

中国专利CN2817002公开的耐火电缆，导体上绕包一层云母带层，云母带层上设有玻璃纤维带绕包层，在玻璃纤维带绕包层上设有铜带绕包屏蔽层，在铜带绕包屏蔽层上设置塑料或橡胶绝缘层。

中国专利CN2819404公开的耐火电缆，耐火绝缘层为耐火无机短纤维粘胶层，及外覆耐火或无机粘结剂组成的复合耐火层。

上述软耐火结构，仅具有耐火作用，隔热作用有限，因而不能被直接用于中压电缆；其次，上述软结构耐火层，在遇着火外护层烧毁后，很容易造成绕包的云母掉落，失去耐火绝缘作用，也不能保证在着火后较长时间保持动态安全供电。

申请人先前申请的中国专利CN1710670耐火电缆，采取在云母耐火绝缘层组成的导体线芯与外轧纹金属护套间，设置无机耐火膨胀层，通过遇火膨胀产生对云母的压紧作用，维持较长时间绝缘完好供电。此电缆的不足：一是该耐火结构仍然为硬结构耐火电缆，二该耐火结构仍然只适用于低压电缆，难以直接应用于中压电缆。

因此，至今为止尚未出现正常使用条件下耐火为软结构，着火后能保持在动态下一定时间正常供电的中压耐火电缆。

发明内容

本发明目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种正常使用耐火层柔软性好，着火后抗火灾能力强，能保持较长时间安全供电的中压耐火电缆。

本发明目的实现，主要改进是在中压缆芯外采用正常使用下为软结构，而在遇较高温度时即能转变为瓷管壳状耐火隔热套的耐火隔热结构，达到在水淋、振动环境，仍能保持耐火隔热层里侧的中压绝缘安全，达到较长时间继续供电，从而克服现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明中压耐火电缆，包括中压结构的绝缘缆芯，外侧的耐火层和外护套，其特征在于耐火层为内侧耐火无机纤维隔热层，和外侧正常使用为柔软型热固性弹性体、遇着火则转变为挡火隔热层的复合耐火隔热层，所说热固性弹性体，由30-50wt％的硅基弹性材料、40-60wt％无机填充料、5-15wt％中低温熔块、4-10wt％硫化剂，混合挤压成型、硫化而成。

本发明所说

中压结构缆芯，指通常中压电缆具备的结构，即由绞合导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽、金属屏蔽组成。可以是单芯结构，也可以是多根绝缘线芯绞合的多芯结构，例如三芯电缆。绞合导体，可以是通常的硬结构绞合导体，也可以是软结构绞合导体。

耐火无机纤维隔热层，为具有耐火特性的无机材料制成的如纤维、棉、带、布，经多层绕包或包覆而成，其中较好采用纤维编织成的带，更方便绕包。它们可以是例如但不限于玻璃纤维带、石棉、玄武岩纤维带、陶瓷纤维带等，它们既可以单用，也可以复合使用。在正常没有遇到火焰燃烧温度烘烤时，因其自身存在透气空隙，因而能够满足电缆正常工作散热性能要求，载流量大，并具有较好的柔软性；一旦遇到火焰燃烧温度烘烤，网眼封装将成为优良的隔热层，可以限制或大大减少外侧高温向内侧绝缘的传导，从而保护位于其内侧的绝缘不受高温损坏。绕包隔热层，还可以作为增加强度、稳定结构的包带使用，这样可以省略另外施加包带及工序。隔热层厚度较适宜为1-3mm，增加厚度，虽然可以提高隔热性能，但会影响电缆正常使用时的载流量，实验表明该厚度已经能够有效保护内侧绝缘不受高温损坏。

硅基弹性材料，一种典型如硅橡胶(HTV)，作为组成热固性弹性体的载体，同时硅基弹性材料自身具有一定的耐高低温性能，及耐臭氧老化、耐候老化，以及优良的电绝缘性能及良好的加工性能。如果用量过低，会影响正常使用的机械物理性能，用量过高又会影响遇火转变烧结效果。

无机填充料，可以为常用无机细粉橡胶填充补强剂，例如但不限于滑石粉、白炭黑、陶土、碳酸钙、炭黑、粘土、石英粉等，作为硅基弹性材料的填充补强剂，经橡胶工艺，在硫化剂作用下，共同组成类似橡胶的热固性弹性体；而在遇火或高温下则与中低温熔块熔融烧结成具有一定强度的类似陶瓷管壳体。本发明试验显示，尤以采用陶瓷原料为主要成分的无机填充料效果最好，例如滑石粉和白炭黑混用，具有很好的双补强效果。无机填充料用量，与上述硅基弹性材料用量作用相反。

中低温熔块(frit)，例如含铅、硼熔块，其作用与陶瓷釉中作用相仿，熔融后形成玻璃质物体，在本发明中作为一种在中低温条件下形成陶瓷体的结合剂。在本发明制成热固性弹性体时也作为一种填充剂(细粉)，但在遇到温度例如300-500℃(根据需要设定，选择相应温度熔块)，则与弹性体中无机填充料共同形成类似陶瓷体(温度作用转变为类似陶瓷体)，起到挡火及隔热作用。根据不同耐火温度转变要求，可以选择不同温度熔块，从环保角度，本发明优选不含铅的含硼熔块。

硫化剂，作用与通常橡胶中硫化剂作用相当，形成交联形成网状结构，以提高硅基弹性材料机械性能，只需选择与硅基弹性材料相匹配的硫化剂即可，此为现有技术。

上述由硅基弹性材料、无机填充料、中低温熔块、硫化剂，经制橡胶工艺挤压制成橡胶体，挤制在电缆上并经硫化构成热固性弹性体(耐火硅橡胶)。在未遭遇火焰烧蚀或低于500℃(此温度由所用熔块调节)温度烘烤，是很柔顺的热固性弹性体；在火焰烧蚀或高于500℃温度烘烤，热固性弹性体中有机质和水份很快烧失及蒸发，熔块温度作用使其与无机填充料、及硅橡胶中未烧失无机物形成具有一定强度的陶瓷体，即转变为类似陶瓷状固体耐火隔热层(管壳结构)，并且很轻、且很耐高温，耐火温度可达1200℃，并具有一定的机械强度，试验显现，把这种材料加热至800多度时，仍然可以直接用手来捡取，表明不仅其比热容很小，隔热效果奇佳，而且具有相当强度，确保在救火环境不被损坏，完全可以达到着火后相当时间保障耐火隔热结构完好，从而保护内部绝缘线芯继续供电。热固性弹性体耐火隔热层，兼具橡胶和无机耐火材料双重功能，此为本发明耐火隔热层一大特色。其厚度较好为3-5mm，增加厚度，同样会影响正常使用电缆的载流量。

本发明复合耐火隔热层，仅承担耐火保护作用，而不需承担电气绝缘功能，这也是区别于现有技术中耐火绝缘特点之一。并且本发明复合结构，综合了两者优点，克服了各自不足，实现了性能互补，既有在正常使用下的很好抗拉强度，和柔软性，又有隔绝潮气作用，外层还具有极好的挡火隔热性能，有利于减轻隔热层负担。

本发明中压耐火电缆，其组合耐火隔热结构在未遇火焰或高温下具有较好柔软性，不仅可以确保未遇火及高温下电缆的良好弯曲性能，弯曲半径只需12倍电缆直径，方便运输和施工敷设，敷设占位空间小，有利与复杂敷设环境敷设电缆，而在着火后，外侧热固性弹性体则迅速形成具有一定强度的挡火隔热硬壳，耐火试验通过GB/T19216-2005标准，有效阻挡火焰或高温对内层的热传导，试验结果显示，当外层850℃火焰温度，内侧绝缘表面温度低于180℃，其性能符合GB/T12706-2002标准要求，同时硬壳耐火隔热结构，有效保护了里侧绝缘的安全，延长了电缆安全供电时间，可以为灭火提供电力支持。其次，本发明复合耐火隔热结构，在火焰下外层不仅具有耐火功能，而且具有优良的隔热功能，较较现有技术金属套防火，可以减小内侧隔热层的厚度，确保正常使用时的载流量，并且综合隔热效果更好，里侧绝缘表面温度更低。此外，本发明复合耐火隔热结构，制作方便，可以按常规电缆生产方式施加，更适合于高效率批量生产，内侧耐火无机纤维隔热层，可以采用简便的绕包方式施加，外侧热固性弹性体耐火隔热层，可以采用橡胶护套方式挤出成型，生产效率极高，完全可以利用现有电缆生产装备和工艺，而不需另行增加设备。本发明复合耐火隔热结构，使得在未遇到火焰烧蚀情况下，起到电缆内护层作用，具有与正常中压电缆一致的电气性能，且很大程度改善现有中压耐火电缆弯曲性能差、弯曲半径大的不足，在遇火或高温时则迅速转变为壳管状耐火隔热结构，具有较高的耐火隔热性能和一定强度，较长时间有效保护内侧的绝缘，在救火环境中仍能维持一定时间不被损坏，可以保证着火后较长时间保持安全供电。

以下结合二个示例性实施方式，进一步说明本发明，但实施例不应理解为对本发明的具体限定。

附图说明

图1为本发明中压单芯耐火电缆结构示意图。

图2为本发明中压三芯耐火电缆结构示意图。

具体实施方式

实施例1：参见图1，本发明中压单芯耐火电缆，其结构自中心向外依次为：细铜丝绞合导体1，导体屏蔽2，交联聚乙烯绝缘3，绝缘屏蔽层4，铜带或铜丝编织屏蔽5，2mm厚玻璃纤维编织带绕包隔热层6，3.5mm厚热固性弹性体耐火隔热层7，外护套8。

其中热固性弹性体耐火隔热层，由30wt％硅橡胶，25wt％滑石粉，30wt％白炭黑，8wt％含硼500℃中低温熔块，7wt％过氧物硫化剂，经混炼成可塑性橡胶料，通过挤橡机挤包在绕包隔热层6外，最后经硫化而成。

实施例2：参见图2，如实施例1，其中电缆缆芯由三根中压结构绝缘线芯绞合组成，隔热层6由玻璃纤维带与石棉叠合绕包成厚1.5mm，挤包的热固性弹性体耐火隔热层厚3mm，组成为：38wt％硅橡胶，45wt％陶土填充剂，10wt％中低温熔块，7wt％过氧物硫化剂。

实施例3：如前述，其中隔热层6由玄武岩纤维带绕包组成，热固性弹性体耐火隔热层组成为：45wt％硅橡胶，40wt％白炭黑填充剂，10wt％中低温熔块，5wt％铂氯化合物。

此外，本发明耐火隔热结构，当然可以用于硬导体电缆，或其他需要耐火隔热的功能电缆。

Claims (7)

1.中压耐火电缆，包括中压结构的绝缘缆芯，外侧的耐火层和外护套，其特征在于耐火层为内侧耐火无机纤维隔热层，和外侧正常使用为柔软型热固性弹性体、遇着火则转变为挡火隔热层的复合耐火隔热层，所说热固性弹性体，由30-50wt％的硅基弹性材料、40-60wt％无机填充料、5-15wt％中低温熔块、4-10wt％硫化剂，混合挤压成型、硫化而成。

2.根据权利要求1所述中压耐火电缆，其特征在于耐火无机纤维为纤维编织带。

3.根据权利要求1或2所述中压耐火电缆，其特征在于耐火无机纤维隔热层厚度为1-3mm。

4.根据权利要求1所述中压耐火电缆，其特征在于硅基弹性材料为硅橡胶。

5.根据权利要求1所述中压耐火电缆，其特征在于无机填充料为滑石粉和白炭黑。

6.根据权利要求1所述中压耐火电缆，其特征在于热固性弹性体中低温熔块为含硼熔块。

7.根据权利要求1、2、4、5或6所述中压耐火电缆，其特征在于热固性弹性体层厚度为3-5mm。

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