CN103646721B - 一种柔性矿物绝缘铝芯防火电缆 - Google Patents
一种柔性矿物绝缘铝芯防火电缆 Download PDFInfo
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Abstract
一种柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，包括各自内含导体的单根或三根绝缘导体构成的缆芯，其特征在于：所述的导体包括铝芯，每个缆芯由内到外包括包覆在导体外面的矿物绝缘层和挤包在矿物绝缘层外面的绝缘加强层，在各缆芯的外面包覆有降温隔热防火层，在降温隔热防火层的外面绕包有内耐火绝热层，在内耐火绝热层的外面包覆有铠装隔热挡火层，在铠装隔热挡火层的外面绕包有外耐火绝热层，阻燃防火外护套挤包在所述的外耐火绝热层的外面。成本低，重量轻，完全可满足在750℃的温度下经受90分钟耐火试验后的铝合金缆芯的温升不超过200℃的要求。
Description
技术领域
本发明涉及输配电领域，具体涉及1kV及以下的低压防火铝芯电缆。
背景技术
随着经济社会的高速发展，建筑设施和人口相对密集的城镇街道、厂矿企业、住宅小区的用户配电变压器(变电站)的电压等级普遍提高，远离城市中心的国家电网与用户配电变压器之间及用户配电网内部大量采用1kV级及以下的电力电缆连接，从而使1kV级的电缆的需求急剧攀升。由于电力电缆需穿越建筑设施和人口相对密集的区域，而这些区域的电力电缆因受复杂自然因素的影响有可能发生电力事故，为了使电力事故不会酿成火灾，或在遭受火灾破坏的情况下不会使电力电缆酿成次生事故，要求电力电缆需具有可靠的防火功能，因此，防火电缆的使用日益广泛。然而，现有的防火电缆普遍采用多根铜丝绞合而成的铜芯导体，需使用大量的铜，而我国是铜资源极为匮乏的国家，而且，由于铜丝易氧化，特别是在高温作用下会加快氧化速度，而氧化会带来流通截面的下降，从而导致载流量的下降。但与铜合金的熔点可达到1000℃以上相比，由于铝合金的熔点温度一般不会超过670℃，而防火电缆的国家标准要求在750℃的温度下须经受90分钟的耐火试验，因此，现有的防火电缆都采用铜芯导体。
专利号为201220048583.1的中国实用新型专利公开了一种采用三层防火结构的波纹管护套防火电缆，将紫铜波纹管作为第一道防火层，矿物粉泥(耐火土)作为第二道防火层，耐高温云母带作为第三道防火层，由于紫铜波纹管虽然在1000℃以下不能熔化，但能迅速传热，所以其第一道防火层仅起到隔离火焰的作用，不能起到隔热的效果；第二道防火层虽然能能耐高温，并在陶瓷化过程中能降温，但由于陶瓷化降温过程很短，而从紫铜波纹管传入的高温是持续的，因此陶瓷化降下的温度很快被传入的温度抵消，而陶瓷化了的耐火土仍然能传热，在外界持续高温的作用下，高温很快传入到绝缘层，无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘层虽能阻燃，但在200℃以上的高温下会产生塑性变形，从而导致绝缘层的绝缘失效。由此可见，该现有防火电缆只能采用铜芯导体，不能采用铝芯导体，另外它不能满足标准规定的电缆的防火标准要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，可在确保电缆载流量的同时，使电缆重量减少约30％、成本减少约35％以上，而且提高了电缆载流量的稳定性，特别是采用在电缆缆芯合成的总缆的外面由内之外依次增加两套分别为防火、挡火的结构，并且在两种结构中分别采用不同的无机矿物材料作为包带，能够保护电缆的绝缘线芯在火焰下也能正常工作，而且成本低。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。
一种柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，包括各自内含导体11的单根或多根缆芯1，其特征在于：所述的导体11包括铝芯，每个缆芯1由内到外包括包覆在导体11外面的矿物绝缘层12和挤包在矿物绝缘层12外面的绝缘加强层13，在缆芯1的外面包覆有降温隔热防火层2，在降温隔热防火层2的外面绕包有内耐火绝热层3，在内耐火绝热层3的外面包覆有铠装隔热挡火层4，在铠装隔热挡火层4的外面绕包有外耐火绝热层5，阻燃防火外护套6挤包在所述的外耐火绝热层5的外面。
另外，优选的结构是：所述的降温隔热防火层2采用具有释水降温特性的A类无机化合物挤出填充结构层，其分解释水降温的临界温度范围为150℃至250℃。
还有一种优选的结构是：所述的降温隔热防火层2采用氢氧化铝无机化合物挤出填充结构层。
此外，优选的结构是：所述的铠装隔热挡火层4采用具有释水降温特性的B类无机化合物和联锁式铠装的复合结构层，其分解释水降温的临界温度范围为300℃至400℃。
另一种优选的结构是：所述的铠装隔热挡火层4采用联锁铠装+氢氧化镁无机化合物的复合结构层。
再一种优选的结构是：所述的铠装隔热挡火层4采用钢丝编织+氢氧化镁无机化合物的复合结构层。
此外，优选的结构是：所述的内耐火绝热层3和/或外耐火绝热层5采用无机阻燃带的带绕包结构层。
此外，优选的结构是：所述的阻燃防火外护套6采用防火聚烯烃挤包结构层。
此外，优选的结构是：所述的绝缘加强层13采用辐照聚烯烃挤包结构层。
此外，优选的结构是：所述的矿物绝缘层12采用云母带的带绕包结构层。
本发明针对上述现有技术的问题，采用铝芯导体替代铜芯导体，可在确保电缆载流量的同时，使电缆重量减少约30％、成本减少约35％以上，重量的减轻使电缆易于运输、安装敷设，同时，因为铝合金丝在发生氧化时，表面会形成一层薄薄的氧化铝抗氧层，能很好避免内部继续氧化所以有效避免了如铜丝氧化带来的通流截面下降的问题，提高了电缆载流量的稳定性。并且，针对铝合金导体的熔点温度一般不会超过670℃的特性，本发明的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆采用降温隔热防火层、铠装隔热挡火层等多层防火结构，防火结构层集阻燃、隔火、耐火、隔热、降温、铠装等防火功能于一体，能大幅度延长火和热影响到铝芯防火缆芯内的时间，大幅度降低传导到铝芯防火缆芯的温度，使其耐压绝缘和导体导电的性能在750℃火蚀温烤下能经受90分钟甚至180分钟的考验而不至于失效。
附图说明
图1是本发明的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆的实施例的横截面结构示意图。
具体实施方式
以下结合图1给出的实施例，进一步说明本发明的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆的具体实施方式。本发明的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆不限于以下实施例的描述。
为了便于说明，本发明的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆以图1所示的4根铝合金缆芯1的横截面结构示意图为实施例，应当能理解到，铝合金缆芯1可以是一根，也可以是多根。铝合金缆芯1适用于1kV级的电压等级，其结构在图1中为：1代表铝合金缆芯，它包括铝芯导体11、矿物绝缘层12和绝缘加强层13，每个铝合金缆芯1包括铝芯导体11、包覆在铝芯导体11外面的矿物绝缘层12以及挤包在矿物绝缘层12外面的绝缘加强层13，所述的矿物绝缘层12采用云母带绕包结构层，即采用已知的绕包工艺将云母带绕包在铝芯导体11外，它具有较好的绝缘、耐火功能。所述的绝缘加强层13优选均采用防火的适用于1kV电压等级的辐照聚烯烃材料，它采用已知的挤包工艺成型，辐照聚烯烃不仅具有良好的绝缘性能，而且还具有良好的阻燃、耐火性能。绝缘加强层13还可采用其他具有良好的阻燃、耐火和绝缘性能的结构形式。图1中采用数字2代表降温隔热防火层、3代表内耐火绝热层、4代表铠装隔热挡火层、5代表外耐火绝热层、6代表阻燃防火外护套。其中由A类无机化合物构成的降温隔热防火层2和内耐火绝热层3包带形成内层防火结构，其主要作用是降低温度至绝缘和导体能承受的温度范围；并且由铠装隔热挡火层4、外耐火绝热层5和阻燃防火外护套6构成外层挡火结构，其主要作用是挡住火焰的直接侵蚀，同时对火焰接触电缆后，降低和延迟火焰温度对电缆的影响。本发明在由各电缆缆芯1合成的总缆的外面由内至外依次增加两套分别为防火、挡火的结构，并且在两种结构中分别采用不同的无机矿物材料作为包带，以抵抗火焰的侵蚀，保护电缆的绝缘线芯在火焰下也能正常工作，尤其是使铝合金导体的电缆能经受住防火电缆国家标准、国外先进标准规定的耐火试验要求，达到电缆防火的目的。具体地说：
在各铝合金缆芯1的外面包覆有降温隔热防火层2，所述的降温隔热防火层2采用能释水降温的A类无机化合物形成，该层是采用挤出工艺在由多根铝合金缆芯1合股而成的总缆的外面挤出并包覆防火材料形成的结构层，以达到降温、隔热、防火的目的。这里“A类无机化合物结构层”是指采用能在150℃至250℃的温度范围内释水降温的无机化合物成型的结构层，并经释水降温化学反应后的固体物仍能保持原有的成型形状，而且该成型的固体物具有隔热的性能。所述的降温隔热防火层2优选采用氢氧化铝无机化合物结构层，它采用一种以氢氧化铝Al(OH)3为主要材料的无机化合物，借助氢氧化铝的燃烧特性，在200℃时分解释放出结晶水：
2Al(OH)3＝＝(加热)＝＝Al2O3+3H2O
通过挤出工艺成型的结构层，它借助氢氧化铝在200℃时分解释放出结晶水的化学反应过程中吸收热量1.96kj/g的特性，以达到降温、隔热的目的，同时它生成的水蒸气，会稀释可燃性气体，起到阻燃防火作用，此外该化学反应过程还能捕捉有害气体、抑制烟雾，具有减少有害和有毒气体排放的功能，而氢氧化铝分解时不产生有毒气体，也不产生腐蚀性燃烧产物。降温隔热防火层2不排除采用其它具有降温、隔热的功能的材料，通过它的降温、隔热的功能，将传入到电缆内部的热再次降温，确保铝合金缆芯1保持在安全的温度，而且降温隔热防火层2的材料的释水温度(即满足释水降温的条件)范围在150℃至250℃，其中优选为200℃，因为此释水温度与铝合金缆芯1的绝缘加强层13的辐照聚烯烃的耐火温度相匹配。
接着，将所述的内耐火绝热层3绕包在降温隔热防火层2的外面，它是采用耐高温的矿物材料和绕包工艺形成的结构层，通过它来增强降温隔热防火层2的结构强度。内耐火绝热层3优选采用具有能耐800℃的高温特性的无机阻燃带绕包结构层，以便能在氢氧化铝分解释放出结晶水的化学反应过程中及化学反应过程后都能使降温隔热防火层2保持理想的结构强度，该强度有利于隔热，同时还有利于保护层内的铝合金缆芯1不被破坏。当然，内耐火绝热层3不排除采用其他绝热矿物材料。降温隔热防火层2和内耐火绝热层3构成的內保护层主要通过氢氧化铝的释水降温来保护电缆中的塑料等有机绝缘材料不被烧蚀，达到防火的目的。
继而将所述的铠装隔热挡火层4包覆在内耐火绝热层3的外面。所述的铠装隔热挡火层4采用铠装+无机化合物的结构层，该结构层是一种能释水降温且释水温度范围为300℃至400℃的B类无机化合物的复合结构层，铠装隔热挡火层4采用铠装+挤出的工艺成型，即在铠装的同时，通过挤出B类无机化合物的工艺成型的复合结构层。这里所述的挤出的工艺与挤包工艺类同，不同的是结构层的成型不是由挤包实现的，而是由铠装实现的，因此，铠装隔热挡火层4在结构上是一种铠装+挤出的复合结构层，并且铠装的金属材料与挤出的B类无机化合物之间形成密不可分的复合层结构，使铠装隔热挡火层4不仅具有铠装的功能，而且还具有降温、隔热、防火的功能。铠装隔热挡火层4的铠装结构的一种优选方案是采用联锁式铠装结构，因为它不仅可兼容填充B类无机化合物，而且其铠装工艺能与挤出工艺组合匹配，此外，联锁式铠装结构能分散电缆的侧压力，能保证电缆在遭受弯曲、挤压、扭转等变形时，铝合金缆芯1和护套之间的相对位置保持不变，不会产生短路等影响电气性能问题，联锁式铠装结构采用金属材料，如不锈钢，它能具有很高的耐温弹性，如牌号为SUS314的不锈钢的耐温可达1250℃。铠装隔热挡火层4的铠装结构的另一种优选方案是采用钢丝编织结构，它不仅具有兼容挤包B类无机化合物，而且其成型工艺能与挤出工艺组合匹配。铠装隔热挡火层4的B类无机化合物优选采用氢氧化镁无机化合物，它是一种以氢氧化镁Mg(OH)2为主要材料的无机化合物。借助氢氧化镁的燃烧特性，在350℃时开始分解释放出结晶水：
Mg(OH)2——(加热)——MgO+H2O
借助氢氧化镁的释水温度为350℃的特性，另外通过化学反应烧结成固体的氧化镁MgO的特性，即主要通过释水降温+烧结成固体的氧化镁MgO隔热达到防火的目的。由此可见：铠装隔热挡火层4的一种优选方案是采用联锁铠装+氢氧化镁无机化合物的复合结构层；铠装隔热挡火层4的另一种优选方案是采用钢丝编织+氢氧化镁无机化合物的复合结构层。当然，铠装隔热挡火层4的B类无机化合物不排除选用其它无机化合物，但它需具有释水降温的特性和烧结体具有隔热的特点，其释水温度范围在300℃至400℃之间，优选350℃，以形成与降温隔热防火层2的释水降温的临界温度相差约150℃的梯级，使铠装隔热挡火层4能在较高的温度下开始降温，以延长火和热影响到降温隔热防火层2的时间。这里所述的“B类无机化合物的复合结构层”是指用具有释水降温的特性的无机化合物(如含有氢氧化镁Mg的无机化合物)成型的结构层，并且释水温度范围为300℃至400℃，释水后的固体结构具有隔热的性能。所述的铠装隔热挡火层4不仅具有降温、隔热、防火的强大功能，而且还具有在900℃以下仍能使电缆的铠装保持足够的机械强度，因此，它具有极好的挡火层铠装性能。
然后，将外耐火绝热层5绕包在铠装隔热挡火层4的外面，它是采用耐高温的矿物材料和绕包工艺形成的结构层，通过它来增强铠装隔热挡火层4和阻燃防火外护套6抗击受火焰冲击的结构强度。外耐火绝热层5优选采用无机阻燃带绕包结构，由于它能耐800℃的高温特性，所以能在氢氧化镁Mg(OH)2通过化学反应烧结成固体的氧化镁MgO的化学反应过程中及化学反应过程后，都能使铠装隔热挡火层4形成具有理想强度的层结构。当然，外耐火绝热层5不排除采用其他绝热矿物材料。
最后，将所述的阻燃防火外护套6挤包在外耐火绝热层5的外面，它具有阻燃、隔火的功能。阻燃防火外护套6的结构可有多种，优选的方案是，所述的阻燃防火外护套6采用辐照聚烯烃挤包结构层，它与外耐火绝热层5一起，在电缆外面形成耐烧蚀、耐高温破坏的保护层，能有效延长火和热冲击到绝热隔火层6的时间。
本发明的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆的结构的优点在于：外层的挡火和阻燃结构采用阻燃防火外护套6+外耐火绝热层5+铠装隔热挡火层4的结构，通过该结构可在阻燃、挡火的同时，还能降温、隔热，以大幅度延长火和热影响到内部的防火层的时间；内层的防火结构采用降温隔热防火层2+内耐火绝热层3的结构，通过该结构可在继续隔断热量传导到铝合金缆芯1的同时，还可降温，以进一步延长火和热影响到铝合金缆芯1时间。铝合金缆芯1的耐温与降温隔热防火层2的释水降温的临界温度相匹配(优选匹配温度为200℃)，并且，铠装隔热挡火层4的释水温度(优选为350℃)高于降温隔热防火层2的释水温度(优选为200℃)，以形成梯级释水降温的效果，可大幅度延长火和热影响到铝合金缆芯1的时间，实现在750℃的温度下经受90分钟耐火试验后的铝合金缆芯1的温升不超过200℃的效果，甚至可满足英国标准在950℃的温度下经受180分钟耐火试验后的铝合金缆芯1的温升不超过200℃的要求。本发明的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆不仅适用于铝芯防火电缆，同样也适用于铜芯防火电缆。
以上所述仅为本发明的推荐实施例，凡依本发明权利要求做出的技术等效变化与修改，皆应视为本发明的涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，包括各自内含导体(11)的单根或多根缆芯(1)，其特征在于：所述的导体(11)包括铝芯，每个缆芯(1)由内到外包括包覆在导体(11)外面的矿物绝缘层(12)和挤包在矿物绝缘层(12)外面的绝缘加强层(13)，在缆芯(1)的外面包覆有具有释水降温特性的降温隔热防火层(2)，在降温隔热防火层(2)的外面绕包有内耐火绝热层(3)，在内耐火绝热层(3)的外面包覆有具有释水降温特性的铠装隔热挡火层(4)，铠装隔热挡火层(4)的释水温度高于降温隔热防火层(2)的释水温度，在铠装隔热挡火层(4)的外面绕包有外耐火绝热层(5)，阻燃防火外护套(6)挤包在所述的外耐火绝热层(5)的外面。
2.根据权利要求1所述的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，其特征在于：所述的降温隔热防火层(2)采用具有释水降温特性的A类无机化合物挤出填充结构层，其分解释水降温的临界温度范围为150℃至250℃。
3.根据权利要求1所述的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，其特征在于：所述的降温隔热防火层(2)采用氢氧化铝无机化合物挤出填充结构层。
4.根据权利要求1所述的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，其特征在于：所述的铠装隔热挡火层(4)采用具有释水降温特性的B类无机化合物和联锁式铠装的复合结构层，其分解释水降温的临界温度范围为300℃至400℃。
5.根据权利要求1所述的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，其特征在于：所述的铠装隔热挡火层(4)采用联锁铠装+氢氧化镁无机化合物的复合结构层。
6.根据权利要求1所述的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，其特征在于：所述的铠装隔热挡火层(4)采用钢丝编织+氢氧化镁无机化合物的复合结构层。
7.根据权利要求1所述的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，其特征在于：所述的内耐火绝热层(3)和/或外耐火绝热层(5)采用无机阻燃带的带绕包结构层。
8.根据权利要求1所述的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，其特征在于：所述的阻燃防火外护套(6)采用防火聚烯烃挤包结构层。
9.根据权利要求1所述的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，其特征在于：所述的绝缘加强层(13)采用辐照聚烯烃挤包结构层。
10.根据权利要求1所述的柔性矿物绝缘铝芯防火电缆，其特征在于：所述的矿物绝缘层(12)采用云母带的带绕包结构层。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A flexible mineral insulated aluminum core fireproof cable Effective date of registration: 20221013 Granted publication date: 20170215 Pledgee: Wuwei branch of China Co truction Bank Corp. Pledgor: ANHUI PACIFIC CABLE Co.,Ltd. Registration number: Y2022980018217 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |