CN104008792B - 一种新型中压耐火电缆的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型中压耐火电缆及其生产工艺，由内至外依次为缆芯、绑扎带、隔温降温层和挡火层；所述缆芯由三根绝缘线芯和三根填充加强件绞合而成圆形结构；所述绝缘线芯由内至外依次为导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽和金属屏蔽；所述隔温降温层的材料的配方按重量百分比为：EVA：20~30%、LLDPE塑料：8~15%、AL(OH)₃：40~50%、Mg(OH)₂：20~30%、其它：2~5%。本发明电缆能在火灾发生过程中可安全稳定实现中压额定电压的电力传输。<!--1-->

Description

一种新型中压耐火电缆的生产工艺

技术领域

本发明是针对中压电缆的改进，尤其涉及一种具有低烟无卤耐火特性的中压电缆及其生产工艺。

背景技术

随着社会的现代化进程的快速发展，城市建设化建设也越来越拥挤，所以特大型建筑也开始越来越多，用电负荷也会越来越大。一直以来人们所熟悉的耐火低电缆向更高电压发展，需求在火灾发生过程中，能继续安全稳定传输6~35（kV）电压等级的电缆，同时又得确保电缆的具备低烟无卤特性，其中要求电缆燃烧的透光率能达到80%以上，也就是具备GA306标准的ⅠA级水平，这对中压电缆绝缘厚度比较厚的电缆来说是个不小的挑战。同时还得兼顾电缆的弯曲特性和安装机械性能要求。

现有技术虽然也有一些关于低烟无卤耐火中压电缆的专利文献，但其电缆结构仅仅考虑了电缆在火灾发生时，采用多层隔温、挡火的聚烯烃材料将火灾产生的热量阻挡在外边的结构。现有的这些技术的隔温层考虑了隔温没有考虑降温，挡火层考虑了挡火没有考虑散热。这样的结构在电缆正常运行过程中也阻碍了电缆导体由于电流通过而产生的热量往外散发，最终影响电缆的载流能力或则电缆的使用寿命。

而关于中压耐火电缆公开技术主要以中国专利CN200710190369.3公开的《中压耐火电缆》为主的设计路线。此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℃。这样的专利还有ZL200720042350.X、ZL201120193504.1、ZL201120096435.2等等，其基本思路都为在中压电缆金属屏蔽外增设隔温挡火层，此层材料大多为磁化硅胶，在未经燃烧时为弹性体性质的材料，燃烧后为磁化的挡火层作用。这样的结构具有一定的耐火性能，但磁化硅橡胶在磁化后要起到足够的耐火作用，需要足够的厚度，然而隔温层能阻隔外围火焰温度向电缆内部传递，同样也阻隔了电缆由于电力传输而产生的热量向外围传递，也就是说此电缆采用这样的结构影响电缆的散热功能，最终导致电缆的载流能力的下降。另外此电缆结构到隔温挡火层并没有结束，外面还有绕包的挡火材料和阻燃的外护层材料，这些都将给电缆的散热性能造成影响而造成电缆载流能力的进一步下降。所以这样的结构不节能，需要更进一步优化。

中压耐火电缆公开技术另一种比较新的思路为中国专利ZL201220559823.4公开的《自锁式铠装中压耐火电缆》。此实用新型涉及自锁式铠装中压耐火电缆，包括：缆芯以及依次包裹在所述缆芯外侧的耐火隔热层、内护层、铠装层、隔氧层及外护套。缆芯包括多个金属屏蔽绝缘线芯，所述金属屏蔽绝缘线芯的数量为3个，所述金属屏蔽绝缘线芯呈“品”字形排列，所述金属屏蔽绝缘线芯之间设有填充物。铠装层为铜或铜合金自锁式铠装。隔氧层的材质为无卤低烟高阻燃聚烯烃电缆料。从结构上来看，此电缆从成缆线芯往外有5层护层，其目的为隔温挡火作用，这样厚实的结构同样影响电缆的散热特性，最终导致电缆的载流能力的下降。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，隔温挡火效果更好，又最小程度的影响电缆的运行散热性能，最大能力的提高中压耐火电缆的载流能力的电缆结构，以及生产这种电缆的工艺创新。

实现本发明目的的技术方案是一种新型中压耐火电缆，由内至外依次为缆芯、绑扎带、隔温降温层和挡火层；所述缆芯由三根绝缘线芯和三根填充条绞合而成圆形结构；所述绝缘线芯由内至外依次为导体、导体屏蔽、绝缘、绝缘屏蔽和金属屏蔽；所述隔温降温层的材料的配方按重量百分比为：EVA：20~30%、LLDPE塑料：8~15%、AL(OH)₃：40~50%、Mg(OH)₂：20~30%、其它：2~5%。

所述三根绝缘线芯的金属屏蔽相互接触。

所述导体为铝合金或者铜线绞合结构。

所述挡火层为不锈钢带连锁铠装结构，截面为“∽”形状，圈圈相扣。

所述挡火层的金属带厚度为0.2mm。

所述挡火层的内径比隔温降温层的内径大1~3mm。

还包括挤包在挡火层外部的聚烯烃材料的外护套。

一种新型中压耐火电缆的生产工艺，在绑扎带扎紧后，挤出按重量百分比为：EVA：20~30%、LLDPE塑料：8~15%、AL(OH)₃：40~50%、Mg(OH)₂：20~30%、其它：2~5%构成的材料形成的隔温层；所述挤出设备的螺杆采用等深低压缩比螺杆，挤出模具采用挤出角不大于35°的挤压式模具；隔温层挤出生产完进入水槽降温后不上盘，直接进入挡火层的的连锁铠装工序，待铠装工序完成后再上盘流转。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的积极的效果：（1）本发明将导体由原来唯一的铜外提出增加了铝合金导体，采用铝合金导体可大大减轻了电缆的材料成本。为了确保电缆的耐火特性，电缆必须设置隔温层和挡火层，本发明采用隔温降温层。按照设计要求，电缆在火焰状态下需要保持电缆的完整性能，即电缆可以继续供电。这需要确保电缆在火焰高温状态下，绝缘和导体保持该结构本有的电气和机械性能，这需要隔温挡火层将外部的火焰高温阻挡在电缆之外。目前公开技术基本思路为选用具有很高的热阻系数的材料（比如磁化硅橡胶）以及增加该层材料厚度，通过提高该层的热阻方式来起到隔温作用。这样的结构能起到阻挡外部火焰高温的效果，但也阻挡了电缆传输电能而产生的热量，最终造成电缆提前老化或者影响电缆的载流能力。本发明隔温降温层除了隔温的效果，还具备遇到火焰高温后降温的能力。该层材料采增大了AL（OH）₃、Mg（OH）₂的配比分数，主要利用AL（OH）₃、Mg（OH）₂自带的结晶水，在遇火高温状态下，能将结晶水气化降温的原理，增加这两种材料的配比分数就是为了充分发挥其降温的作用。

（2）本发明的导体除了同外还提出采用铝合金型线绞合结构，采用多根瓦形单线同心绞合而成，这样的导体结构，大大提高了相同外形尺寸下有效面积的利用率，这也是为了满足采用铝合金导体替代铜导体，由于电阻率提升而造成导体截面增加的要求。采用瓦形绞合导体结构，可将导体有效截面增加的同时，尽可能缩小导体直径。采用瓦形绞合导体结构，导体截面填充系数可达到94%。相同传输容量，铝合金导体外径与铜导体外径相差无几。另外采用瓦形绞合导体结构，导体外形更圆整、光滑，更有利于改善导体的电场效应。

（3）挡火层主要作用是将火焰的明火阻挡在电缆外部，不让其火焰向电缆内部发展。目前公开技术基本思路为选用具有很高氧指数的阻燃材料作为挡火层。目前主要用的材料为磁化硅橡胶，利用磁化硅橡胶燃烧后受热磁化的性能，在电缆外围形成磁化的保护层，确保该层结构在火焰状态下不破裂，将火焰阻挡在电缆外围。这样的结构只起到了挡火的作用，没有降温的作用，所以为了更好的实现耐火中压电缆的耐火性能，不仅需要具备挡火特性，还得具备降温特性。本发明的挡火层，采用的是不锈钢带连锁铠装结构，不仅具有挡火效果，还具备更好的弯曲特性，更有的散热降温效果。连锁铠装采用的是0.2厚度的铜不锈钢带，具有很好的导热性能，加上结构为波纹管状结构，还具有很好的散热特性。在受火前具有弯曲性好，散热效果佳特性，有利于附设安装和提高电缆的载流能力；受火后起到挡火效果，确保电缆内部结构不受明火损伤。另外连锁铠装结构还具有一定的抗压和抗拉特性，针对吊装电缆而言，具有更高的吊装安全特性。

（4）本发明通过AL（OH）₃、Mg（OH）₂的结晶水与火升华降温的物理现象起到隔温效果，所以在该层材料中最大程度地加入了AL（OH）₃、Mg（OH）₂，然而这么大的量加入后会很大程度地降低该层材料的机械性能和加工性能，本发明通过在基础设备及工装模具上的创新很好的解决了这个问题。本发明采用等深低压缩比螺杆，挤出模具采用挤压式模具，且模具挤出角不大于35°，这些要求的目的是满足该层材料加入大量的AL（OH）₃、Mg（OH）₂后，挤出摩擦力大，加工性能差的要求。挤出螺杆以及模具的设计都得考虑挤出压缩比不能大，挤出后拉伸比小的特点，所以采用小角度挤压式模具，既保证了低的压缩比又确保了几乎为零的拉伸比。同时在该隔温降温层挤出进水槽冷却吹干后立即进入外层挡火层（连锁铠装金属层）加工工序，借助于外面的连锁铠装层的机械强度补足，均化内部隔温层的机械受力，确保隔温层不受机械外力损伤，且发挥其隔温降温的功效。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的横截面结构示意图。

图2为图1的左视截面图，反应的是挡火层的连锁铠装结构。

附图中标号为：

缆芯1、绝缘线芯11、导体11-1、导体屏蔽11-2、绝缘11-3、绝缘屏蔽11-4、金属屏蔽11-5、填充加强件12、绑扎带2、隔温降温层3、挡火层4。

具体实施方式

（实施例1）

见图1，本实施例的一种新型中压耐火电缆，由内至外依次为缆芯1、绑扎带2、隔温降温层3和挡火层4。缆芯1由三根绝缘线芯11和三根填充条12绞合而成圆形结构。绝缘线芯11由内至外依次为导体11-1、导体屏蔽11-2、绝缘11-3、绝缘屏蔽11-4和金属屏蔽11-5。根据交流输电系统要求，中压电缆通常为A、B、C三相电力传输，所以缆芯为三芯绞合结构，三根绝缘线芯11的金属屏蔽11-5相互接触，这样有利于三相平衡效果。导体11-1可以采用铜，也可以采用铝合金，但本发明提出优先采用铝合金导体，由于其比重比较小，资源比较丰富且价值比较低，可大大降低电缆成本。导体11-1的铝合金采用铝为基材，添加了0.1%~0.2%的铜、5%~8%的铁、0.1%的硅以及稀土材料（如硼），经熔炼热轧而成。通过这些元素融合制成的铝合金导体，其电阻率可达63%，强度可达110MPa以上，断裂伸长率可达15%以上，比重2.7kg/dm³，只有铜的30%，所以采用铝合金作为电缆导体只要截面增加一到两个规格就满足了与铜电缆相同的直流电阻。这样换算过来，相同传输容量前提下电缆导体采用铝合金替代铜，重量只有铜的48%，这样可大大降低电缆的材料成本。同时导体11-1为铝合金型线绞合结构，采用多根瓦形单线同心绞合而成，这样的导体结构，大大提高了相同外形尺寸下有效面积的利用率，这也是为了满足采用铝合金导体替代铜导体，由于电阻率提升而造成导体截面增加的要求。采用瓦形绞合导体结构，可将导体有效截面增加的同时，尽可能缩小导体直径。采用瓦形绞合导体结构，导体截面填充系数可达到94%。相同传输容量，铝合金导体外径与铜导体外径相差无几。另外采用瓦形绞合导体结构，导体外形更圆整、光滑，更有利于改善导体的电场效应。在三根绝缘线芯成缆排列的间隙填充位置，设置三根扇形填充条12。

采用铝合金导体作为中压耐火电缆的导体，无论从导体的耐温性还是绝缘材料的耐温性考虑，因为铝合金加热软化温度在400℃左右；而绝缘采用的是交联聚乙烯，其确保电气性能下最高耐温为250℃。都需要电缆的隔温层和挡火层将外部的火焰以及火焰带来的高温阻挡并隔离在电缆外部，让电缆在火灾中确保电缆的绝缘、导体的温度控制在250℃以内。隔温降温层3的材料的配方按重量百分比为：EVA：20~30%、LLDPE塑料：8~15%、AL(OH)₃：40~50%、Mg(OH)₂：20~30%、其它：2~5%。本发明的隔温降温层3的材料的配方增大了AL（OH）₃、Mg（OH）₂的配比分数，主要利用AL（OH）₃、Mg（OH）₂自带的结晶水，在遇火高温状态下，能将结晶水气化降温的原理，增加这两种材料的配比分数就是为了充分发挥其降温的作用。

挡火层4为不锈钢带连锁铠装结构，截面为“∽”形状，圈圈相扣。挡火层4的金属带厚度为0.2mm。在铠装结构上要做到如图2这样的类似“∽”形状，一圈圈相扣形式，这样的结构有三个好处，①这样的铠装结构圆整，且对内层压力小，所以可以更好的保护内部结构；②这样的铠装结构弯曲更优异，从结构上来讲，弯曲时为乡邻两圈之间的转动，所以弯曲半径小，有利于安装敷设；③这样的波纹结构更有利于散热效果，所以在受火之前，良好的散热有利于提高电缆载流能力。受火时，有利于将火焰温度传递到波纹铠装层时，能够及时向周围散发热量而降低铠装层的受火热量向电缆内部传递。

如果电缆需要具备防水特性，还可以在铠装层外挤包一层聚烯烃材料的外护套，用于防水要求。

其生产工艺，包括以下几个步骤：

（1）将铝合金杆摩擦加热到半融融状态，再经过按照导体尺寸形状设计的模具挤压成相应尺寸的瓦形导体单丝，再将这些导体单丝按照设计各自所在的位置缠绕在一根中心圆单丝上绞合而成的型线同心绞合导体11-1。

（2）在导体11-1外同时挤出导体屏蔽11-2、绝缘11-3、绝缘屏蔽11-4三层完成的绝缘结构。

（3）在绝缘屏蔽11-4外绕包金属屏蔽层11-4。

（4）将三根绝缘线芯11与三根填充加强件12一起绞合成缆成圆形缆芯1，并采用高强度聚烯烃带材扎紧构成绑扎带2。

（5）在绑扎带2扎紧后，挤出按重量百分比为EVA：20~30%、LLDPE塑料：8~15%、AL（OH）3：40~50%、Mg(OH)2：20~30%、其它：2~5%构成的材料形成的隔温层3；挤出设备的螺杆采用等深低压缩比螺杆，挤出模具采用挤出角不大于35°的挤压式模具；隔温层3挤出生产完进入水槽降温后不上盘，直接进入挡火层4的的连锁铠装工序，待铠装工序完成后再上盘流转。

（6）挡火层4的加工采用不锈钢带材，铠装尺寸的控制应确保铠装层内径略大于隔温层的外径1~3mm。

（7）有防水要求的电缆在铠装层外挤包一层聚烯烃材料的外护套。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种新型中压耐火电缆的生产工艺，其特征在于：由内至外依次为缆芯(1)、绑扎带(2)、隔温降温层(3)和挡火层(4)；所述缆芯(1)由三根绝缘线芯(11)和三根填充条(12)绞合而成圆形结构；所述绝缘线芯(11)由内至外依次为导体(11-1)、导体屏蔽(11-2)、绝缘(11-3)、绝缘屏蔽(11-4)和金属屏蔽(11-5)；

在绑扎带(2)扎紧后，挤出按重量百分比为：EVA：20～30％、LLDPE塑料：8～15％、AL(OH)₃：40～50％、Mg(OH)₂：20～30％、其它：2～5％构成的材料形成的隔温层(3)；所述挤出设备的螺杆采用等深低压缩比螺杆，挤出模具采用挤出角不大于35°的挤压式模具；隔温层(3)挤出生产完进入水槽降温后不上盘，直接进入挡火层(4)的的连锁铠装工序，待铠装工序完成后再上盘流转。