CN108053932B - 轨道交通用中压单芯电缆 - Google Patents

Abstract

一种屏蔽效果好、可测温、防水、耐火、低烟无卤、体积小、重量轻且可在恶劣的环境条件下正常运行的轨道交通用中压单芯电缆。在电缆导体与铠装层之间设有采用挤包方式一次同时挤出依次分别为导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层的共挤层。其既可达到屏蔽绝缘效果，又可减轻电缆的重量，还可在确保相关功能的情况下缩小电缆的径向尺寸。在金属屏蔽层中设置测温光缆可有效监控电缆轴向各点的工作温度，及时发现问题并处之。采用综合阻水层，可有效提高电缆的防水性能，即使电缆浸泡在水中，也能保证其正常使用而且还不会影响电缆使用寿命。采用大量的低烟无卤材料，使其在意外燃烧时，电缆各性能均能满足低烟无卤要求，有效减少其燃烧时对环境的污染。

Description

轨道交通用中压单芯电缆

技术领域

本发明涉及一种轨道交通用电缆，特别涉及一种环保型可测温防水防火的中压单芯电缆。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城市轨道交通的发展速度也得以加快，轨道交通电缆需求量也越来越多；由于轨道交通的特殊性及安全性的要求，普通用于配网的中压电缆已经满足不了轨道交通系统要求。

用于轨道交通的中压电缆有多方面综合的性能要求，如：防火性能、防水性能、防油性能、防酸碱、环保性能、可监控性等。

现有技术中的轨道交通用中压单芯电缆，是由沿电缆径向从内至外依次分别设置的导体、导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层、铜丝铜带复合屏蔽层、内衬层、铝丝铠装层和低卤低烟防白蚁外护套构成。

其存在的不足是：

在标称截面相同的情况下，电缆近似直径较大，电缆近似重量较重，且不具有防火性能、防水性能、防油性能、防酸碱、环保性能、可监控性等性能，已经不能满足轨道交通系统的使用要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种屏蔽效果好、可测温、防水、耐火、低烟无卤、体积小、重量轻且可在恶劣的环境条件下正常运行的轨道交通用中压单芯电缆。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的轨道交通用中压单芯电缆，包括沿电缆径向由内至外依次设置的导体、铠装层和外护套，其特征在于：在所述导体与铠装层之间设有采用挤包方式一次同时挤出依次分别为导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层的三层结构的共挤层。

在所述共挤层与铠装层之间还设有能有效防止水气沿电缆纵向侵入其内的半导电缓冲阻水膨胀带层和金属屏蔽层，其中，

半导电缓冲阻水膨胀带层采用含超高强吸水树脂粉的膨胀带，以绕包方式布设于所述的共挤层之外，所述膨胀带上的可膨胀表面沿径向朝外；

所述金属屏蔽层由软圆铜丝构成，其以等间距疏绕方式设置在所述的膨胀带之外，所述可膨胀表面与金属屏蔽层内层紧密相接。

在所述金属屏蔽层中穿插至少一根可对电缆轴向各处温度进行实时测量的测温光缆，该测温光缆与所述的软圆铜丝在该电缆圆周方向上并列设置，并且测温光缆与软圆铜丝的走向与缠绕方式相同。

在所述金属屏蔽层与铠装层之间依次还设有疏绕的铜带层和能有效防止水气沿该电缆径向侵入其内的综合阻水层，其中，

所述铜带层中的铜带厚度为0.08-0.15mm、宽度为25mm-40mm，其以与所述软圆铜丝绕向相反的方向间隔绕包在所述的金属屏蔽层外；

所述综合阻水层由阻水带层、复合带层和高密度聚乙烯层构成，阻水带层采用含超高强吸水树脂粉的膨胀带以绕包方式缠绕在所述铜带层之外；复合带层采用双面铝塑材质的复合带以纵包方式缠绕在阻水带层之外；高密度聚乙烯层以挤包方式设置在复合带层之外。

所述铜带厚度为0.12mm，宽度为35mm，相邻两匝铜带之间的间隙为80mm-100mm。

所述阻水带层中的膨胀带以后匝压接前匝的重叠绕包方式设置；所述复合带层中的复合带采用热熔胶黏粘的纵包方式设置。

所述铠装层由若干根非磁性的铝合金丝在所述高密度聚乙烯层周壁上呈15度-20度角沿导体长度方向螺旋式布设。

在所述铠装层与外护套之间还依次设有低烟无卤包带层和综合耐火层。

所述低烟无卤包带层以后匝压接前匝的重叠绕包方式设置在所述铠装层之外；所述综合耐火层设置在所述低烟无卤包带层之外，其由隔氧层和包带层构成，其中，隔氧层采用无机矿物材料以挤包方式设置；包带层采用无碱玻璃丝以绕包方式设置在隔氧层之外。

所述外护套采用环保材料的低烟无卤聚烯烃以挤包方式设置在综合耐火层之外。

与现有技术相比，本发明采用单次共挤方式在电缆导体外设置导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层，使得该电缆既可达到屏蔽绝缘效果，又可减轻电缆的重量，还可在确保相关功能的情况下缩小电缆的径向尺寸。在金属屏蔽层中设置测温光缆可有效监控电缆轴向各点的工作温度，及时发现问题并处理之。采用综合阻水层，可有效提高电缆的防水性能，即使电缆浸泡在水中，也能保证其正常使用而且还不会影响电缆使用寿命。在本发明的电缆结构中，采用大量的低烟无卤材料，使得其在意外燃烧时，电缆各性能均能满足低烟无卤要求，有效减少其燃烧时对环境的污染。

附图说明

图1为本发明的中压单芯电缆的断面结构示意图。

附图标记如下：

导体1、共挤层2、导体屏蔽层21、绝缘层22、绝缘屏蔽层23、半导电缓冲阻水膨胀带层3、金属屏蔽层4、测温光缆41、铜带层5、综合阻水层6、阻水带层61、复合带层62、高密度聚乙烯层63、铠装层7、低烟无卤包带层8、综合耐火层9、隔氧层91、包带层92、外护套10。

具体实施方式

如图1所示，本发明的轨道交通用中压单芯电缆为依据轨道交通电力传输系统的特殊需要而研发的一种新型电缆，其为一种可测温、防水、耐火、低烟无毒，可以长期在恶劣的环境条件下正常运行的轨道交通用可测温环保型防水防火电缆。

该电缆沿其径向由内至外依次分别为导体1、共挤层2、半导电缓冲阻水膨胀带层3、金属屏蔽层4、铜带层5、综合阻水层6、铠装层7、低烟无卤包带层8、综合耐火层9和外护套10。

1、导体1

采用紧压圆形退火铜导体，紧压系数0.89。该导体与其它类型导体相比，具有导体外径小，表面紧密、圆整、光滑等优点。

2、共挤层2

该层挤包方式为采用0+3水平挤出机组一次挤出包裹在所述导体1之外。其包含三层，依次分别为非交联型半导电的导体屏蔽层21、聚丙烯构成的绝缘层22和非交联型半导电的绝缘屏蔽层23。

通过测厚仪控制三层的挤出厚度和偏心度，挤出质量好，采用一次挤出可使三层之间界面光滑、紧密且无导体屏蔽层21的析出物和氧化物，尤其是导体屏蔽层不会有擦伤现象。其原因是采用了非交联半导电的屏蔽料和聚丙烯的绝缘料，使电缆绝缘线芯(即导体1与共挤层2构成的实体)的生产过程处于无化学反应过程中进行，所以不会产生析出物和氧化物；而导体屏蔽层21、绝缘层22和绝缘屏蔽层23三层同时挤出，导体屏蔽层21被绝缘层22和绝缘屏蔽层23包覆在内部，所以导体屏蔽层21不像现有技术中的1+2(即先形成导体屏蔽层，再形成绝缘层和绝缘屏蔽层)挤出方式那样外露，导体屏蔽层21就不会被擦伤，大大提高了电缆的性能。

另外，在生产过程中，采用测厚仪进行在线实时检测，当导体屏蔽层21、绝缘层22和绝缘屏蔽层23三层任何一层厚度和偏心度达不到标准要求时，及时进行调整，同时在保证三层偏心度的基础上，使三层厚度精确控制在相关标准要求的尺寸范围内，防止三层厚度过大，既保证了电缆绝缘线芯的圆整度，又降低了电缆重量。

3、半导电缓冲阻水膨胀带层3

该层采用含超高强吸水树脂粉的膨胀带，以绕包方式布设于所述的共挤层2之外，所述膨胀带上的可膨胀表面沿径向朝外。

其作用是：提高电缆的防水性能，同时，膨胀带上的可膨胀表面朝外，还能有效防止水气沿电缆纵向侵入其内。

4、金属屏蔽层4

所述金属屏蔽层4由软圆铜丝构成，其以等间距疏绕方式设置在所述的膨胀带之外，所述可膨胀表面与金属屏蔽层4内层紧密相接，这样，如前述的可防止水气沿电缆纵向侵入其内是指顺着所述软圆铜丝匝与匝之间的间隙进入电缆内。

为了既可减轻电缆的重量，又可达到屏蔽作用，相邻两匝所述的软圆铜丝之间的间隙宽度设为80mm-100mm。

其作用主要应用于电场屏蔽、导通电容电流和短路故障电流以及提高防雷特性的技术屏蔽层。随着电网规模的扩大，电缆电容越来越大，发生单相对地短路时，短路电流也越来越大，由此必须根据短路容量来设计屏蔽截面，所以往往设计铜丝疏绕结构来代替现有技术中的铜带搭盖绕包屏蔽结构。

本发明进一步的改进是在该金属屏蔽层4内穿设至少一根测温光缆41，该测温光缆41可对电缆轴向各处温度进行实时测量并将所测温度反馈给主控室，并可依据监控数据对电缆负载作有效调整。

测温光缆41还可在电缆本体长度方向各点温度发生变化时，判定是否由负载所造成。当个别点(电缆长度方向)温度提高时，还可判定该点的现散热情况，同样也能及时发现电缆局部发生燃烧现象。

测温光缆41的设置方式采用与所述的软圆铜丝在该电缆圆周方向上并列设置，即测温光缆41与软圆铜丝的走向与缠绕方式相同，该结构可使金属屏蔽层4在电缆径向上紧凑、密实。由于测温光缆41与软圆铜丝缠绕节距很大，也不会影响测温光缆41的测温效果。

5、铜带层5

其作用是：对金属屏蔽层4起捆扎紧固作用。

铜带层5中的铜带厚度为0.08-0.15mm、宽度为25mm-40mm，其设置方式，与所述金属屏蔽层4中的软圆铜丝绕向相反的方向间隔绕包在所述的金属屏蔽层4外。

本发明优选的铜带厚度为0.12mm，宽度为35mm。

为了既可减轻电缆的重量，又可达到捆扎的作用，相邻两匝所述的铜带之间的间隙宽度设为80mm-100mm。

6、综合阻水层6

其作用是进一步提高电线的防水性能，尤其是防止水气沿电缆径向侵入其内，其通过以下方式实现防水性能：

该综合阻水层6由阻水带层61、复合带层62和高密度聚乙烯层63构成。

1)阻水带层61采用含超高强吸水树脂粉的膨胀带以绕包方式缠绕在所述铜带层5之外。

所述膨胀带以后匝压接前匝的重叠绕包方式设置，搭盖率不小于20％。

2)复合带层62采用双面铝塑材质的复合带经过喇叭模以纵包方式缠绕在阻水带层61之外。

3)高密度聚乙烯层63采用热熔胶纵向黏粘后的挤包方式在复合带层62挤出一层高密度聚乙烯。

上述结构可以防止水汽的侵入，避免因水汽侵入造成绝缘层22老化，进而使电缆击穿的现象发生，大大提高电缆的使用寿命。

7、铠装层7

所述铠装层7采用非磁性的铝合金丝紧密缠绕包裹在综合阻水层6中的所述高密度聚乙烯层63之外。

8、低烟无卤包带层8

所述低烟无卤无碱玻璃丝包带层8，其以后匝压接前匝的重叠绕包方式设置在所述铠装层7之外，其搭盖率不小于20％。

9、综合耐火层9

综合耐火层9设置在所述低烟无卤包带层8之外，其由隔氧层91和包带层92构成，其中，隔氧层91采用含结晶水的氢氧化铝的无机矿物材料与其他功能性助剂混合构成的组合物以挤包方式设置在所述低烟无卤包带层8之外；包带层92采用无碱玻璃丝以绕包方式设置在隔氧层91之外。

该综合耐火层9可有效提高电缆的耐火能力。

其中，采用无碱玻璃丝制成的包带层92可在电缆处于590℃-2950℃的环境温度下，为由无机矿物材料氢氧化铝构成的隔氧层91形成致密、坚硬且完整的壳体提供充裕的反应时间，所形成的致密结构的壳体的热阻系数可快速达到20～30cm.℃/W。

隔氧层91在高温下了形成致密化的壳体，由于致密的壳体热阻高，降低了外界对电缆内部热量的传递，保证电缆本体运行温度不高于130℃，从而，确保线路在火灾情况下的正常运行。

反应机理是：隔氧层91在高温下，会不断析出大量的结晶水吸收向电缆内部传递的热量。

所述包带层92是在无碱玻璃丝的布带表面粘结大量的金属氧化物，当其接触火焰时会析出结晶水吸收热量。

经实测，本发明的电缆在发生局部燃烧时，燃烧部分会造电缆局部温度升高，但电缆的内部温度并不会超过130℃，该电缆在130℃可运行2小时，电缆不会对电缆本体的使用寿命产生影响。

另外，当本发明的电缆在意外燃烧后，其隔氧层91形成的致密壳体可有效保护该综合耐火层9之内的电缆本体。回收修复时，可通过机械方式破除壳体，之后，再重新制作该综合耐火层9，从而，大大提高了电缆本体的回收利用率。

10、外护套10

所述外护套10采用环保材料的低烟无卤聚烯烃以挤包方式设置在综合耐火层9之外。

本发明的外护套10采用非金属的护套，既可提高电缆的柔韧性和防火性能，还可降低电缆的重量。

Claims (8)

1.一种轨道交通用中压单芯电缆，包括沿电缆径向由内至外依次设置的导体(1)、铠装层(7)和外护套(10)，其特征在于：在所述导体(1)与铠装层(7)之间设有采用挤包方式一次同时挤出依次分别为非交联型半导电的导体屏蔽层(21)、聚丙烯构成的绝缘层(22)和非交联型半导电的绝缘屏蔽层(23)的三层结构的共挤层(2)；

所述导体(1)采用紧压圆形退火铜导体，紧压系数0.89；

在所述铠装层(7)与外护套(10)之间还依次设有低烟无卤包带层(8)和综合耐火层(9)；

所述低烟无卤包带层(8)以后匝压接前匝的重叠绕包方式设置在所述铠装层(7)之外；所述综合耐火层(9)设置在所述低烟无卤包带层(8)之外，其由隔氧层(91)和包带层(92)构成，其中，

隔氧层(91)采用含结晶水的氢氧化铝的无机矿物材料与其他功能性助剂混合构成的组合物以挤包方式设置在所述低烟无卤包带层(8)之外；

包带层(92)采用无碱玻璃丝以绕包方式设置在隔氧层(91)之外，该包带层(92)可在电缆处于590℃-2950℃的环境温度下，为隔氧层(91)形成致密、坚硬且完整的壳体提供充裕的反应时间，所形成的致密结构的壳体的热阻系数可快速达到0.2～0.3(m·℃/W)。

2.根据权利要求1所述的轨道交通用中压单芯电缆，其特征在于：在所述共挤层(2)与铠装层(7)之间还设有能有效防止水气沿电缆纵向侵入其内的半导电缓冲阻水膨胀带层(3)和金属屏蔽层(4)，其中，

半导电缓冲阻水膨胀带层(3)采用含超高强吸水树脂粉的膨胀带，以绕包方式布设于所述的共挤层(2)之外，所述膨胀带上的可膨胀表面沿径向朝外；

所述金属屏蔽层(4)由软圆铜丝构成，其以等间距疏绕方式设置在所述的膨胀带之外，所述可膨胀表面与金属屏蔽层(4)内层紧密相接。

3.根据权利要求2所述的轨道交通用中压单芯电缆，其特征在于：在所述金属屏蔽层(4)中穿插至少一根可对电缆轴向各处温度进行实时测量的测温光缆(41)，该测温光缆(41)与所述的软圆铜丝在该电缆圆周方向上并列设置，并且测温光缆(41)与软圆铜丝的走向与缠绕方式相同。

4.根据权利要求3所述的轨道交通用中压单芯电缆，其特征在于：在所述金属屏蔽层(4)与铠装层(7)之间依次还设有疏绕的铜带层(5)和能有效防止水气沿该电缆径向侵入其内的综合阻水层(6)，其中，

所述铜带层(5)中的铜带厚度为0.08-0.15mm、宽度为25mm-40mm，其以与所述软圆铜丝绕向相反的方向间隔绕包在所述的金属屏蔽层(4)外；

所述综合阻水层(6)由阻水带层(61)、复合带层(62)和高密度聚乙烯层(63)构成，阻水带层(61)采用含超高强吸水树脂粉的膨胀带以绕包方式缠绕在所述铜带层(5)之外；复合带层(62)采用双面铝塑材质的复合带以纵包方式缠绕在阻水带层(61)之外；高密度聚乙烯层(63)以挤包方式设置在复合带层(62)之外。

5.根据权利要求4所述的轨道交通用中压单芯电缆，其特征在于：所述铜带厚度为0.12mm，宽度为35mm，相邻两匝铜带之间的间隙为80mm-100mm。

6.根据权利要求4所述的轨道交通用中压单芯电缆，其特征在于：所述阻水带层(61)中的膨胀带以后匝压接前匝的重叠绕包方式设置；所述复合带层(62)中的复合带采用热熔胶黏粘的纵包方式设置。

7.根据权利要求4所述的轨道交通用中压单芯电缆，其特征在于：所述铠装层(7)由若干根非磁性的铝合金丝在所述高密度聚乙烯层(63)周壁上呈15度-20度角沿导体长度方向螺旋式布设。

8.根据权利要求1所述的轨道交通用中压单芯电缆，其特征在于：所述外护套(10)采用环保材料的低烟无卤聚烯烃以挤包方式设置在综合耐火层(9)之外。