CN108806856A - 高效耐火散热电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效耐火散热电缆，所述屏蔽带通过两侧的波型重叠段相包覆搭接而形成所述屏蔽层；在所述屏蔽层和集热护套之间设置有集热腔，该集热腔通过散热孔通向电缆外表面；所述铠装钢带通过两侧的钢带搭接段相互包覆搭接而形成所述金属铠装层，在铠装钢带一侧的钢带搭接段上设有嵌接孔，铠装钢带另一侧的钢带搭接段上设有嵌接凸台，搭接时该嵌接凸台嵌入于嵌接孔中；所述稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶8 wt%‑12 wt%，氢氧化铝5 wt%‑8 wt%，稀土氧化物2 wt%‑4 wt%，丙三醇1 wt%‑2 wt%，碳化硅2 wt%‑4 wt%，磷酸镧3 wt%‑6 wt%，锆酸钆6 wt%‑8 wt%，余为环氧树脂。该电缆不仅具有极高的耐高温阻燃性能，并且能高效散热，而且具有稳定的结构完整性和较高的机械性能。

Description

高效耐火散热电缆
技术领域
本发明涉及一种用于输送电能的电力电缆，尤其涉及具有阻燃耐高温且能高效换热的电力电缆。
背景技术
随着高层建筑、医院、宾馆、车站和机场等不断增加，以及地铁、城市轨道交通、大型公共设施的兴建，消防安全的重要性也日益凸显出来，建筑中电缆的敷设量成倍增长，建筑物开始采用耐火阻燃耐高温电缆进行供电势在必行，尤其是用于高层建筑、地铁、隧道、发电厂及核电站等重要场所的电力电缆不仅要求其传输电能，而且还要具备耐高温和阻燃的特殊功能，以保证电缆的安全运行。
电力电缆的基本结构主要包括导体线芯、绝缘层、屏蔽层、铠装层和保护层。现有耐高温电力电缆的外护层主要采用阻燃外护层，这种结构一般温度情况下可以阻止火势的燃延，但是在1000℃乃至达到3500℃的温度下，护套阻燃和耐火层就会失去保护作用使得得电缆不能发挥传输电能的作用，甚至造成人员生命危险以及“二次危害” 。而且传输高压电能的电力电缆；同时电力电缆在输送电能的过程中会产生大量的热，需要将这部分热量及时散出，由于这些热量来自于电缆缆芯导体位置，必须穿过多层电缆结构才能向外散发，很容易引起绝缘的老化，降低电缆的使用寿命。
电缆铠装层具有保证电气性能、提高电缆的使用寿命的作用，通常电缆的铠装层结构有两种：钢丝铠装结构和钢带铠装结构，钢丝铠装结构电缆虽能承受较大的轴向拉力，但钢丝铠装生产较为困难，成本高，使用范围受限。钢带铠装结构能承受较大的径向力，具有良好的抗压强度，应用范围更为广泛，比如铁路、高铁、城市交通等工程中，适用于地埋、隧道和穿管敷设。但现有的钢带铠装结构大都采用双钢带、间隙绕包工艺，是将钢带绕包于缆芯上而形成铠装层，这种铠装层结构不够牢固稳定，钢带卡接不严密，容易出现铠装钢带的接合缝隙，使铠装层的抗拉抗压强度下降，既不能保证电缆结构完整和电气性能，也不利于电缆使用寿命提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高效耐火散热电缆，该电力电缆不仅具有极高的耐高温阻燃性能，并且能高效散热，而且具有稳定的结构完整性和较高的机械性能。
为了解决上述技术问题，本发明的高效耐火散热电缆，包括缆芯和填充层，缆芯埋设于填充层中；该缆芯由三根缆芯导体构成，在每根缆芯导体上依次包覆有导体屏蔽层和导体绝缘层，在所述缆芯和填充层上绕包有包带层，所述包带层上从里向外依次包覆有屏蔽层、集热护套、金属铠装层、外护套、稀土耐火层；屏蔽带通过两侧的波型重叠段相包覆搭接而形成所述屏蔽层；在所述屏蔽层和集热护套之间设置有集热腔，该集热腔通过散热孔通向电缆外表面；所述铠装钢带通过两侧的钢带搭接段相互包覆搭接而形成所述金属铠装层，在铠装钢带一侧的钢带搭接段上设有嵌接孔，铠装钢带另一侧的钢带搭接段上设有嵌接凸台，搭接时该嵌接凸台嵌入于嵌接孔中；所述稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶8 wt%-12 wt%，氢氧化铝5 wt%-8 wt%，稀土氧化物2 wt%-4 wt%，丙三醇1 wt%-2 wt%，碳化硅2wt%-4 wt%，磷酸镧3 wt%-6 wt%，锆酸钆6 wt%-8 wt%，余为环氧树脂。
在本发明中，由于钢带屏蔽层是通过屏蔽带两侧的波型重叠段相互搭接包裹在缆芯上而构成，这种结构的屏蔽带搭接定位准确，搭接牢靠，屏蔽层的张力和重叠率能够得到精准控制，便于包覆成型，生产效率高，有利于电缆制造成本的降低，该搭接结构还使得屏蔽带的两侧边始终可靠且严密地相互重叠贴合，避免了屏蔽带搭接侧边皱折张口和接触缝隙的产生，构成了更加严密可靠的屏蔽效果，有效地避免了缆芯导体内部电磁信号的辐射外泄，减少了电力电缆对周围电器设备的电磁干扰。又由于在屏蔽层上设置有集热护套，从而在屏蔽层和集热护套之间形成集热腔，集热腔又通过散热孔通向电缆外表面而与外界相连，散热孔实现缆芯发热量与外界的交换；电力电缆在输送电能的过程中会产生大量的热，能够通过散热孔将这部分热量及时散出，不仅保证了电能的高效传输，而且有效地防止了电缆绝缘的老化，延长了电缆的使用寿命。还由于金属铠装层通过铠装钢带两侧的钢带搭接段相互嵌套连接，通过钢带搭接段嵌接凸台和嵌接孔的相互嵌接而圈接成截面形状十分稳定的环状结构，使得铠装层的钢带卡接严密，消除了铠装钢带的接合缝隙，使铠装层能够承受更高的径向力，具有良好的抗压强度，使用范围广泛。严密稳定的铠装结构还起到了良好的屏蔽作用，具有增强电缆机械强度、提高电缆屏蔽性能的双重技术效果。在本发明的电力电缆外护套上设置了稀土耐火层，大大增强了电力电缆阻燃耐高温等特定功能，并且在耐火层材料中添加了稀土元素，使电缆的阻燃耐高温性能得到了极大的提高。稀土耐火层材料以环氧树脂为基础材料添加了磷酸镧、锆酸钆以及稀土氧化物，锆酸钆具有很低的热导率和良好的高温稳定性，磷酸镧作为一种增韧剂，又较好地提高了复合材料的韧性玫高温强度，稀土氧化物则增强了复合材料结构稳定性和热化学稳定性，有利于形成一种耐高温、低导热、抗腐蚀及高韧性的材料特性；稀土元素的作用，极大地提高了其导热系数及热稳定性；氟橡胶中氟原子的引入，又赋予橡胶优异的耐热性，抗氧化性、耐油性、耐腐蚀性和抗老化性，具有极高的抗高温性和耐老化性；氟橡胶还具有优良的物理机械性能和电绝缘性能。
本发明的进一步实施方式，所述屏蔽带宽度方向的两侧为波型重叠段，该波型重叠段截面呈折线段或波形段，屏蔽带两侧波型重叠段上的折线段或波形截面形状相吻合。所述屏蔽带为纯铜带，该屏蔽带的宽度为b，屏蔽带上波型重叠段的宽度为a，a/b=1/5。该结构能够实现屏蔽带精准定位和严密搭接，不仅有利于包裹成型，提高生产效率，而且能够精准控制屏蔽层张力和重叠率，屏蔽效果更好。
本发明的进一步实施方式，所述集热护套上设置有集热腔支撑肋，集热护套通过集热腔支撑肋支撑于屏蔽层而形成集热腔。结构合理，便于制作加工。
本发明的优选实施方式，所述散热孔穿过集热护套、金属铠装层、外护套和稀土耐火层；该散热孔一端连向集热腔，散热孔另一端通向电缆外表面。所述散热孔沿集热护套、金属铠装层、外护套和稀土耐火层的周向均匀分布。该结构能充分实现电缆与外界的热交换，散热效果更好。
本发明的进一步实施方式，所述铠装钢带宽度方向的两侧为钢带搭接段，钢带搭接段的厚度h与铠装钢带的厚度H之比h/H=1/2；铠装钢带一侧的钢带搭接段上设置有嵌接凸台，铠装钢带另一侧的钢带搭接段上设置有嵌接孔，该嵌接凸台与嵌接孔形状相吻合。所述铠装钢带本体上沿长度方向冲制有若干排冲压凸台，相邻两排冲压凸台的冲压成型方向相反。钢带搭接后构成的铠装带层结构稳定，提高了抗压抗冲击等机械强度，在铠装钢带上冲制冲压凸台又增强钢带的强度和刚性。
本发明的优选实施方式，所述稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶10 wt%，氢氧化铝6.8 wt%，稀土氧化物3 wt%，丙三醇1.5 wt%，碳化硅3 wt%，磷酸镧3.6 wt%，锆酸钆7.2wt%，余为环氧树脂。提高了电力电缆的阻燃耐高温性能，提高了电缆外护材料的导热系数和热稳定性。
本发明的优选实施方式，在所述稀土耐火层上还涂覆有稀土阻水层，稀土阻水层的材料组分包括：环氧树脂38 wt%，桐油6 wt%，稀土氧化物3 wt%，氧化镁4wt%，氧化锌4.6wt%，余为丁睛橡胶。具有极高的阻水抗潮湿作用，使得电缆能够适用极度潮湿的环境中安全作用。
本发明的优选实施方式，所述稀土氧土氧化物为氧化铈或氧化镧。能有效改善和增强燃阻材料耐高温和防水性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明高效耐火散热电缆作进一步说明。
图1是本发明高效耐火散热电缆一种具体实施方式的截面结构示意图；
图2是图1所示实施方式中集热护套的截面结构示意图；
图3是图1所示实施方式中屏蔽带展开结构示意图；
图4是图1所示实施方式中金属铠装层铠装钢带的展开截面结构示意图；
图5是图4所示实施结构的俯视结构示意图。
图中，1—缆芯导体、2—导体屏蔽层、3—导体绝缘层、4—填充层、5—包带层、6—屏蔽层、7—集热护套、8—集热腔、9—集热腔支撑肋、10—散热孔、11—金属铠装层、12—外护套、13—稀土耐火层、14—屏蔽带、15—波型重叠段、16—铠装钢带、17—钢带搭接段、18—嵌接凸台、19—嵌接孔、20—冲压凸台。
具体实施方式
如图1所示的高效耐火散热电缆，该电力电缆的缆芯由三根缆芯导体1构成，每根缆芯导体1由若干根铜质的缆芯导体丝绞合而成，在每根缆芯导体1上包覆有导体屏蔽层2，在导体屏蔽层2上包覆有导体绝缘层3，该导体绝缘层3由高密度聚乙稀材料挤包而成。三根缆芯导体1及其导体屏蔽层2和导体绝缘层3构成的绝缘芯线均埋设于填充层4中，填充层4由玻璃纤维绳填充而成，该结构使得三根绝缘导体在填充层中结构稳固，外形圆整，且能增加电缆的强度。在缆芯和填充层4上绕包有包带层5，该包带层5由无纺布包带绕包而成。在包带层5上从里向外依次包覆有屏蔽层6、集热护套7、金属铠装层11、外护套12、稀土耐火层13，集热护套7和外护套12均由高密度聚乙稀材料挤包而成。
在屏蔽层6和集热护套7之间设置有集热腔8。如图2所示，集热护套7上通过整体挤制工艺而设置有集热腔支撑肋9，集热腔支撑肋9设置于集热护套7的内壁上，且该集热腔支撑肋9沿集热护套7的长度方向设置，本实施例中在集热护套7的内壁上沿周向均布有8根集热腔支撑肋9。集热护套7通过集热腔支撑肋9支撑于屏蔽层6而形成集热腔8；该集热腔8通过散热孔10通向电缆外表面；散热孔10穿过集热护套7本体、金属铠装层11、外护套12和稀土耐火层13而通向电缆外表面；该散热孔10一端连向集热腔8，散热孔10另一端通向电缆外表面。散热孔10沿集热护套7、金属铠装层11、外护套12和稀土耐火层13的周向均匀分布，使得每一集热腔8对应有一散热孔10。
如图3所示，屏蔽层6由该图所示的屏蔽带14绕包而成。屏蔽带14为铜质屏蔽带，屏蔽带14的宽度为b=25㎜，在屏蔽带14宽度方向的两侧边设置有波型重叠段15，该波型重叠段15的宽度a=5㎜。波型重叠段15的截面为折线段，两侧波型重叠段15的折线段的截面形状相吻合，绕包时屏蔽带14两侧的波型重叠段15相互叠合搭接而形成圈状的屏蔽层6。波型重叠段15的截面还可以是正弦曲线等波形截面形状，屏蔽带14的宽度b和波型重叠段15的宽度a不限于上述尺寸，但其比值a/b=1/5。
如图4、图5所示包覆成金属铠装层8的铠装钢带14，该铠装钢带14的厚度H为0.8㎜，宽度L=50㎜。在铠装钢带14的两侧边设有钢带搭接段15，钢带搭接段15的宽度L1=6㎜；成型时，两侧边的钢带搭接段15相互贴合搭接。在铠装钢带14一侧边的钢带搭接段15上冲制有嵌接孔17，嵌接孔17为通孔，其孔径φ=3㎜；另一侧钢带搭接段15上冲制有嵌接凸台16，该嵌接凸台16的外径为3㎜，搭接时嵌接凸台16正巧嵌接于嵌接孔17中。钢带搭接段15的厚度h=0.4㎜，嵌接孔17或嵌接凸台16的中心距为50㎜；钢带搭接段15的厚度h与铠装钢带14的厚度H之比h/H=1/2。在铠装钢带14的本体上，冲制有5排冲压凸台18，相邻两排的冲压凸台18从钢带本体的正反两方向进行交错设置。同一排的冲压凸台18中心距也50㎜，冲压凸台18的外径为3㎜。
在外护套12上涂覆而形成的稀土耐火层13，该稀土耐火层13的稀土材料组分包括以下实施例：
实施例一：
所述稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶10 wt%，氢氧化铝6.8 wt%，稀土氧化物3 wt%，丙三醇1.5 wt%，碳化硅3 wt%，磷酸镧3.6 wt%，锆酸钆7.2 wt%，余为环氧树脂。
实施例二：
稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶8 wt%，氢氧化铝5 wt%，稀土氧化物2 wt%，丙三醇1wt%，碳化硅2 wt%，磷酸镧3 wt%，锆酸钆6 wt%，余为环氧树脂。
实施例三：
稀土耐火层材料组分包括：氟橡胶12 wt%，氢氧化铝8 wt%，稀土氧化物4 wt%，丙三醇2wt%，碳化硅4 wt%，磷酸镧6 wt%，锆酸钆8 wt%，余为环氧树脂。
本发明的另一实施例，该实施例除在稀土耐火层上涂覆有稀土阻水层外，其它结构相同。该稀土阻水层的材料组分包括：环氧树脂38 wt%，桐油6 wt%，稀土氧化物3 wt%，氧化镁4wt%，氧化锌4.6 wt%，余为丁睛橡胶。
上述的实施例中，稀土氧土氧化物为氧化铈或氧化镧。

Claims (10)

1.一种高效耐火散热电缆，包括缆芯和填充层（4），缆芯埋设于填充层（4）中；该缆芯由三根缆芯导体（1）构成，在每根缆芯导体（1）上依次包覆有导体屏蔽层（2）和导体绝缘层（3），在所述缆芯和填充层（4）上绕包有包带层（5），其特征在于：所述包带层（5）上从里向外依次包覆有屏蔽层（6）、集热护套（7）、金属铠装层（11）、外护套（12）、稀土耐火层（13）；屏蔽带（14）通过两侧的波型重叠段（15）相包覆搭接而形成所述屏蔽层（6）；在所述屏蔽层（6）和集热护套（7）之间设置有集热腔（8），该集热腔（8）通过散热孔（10）通向电缆外表面；所述铠装钢带（20）通过两侧的钢带搭接段（19）相互包覆搭接而形成所述金属铠装层（11），在铠装钢带（20）一侧的钢带搭接段（19）上设有嵌接孔（19），铠装钢带（20）另一侧的钢带搭接段（19）上设有嵌接凸台（20），搭接时该嵌接凸台（19）嵌入于嵌接孔（19）中；所述稀土耐火层（13）材料组分包括：氟橡胶8 wt%-12 wt%，氢氧化铝5 wt%-8 wt%，稀土氧化物2 wt%-4wt%，丙三醇1 wt%-2 wt%，碳化硅2 wt%-4 wt%，磷酸镧3 wt%-6 wt%，锆酸钆6 wt%-8 wt%，余为环氧树脂。
2.根据权利要求1所述的稀土电力电缆，其特征在于：所述屏蔽带（14）宽度方向的两侧为波型重叠段（15），该波型重叠段（15）截面呈折线段或波形段，屏蔽带（14）两侧波型重叠段（15）上的折线段或波形截面形状相吻合。
3.根据权利要求2所述的稀土电力电缆，其特征在于：所述屏蔽带（14）为纯铜带，该屏蔽带（14）的宽度为b，屏蔽带（14）上波型重叠段（15）的宽度为a，a/b=1/5。
4.根据权利要求1所述的高效耐火散热电缆，其特征在于：所述集热护套（7）上设置有集热腔支撑肋（9），集热护套（7）通过集热腔支撑肋（9）支撑于屏蔽层（6）而形成集热腔（8）。
5.根据权利要求1或4所述的高效耐火散热电缆，其特征在于：所述散热孔（10）穿过集热护套（7）、金属铠装层（11）、外护套（12）和稀土耐火层（13）；该散热孔（10）一端连向集热腔（8），散热孔（10）另一端通向电缆外表面；所述散热孔（10）沿集热护套（7）、金属铠装层（11）、外护套（12）和稀土耐火层（13）的周向均匀分布。
6.根据权利要求1所述的高效耐火散热电缆，其特征在于：所述铠装钢带（20）宽度方向的两侧为钢带搭接段（19），钢带搭接段（19）的厚度h与铠装钢带（20）的厚度H之比h/H=1/2；铠装钢带（20）一侧的钢带搭接段（19）上设置有嵌接凸台（20），铠装钢带（20）另一侧的钢带搭接段（19）上设置有嵌接孔（19），该嵌接凸台（20）与嵌接孔（19）形状相吻合。
7.根据权利要求6所述的高效耐火散热电缆，其特征在于：所述铠装钢带（20）本体上沿长度方向冲制有若干排冲压凸台（20），相邻两排冲压凸台（20）的冲压成型方向相反。
8.根据权利要求1所述的高效耐火散热电缆，其特征在于：所述稀土耐火层（13）材料组分包括：氟橡胶10 wt%，氢氧化铝6.8 wt%，稀土氧化物3 wt%，丙三醇1.5 wt%，碳化硅3wt%，磷酸镧3.6 wt%，锆酸钆7.2 wt%，余为环氧树脂。
9.根据权利要求1所述的高效耐火散热电缆，其特征在于：在所述稀土耐火层（13）上还涂覆有稀土阻水层，稀土阻水层的材料组分包括：环氧树脂38 wt%，桐油6 wt%，稀土氧化物3 wt%，氧化镁4wt%，氧化锌4.6 wt%，余为丁睛橡胶。
10.根据权利要求1、 8或9所述的高效耐火散热电缆，其特征在于：所述稀土氧化物为氧化铈或氧化镧。
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