CN108922672B - 具有梯级释水降温结构的防火电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆制造领域，具体涉及一种具有梯级释水降温结构的中高压防火电缆，其包括各自内含导体的缆芯，缆芯外面具有释水降温特性的降温防火层，在降温防火层外部设有具有释水降温特性的降温隔热铠装挡火层，降温隔热铠装挡火层的释水降温的临界温度高于降温防火层的释水降温的临界温度；本发明具有梯级释水降温结构的中高压防火电缆，其降温隔热铠装挡火层和降温防火层形成梯级释水降温效果，大幅度延缓火和热向内蔓延的速度。

Description

具有梯级释水降温结构的防火电缆

分案说明

本案是分案申请，本分案的母案是申请日为2013年12月22日、申请号为201310718278.8、发明名称为中高压防火电缆及其制备方法的发明专利申请。

技术领域

本发明涉及电缆制造领域，尤其涉及一种具有梯级释水降温结构的防火电缆。

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到35kV，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均需用35kV级及以下的电力电缆连接，从而使35kV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更易发生电力事故，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。现有使用日益广泛的中高压防火电缆普遍采用多根铜丝绞合而成的铜芯导体结构，需使用大量的铜，而我国是铜资源极为匮乏的国家，并且由于铜丝易氧化，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。为此人们尝试采用铝合金替代铜芯导体，其优点如：在确保电缆载流量的同时可使电缆重量减少约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。但是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包括在750℃的温度下经受90分钟的耐火试验，因此，铝芯电缆的防火能力不可能达到防火电缆的标准要求，故现有的防火电缆都采用铜芯导体。

中国实用新型专利201220048583.1公开了一种采用三层防火结构的波纹管护套防火电缆，第一道防火层采用紫铜波纹管，第二道防火层采用矿物粉泥(耐火土)，第三道防火层采用耐高温云母带，由于紫铜波纹管虽然在1000℃以下不能熔化，但能迅速传热，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，采用无卤低烟阻燃聚烯烃的绝缘层虽能阻燃，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，不能采用铝合金导体，另外它不能满足中高压电缆的防火标准要求和耐压等级要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种具有梯级释水降温结构的防火电缆。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种具有梯级释水降温结构的防火电缆，其包括内含导体11的单根或多根缆芯1构成的总缆，总缆外面包覆有具有释水降温特性的降温防火层2，在降温防火层2外部设有具有释水降温特性的降温隔热铠装挡火层4，降温隔热铠装挡火层4的释水降温的临界温度高于降温防火层2的释水降温的临界温度。

优选的，所述降温防火层2采用具有释水降温特性的无机化合物挤出填充，其分解释水降温的临界温度范围为150℃至250℃。

优选的，所述降温隔热铠装挡火层4采用具有释水降温特性的无机化合物连锁式铠装和挤出填充，其分解释水降温的临界温度为300℃至400℃。

优选的，所述降温防火层2为氢氧化铝无机化合物。

优选的，所述降温隔热铠装挡火层4为连锁式铠装+氢氧化镁无机化合物。

优选的，所述降温防火层2的外面绕包有内耐火绝热层3，内耐火绝热层3的外面包覆有降温隔热铠装挡火层4。

优选的，所述内耐火绝热层3采用具有防火特性的无机包带绕包结构。

优选的，所述降温隔热铠装挡火层4的外面绕包有中耐火绝热层5，在中耐火绝热层5外面设有阻燃外护套8。

优选的，所述降温隔热铠装挡火层4的外面包覆有受热可膨胀性的无机化合物材料形成的绝热隔火层6。

优选的，所述绝热隔火层6采用钢丝编织+石墨无机化合物挤包结构；或者采用石墨无机化合物挤包结构。

本发明具有梯级释水降温结构的防火电缆，降温隔热铠装挡火层的释水降温的临界温度高于降温防火层的释水降温的临界温度，形成梯级释水降温的效果，大幅度延长火和热影响到缆芯的时间。

附图说明

图1是本发明的中高压防火电缆的第一实施例的横截面结构示意图。

图2是本发明的中高压防火电缆的第二实施例的横截面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1和图2给出的实施例，进一步说明本发明的中高压防火电缆及其制备方法的具体实施方式。本发明的中高压防火电缆不限于以下实施例的描述。

图1、2分别是本发明的中高压防火电缆的第一、第二实施例的横截面结构示意图，其中2-降温防火层；3-内耐火绝热层；4-降温隔热铠装挡火层；5-中耐火绝热层；6-绝热隔火层；7-外耐火绝热层；8-阻燃外护套。两个实施例的区别在于构成缆芯1的结构不同，在图1中：1-缆芯，从内到外依次包括导体11、导体屏蔽层12、共挤绝缘层13、绝缘屏蔽层14和金属屏蔽层15；在图2中：1-缆芯，从内到外依次包括导体11、绝缘层10和金属屏蔽层15。第一实施例可适用于中高压电压等级，第二实施例仅适用于低于35kV电压等级。图1和图2所示的本发明的中高压防火电缆以3根缆芯1为例，缆芯1根据其耐压等级的要求不同其结构可以不同，一种优选的结构如图1所示的第一实施例，每个缆芯1包括导体11、挤包在导体11外面的导体屏蔽层12、挤包在导体屏蔽层12外面的共挤绝缘层13、挤包在共挤绝缘层13外面的绝缘屏蔽层14和绕包在绝缘屏蔽层14外面的金属屏蔽层15。另一种优选的结构如图2所示的第二实施例，其结构为：所述的每个缆芯1包括导体11、挤包在导体11外面的绝缘层10和绕包在绝缘层10外面的金属屏蔽层15。为了确保安全等级，缆芯1的绝缘层10或共挤绝缘层13可采用具有防火功能的材料，如聚烯烃或者辐照聚烯烃，以使其在200℃以下仍能保持良好的绝缘性能。

图1所示的第一实施例与图2所示的第二实施例相比，虽然缆芯1的结构不同，由此而形成中高压防火电缆的电压等级不同，但由于缆芯1外面的防火结构是相同的，在由缆芯1合成的总缆外面都还包括降温防火层2、内耐火绝热层3、降温隔热铠装挡火层4、中耐火绝热层5、绝热隔火层6、外耐火绝热层7和阻燃外护套8。因此，它们的防火性能是相同的。本发明是在由各电缆缆芯合成的总缆的外面由内至外依次增加三套分别为防火、挡火、阻火的结构，并且在三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。本发明特别适合在中高压电缆的防火性能上使用。具体地说：

首先，将降温防火层2包覆在各缆芯1的外面，所述降温防火层2采用挤出结构，即采用挤出工艺在由多根缆芯1合股而成的总缆(制备过程中的电缆雏形)外面挤出并包覆防火材料形成的结构层，它具有降温、隔热、防火的功能。降温防火层2的材料优先采用氢氧化铝无机化合物，氢氧化铝无机化合物是一种以氢氧化铝Al(OH)3为主要材料的无机化合物，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，以达到降低降温防火层2表面的温度，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。所述的降温防火层2优先采用氢氧化铝无机化合物挤出结构，当然该填充结构不排除采用其它具有降温、隔热功能的材料，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，确保缆芯1上的温度保持安全。降温防火层2的材料的燃烧临界温度在150℃至250℃，优选为200℃，因为此燃烧临界温度与缆芯1的绝缘层10、共挤绝缘层13的聚烯烃的耐火温度相匹配。

接着，在降温防火层2的外面绕包有所述的内耐火绝热层3，它是采用耐高温的矿物材料和绕包工艺形成的结构层，通过它来增强降温防火层2的结构强度。内耐火绝热层3优选采用无机阻燃带绕包结构，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，都能使降温防火层2保持理想的结构强度。当然，不排除采用其他绝热矿物材料。

然后在内耐火绝热层3的外面包覆所述的降温隔热铠装挡火层4，它是采用铠装+挤出的复合工艺形成的复合结构层，先做联锁铠装，然后挤出、填充。所谓挤出的工艺与挤包工艺类同，与挤包工艺不同的是结构层的成型不是由挤包实现的，而是由铠装的，因此，降温隔热铠装挡火层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防火材料之间形成密不可分的复合层结构。降温隔热铠装挡火层4不仅具有铠装的功能，而且还具有降温、隔热、防火的功能。降温隔热铠装挡火层4的铠装结构优选联锁式铠装结构，因为它不仅可兼容填充防火材料，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，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的问题。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℃。降温隔热铠装挡火层4的防火材料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(简称B类无机化合物)。借助氢氧化镁在350℃时开始分解释放出结晶水的特性，能有效起到释水降温的效果。另外通过化学反应烧结成固体的氧化镁MgO，能有效起到隔热防火的效果。降温隔热铠装挡火层4的防火材料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，其释水降温的临界温度范围在300℃至400℃之间，优选300℃，以形成与降温防火层2的释水降温的临界温度相差约150℃的梯级，使处于中间的降温隔热铠装挡火层4能在较高的温度下开始降温，以延长火和热影响到降温防火层2的时间。本发明的降温隔热铠装挡火层4优选采用联锁式铠装+氢氧化镁无机化合物挤出填充结构，它不仅具有降温、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。

接着，在降温隔热铠装挡火层4的外面绕包中耐火绝热层5，它是采用耐高温的矿物材料和绕包工艺形成的结构层，通过它来增强中耐火绝热层5和绝热隔火层6的结构强度。中耐火绝热层5采用矿物绝缘材料，优选采用无机阻燃带绕包结构，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，都能使中耐火绝热层5和绝热隔火层6形成具有理想强度的层结构。

在中耐火绝热层5的外面包覆绝热隔火层6，它具有阻止火向电缆中心蔓延和阻隔热传入电缆中心的功能。绝热隔火层6的结构可有两种方案：第一种优选方案是，所述的绝热隔火层6采用钢丝编织+防火材料无机化合物挤包结构，它是一种采用编织+挤出的复合工艺形成的复合结构层，这里复合工艺是指在中耐火绝热层5外面形成钢丝编织物的同时，通过挤包的方法包覆无机化合物的工艺，因此它使钢丝编织物与挤包的防火材料之间形成了密不可分的复合层结构；第二种优选方案是仅采用防火材料无机化合物挤包结构，在同时采用中耐火绝热层5和外耐火绝热层7的情况下，第二种优选方案仍具有实用价值。防火材料优选石墨无机化合物，所述的石墨无机化合物为可膨胀性石墨的无机化合物材料，它受热达到一定温度时便开始膨胀，膨胀体积可以达到初始时的200倍以上，形成了一个非常好的绝热层，能起到极好的阻火、隔热和防止火焰冲击的效果，能有效阻断火和热向电缆中心扩散。也就是说，所述的第一种优选的结构方案是，所述的绝热隔火层6采用钢丝编织+石墨无机化合物挤包结构；所述的第二种优选的结构方案是，所述的绝热隔火层6采用石墨无机化合物挤包结构。

在绝热隔火层6的外面绕包所述的外耐火绝热层7，它是采用耐高温的矿物材料和绕包工艺形成的结构层，通过它来阻隔火焰直接燃烧绝热隔火层6，减小火焰对绝热隔火层6烧蚀破坏的程度。外耐火无机阻燃层7优选采用无机阻燃带绕包结构，能在电缆外面形成耐高温破坏的保护层。最后，将所述的阻燃外护套8挤包在外耐火绝热层7的外面，它具有阻燃、隔火的功能。阻燃外护套8采用聚烯烃挤包结构，它与外耐火绝热层7一起，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。

本发明的中高压防火电缆的结构的优点在于：最外层的防火层采用阻燃外护套8+外耐火绝热层7+绝热隔火层6的结构，通过该结构可阻断火焰直接冲击中间的挡火层，同时隔断热量传导到中间的挡火层，大幅度延长火和热影响到中间挡火层的时间；中间的挡火层采用降温隔热铠装挡火层4+中耐火绝热层5的结构，通过该结构可在继续隔断热量传导到内部的阻火层的同时，还可降温，以进一步延长火和热影响到内部的阻火层的时间；内部的阻火层采用降温防火层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缆芯1的同时，还可降温，以进一步延长火和热影响到缆芯1的时间；缆芯1的耐温与降温防火层2的释水降温的优选匹配温度为200℃，中间的挡火层的降温隔热铠装挡火层4的释水降温的临界温度高于降温防火层2的释水降温的临界温度，优选为350℃，形成梯级释水降温的效果，以大幅度延长火和热影响到缆芯1的时间，实现在750℃的温度下经受90至180分钟耐火试验后的缆芯1的温升不超过200℃的效果。由此可见，本发明的防火结构的设计合理，它不仅可适用于中高压铝芯防火电缆，同样适用于中压铜芯防火电缆。

下面进一步说明本发明的中高压防火电缆的制备方法，它包括以下工艺步骤。

步骤1：采用铝芯制备工艺，形成单根缆芯1，其中包括步骤a.采用导体制备工艺，成型导体11；步骤b.用三层共挤工艺在导体11的外面由内向外地成型导体屏蔽层12、共挤绝缘层13和绝缘屏蔽层14，或用单层挤包成型工艺在导体11的外面成型绝缘层10；步骤c.采用绕包工艺在绝缘屏蔽层14或绝缘层10外面成型金属屏蔽层15。

步骤2：在前述步骤的基础上，将多根缆芯1合股成总缆，并用挤出工艺在总缆外面包覆氢氧化铝无机化合物，形成降温防火层2。

步骤3：在前述步骤的基础上，采用绕包工艺在降温防火层2外面绕包无机阻燃带，形成内耐火绝热层3。

步骤4：在前述步骤的基础上，采用铠装+挤出的第一复合工艺，在内耐火绝热层3外面进行联锁式铠装，同时填充氢氧化镁无机化合物，形成降温隔热铠装挡火层4。

步骤5：在前述步骤的基础上，采用绕包工艺在降温隔热铠装挡火层4外面绕包无机阻燃带，形成中耐火绝热层5。

步骤6.：在前述步骤的基础上，采用编织+挤出的第二复合工艺，在中耐火绝热层5外面形成钢丝编织物，同时填充石墨无机化合物挤，形成绝热隔火层6。

步骤7：在前述步骤的基础上，采用绕包工艺在绝热隔火层6外面绕包无机阻燃带，形成外耐火绝热层7。

步骤8：在前述步骤的基础上，采用挤包成型工艺在外耐火绝热层7外面挤包成型阻燃外护套8，形成中高压防火电缆。

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)

1.一种具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：其包括内含导体(11)的单根或多根缆芯(1)构成的总缆，总缆外面包覆有具有释水降温特性的降温防火层(2)，在降温防火层(2)外部设有具有释水降温特性的降温隔热铠装挡火层(4)，降温隔热铠装挡火层(4)的释水降温的临界温度高于降温防火层(2)的释水降温的临界温度。

2.根据权利要求1所述的具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：所述降温防火层(2)采用具有释水降温特性的无机化合物挤出填充，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或2所述的具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：所述降温隔热铠装挡火层(4)采用具有释水降温特性的无机化合物连锁式铠装和挤出填充，其分解释水降温的临界温度为300℃至400℃。

4.根据权利要求2所述的具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：所述降温防火层(2)为氢氧化铝无机化合物。

5.根据权利要求3所述的具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：所述降温隔热铠装挡火层(4)为连锁式铠装+氢氧化镁无机化合物。

6.根据权利要求1所述的具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：所述降温防火层(2)的外面绕包有内耐火绝热层(3)，内耐火绝热层(3)的外面包覆有降温隔热铠装挡火层(4)。

7.根据权利要求6所述的具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：所述内耐火绝热层(3)采用具有防火特性的无机包带绕包结构。

8.根据权利要求1所述的具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：所述降温隔热铠装挡火层(4)的外面绕包有中耐火绝热层(5)，在中耐火绝热层(5)外面设有阻燃外护套(8)。

9.根据权利要求1所述的具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：所述降温隔热铠装挡火层(4)的外面包覆有受热可膨胀性的无机化合物材料形成的绝热隔火层(6)。

10.根据权利要求9所述的具有梯级释水降温结构的防火电缆，其特征在于：所述绝热隔火层(6)采用钢丝编织+石墨无机化合物挤包结构；或者采用石墨无机化合物挤包结构。