CN1556529A - 地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆的制造方法 - Google Patents

Abstract

地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆的制造方法，属于电缆技术领域。选用紧压绞合圆形导体，在导体的外表面依次包半导电材料、交联聚乙烯材料，采用氧化物交联或电子束辐照技术，将具有阻燃功能的分子和成炭单元接枝到交联聚乙烯材料上，然后包覆铜带，再在铜带上采用高阻燃涂胶型玻璃布带多层绕包，在玻璃布绕包层上用铜带沿绝缘线芯的轴向对焊、轧成波纹金属管，在波纹金属管上包制隔热层，最后在隔热层上挤包低烟无卤阻燃的环保型聚烯烃材料外护套。本发明工艺科学先进，生产的电缆阻燃性能均达到IA级阻燃试验的要求，烧损量小，透光率高，毒性小。有良好的防潮性能和防白蚁、防鼠性等防生物侵害的性能。

Description

地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆的制造方法

技术领域

本发明涉及电缆的生产制造方法，属于电缆技术领域。

背景技术

随着国民经济的迅猛发展，大城市日趋繁荣，城市规模和人口迅速增长，交通矛盾日趋严重，发展大运量的地铁和轻轨交通已成为解决大城市交通矛盾的首选方案。轨道交通已成为城市交通建设的一种趋势，轨道的交通长度成为一个现代化城市文明程度的标志。在“十五”规划中，国家首次提出了要发展城市轨道交通，《国家产业技术政策》也明确指出：“在百万人以上城市，要优先发展以轨道交通为主的公共交通系统。”根据国家计委的相关资料，我国城市交通投资将达到8000亿元，其中2000亿元将用于建设地铁、轻轨交通。

地铁、轻轨交通中电力机车牵引系统、高度自动化的控制系统需要大量的电力能源供应。轨道交通对电力的安全可靠性要求极高。地铁的运输客流量大、空间相对狭小、通风能力有限，一旦电力线路发生问题或供电电路的不稳定将给地铁全线带来非常严重的危害，同时地铁内一旦发生电气火灾，产生的浓烟和毒气会带来人民生命财产巨大损失。

额定电压35kV的交联聚乙烯绝缘中压电力电缆在轻轨、地铁电力输电和工程中的用量越来越大，鉴于地铁隧道环境相对潮湿，鼠害较为严重，具有防鼠、防白蚁等防生物损害功能的高阻燃性中高压电缆的研究已经提到了电缆生产厂家的面前。

现有的地铁干线用35kV阻燃电力电缆的制造方法，是在导体上挤包高纯净的交联聚乙烯材料绝缘层和低烟无卤阻燃的聚烯烃材料外护套，这种方法制造出来的35kV交联聚乙烯绝缘电力电缆，阻燃性能要满足GB18380.2规定的B类成束阻燃试验要求尚可，若要达到公安部标准GA306.1-2001规定的IA级阻燃试验要求则十分困难。因为中高压电力电缆的交联聚乙烯绝缘层厚度非常大，高达10.5毫米，其含量占整个电缆有机物很大的比例。交联聚乙烯材料的氧指数低，燃烧值较大，其熔融物的成分类似石蜡，最终降解产生的气体成分主要为甲烷、乙烷、乙烯的等四个碳原子以下小分子的烷烃和烯烃产物，明火极易引燃。一旦交联聚乙烯绝缘材料被引燃，该材料将产生大量的热量，从而使燃烧进一步加剧、环境温度迅速上升，最终导致电缆完全烧毁。在电气火灾事故中，将给事故救援工作和人民生命财产带来重大的损失。

发明内容

本发明的目的是要提供一种能够符合公安部标准GA306.1-2001规定的IA级阻燃电缆试验要求的地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆的制造方法。

本发明的目的是通过对现有的电缆生产方法的改进实现的，地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆的制造方法，包括在导体1上挤包高纯净的交联聚乙烯材料绝缘层3和低烟无卤阻燃的环保型聚烯烃材料外护套8，其特征是所述的导体1选用GB/T3956规定的第2种紧压绞合圆形导体，先在导体1的外表面包半导电材料的导体屏蔽层2，然后挤包高纯净的交联聚乙烯材料绝缘层3，在绝缘层3的外表面采用氧化物交联或电子束辐照技术，将具有阻燃功能的分子和成炭单元接枝到交联聚乙烯材料上达到表面具有成炭性能的非金属半导电绝缘屏蔽层4，在非金属半导电绝缘屏蔽层4上包覆铜带金属屏蔽层5，再在金属屏蔽层5上采用高阻燃涂胶型玻璃布带多层绕包构成高阻燃隔热层6，在高阻燃隔热层6上运用氩弧轧纹焊接技术，将铜带沿绝缘线芯的轴向对焊成密封铜管，并用轧纹机轧成非螺旋形的单个环形皱纹的波纹金属管防护层7，在波纹金属管防护层7上采用高阻燃涂敷金属氧化物的玻璃布带包制成隔热层，最后在隔热层上挤包低烟无卤阻燃的环保型聚烯烃材料外护套8。所述的在导体1的外表面包半导电材料的导体屏蔽层2，是在导体上挤包半导电材料。该发明所述的在导体1的外表面包半导电材料的导体屏蔽层2，是在导体上先包半导电带再挤包半导电材料。

本发明选用材料科学，生产制造工艺先进，结构设计的创新点主要有五点：

一、高阻燃隔热层、波形金属防护层组合的设计

地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆要符合公安部标准GA306.1-2001规定的IA级阻燃电缆试验要求，阻燃电力电缆的绝缘层不被引燃这一点十分重要。因此，主要从高阻燃隔热层和波形金属防护层的组合结构方面采取相关措施来满足A类阻燃性能要求，在电缆的绝缘线芯和波形金属防护层之间设计一层隔火阻燃层，隔火阻燃层主要作用是在一定温度下吸热，释放出大量的结晶水，降低电缆温度，阻止绝缘层熔融降解。波形金属防护层主要用于在高温下能够保持护层的完整性，隔离内部交联聚乙烯及其熔融降解产物与外部火焰相接触。两者的组合最终起到保护绝缘层不被引燃的目的。

二、波形金属防护层的结构设计

波形金属防护层采用氩弧焊接轧纹的工艺制造技术。采用非磁性材料铜带作为防护层，避免了采用钢带等磁性材料作防护层给单芯电缆带来的磁滞损耗。防护层的焊接密封性大大提高了电缆在地铁等雨水较多、环境潮湿的场合安全性，大大减缓了潮气对中压电缆绝缘的侵蚀，有效防止交联聚乙烯绝缘层中水树枝和电树枝的生成。同时金属护层大大提高了电缆对白蚁、鼠害等生物危害的防护性。波形结构也同样大大改善了电缆的弯曲性。

三、绝缘半导电层阻燃化的处理

绝缘半导电层屏蔽层采用氧化物交联或辐照交联阻燃半导电屏蔽料。结合阻燃基本原理，采用交联或电子束辐照技术，将具有阻燃功能的分子和成炭单元接枝到聚合物材料上达到表面的成炭性能，实现阻燃性能，同时提高了材料的温度等级。

四、绿色环保型设计

整个电缆结构元件完全根据环境保护的要求，选用不含氯、溴等卤素，不含铅、铬、汞等重金属的绝缘、屏蔽、阻燃包带和护套材料。电缆在火焰条件时不会释放出对人体呼吸器官有强烈刺激的气体和浓烟。符合公安部标准GA306.1-2001规定的IA级阻燃电缆的要求，烟气毒性浓度≥12.4mg/L。烟密度按最小透光率≥80％。

按公安部标准GA306.1-2001规定进行阻燃试验，电缆的阻燃性能均达到IA级阻燃试验的要求，并且烧损量小，透光率高，毒性小。电缆具有良好的防潮性能和防白蚁、防鼠害等防生物侵害的功能，非常适合于地铁隧道中环境潮湿和白蚁、鼠害严重的场所，以期推动在电力线路中得到大量的使用。

五、去气工艺在交联电缆绝缘制造中的应用

在中高压交联聚乙烯绝缘电缆的制造过程中，过氧化二异丙苯(DCP)在高温交联过程中受热分解产生枯基醇和苯乙酮等副产物，将滞留在绝缘层无法得到释放。在电缆绝缘加热和冷却过程中，绝缘中残留的气体会使绝缘产生内应力。残留交联聚乙烯绝缘层中的枯基醇和苯乙酮等物质的挥发性很好，在常温下，常常通过绝缘表面缓慢挥发出来。为消除这些不良因素，我们在生产工艺中增加去气工序。将电缆线芯放置在密封的去气间内，在一定的气压和70℃～80℃的温度条件，根据绝缘厚度和去气时间的相应关系，放置一定的时间。通过独特的去气工艺，消除了电缆绝缘层中的副产品和机械应力。

附图说明

图1所示为采用本发明生产制造的地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆的结构示意图，图中：导体1、导体屏蔽层2、绝缘层3、非金属半导电绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5、高阻燃隔热层6、波纹金属管防护层7、外护套8。

具体实施方式

采用GB/T3956规定的第2种紧压绞合圆形导体，导体的紧压度达到90％以上，圆整度达到98％以上，导体表面光洁，无毛刺，划痕。先在导体1的外表面包半导电材料的导体屏蔽层2，然后挤包高纯净的交联聚乙烯材料绝缘层3，在绝缘层3的外表面采用氧化物交联或电子束辐照技术，将具有阻燃功能的分子和成炭单元接枝到交联聚乙烯材料绝缘层上达到表面具有成炭性能的非金属半导电绝缘屏蔽层4，在非金属半导电绝缘屏蔽层4上包覆铜带金属屏蔽层5，再在金属屏蔽层5上采用高阻燃涂胶型玻璃布带多层绕包构成高阻燃隔热层6，在高阻燃隔热层6上运用氩弧轧纹焊接技术，将铜带沿绝缘线芯的轴向对焊成密封铜管，并用轧纹机轧成非螺旋形的单个环形皱纹的波纹金属管防护层7，在波纹金属管防护层7上采用高阻燃涂敷金属氧化物的玻璃布带包制成隔热层，最后在隔热层上挤包低烟无卤阻燃的环保型聚烯烃材料外护套8。

导体屏蔽层2采用可剥离的半导电屏蔽料，屏蔽层的剥离不会损伤导体表面，厚度控制在0.7mm左右。

绝缘层3采用高纯净的交联聚乙烯材料，保证电缆的电气绝缘性能，增强绝缘层的抗拉强度和抗挤压性能。

非金属半导电绝缘屏蔽层4采用氧化物交联或辐照交联半导电屏蔽料，厚度控制在0.7mm左右。结合阻燃基本原理，采用氧化物交联或电子束辐照技术，将具有阻燃功能的分子和成炭单元接枝到聚合物材料上达到表面的成炭性能，实现阻燃性能，同时提高了材料的温度等级。

导体屏蔽层、绝缘层以及绝缘半导电层是通过垂链式或立塔式生产线通过三层共挤技术一次性挤包而成，在1.73U0时局部放电最大值不超过5pc。

在绝缘线芯金属屏蔽层5和波形金属防护层7之间以及波形金属防护层7和外护套8之间设置了采用高阻燃涂敷金属氧化物的玻璃布带包制而成的隔热层，隔热层厚度为1.0mm至1.2mm。高阻燃涂胶型玻璃布是由玻璃纤维布作基带，并在玻璃纤维布的表面浸涂金属水合物阻燃胶类溶液加工而成，在电缆燃烧过程中该材料遇高温后即析出结晶水并分解成金属氧化物，金属氧化物吸附在玻璃纤维布的表面能够形成多孔状的外壳，这种外壳对烟气有一定的吸附作用，此外，析出的水分，不但起到降温作用，而且对燃烧过程中的烟粒的沉降有显著的效果。

金属屏蔽层5和波形金属防护层7之间的高阻燃隔热层6在波形金属防护层的焊接轧纹加工过程中起到防止氩弧焊接的高温灼伤绝缘半导电层和交联聚乙烯绝缘层。在电缆燃烧过程中可以减缓外部火焰产生的热量通过波形金属防护层传导到内部绝缘层和半导电层，从而减缓交联聚乙烯绝缘层的降解过程。

波形金属防护层7是运用氩弧轧纹焊接技术，将一定厚度的铜带沿绝缘线芯的轴向对焊成密封铜管，并用轧纹机轧成非螺旋形的单个环形皱纹，它与电缆高阻燃隔热层结合形成封闭环圈区域。

阻燃试验标准GB/T18380规定在进行A类成束燃烧试验时，火焰温度不低于815℃。波形金属防护层7采用的铜的熔点为1083℃，高于标准规定最低火焰温度，在火焰燃烧的情况下，铜管在一定的时间内不会熔化，能够保持电缆的密封性和一定的机械强度。波形铜管防护层7在交联聚乙烯绝缘受热熔融降解的过程，防止可燃性液体和气体的逸出，进一步切断电缆的燃烧途径。

由于铜属于非导磁性材料，波形铜管防护层7可以作为单芯电力电缆铠装防护层，能够承受一定的机械应力。在地铁隧道中白蚁和鼠害比较严重的地区，采用本专利设计的电缆，能够起到非常显著的防护效果。

传统的螺旋形采用螺旋形波纹结构，波纹形成的空隙在电缆轴向上是螺旋贯通的。本发明的波形铜管防护层7采用非螺旋形的单个环形皱纹结构，它与电缆高阻燃隔热层结合形成相对封闭的环圈区域，空隙是不贯通的，潮气、水分不能沿着电缆进行轴向侵入。因此非常适用于雨水较多，环境潮湿的使用场合，防潮性能良好，可有效防止电缆绝缘层水树和电树的形成，减缓电缆的老化速度，延长电缆的使用寿命。

金属防护层的波形结构设计大大改善了电缆的弯曲性能，电缆在弯曲或温度变化时尺寸变化非常小。

外护层8采用无卤低烟阻燃护套料，优异的高弹性、延伸性、耐磨擦性和优良的弯曲柔软性，保证电缆在收放过程中整体弯曲性、抗挤压性，进一步增强电缆在作业和运行过程中防潮和防腐蚀性。

Claims (3)

1、一种地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆的制造方法，包括在导体(1)上挤包高纯净的交联聚乙烯材料绝缘层(3)和低烟无卤阻燃的环保型聚烯烃材料外护套(8)，其特征是所述的导体(1)选用GB/T3956规定的第(2)种紧压绞合圆形导体，先在导体(1)的外表面包半导电材料的导体屏蔽层(2)，然后挤包高纯净的交联聚乙烯材料绝缘层(3)，在绝缘层(3)的外表面采用氧化物交联或电子束辐照技术，将具有阻燃功能的分子和成炭单元接枝到交联聚乙烯材料绝缘层上达到表面具有成炭性能的非金属半导电绝缘屏蔽层(4)，在非金属半导电绝缘屏蔽层(4)上包覆铜带金属屏蔽层(5)，再在金属屏蔽层(5)上采用高阻燃涂胶型玻璃布带多层绕包构成高阻燃隔热层(6)，在高阻燃隔热层(6)上运用氩弧轧纹焊接技术，将铜带沿绝缘线芯的轴向对焊成密封铜管，并用轧纹机轧成非螺旋形的单个环形皱纹的波纹金属管防护层(7)，在波纹金属管防护层(7)上采用高阻燃涂敷金属氧化物的玻璃布带包制成隔热层，最后在隔热层上挤包低烟无卤阻燃的环保型聚烯烃材料外护套(8)。

2、根据权利要求1所述的地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆的制造方法，其特征是所述的在导体(1)的外表面包半导电材料的导体屏蔽层(2)，是在导体上挤包半导电材料。

3、根据权利要求1所述的地铁干线用35kV环保型A类防火电力电缆的制造方法，其特征是所述的在导体(1)的外表面包半导电材料的导体屏蔽层(2)，是在导体上先包半导电带再挤包半导电材料。