CN203338853U - 高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，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；所述导体为铝合金型线绞合结构；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%。本实用新型电缆同时具备大长度吊装能力和耐火能力的中压电缆，可以在火灾发生时，可以继续为高层建筑供电，特别是为逃生电梯和安防装置提供动力。

Description

高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆

技术领域

本实用新型是针对高层建筑用吊装中压电缆的改进，尤其涉及一种具有低烟无卤耐火特性的高层建筑用吊装中压电缆。

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，所以建筑只能往空中发展。在中国计划建设中的高楼（不含港澳台，不含正在规划中的项目）就有10个项目：上海中心大厦(Shanghai Center Tower) 632米，121层；天津中国117大厦597米，117层；深圳京基金融中心广场439米，97层；沈阳恒隆市府广场384.2米，76层；大连裕景中心(Dalian Eton Center) 383米，80层；广州广晟国际大厦360米，59层；武汉葛洲坝国际广场 350米，69层；南京德基广场二期339米，70层；天津嘉里中心333米，72层；重庆浪高联合国际大厦330米，72层。按照楼层经济性能来设计，作为电力的输配电设备安装楼层设置在顶层最为经济。这就需要用一根中压电缆垂直附设在高楼里，将中压电力从楼外送至楼顶，然后降压到所需要的电压供楼使用。为了充分使用空间，一般给电缆垂直敷设的电缆井空间也是有限的，从经济角度出发是越小越好，所以吊装电缆的敷设一般为高楼顶层受力，电缆其余部分均受力于顶点的拉力而悬挂在高楼里，中间不受力，所以这个电缆结构就与常规电缆有很大的差异。

高层建筑一般在300米以上，所以人员上下基本靠电梯，所以在高层建筑中，即使发生火灾，也要从电梯中下楼逃生。另外所有安防设施也需要电力驱动。所以作为给大楼输电的总通道——中压吊装电缆必须具备在火灾进行时能够保持继续通电的性能，也就是具备耐火特性。同时还得有低烟无卤阻燃特性，确保发生火灾时给大楼人员争取更为安全的逃生环境。

现有技术虽然也有一些关于高层吊装电缆的和中压耐火电缆的专利文献，但其电缆结构是分别考虑了高层吊装和耐火性能，没有综合考虑两项性能共同具备，另外针对耐火中压电缆的结构，仅仅考虑了电缆在火灾发生时，采用隔温材料将火灾产生的热量阻挡在外边的结构，但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。

其中，关于高层建筑用吊装电缆的公开技术主要以中国专利CN200510094704.0公开的《高层建筑用吊装电缆》为主的设计路线。此实用新型是对高层建筑用三芯高压吊装电缆的改进，其特征在于绝缘缆芯采用单芯绝缘电缆，单芯绝缘电缆间用三根由承载钢芯外包绝缘截面呈弧面扇形填充，两者绞合成缆，外周由高强度扎带捆绑扎紧。此实用新型采用弧面扇形承载体与相邻缆芯接触面积大，极大地增加了两者间摩擦力，辅之绞合成缆、捆绑扎紧更是增大了两者间摩擦力及整体性，大大提了电缆整体抗拉强度，因而可以承受极大的整体抗拉强度，使之可以适应150米或更高层建筑垂吊敷设。同时有利于提高电缆载流量，流量可提高10-30%左右，电缆重量可减轻20~30%，大大降低了电缆成本。弧面扇形承载体对电缆侧压力小，电缆安全、可靠性好，三辨承载独立结构，降低了工艺生产难度。从产品结构来看，此电缆具备高层吊装功能，不具备耐火特性。所以此电缆在高层建筑发生火灾情况下，不具备继续供能力。那么在发生火灾之后，高层建筑的所有用电设备只能靠平时储存的电力来维持，然而储存的电量有限，也就是说技术在高层建筑内设计的大量的安防设施，由于电力供应不足而无法发挥自设计作用。

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。此实用新型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，发挥的是该层高的阻燃特性和高的热阻特性，能将火焰和火焰带来的高温阻挡在电缆绝缘线芯之外，但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。

实用新型内容

本实用新型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。

实现本实用新型目的的技术方案是一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，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；所述导体为铝合金型线绞合结构；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；所述导体的截面填充系数为94%。

所述填充加强件包括内部的碳纤维棒材质的承力载体和挤包于承力载体外部的高强度聚烯烃材质的扇形填充条。

所述挡火层为金属带连锁铠装结构，截面为“∽”形状，圈圈相扣。

所述挡火层的金属带厚度为0.5mm。

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。

采用了上述技术方案后，本实用新型具有以下的积极的效果：（1）本实用新型将导体由原来的铜改成铝合金导体，大大减轻了电缆的导体重量。为了确保电缆耐火吊装性能，电缆还必须设置隔温层和挡火层，本实用新型采用隔温降温层。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，绝缘和抗拉加强件保持该结构本有的电气和机械性能，这需要隔温降温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。本实用新型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后就充分发挥了其降温的作用。

（2）本实用新型的导体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。

（3）填充加强件在吊装耐火中压电缆里，起着承担整根电缆重量的拉力件作用。常规电缆的做法是采用钢丝铠装结构，需要在电缆外围缠绕一圈钢丝，将钢丝的集中拉力均匀分布到电缆的外围。钢丝缠绕的同时也增加了电缆的整体重量，另外钢丝在接受拉力作用的同时，是将拉力通过螺旋缠绕结构传递到电缆上是摩擦力和压力，由于钢丝为圆形形状，所以钢丝与电缆是线接触，压强很大，所以这样的结构一般适合于电缆只有微小落差的敷设要求。本实用新型的电缆填充加强件在电缆绝缘线芯成缆排列的间隙填充位置，设置三根扇形填充加强件，与绝缘线芯一起成缆成电缆缆芯。在吊装张力作用下，填充加强件与线芯接触面产生的压力转换成摩擦力而承担着电缆的重力。所说填充加强件为在钢丝绳或者碳纤维棒上挤出高强度聚烯烃材料形成的扇形填充条，为了考虑到交流输电的金属涡流损耗，最佳选择为采用碳纤维棒作为加强填充件的承力载体。碳纤维棒为非金属材料，不产生电磁感应和涡流损耗。另外强度大于钢丝，另外受温度延伸量小，是吊装承重的最佳材料。

（4）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吊装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。本实用新型的挡火层，采用的是铝合金带连锁铠装结构，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0.5厚度的铝合金带，铝合金材质重量轻，有利于电缆吊装安全性。同时铝合金具有很好的导热性能，加上结构为波纹管结构，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。

（5）本实用新型通过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，本实用新型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。本实用新型采用等深低压缩比螺杆，挤出模具采用挤压式模具，但模套挤出角不大于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的挡火层（连锁铠装金属层）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，完整发挥其隔温降温的功效。

附图说明

为了使本实用新型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，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为本实用新型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、承力载体12-1、扇形填充条12-2、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，本实施例的一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，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和三根填充加强件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的截面填充系数为94%，也可以采用铜，但本实用新型优先采用铝合金导体，由于其比重比较小，更有利于吊装要求。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58%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垂直吊装负载，提高了电缆吊装的安全性能。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，设置三根扇形填充加强件12，填充加强件12包括内部的碳纤维棒材质的承力载体12-1和挤包于承力载体12-1外部的高强度聚烯烃材质的扇形填充条12-2，三根扇形填充加强件12与绝缘线芯一起成缆成电缆缆芯1。在吊装张力作用下，填充加强件12与绝缘线芯11接触面产生的压力转换成摩擦力而承担着电缆的重力。填充加强件12为在钢丝绳或者碳纤维棒上挤出高强度聚烯烃材料形成的扇形填充条，为了考虑到交流输电的金属涡流损耗，本实施例的优选方案为采用碳纤维棒作为加强填充件的承力载体。碳纤维棒为非金属材料，不产生电磁感应和涡流损耗。另外强度大于钢丝，另外受温度延伸量小，是吊装承重的最佳材料。

由于电缆的整体重量主要集中在导体上，所以针对垂直安装要求的吊装电缆而言，减轻电缆的整体重量是提高电缆整体吊装安全性的主要创新。但采用铝合金导体作为吊装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（乙烯-醋酸乙烯共聚物）：20~30%、LLDPE塑料（线性低密度聚乙烯）：8~15%、AL(OH)₃：40~50%、Mg(OH)₂：20~30%、其它：2~5%。本实用新型的隔温降温层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。当然这两种材料配比分数增加后有可能会影响该层材料的机械性能。然而该层结构在成品电缆吊装过程中并不承担机械受力，所以该层结构的机械性能下降并不影响电缆的吊装能力。

挡火层4为金属带连锁铠装结构，截面为“∽”形状，圈圈相扣。挡火层4的金属带厚度为0.5mm。金属带可以使铜带，也可以是铝合金带，针对高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆的吊装特性，优选铝合金带。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容易，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，所以这样的结构即使使用耐温只有600℃左右的铝合金带也能在900℃试验火焰温度下保持原有机械物理特性。挡火层4的内径比隔温降温层3的内径大1~3mm。

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）填充加强件12的加工工艺是在钢丝绳或者碳纤维棒的承力载体12-1上挤出扇形的高强度聚烯烃材料形成扇形填充条12-2，扇形形状由挤出模具来实现，模具的形状根据电缆绝缘线芯的尺寸相切设计，扇形填充的两个弧面分别与两根绝缘密切接触。

（5）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。

（6）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。

（7）挡火层4的加工采用铜带或者铝合金带材，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。

（8）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，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，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）和三根填充加强件（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）；所述导体（11-1）为铝合金型线绞合结构。 

2.根据权利要求1所述的一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，其特征在于：所述三根绝缘线芯（11）的金属屏蔽（11-5）相互接触；所述导体（11-1）的截面填充系数为94%。 

3.根据权利要求1所述的一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，其特征在于：所述填充加强件（12）包括内部的碳纤维棒材质的承力载体（12-1）和挤包于承力载体（12-1）外部的高强度聚烯烃材质的扇形填充条（12-2）。 

4.根据权利要求1所述的一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，其特征在于：所述挡火层（4）为金属带连锁铠装结构，截面为“∽”形状，圈圈相扣。 

5.根据权利要求4所述的一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，其特征在于：所述挡火层（4）的金属带厚度为0.5mm。 

6.根据权利要求5所述的一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，其特征在于：所述挡火层（4）的内径比隔温降温层（3）的内径大1～3mm。 

7.根据权利要求1至6之一所述的一种高层建筑用耐火低烟无卤中压吊装电缆，其特征在于：还包括挤包在挡火层（4）外部的聚烯烃材料的外护套。 

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