CN220821176U - 海上石油平台用中压耐火电缆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种海上石油平台用中压耐火电缆，包括：缆芯，包括多个两两相切布置的内导体单元，每个内导体单元包括绞合的铜导体在铜导体外部依次设置的导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层以及铜带屏蔽层；多个内导体单之间填充矿物阻燃剂并绕包形成圆形缆芯；以及在缆芯外周表面依次设置的隔氧层、第二陶瓷化高阻燃包带、陶瓷化聚烯烃防火层、第三陶瓷化高阻燃包带、纵包的皱纹钢带以及外护套层。本实用新型的海上石油平台用中压耐火电缆，可确保中压电力电缆电气绝缘性能的同时实现电缆的在火灾发生时保持线路持续供电120分钟以、发烟量低，同时能够耐受温度达1000℃的石油平台碳氢火焰的侵袭，具有较高的防火安全可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电线电缆技术领域，具体而言涉及一种海上石油平台用中压耐火电缆。
背景技术
随着海洋油气开采力度的不断增大和海洋工程装备技术的不断发展，海洋油气资源的开发进入快速发展时期，尤其是深海油气资源的开发，是保障能源安全的必然和重要的途径。作为海上油气开采所需要的配套产品，海上石油平台用海工电缆的市场前景广阔。由于油气工程装备极易遭遇火灾侵害，火灾发生时油气燃烧引起的高温很容易造成装备失效，给整个平台及人员的安全造成极大危害，因此，油气工程装备需要特别注意防火。目前使用石油开采平台所用的海工防火电缆有低压电缆和中压电缆，低压防火电缆的技术发展已比较成熟，完全能够满足使用要求，而海工用中压防火电缆目前仍处于发展时期，现有电缆并不能满足使用要求，主要问题体现在：在长期的海洋潮汐、海水腐蚀和深海的压力环境下，深海环境使用的电缆的耐火试验通过率仍然偏低，主要体现在外套破损、受压导致内芯和外护套受损，耐火安全可靠性不够。
海上石油平台油气开采存在3类火焰，即防纤维类火焰、防碳氢火焰和防喷射火焰。其中碳氢火焰的温度高达1100℃以上，而目前按国内标准和国际标准耐火电缆试验的火焰温度为750℃、950℃两个标准，其最高火焰温度也不能满足要求。在耐火时间上一般为90min，其相对来说依然偏低。总体来说目前的中压耐火电缆不能完全满足石油平台的还用环境要求，存在一定的安全隐患。海上石油平台所用的中压耐火电力电缆，担负着整个石油平台的主动脉电力供电系统，一旦电缆在火焰侵袭时，不能保证正常的电力供应，会给整个平台人员安全和设备安全带来极大的威胁，造成不可估量的损失。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种应用于海上石油平台主供电系统配套的中压防火电力电缆，可确保中压电力电缆电气绝缘性能的同时实现电缆的在火灾发生时保持线路持续供电120分钟以、发烟量低，同时能够耐受温度达1000℃的石油平台碳氢火焰的侵袭，具有较高的防火安全可靠性，提高整个供电系统的消防安全等级。
根据本实用新型目的的第一方面，提出一种海上石油平台用中压耐火电缆，包括：
缆芯，包括多个两两相切布置的内导体单元，每个内导体单元包括绞合的铜导体在铜导体圆周外部依次设置的导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层以及铜带屏蔽层；多个内导体单之间填充矿物阻燃剂并经由第一陶瓷化高阻燃包带绕包形成截面为圆形的缆芯；
设置在所述缆芯圆周外表面的隔氧层；
在所述隔氧层的圆周外表面绕包的第二陶瓷化高阻燃包带；
在第二陶瓷化高阻燃包带的圆周外表面绕包的陶瓷化聚烯烃防火层；
在所述陶瓷化聚烯烃防火层的圆周外表面绕包的第三陶瓷化高阻燃包带；
在所述第三陶瓷化高阻燃包带的圆周外表面纵包的皱纹钢带；以及
在所述皱纹钢带的外表面挤包外护套层。
作为可选的实施例，所述导体屏蔽层作为导体内屏蔽层，绝缘屏蔽层作为导体外屏蔽层，分别位于所述交联聚乙烯绝缘层的两侧并紧贴。所述导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层采用三层共挤挤包在所述铜导体的圆周外侧。
作为可选的实施例，所述隔氧层为挤包在所述缆芯外表面的第一陶瓷化高阻燃包带上，采用聚烯烃隔氧层，氧指数高于50％。
作为可选的实施例，所述在第三陶瓷化高阻燃包带的圆周外表面纵包的皱纹钢带，其接缝处通过氩弧焊接，使得皱纹钢带形成一个密闭的挡火层。
作为可选的实施例，所述第一陶瓷化高阻燃包带、第二陶瓷化高阻燃包带、第三陶瓷化高阻燃包带的厚度相同，并且均绕包1-2层。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例。
图1是本实用新型实施例的海上石油平台用中压耐火电缆的电缆截面结构示意图。
图2是本实用新型实施例的海上石油平台用中压耐火电缆的工艺路线示意图。
具体实施方式
为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1、2所示，根据本实用新型的实施例的海上石油平台用中压耐火电缆，旨在实现一种应用于海上石油平台主供电系统配套的中压防火电力电缆，通过创新电缆结构设计和采用最新型的材料，在确保电缆中压电力电缆电气性能的情况下，实现了电缆具有较高的安全防火性能。同时，根据电缆应用于海上石油平台，可能遭受碳氢火焰的侵袭，其火焰温度可能高达1000℃以上，必要要确保电缆能够在此火焰温度下可靠运行，突破常规电缆只能耐受750-950℃的火焰温度，确保电缆的安全可靠性。
结合图1所示示例性结构的海上石油平台用中压耐火电缆，其包括通过第一陶瓷化高阻燃包带31绕包内部的内导体单元的结构的缆芯10以及在缆芯10外周表面依次设置的隔氧层40、第二陶瓷化高阻燃包带32、陶瓷化聚烯烃防火层50、第三陶瓷化高阻燃包带33、纵包的皱纹钢带60以及外护套层70。
在图1所示的示例中，缆芯10包括多个两两相切布置的内导体单元，图示中以三个内导体单元为例，每个内导体单元包括绞合的铜导体11在铜导体11圆周外部依次设置的导体屏蔽层12、交联聚乙烯绝缘层13、绝缘屏蔽层14以及铜带屏蔽层15。
三个内导体单之间填充矿物阻燃剂20并经由第一陶瓷化高阻燃包带31绕包形成截面为圆形的缆芯10。其中，矿物阻燃剂20为氢氧化镁无机阻燃剂。
然后在成缆后的缆芯10圆周外表面设置隔氧层40，可采用聚烯烃隔氧层，通过将聚烯烃隔氧材料挤包在所述缆芯10外表面的第一陶瓷化高阻燃包带31上制备成型，氧指数高于50％。
然后在隔氧层40的圆周外表面绕包第二陶瓷化高阻燃包带32。
在第二陶瓷化高阻燃包带32的圆周外表面继续绕包陶瓷化聚烯烃防火层50，然后在陶瓷化聚烯烃防火层50的圆周外表面绕包的第三陶瓷化高阻燃包带33。在第三陶瓷化高阻燃包带33的圆周外表面纵包皱纹钢带60之后，在皱纹钢带60的外表面挤包外护套层70。外护套层70可采用聚烯烃护套层。
其中，导体屏蔽层12作为导体内屏蔽层，用以消除导体表面的气隙，绝缘屏蔽层14作为导体外屏蔽层，可消除绝缘层与外金属屏蔽层之间的气隙。导体屏蔽层12、绝缘屏蔽层14分别位于交联聚乙烯绝缘层13的两侧并紧贴相容。
作为可选的实施例方式，导体屏蔽层12、交联聚乙烯绝缘层13、绝缘屏蔽层14采用三层共挤挤包在所述铜导体11的圆周外侧。作为可选的，导体屏蔽层和绝缘屏蔽层可选择市售半导电屏蔽料，在共挤设备内与交联聚乙烯进行三层共挤到导体的表面。
在本实施例中，金属屏蔽层采用铜带屏蔽层，厚度在0.12-0.15mm，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电场，起到避免高压交流电对外面的设施和信号造成干扰的作用。
其中，第三陶瓷化高阻燃包带33的圆周外表面纵包的皱纹钢带60，其接缝处通过氩弧焊接，使得皱纹钢带60形成一个密闭的挡火层。
结合图1所示的示例中，第一陶瓷化高阻燃包带31、第二陶瓷化高阻燃包带32、第三陶瓷化高阻燃包带33可采用市售的防火阻燃陶瓷纤维带实现，其厚度在0.85-1.5mm，三个不同位置的陶瓷化高阻燃包带选用的厚度相同，并且均绕包1-2层，导热系数低，低热容，能够实现耐高温1200摄氏度以上。
结合以上本实用新型实施例的海上石油平台用中压耐火电缆的设计，在确保中压电缆的电气绝缘性能的前提下，电缆导体外设置的导体屏蔽、绝缘及绝缘屏蔽三层结构起到保证电气性能和电气绝缘作用，本实用新型的电缆改变传统的将耐火层设置在导体表面的方式，通过多重组合防火层设计结构，综合协同手段达到防火效果。缆芯密实填充无机矿物质氢氧化镁等防火材料，在高温下会生产氧化镁和水，能有效起到阻燃防火作用，缆芯外绕包陶瓷化高阻燃带，有助于无机矿物质氢氧化镁防火层的成型。在陶瓷化高阻燃带外面挤包低烟无卤高阻燃隔氧层聚烯烃材料(例如市售的低烟无卤阻燃聚烯烃隔氧料FR8301NT，其以聚烯烃为主要原料，加入特种的无卤无毒阻燃剂、消烟剂及其它助剂，经特殊混炼工艺加工而成)，该材料氧指数达到50％以上，燃烧时无卤酸气体放出，毒性和腐蚀性气体释放量极少，产品的烟雾浓度极低，有效起到阻燃作用，同时在高温下也可产生水，可起到降温的作用，在隔氧层外绕包陶瓷化高阻燃带，可与隔氧层结合为一体，防止燃烧时发生脱落的情况；结合在高阻燃带外设置有陶瓷化聚烯烃防火层，该材料在火焰烧蚀下，会形成陶瓷化壳体，可以耐受1000℃以上的高温的侵蚀，能有效起到防火的作用，同时在外面辅以绕包陶瓷化高阻燃包袋，有助于形成结构稳固的壳体。最后在外面纵包皱纹钢带，并对接缝处进行氩弧焊接，确保形成一个密闭的挡火层，能有效阻止和减缓火焰对电缆内部的烧蚀，最外层采用高阻燃耐油辐照的交联低烟无卤聚烯烃护套，起到外层防护作用。
本实用新型的海上石油平台用中压耐火电缆的设计中采用陶瓷化聚烯烃作为电缆耐火层，该材料在常温下无毒、无味具有很好的柔软性和弹性具备塑料的特征；在高温1000℃下火焰烧蚀下，燃烧2～4min后即开始烧结成坚硬的陶瓷状壳体，这种坚硬的陶瓷状壳体可以非常有效的阻挡火焰继续燃烧，保护电缆内部元件，保证电缆在火灾条件下一定时间内的持续供电；并在烧蚀过程中基本不产生烟雾，且即使产生的少量烟雾也是无卤、无毒的。同时辅以高阻燃的聚烯烃隔氧层，在火焰烧蚀下，会产生大量水分，能有效降低电缆温度，起到协同防火作用。
通过本实用新型设计实现的海上石油平台用中压耐火电缆，其主要测试技术指标如下：
a.电缆的额定电压为3.6/6kV～12/20kV；
b.电缆导体长期允许的最高工作温度90℃；
c.电缆短路时(最长持续时间不超过5s)导体最高温度不大于250℃；
d.电缆敷设时环境温度应不低于0℃；低于允许敷设的最低环境温度时，应首先对电缆预热后再行敷设；
e.电缆允许的最小弯曲半径应不小于电缆外径的15倍；
f.电缆20℃时的导体直流电阻符合GB/T3956规定；
g.电缆能经受工频3.5U0/5min电压试验不击穿；
h.电缆在1.73U0电压下局部放电量不大于10pC；
i.电缆在1000℃-1300℃火焰温度下，持续供火120min，期间电缆施加3.6/6kV～12/20kV额定电压，无击穿；在试验结束后1h内，对试验完整性进行检查，在保持原始状态下，给试样施加3.5U0kV的试验电压持续15min不击穿。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (9)
1.一种海上石油平台用中压耐火电缆，其特征在于，包括：
缆芯(10)，包括多个两两相切布置的内导体单元，每个内导体单元包括绞合的铜导体(11)在铜导体(11)圆周外部依次设置的导体屏蔽层(12)、交联聚乙烯绝缘层(13)、绝缘屏蔽层(14)以及铜带屏蔽层(15)；多个内导体单之间填充矿物阻燃剂(20)并经由第一陶瓷化高阻燃包带(31)绕包形成截面为圆形的缆芯(10)；
设置在所述缆芯(10)圆周外表面的隔氧层(40)；
在所述隔氧层(40)的圆周外表面绕包的第二陶瓷化高阻燃包带(32)；
在第二陶瓷化高阻燃包带(32)的圆周外表面绕包的陶瓷化聚烯烃防火层(50)；
在所述陶瓷化聚烯烃防火层(50)的圆周外表面绕包的第三陶瓷化高阻燃包带(33)；
在所述第三陶瓷化高阻燃包带(33)的圆周外表面纵包的皱纹钢带(60)；以及
在所述皱纹钢带(60)的外表面挤包外护套层(70)。
2.根据权利要求1所述的海上石油平台用中压耐火电缆，其特征在于，所述导体屏蔽层(12)作为导体内屏蔽层，绝缘屏蔽层(14)作为导体外屏蔽层，分别位于所述交联聚乙烯绝缘层(13)的两侧并紧贴。
3.根据权利要求1所述的海上石油平台用中压耐火电缆，其特征在于，所述导体屏蔽层(12)、交联聚乙烯绝缘层(13)、绝缘屏蔽层(14)采用三层共挤挤包在所述铜导体(11)的圆周外侧。
4.根据权利要求1所述的海上石油平台用中压耐火电缆，其特征在于，所述铜带屏蔽层(15)采用厚度在0.12-0.15mm。
5.根据权利要求1所述的海上石油平台用中压耐火电缆，其特征在于，所述隔氧层(40)为挤包在所述缆芯(10)外表面的第一陶瓷化高阻燃包带(31)上，采用聚烯烃隔氧层，氧指数高于50％。
6.根据权利要求1所述的海上石油平台用中压耐火电缆，其特征在于，在所述第三陶瓷化高阻燃包带(33)的圆周外表面纵包的皱纹钢带(60)，其接缝处通过氩弧焊接，使得皱纹钢带(60)形成一个密闭的挡火层。
7.根据权利要求1所述的海上石油平台用中压耐火电缆，其特征在于，所述外护套层(70)采用聚烯烃护套层。
8.根据权利要求1所述的海上石油平台用中压耐火电缆，其特征在于，所述第一陶瓷化高阻燃包带(31)、第二陶瓷化高阻燃包带(32)、第三陶瓷化高阻燃包带(33)的厚度相同，并且均绕包1-层。
9.根据权利要求1所述的海上石油平台用中压耐火电缆，其特征在于，所述矿物阻燃剂(20)为氢氧化镁无机阻燃剂。
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