CN224110013U - 一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆，涉及电缆技术领域，采用无氧铜材质，向外依次为绝缘层、内护层、钢带铠装层和外护层，绝缘层与内护层间设半导电屏蔽层。绝缘层为交联聚乙烯材质，含特定比例阻燃剂等助剂，阻燃剂为磷氮系膨胀型阻燃剂与氢氧化铝复配物；内护层用聚烯烃材料；钢带铠装层由两层不同厚度、反向缠绕且有间隙的镀锌钢带组成；外护层为邵氏硬度80的热塑性弹性体，含紫外线吸收剂和抗静电剂；半导电屏蔽层采用炭黑填充聚乙烯材料。与现有技术相比，该电缆各层性能提升，协同确保电力传输安全、稳定、长效，在阻燃、防护、机械强度、耐候抗静电及电场均匀等方面具有显著有益效果。

Description

一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆

技术领域

本实用新型涉及电缆技术领域，具体为一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆。

背景技术

在现代社会，电力支撑着各个领域的正常运转。电力的稳定供应至关重要。重型电力电缆作为电力传输的关键载体，其性能直接关系到电力系统的可靠性和安全性。随着城市化进程的加速和工业的蓬勃发展，对电力的需求急剧增长。大型商业中心、高层建筑、工厂等场所对电力的需求量越来越大，这就要求电力电缆具备更高的载流量和更好的机械性能，以满足大功率设备的稳定运行。同时，这些场所人员密集或设备贵重，一旦发生火灾，后果不堪设想。传统电缆在阻燃性能上存在不足，容易成为火灾蔓延的途径，造成巨大的生命财产损失。因此，研发具有高效阻燃性能的电力电缆迫在眉睫。

环境保护意识的日益增强，也对电缆材料提出了新的要求。传统电缆在生产、使用和废弃处理过程中，可能会释放出有害物质，对环境造成污染。一些电缆材料含有重金属、卤素等成分，在焚烧或填埋时会对土壤、水源和空气造成污染。因此，开发环保型电缆，采用无毒、可降解的材料，减少对环境的负面影响，是电缆行业可持续发展的必然选择。在电力传输过程中，电缆的绝缘性能至关重要。绝缘性能不佳会导致漏电、短路等问题，影响电力系统的正常运行，甚至引发安全事故。此外，电缆在敷设和使用过程中，会受到各种外力的作用，如拉伸、挤压、弯曲等。这就要求电缆具备足够的机械强度，以保护内部的导体和绝缘层不受损坏。钢带铠装层能够有效地增强电缆的机械性能，提高其抗外力破坏的能力。同时，为了适应不同的使用环境，电缆的外护层需要具备良好的耐候性、耐磨性和抗静电性能等。

现有的重型电力电缆在综合性能上难以完全满足现代社会对电力传输的要求。因此，研发一种集阻燃、环保、高性能绝缘和强机械保护于一体的新型重型电力电缆，成为解决当前电力传输问题的关键。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆，由特定规格的无氧铜导体传输电流，交联聚乙烯绝缘层保障电气隔离与阻燃，半导电屏蔽层均匀电场，添加纳米填料的聚烯烃内护层提供保护，两层反向缠绕的镀锌钢带铠装层增强机械强度，含添加剂的热塑性弹性体外护层抵御紫外线和静电，各层协同确保电力传输安全、稳定、长效。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆，包括有导体。所述导体采用无氧铜材质。无氧铜具有高纯度、高导电性的特点，能有效降低电阻，减少电能传输过程中的损耗，提高电缆的导电效率。且所述导体的单丝直径范围为0.3mm至0.5mm。这个直径范围的设定是综合考虑了电缆的载流量、柔韧性以及生产成本等多方面因素。较细的单丝可以使电缆在保证一定载流量的前提下，具有更好的柔韧性，便于敷设和安装；而合适的直径上限则能确保单丝有足够的强度，满足电缆的机械性能要求。且多根单丝绞合节径比在18至22之间。绞合节径比是指绞合过程中，绞线的节距与绞线外径的比值。这个比值范围的确定，有助于使导体在保证良好的柔韧性和稳定性的同时，还能优化电缆的电磁性能，减少信号干扰和电能损耗。所述导体向外依次设置绝缘层、内护层、钢带铠装层和外护层。

所述绝缘层为交联聚乙烯材质，其制备原料按重量份计包括：交联聚乙烯树脂100份、阻燃剂30份、增塑剂10份、抗氧剂2份、偶联剂1份。交联聚乙烯树脂作为绝缘层的主要基体材料，具有良好的电气绝缘性能、耐热性和机械性能。阻燃剂的加入是为了提高电缆的阻燃性能，使其在遇到火灾等特殊情况时，能有效抑制火焰的蔓延，降低火灾风险。增塑剂可以增加材料的柔韧性和可塑性，改善交联聚乙烯树脂的加工性能，使其更易于成型。抗氧剂的作用是防止材料在长期使用过程中因氧化而老化，延长电缆的使用寿命。偶联剂则能增强不同材料之间的界面结合力，提高绝缘层整体的性能稳定性。

所述阻燃剂为磷氮系膨胀型阻燃剂与氢氧化铝的复配物，其中磷氮系膨胀型阻燃剂与氢氧化铝的质量比为2:3。磷氮系膨胀型阻燃剂在受热时会形成膨胀的炭层，起到隔热、隔氧的作用，从而阻止火焰的传播；氢氧化铝在受热时会分解吸热，降低材料表面的温度，同时释放出的水蒸气也能稀释可燃气体浓度，两者复配可以产生协同阻燃效果，提高阻燃效率。所述交联聚乙烯绝缘层的厚度在3mm至5mm之间。这个厚度范围是根据电缆的额定电压、使用环境等因素确定的，足够的绝缘层厚度能够保证电缆在正常运行时，有效隔离导体与外界的电气连接，防止漏电和短路等故障的发生。

所述内护层采用聚烯烃材料，其密度范围为0.92g/cm³至0.94g/cm³。聚烯烃材料具有良好的耐化学腐蚀性、耐水性和机械性能，能为电缆内部结构提供可靠的保护。这样的密度范围既能保证材料具有一定的强度和韧性，又能使其在质量和成本上达到较好的平衡。且添加有质量分数为3%至5%的纳米级无机填料，所述纳米级无机填料为纳米蒙脱土与纳米二氧化钛按质量比3:2的混合物。纳米级无机填料的加入可以显著改善聚烯烃材料的性能，如提高其强度、硬度、耐热性和阻隔性能等。纳米蒙脱土具有独特的层状结构，能在聚烯烃材料中形成良好的分散，增强材料的力学性能和阻隔性能；纳米二氧化钛则具有优异的光催化性能和紫外线吸收性能，能提高材料的耐候性和抗老化性能。两者按特定比例混合，能发挥协同增效的作用。

所述钢带铠装层由两层镀锌钢带组成，两层镀锌钢带的厚度分别为0.5mm和0.6mm，且两层钢带的缠绕方向相反，缠绕间隙为0.2mm。钢带铠装层主要用于增强电缆的机械强度，保护电缆内部结构免受外界机械力的损伤。采用两层不同厚度的镀锌钢带，能在保证足够机械强度的同时，优化电缆的结构设计。两层钢带缠绕方向相反，可以抵消部分因外力作用产生的应力，提高电缆的抗扭曲和抗拉伸能力。而0.2mm的缠绕间隙则既能保证钢带之间的紧密结合，又能避免因热胀冷缩等原因导致钢带之间相互挤压变形，影响电缆的性能。

所述外护层为热塑性弹性体材料，邵氏硬度为80。热塑性弹性体材料兼具橡胶和塑料的优点，具有良好的弹性、柔韧性、耐磨性和耐化学腐蚀性，能为电缆提供良好的外部保护。且所述外护层中添加有质量分数为2%至3%的紫外线吸收剂和质量分数为1%至2%的抗静电剂。紫外线吸收剂的作用是吸收太阳光中的紫外线，防止外护层材料因紫外线照射而老化、变色和性能下降；抗静电剂则能降低材料表面的电阻，防止静电的积累，避免因静电吸附灰尘等杂质影响电缆的外观和性能，同时也能减少因静电引发的安全隐患。

在绝缘层与内护层之间设有半导电屏蔽层，所述半导电屏蔽层采用炭黑填充的聚乙烯材料，其体积电阻率为1×10²Ω•m至1×10³Ω•m，厚度为0.5mm。半导电屏蔽层的作用是均匀电场，防止电场集中导致绝缘层局部放电，从而保护绝缘层，延长电缆的使用寿命。炭黑填充的聚乙烯材料具有良好的半导电性能，通过控制炭黑的填充量和材料的配方，使其体积电阻率达到1×10²Ω•m至1×10³Ω•m的范围，能满足电缆在不同工作条件下对电场屏蔽的要求。0.5mm的厚度则是在保证有效屏蔽电场的前提下，综合考虑材料成本和电缆整体结构的合理性确定的。

这种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆工作时，由无氧铜材质制成、单丝直径0.3mm至0.5mm且绞合节径比在18至22之间的导体负责传输电流，因其高纯度和低电阻特性有效降低电能损耗。导体外的绝缘层由交联聚乙烯材质构成，其制备原料按特定比例配置，其中阻燃剂复配物能在遇火时抑制火焰，绝缘层3mm至5mm的厚度保障了电气隔离。绝缘层与内护层间的半导电屏蔽层，采用炭黑填充的聚乙烯材料，体积电阻率在1×10²Ω•m至1×10³Ω•m之间、厚度0.5mm，能均匀电场防止局部放电。内护层采用添加纳米级无机填料的聚烯烃材料，特定的密度和填料比例使其具备良好保护性能。两层厚度分别为0.5mm和0.6mm、缠绕方向相反且间隙为0.2mm的镀锌钢带组成铠装层，增强机械强度。外护层为邵氏硬度80的热塑性弹性体材料，添加紫外线吸收剂和抗静电剂，能抵御紫外线和静电，各层协同工作，确保电缆在传输电力过程中的安全、稳定与长效。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

绝缘层采用交联聚乙烯材质，添加了特定比例的阻燃剂、增塑剂、抗氧剂和偶联剂。阻燃剂为磷氮系膨胀型阻燃剂与氢氧化铝的复配物，这种复配方式产生了协同阻燃效果，比单一阻燃剂的阻燃效率更高，能在火灾发生时有效抑制火焰蔓延，降低火灾风险。同时，增塑剂改善了材料的柔韧性和加工性能，抗氧剂延长了绝缘层的使用寿命，偶联剂增强了材料间的界面结合力，使得绝缘层的综合性能得到显著提升。

内护层采用聚烯烃材料，并添加了质量分数为3%至5%的纳米级无机填料。与普通聚烯烃内护层相比，添加纳米填料后，材料的强度、硬度、耐热性和阻隔性能都得到了提高。纳米蒙脱土的层状结构和纳米二氧化钛的光催化及紫外线吸收性能，发挥了协同增效作用，使内护层能更好地保护电缆内部结构，抵御外界环境的侵蚀，提高了电缆的整体防护性能。

钢带铠装层由两层厚度分别为0.5mm和0.6mm的镀锌钢带组成，且两层钢带缠绕方向相反，缠绕间隙为0.2mm。这种设计与传统的单一钢带铠装或普通双层钢带铠装相比，不仅增强了电缆的机械强度，能有效保护内部结构免受外界机械力的损伤，还通过反向缠绕抵消部分应力，提高了电缆的抗扭曲和抗拉伸能力。合理的缠绕间隙既能保证钢带之间的紧密结合，又能避免因热胀冷缩导致的变形问题，确保了电缆在不同环境条件下的稳定性和可靠性。

外护层采用邵氏硬度为80的热塑性弹性体材料，并添加了质量分数为2%至3%的紫外线吸收剂和质量分数为1%至2%的抗静电剂。相较于普通外护层材料，热塑性弹性体兼具橡胶和塑料的优点，具有良好的弹性、柔韧性、耐磨性和耐化学腐蚀性。紫外线吸收剂能有效吸收太阳光中的紫外线，防止外护层老化，延长电缆的户外使用寿命；抗静电剂降低了材料表面电阻，防止静电积累，减少了因静电引发的安全隐患和对电缆外观及性能的影响。

在绝缘层与内护层之间设置的半导电屏蔽层，采用炭黑填充的聚乙烯材料，体积电阻率为1×10²Ω•m至1×10³Ω•m，厚度为0.5mm。这一设计与传统电缆相比，能更有效地均匀电场，防止电场集中导致绝缘层局部放电，从而保护绝缘层，大大延长了电缆的使用寿命，提高了电缆运行的安全性和稳定性。

附图说明

图1为本实用新型一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆

图中：1、导体，2、绝缘层，3、内护层，4、钢带铠装层，5、外护层，6、半导电屏蔽层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行完整的描述。

如图1所示，一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆，包括有导体1，其特征在于，所述导体1采用无氧铜材质，且所述导体1的单丝直径范围为0.3mm至0.5mm，且多根单丝绞合节径比在18至22之间；所述导体1向外依次设置绝缘层2、内护层3、钢带铠装层4和外护层5。

所述绝缘层2为交联聚乙烯材质，其制备原料按重量份计包括：交联聚乙烯树脂100份、阻燃剂30份、增塑剂10份、抗氧剂2份、偶联剂1份；所述阻燃剂为磷氮系膨胀型阻燃剂与氢氧化铝的复配物，其中磷氮系膨胀型阻燃剂与氢氧化铝的质量比为2:3；所述交联聚乙烯绝缘层的厚度在3mm至5mm之间。

所述内护层3采用聚烯烃材料，其密度范围为0.92g/cm³至0.94g/cm³，且添加有质量分数为3%至5%的纳米级无机填料，所述纳米级无机填料为纳米蒙脱土与纳米二氧化钛按质量比3:2的混合物。

所述钢带铠装层4由两层镀锌钢带组成，两层镀锌钢带的厚度分别为0.5mm和0.6mm，且两层钢带的缠绕方向相反，缠绕间隙为0.2mm。

所述外护层5为热塑性弹性体材料，邵氏硬度为80，且所述外护层中添加有质量分数为2%至3%的紫外线吸收剂和质量分数为1%至2%的抗静电剂。

在绝缘层2与内护层3之间的半导电屏蔽层6，所述半导电屏蔽层6采用炭黑填充的聚乙烯材料，其体积电阻率为1×10²Ω•m至1×10³Ω•m，厚度为0.5mm。

具体实施方法为：先将高纯度无氧铜加工成单丝直径0.3mm至0.5mm的铜丝，绞合制成节径比在18至22之间的导体1；接着按重量份称取交联聚乙烯树脂100份、特定比例复配的阻燃剂30份等原料混料后挤出，在导体1表面形成3mm至5mm厚的绝缘层2；再将体积电阻率1×10²Ω•m至1×10³Ω•m的炭黑填充聚乙烯材料挤出，在绝缘层2外形成0.5mm厚的半导电屏蔽层6；选取密度0.92g/cm³至0.94g/cm³的聚烯烃材料，加入特定比例纳米级无机填料混合后挤出成内护层3；然后先后将厚度0.5mm和0.6mm的镀锌钢带以相反方向、0.2mm间隙缠绕在内护层3外形成钢带铠装层4；最后将添加紫外线吸收剂和抗静电剂的邵氏硬度80的热塑性弹性体材料挤出，在钢带铠装层4外形成外护层5。

Claims (2)

1.一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆，包括有导体（1），其特征在于，所述导体（1）采用无氧铜材质，且所述导体（1）的单丝直径范围为0.3mm至0.5mm，且多根单丝绞合节径比在18至22之间；所述导体（1）向外依次设置绝缘层（2）、内护层（3）、钢带铠装层（4）和外护层（5）。

2.根据权利要求1所述的一种阻燃环保型交联聚乙烯绝缘钢带铠装型重型电力电缆，其特征在于，所述钢带铠装层（4）由两层镀锌钢带组成，两层镀锌钢带的厚度分别为0.5mm和0.6mm，且两层钢带的缠绕方向相反，缠绕间隙为0.2mm。