一种高压耐火电缆及其制备方法与流程

本发明涉及电力电缆技术领域，具体是一种高压耐火电缆及其制备方法。

背景技术：

随着国家社会经济建设步伐的加快，耐火电力电缆被广泛用在高层建筑、地铁、发电厂、核电站、隧道等重要场所。如果按惯例采用1kv及以下低压耐火电缆配电，其电缆用量及敷设安装工作量，较通常建筑物成数十倍增长，电缆敷设空间成几倍增大，既耗材又耗能，且建筑物中电缆敷设过多过密，也会给安全使用带来不利影响。由于耐火电力电缆一般大型重要场所中使用，电缆敷设往往较密集，一旦发生火灾，火焰将顺着电缆延燃而蔓延至其他物品。因此大型高层建筑物等场所，也逐渐采用高压,即6-35kv的耐火电力电缆进行供电或作为应急输电线路。

现有技术高压电缆一般采用交联聚乙烯(xlpe)绝缘。交联聚乙烯材料长期工作温度为90℃，在200℃温度下逐渐开始软化变形。按照ticw8-2012标准要求，中压耐火电缆须在火焰温度750℃的两个喷灯连续供火90分钟，电缆不能短路；试验结束后还需进行3.5u0耐压试验不能击穿。由此可见，中压电缆的绝缘线芯需设置防火隔离层以降低绝缘(xlpe)受到的温度。目前的技术主要是在中压电缆的绝缘线芯挤包陶瓷化硅橡胶，陶瓷化硅橡胶在一定火焰温度下会烧结成瓷，以隔绝火焰温度。但是此种技术存在三大问题：中压电缆外径大，陶瓷化硅橡胶由于挤橡机挤出时没有任何强度，挤出非常困难，防火层厚度偏差很大，很难达到四周厚度均匀且有一定厚度(不小于10mm)的要求；陶瓷化硅橡胶在烧结过程中，强度很差，加上喷灯火焰吹动，成瓷效果不一；陶瓷化硅橡胶并不是完全无机材料，硅橡胶分子中含有一定量可燃的碳、氢元素，在陶瓷化硅橡胶烧结成瓷过程中，放出大量的热量，对受其保护的绝缘有一定的破坏作用。

所以说，现有技术的中压耐火电缆存在着种种不足之处，其耐火性能并不能做到稳定，留有一定耐火安全的余量更是一种奢谈。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种高压耐火电缆及其制备方法。

一种高压耐火电缆,包括数组相互绞合的电缆芯，所述电缆芯包括按照从内至外分层设置的铜导体、导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层，所述绞合的电缆芯的外部按照从内至外分层设置有矿物质隔热层、绕包陶瓷硅橡胶复合带绝热层、挤包丁基橡胶阻燃降温层、挤包陶瓷化聚合物耐火层、氩弧焊皱纹铜套挡火层、挤包低烟无卤高阻燃隔氧护套层，所述电缆芯与矿物质隔热层之间设置有用于提供缓冲及填充的玻璃纤维填充层。

所述的金属屏蔽层采用重叠绕包的软铜带绕包在绝缘屏蔽层的表面，所述的导体屏蔽层与绝缘屏蔽层均采用半导体材料制成。

所述的矿物质隔热层采用由氢氧化镁和硅酸钠混合挤出而成。

所述的陶瓷硅橡胶复合带绝热层在矿物质隔热层后起到绝热作用。

所述的丁基橡胶阻燃降温层采用丁基橡胶捏合了大量氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌混合挤出而成。

所述的陶瓷化聚合物耐火层采用挤出以聚烯烃和eva聚合物为基体加入各种配合剂制得的具有耐火功能的复合材料而成。

所述的氩弧焊皱纹铜套挡火层采用1mm铜带，经纵包、焊接、在线探伤检测、轧纹来实现的。

所述的低烟无卤高阻燃隔氧护套层采用聚烯烃为基体加入各种配合剂制得。

一种高压耐火电缆的制备方法,其具体步骤如下：

步骤1：绞合：将多根电缆芯合股成一总缆，并用挤出工艺在该总缆外面包覆氢氧化镁和硅酸钠混合物，形成矿物质隔热层；

步骤2：形成绝热层：采用绕包工艺在矿物质隔热层7的外面绕包陶瓷硅橡胶复合带，形成陶瓷硅橡胶复合带绝热层；

步骤3：形成降温层：采用挤出工艺在陶瓷硅橡胶复合带绝热层外挤包以丁基橡胶为基料的混合物，形成丁基橡胶阻燃降温层；

步骤4：形成耐火层：采用挤出工艺在丁基橡胶阻燃降温层外挤包以聚烯烃和eva聚合物为基料的混合物，形成陶瓷化聚合物耐火层；

步骤5：形成挡火层：在陶瓷化聚合物耐火层外面采用1mm铜带，经纵包、焊接、在线探伤检测、轧纹来实现的氩弧焊皱纹铜套，形成氩弧焊皱纹铜套挡火层；

步骤6：形成护套层：采用挤包成型工艺在氩弧焊皱纹铜套挡火层外面挤包低烟无卤高阻燃隔氧护套层。

所述的步骤1包括以下步骤：

s1：采用瓦型单丝通过独特的工艺预扭及整形模具使异型线绞合制备成型铜导体；

s2：用三层共挤工艺在铜导体的外面由内向外依次地成型导体屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、绝缘屏蔽层；

s3：采用绕包工艺在绝缘屏蔽层的外面成型金属屏蔽层。

本发明的有益效果是：采用挤包陶瓷化聚合物耐火层和挤包低烟无卤高阻燃隔氧护套层实现了低烟无卤阻燃耐火特性，组合耐火结构层的设计，有效提高了高压电力电缆的耐火特性，在高压电力电缆在被燃烧情况下，仍可持续正常供电180分钟，以保证应急设备设施的正常使用；低烟无卤阻燃护套层的设计，保证了人民的生命安全，减少了财产的损失或损害。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的主视结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1所示，一种高压耐火电缆,包括数组相互绞合的电缆芯，所述电缆芯包括按照从内至外分层设置的铜导体1、导体屏蔽层2、交联聚乙烯绝缘层3、绝缘屏蔽层4、金属屏蔽层5，所述绞合的电缆芯的外部按照从内至外分层设置有矿物质隔热层7、绕包陶瓷硅橡胶复合带绝热层8、挤包丁基橡胶阻燃降温层9、挤包陶瓷化聚合物耐火层10、氩弧焊皱纹铜套挡火层11、挤包低烟无卤高阻燃隔氧护套层12，所述电缆芯与矿物质隔热层7之间设置有用于提供缓冲及填充的玻璃纤维填充层6。

所述的玻璃纤维填充层6为无碱玻璃丝填充物。

所述的金属屏蔽层5采用重叠绕包的软铜带绕包在绝缘屏蔽层4的表面，所述的导体屏蔽层2与绝缘屏蔽层4均采用半导体材料制成。

所述的导体屏蔽层2与绝缘屏蔽层4均为交联型半导电层。

所述的矿物质隔热层7采用由氢氧化镁和硅酸钠混合挤出而成。

所述的陶瓷硅橡胶复合带绝热层8在矿物质隔热层7后起到绝热作用。

所述的丁基橡胶阻燃降温层9采用丁基橡胶捏合了大量氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌混合挤出而成。

所述的矿物质隔热层7、陶瓷硅橡胶复合带绝热层8、丁基橡胶阻燃降温层9的阻燃降温原理：一是氢氧化物燃烧时吸收周围空气中的大量热量因该反应为吸收反应；二是生成水分子，蒸发过程中也需要吸收大量热量，这就降低了燃烧现场的温度；三是生成不溶不熔的金属氧化物壳体，阻止了氧气与有机物的接触，硼酸锌在较高温度下融化，形成玻璃体覆盖层，封闭聚合物表面，隔绝空气。因此，阻燃降温层是采用吸热和隔氧的方法进行阻燃降温的。

所述的陶瓷化聚合物耐火层10采用挤出以聚烯烃和eva聚合物为基体加入各种配合剂制得的具有耐火功能的复合材料而成。

所述的陶瓷化聚合物耐火层10是以聚烯烃和eva聚合物为基体，并加入一定比例的陶瓷粉、助熔剂和其他助剂而制得的具有耐火功能的新型复合材料。该材料在室温时具有与普通电线电缆绝缘层相同的性质，遇高温燃烧后经过瓷化转变成坚硬的陶瓷保护层，可抵抗上千度明火的烧蚀，并且该保护层具有一定的机械强度陶瓷化聚烯烃耐火电缆料，是一种耐火性能优异的新型可瓷化高分子防火电缆材料，在火焰状态下或500℃以上高温下即硬化，并逐渐陶瓷化，最高可耐1200℃持续高温，具有结壳速度快，结壳温度低，烧结后陶瓷化铠体强度高，表面完整，无明显裂痕，且断面会生成均匀的微孔，具有优异的耐火，隔热、降温、挡火效果。

所述的氩弧焊皱纹铜套挡火层11采用1mm铜带，经纵包、焊接、在线探伤检测、轧纹来实现的。

所述氩弧焊皱纹铜套挡火层11在氩气和氦气保护下，铜带为负极，钨极为正极，通过低电压、大电流来完成，钨极焊头直径控制在2mm,焊接时电流控制在85a左右为佳，焊接后由保护气体连续吹向焊点，迅速带走热量，使部位均匀快速冷却，电缆线芯不会受到任何不良影响，同时也避免铜带的高温氧化。为确保焊接的密封性，将整盘电缆进行气密性试验。

所述的低烟无卤高阻燃隔氧护套层12采用聚烯烃为基体加入各种配合剂制得。

一种高压耐火电缆的制备方法,其具体步骤如下：

步骤1：绞合：将多根电缆芯合股成一总缆，并用挤出工艺在该总缆外面包覆氢氧化镁和硅酸钠混合物，形成矿物质隔热层7；

步骤2：形成绝热层：采用绕包工艺在矿物质隔热层7的外面绕包陶瓷硅橡胶复合带，形成陶瓷硅橡胶复合带绝热层8；

步骤3：形成降温层：采用挤出工艺在陶瓷硅橡胶复合带绝热层8外挤包以丁基橡胶为基料的混合物，形成丁基橡胶阻燃降温层9；

步骤4：形成耐火层：采用挤出工艺在丁基橡胶阻燃降温层9外挤包以聚烯烃和eva聚合物为基料的混合物，形成陶瓷化聚合物耐火层10；

步骤5：形成挡火层：在陶瓷化聚合物耐火层10外面采用1mm铜带，经纵包、焊接、在线探伤检测、轧纹来实现的氩弧焊皱纹铜套，形成氩弧焊皱纹铜套挡火层11；

步骤6：形成护套层：采用挤包成型工艺在氩弧焊皱纹铜套挡火层11外面挤包低烟无卤高阻燃隔氧护套层12。

所述的步骤1包括以下步骤：

s1：采用瓦型单丝通过独特的工艺预扭及整形模具使异型线绞合制备成型铜导体1；

s2：用三层共挤工艺在铜导体1的外面由内向外依次地成型导体屏蔽层2、交联聚乙烯绝缘层3、绝缘屏蔽层4；

s3：采用绕包工艺在绝缘屏蔽层4的外面成型金属屏蔽层5；

s4：通过成缆机采用无碱玻璃丝紧密填充，填充应均匀圆整，同时间隙绕包无纺布带；

s5：采用氢氧化镁和硅酸钠按规定比例混合，在挤出机上挤出而成型，该材料混合时为可塑型，停放24小时后固化，具有隔热作用；

s6：使用绕包机将陶瓷化硅胶带绕包在矿物质隔热层表面形成绝热层，绝热层选用性能优良的陶瓷复合带绕包，此种材料制成的耐火保护层在常温下它具备了硅橡胶弹性好的基本特性，且具有无毒、无味、耐高低温、耐臭氧老化、耐候老化及优良的电绝缘性能，同时具备良好的加工性能，在零下40度到零上200度左右能保持软电缆状态，在火焰侵袭温度达300度以上时，可由原来的柔软状态变为硬性的海绵陶瓷体，变硬后耐火保护层内部产生空穴，有利于保温，这种海绵陶瓷体具有显著的耐火和阻隔高温的作用，从而有效的保护电缆的内部结构不发生机械变化和电性能变化；

s7：阻燃降温层采用丁基橡胶捏合了大量氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌混合挤出而成。其阻燃降温原理：一是氢氧化物燃烧时吸收周围空气中的大量热量因该反应为吸收反应；二是生成水分子，蒸发过程中也需要吸收大量热量，这就降低了燃烧现场的温度；三是生成不溶不熔的金属氧化物壳体，阻止了氧气与有机物的接触，硼酸锌在较高温度下融化，形成玻璃体覆盖层，封闭聚合物表面，隔绝空气。因此，阻燃降温层是采用吸热和隔氧的方法进行阻燃降温；

s8：陶瓷化聚合物耐火材料是以聚烯烃和eva聚合物为基体，并加入一定比例的陶瓷粉、助熔剂和其他助剂而制得的具有耐火功能的新型复合材料。该材料在室温时具有与普通电线电缆绝缘层相同的性质，遇高温燃烧后经过瓷化转变成坚硬的陶瓷保护层，可抵抗上千度明火的烧蚀，并且该保护层具有一定的机械强度陶瓷化聚烯烃耐火电缆料，是一种耐火性能优异的新型可瓷化高分子防火电缆材料，在火焰状态下或500℃以上高温下即硬化，并逐渐陶瓷化，最高可耐1200℃持续高温，具有结壳速度快，结壳温度低，烧结后陶瓷化铠体强度高，表面完整，无明显裂痕，且断面会生成均匀的微孔，具有优异的耐火，隔热、降温、挡火效果；

s9：在耐火层外面采用1mm铜带，经纵包、焊接、在线探伤检测、轧纹来实现的氩弧焊皱纹铜套，形成挡火层；该工艺是在氩气和氦气保护下，铜带为负极，钨极为正极，通过低电压、大电流来完成，钨极焊头直径控制在2mm,焊接时电流控制在85a左右为佳，焊接后由保护气体连续吹向焊点，迅速带走热量，使部位均匀快速冷却，电缆线芯不会受到任何不良影响，同时也避免铜带的高温氧化。为确保焊接的密封性，将整盘电缆进行气密性试验；

s10：外护层为低烟无卤高阻燃隔氧材料，在阻燃聚烯烃材料加入无卤阻燃剂金属水合物mg(oh)2和al(oh)3，此金属水合物具有填充、阻燃及发烟抑制三重功能，它受热分解进放出结晶水，可吸收大量的热量，并可以形成一个不熔不燃的硬壳，从而隔绝可燃物和氧气的充分结合，阻止火焰进一步燃烧，减弱燃烧时的传热，从而起到阻燃、隔氧作用。又因聚烯烃是无卤材料，燃烧时不产生明显的烟雾和有害气体，且此种材料一般以无机阻燃剂为主，并添加其它消烟剂如八钼酸铵，此种材料的抑烟及协同阻燃效果明显，通过上述材料组合，以达到低烟无卤阻燃效果。使空气中的氧气不能渗入电缆绝缘层，从而达到绝缘线芯的绝缘层只软化，不产生氧化分解的效果，保证火灾时电缆能在规定的180min内正常通电。使用挤出机将低烟无卤高阻燃隔氧护套层挤出包覆在耐火层表面。同常用的热塑性材料相比，低烟无卤高阻燃隔氧护套料中含有填充料和阻燃剂，其流动性较差，塑性低，热敏性强、容易摩擦生热，在机身内停留时间长易发生分解，产生大量低分子挥发物，并析出护套的表面，导致有焦烧颗粒，护套断面出现气孔。

根据以上特点，订做一枚长径比为25，压缩比为1:2.8的混合型挤塑机螺杆。经过多次试车调整工艺，各区温度按下表设定为最适宜。同时对原材料进行预热，将主机转速进行调整，使得物料能顺利挤出，护套外观光滑，断面无气孔；

s11：电缆经检验和封头包装合格后，入库。

所述的s1中独特的工艺是导体采用铜芯，铜芯通过拉丝机进行拉丝，单丝的形状打破传统的圆形而为瓦楞形，拉丝后经检验，确保表面光洁、无油污、无损伤屏蔽及绝缘的毛刺、锐边，无凸起或断裂的单线。

所述的s1中的绞合制备是拉丝后铜芯经过绞线机进行绞制，在满足国标gb/t3956-2008第2种导体最小根数和电阻率要求的前提下改成型线绞合结构，所用的单丝不是圆形线而是根据不同规格经合理设计的瓦型线，绞制时通过独特的工艺预扭及整形模具绞合成型，使多根单支导体扭成一股，在对铜芯股表面进行检验；采用该工艺可以使导体外径减少，紧压系数加大，大大减少导体屏蔽嵌入的几率，提高了产品质量。

所述的s2中的三层共挤工艺是在铜芯股表面均匀挤包的交联型半导电层作为导体屏蔽层2，且挤包的半导电料应和绝缘紧密结合，半导电层表面应光滑，无明显绞线凸纹，不应有尖角、颗粒、烧焦和擦伤的痕迹，其标称厚度为0.6mm，再挤包绝缘层，然后在绝缘表面均匀挤包交联型半导电层作为绝缘屏蔽层4，半导电层表面应光滑，不应有尖角、颗粒、烧焦和擦伤的痕迹。

所述的s3中的金属屏蔽是使用屏蔽机将软铜带重叠绕包在绝缘屏蔽层上，搭盖率超过20％。

本发明所生产的电缆具有如下性能：

电缆导体长期工作温度达到90℃；

电缆额定电压3.6/6kv-26/35kv；

电缆耐压和局部放电满足gb/t12706标准要求；

电缆耐火性能检测结果见下表：

低烟无卤特性见下表：

综上所述，本发明通过组合结构的挤包陶瓷化聚合物耐火层10和挤包低烟无卤高阻燃隔氧护套层12实现了低烟无卤阻燃耐火特性，组合耐火结构层的设计，有效提高了高压电力电缆的耐火特性，高压电力电缆在被燃烧情况下，仍可持续正常供电180分钟，以保证应急设备设施的正常使用。低烟无卤阻燃护套层的设计，保证了人民的生命安全，减少了财产的损失或损害。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。