一种铁路工程用单相交流防火高压电缆的制造方法与流程

本发明涉及一种电缆制造方法，具体为一种铁路工程用单相交流防火高压电缆的制造方法，属于电缆技术领域。

背景技术：

铁路工程是由电力机车或动车组这两种铁路列车为主，所运行的铁路，随着近几年我国电气化铁路的快速发展，27.5kv电气化铁路作为电气化铁路发展中必不可少的产品，市场需求量不断增加。且建设标准也进一步提高，客观上需要采用大量的27.5kv电气化铁道专用电缆，一方面由于27.5kvgis开关柜的使用需要电缆进出线，另一方面，电缆进出线在节省占地、布置美观方面比架空线更具优势。但是目前市场上的该类电缆主要以强调产品的低烟无卤阻燃特性，阻燃电缆仅能使燃烧局限于一定范围内，在实际发生火灾时电缆燃烧时不能通电，重要场合一旦火灾，其人员疏散，通道照明，防火报警装置，自动消防设施以及其他应急设备，都要求再火灾发生时电缆能保持在规定时间内的正常通电，因此，电气化铁路耐火电缆应运而生。

国知局于2017年11月24日公开了一件公开号为cn107393650a，名称为“一种电气化铁路单相铜芯阻燃耐火防水电缆”的发明专利，该发明公开了一种电气化铁路单相铜芯阻燃耐火防水电缆，它包括电缆本体，所述电缆本体由内到外依次包括铜芯紧压导体、半导电绝缘内屏蔽层、交联聚乙烯绝缘层、半导电绝缘外屏蔽层、半导电阻水带绕包层、铜丝疏绕屏蔽层、铜带绕包屏蔽层、玻纤带绕包层、隔氧层、铝套、外护套。但是该技术方案突出的缺陷是半导电绝缘外屏蔽层外采用半导电阻水带，虽然具有纵向阻水性能，但是经过试验验证电缆在供火条件下，绝缘熔融膨胀，半导电阻水带绕包张力使绝缘电场不均匀，金属屏蔽层的铜丝嵌入绝缘，而导致短路击穿。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决问题而提供一种铁路工程用单相交流防火高压电缆的制造方法；通过实践耐火试验条件下论证电缆运行时绝缘的变化程度以及剖析造成短路击穿的原因。通过结构上的独特设计，充分考虑高压电缆的电性能和耐火性能之间的关系，解决两者之间的平衡点。特别是结构上设计了独特的半导电缓冲层，具有电场缓冲和机械缓冲的作用，当电缆在高温火焰下燃烧时，绝缘层受热膨胀软化，通过在绝缘线芯表面绕包半导电缓冲带作为缓冲层设计可以减小外面分相金属屏蔽丝对软化后绝缘层的应力及机械损伤，使绝缘层在高温下完好，保证产品的正常工作和运行。同时结构上设计防火层，采用陶瓷化聚烯烃低烟无卤材料，该材料在电缆燃烧时可以迅速地形成坚硬、密室的陶瓷状隔热隔氧隔温层。在350～1600℃有焰、无焰下，不熔融、不滴落、不脱落，温度越高，时间越长，燃烧后的陶瓷状越坚硬，残余物为陶瓷无机物。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种铁路工程用单相交流防火高压电缆的制造方法，其结构包括导体；所述导体的外侧包裹有导体屏蔽层，所述导体屏蔽层的外侧包裹有绝缘层，所述绝缘层的外侧包裹有绝缘屏蔽层，所述绝缘屏蔽层的外侧包裹有半导电缓冲带，所述半导电缓冲带的外侧包裹有金属屏蔽层，所述金属屏蔽层的外侧包裹有隔氧层，所述隔氧层的外侧包裹有防火层，所述防火层的外侧包裹有绕包带，所述绕包带的外侧包裹有铠装层，所述铠装层的外侧包裹有包带，所述包带的外侧包裹有外护套；

其制造方法包括以下步骤：

步骤1、拉丝，电工采用高导电率的铜杆在拉线设备上经过模具拉制成不同线径的电工用圆铜线；

步骤2、导体绞合，采用拉制后的电工用铜线在绞制设备上按照一定的根数、规格、绞向和节距进行绞制并紧压圆形的导体，最外层的绞合方向为左向；

步骤3、三层共挤化学交联，采用挤塑机在三层共挤化学交联悬链式生产线上同时挤出半导电导体屏蔽、交联聚乙烯、半导电绝缘屏蔽并经过化学交联后形成绝缘线芯，挤塑机加工温度85～115℃，交联管道温度260～380℃，挤出速度根据导体截面大小及绝缘厚度的不同，控制在3m/min～15m/min；

步骤4、缠绕半导电缓冲层，采用厚度1.0～2.0mm的半导电缓冲带重叠绕包在绝缘线芯表面；

步骤5、缠绕金属屏蔽层，采用电工软圆铜线疏绕在半导电缓冲层表面，疏绕节距10倍～14倍，铜丝之间的平均间隙≤4mm。表面再采用厚度0.10mm的软铜带进行单层间隙绕包，间隙率50％～200％；

步骤6、挤包隔氧层，采用氧指数在40～45的高阻燃聚烯烃隔氧料，在挤塑设备上采用半挤压式模具，1.25：1～2.0：1压缩比的螺杆挤出金属屏蔽层表面，挤出厚度2.0mm～4.0mm，加工温度控制在80℃～165℃；

步骤7、挤包防火层，采用陶瓷化聚烯烃低烟无卤阻燃材料在挤塑设备上采用半挤压式模具，用低压缩比1.1：1～1.5：1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆挤出在隔氧层表面，挤出厚度3.0mm～5.0mm，加工温度控制在140℃～150℃；

步骤8、设置绕包层，在防火层外采用经纱与纬纱均用玻纤纱混编织成的高阻燃玻璃纤维包带绕包，重叠绕包2层，搭盖率15％～20％；

步骤9、金属丝装铠，采用金属丝螺旋缠绕装铠在绕包层外；

步骤10、设置隔热层，在金属丝铠装外采用经纱与纬纱均用玻纤纱混编织成的高阻燃玻璃纤维包带绕包，重叠绕包3层，搭盖率15％～20％；

步骤11、挤包外护套，在挤塑设备上用半挤压式模具，用压缩比为1.25：1～2.0：1的螺杆将外护套材料挤出在隔热层上形成外护套，加工温度控制在100～150℃；

步骤12、性能检测，采用电缆专用检测设备对产品的电性能、机械性能、耐火性能进行检测。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤1中，所采用的模具具有多种规格，可实现对多种规格的圆形铜单丝进行拉丝，使该铁路工程用防火高压电缆的制造方法并不对圆形铜单丝的规格进行限制。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤2中，导体绞合所采用的绞制设备为叉绞机、框绞机或绞线机等。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤4中，半导电缓冲带是指在基材上均匀附着半导电胶形成半导电布，再压延或涂覆一层半导电橡胶，其中基材为平整的具有抗拉强度和耐高温性能的基布，可以是尼龙布、涤纶布或棉布；半导电胶可以是丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液、丁苯胶乳中的任意一种和导电碳黑组成的粘合剂，也可以是丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶中的任意一种和导电碳黑及溶剂组成的粘合剂；半导电橡胶是由丁基橡胶及聚异丁烯橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶中的任意一种或混合物和导电碳黑组成。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤9中，所使用的金属丝为铝丝或者非磁性的不锈钢丝，不仅可以避免涡流损耗，同时金属铠装层和金属屏蔽层同时作为牵引供电系统的短路电流的通路，可以承受更大的短路电流，提高列车的安全可靠运行，同时，又具有防鼠的功效。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤11中，外护套材料为氧指数oi≥36％的低烟无卤阻燃聚烯烃材料，该材料提高了电缆的隔氧效果，大大提高了电缆抑制火焰蔓延的能力，保证了其电缆的阻燃性。

作为本发明再进一步的方案：所述步骤12中，进行检测的电性能包括但不限于20℃时导体直流电阻、工频耐压试验、局部放电试验、冲击电压试验、4h试验；进行检测的机械性能包括但不限于绝缘及护套的机械物理性能试验、老化性能试验、热延伸试验、吸水试验、收缩试验进行检测；进行检测的耐火性能是指采用双喷灯，火焰温度750～800℃，供火时间90min，试验期间同时施加27.5kv的耐压试验，电缆不击穿，且耐火试验结束后1小时内，对试样的完整性进行检查，在保持试验原始状态的情况下，给试样施加96.3kv的试验电压持续15min，不击穿。

本发明的有益效果是：1、适用于电气化铁道变供电、自耦变压器供电线路，以及牵引变电所、分区所、开闭所、自耦变压器(at)所引出牵引供电系统的馈电线路，具有一定的防火性能，可大大延缓因为火灾等突发事故对铁路电力系统的破坏。

2、具有优良的耐火性能，具体是指采用双喷灯，火焰温度750～800℃，供火时间90min，试验期间同时施加27.5kv的耐压试验，电缆不击穿，且耐火试验结束后1小时内，对试样的完整性进行检查，在保持试验原始状态的情况下，给试样施加96.3kv的试验电压持续15min，不击穿。

3、较其他防火中高压电缆，在结构上单独设计了缓冲层，缓冲层采用1.0～2.0mm的半导电缓冲带重叠绕包在绝缘线芯表面。当电缆在高温火焰下燃烧时，绝缘层受热膨胀软化，通过在绝缘线芯表面绕包半导电包带作为缓冲层设计可以减小外面分相金属屏蔽带对软化后绝缘层的应力及机械损伤，使绝缘层在高温下完好，保证产品的正常工作和运行。

采用本方法制造出来的铁路工程用单相交流防火高压电缆用于电气化铁道变供电、自耦变压器供电线路，以及牵引变电所、分区所、开闭所、自耦变压器(at)所引出牵引供电系统的馈电线路，具有一定的防火性能，可大大延缓因为火灾等突发事故对铁路电力系统的破坏。

附图说明

图1为本发明电缆剖面结构示意图；

图2为本发明电缆制备流程图。

图中：1、导体，2、导体屏蔽层，3、绝缘层，4、绝缘屏蔽层，5、半导电缓冲带，6、金属屏蔽层，7、隔氧层，8、防火层，9、绕包带，10、铠装层，11、包带和12、外护套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1-2，一种铁路工程用单相交流防火高压电缆的制造方法，其结构包括导体1；所述导体1的外侧包裹有导体屏蔽层2，所述导体屏蔽层2的外侧包裹有绝缘层3，所述绝缘3的外侧包裹有绝缘屏蔽层4，所述绝缘屏蔽层4的外侧包裹有半导电缓冲带5，所述半导电缓冲带5的外侧包裹有金属屏蔽层6，所述金属屏蔽层6的外侧包裹有隔氧层7，所述隔氧层7的外侧包裹有防火层8，所述防火层8的外侧包裹有绕包带9，所述绕包带9的外侧包裹有铠装层10，所述铠装层10的外侧包裹有包带11，所述包带11的外侧包裹有外护套12；

其制造方法包括以下步骤：

步骤1、拉丝，电工采用直径为8mm高导电率的电工用圆铜杆在拉线设备上经过模具拉制并退火成直径为2.90mm的电工用圆铜线；

步骤2、导体绞合，将60根2.90mm的电工圆铜线在500型/6+12+18+24型框绞机上进行绞制并分层紧压成直径为23.50mm的圆形导体，最外层绞合节距为280mm。相邻层方向相反，最外层的绞合方向为左向；

步骤3、三层共挤化学交联，采用挤塑机在三层共挤化学交联悬链式生产线上同时挤出半导电导体屏蔽、交联聚乙烯、半导电绝缘屏蔽并经过化学交联后形成绝缘线芯，挤塑机加工温度85～115℃，交联管道温度260～380℃，挤出半导电导体屏蔽的厚度为0.8mm，交联聚乙烯绝缘厚度为11mm，半导电绝缘屏蔽的厚度为0.8mm，挤出速度约4m/min，模芯直径为24.5mm,中模直径为25.1mm,模套直径为48.7mm；

步骤4、缠绕半导电缓冲层，采用2mm，宽度60mm的半导电缓冲带5双层重叠绕包在绝缘线芯表面；

步骤5、缠绕金属屏蔽层，采用70根φ0.8mm的电工软圆铜线疏绕在半导电缓冲层表面，疏绕节距505mm。表面再采用厚度0.10mm，宽度30mm的软铜带进行单层间隙绕包，间隙率100％；

步骤6、挤包隔氧层，采用氧指数在40～45的高阻燃聚烯烃隔氧料，在挤塑设备上采用半挤压式模具，1.25：1～2.0：1压缩比的螺杆挤出金属屏蔽层表面，挤出厚度3mm，加工温度控制在80℃～165℃；

步骤7、挤包防火层，在普通的低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.1：1～1.5：1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将陶瓷化聚烯烃材料均匀紧密地挤包在绕包层上；加工温度控制在140℃～150℃，挤出厚度5.0mm；

步骤8、设置绕包层，在防火层外采用经纱与纬纱均用玻纤纱混编织成的高阻燃玻璃纤维包带绕包，重叠绕包2层，搭盖率15％；

步骤9、金属丝装铠，采用69根，直径φ2.5mm的铝丝缠绕在绕包层外，不仅可以避免涡流损耗，同时金属铠装层和金属屏蔽层同时作为牵引供电系统的短路电流的通路，可以承受更大的短路电流，提高列车的安全可靠运行，同时，又具有防鼠的功效；

步骤10、设置隔热层，在金属丝铠装外采用经纱与纬纱均用玻纤纱混编织成的高阻燃玻璃纤维包带绕包，重叠绕包3层，搭盖率20％；

步骤11、挤包外护套，在挤塑设备上用半挤压式模具，用压缩比为1.25：1～2.0：1的螺杆将外护套材料挤出在隔热层上形成外护套，加工温度控制在100～150℃；挤出厚度为3.0mm；

步骤12、性能检测，采用电缆专用检测设备对产品的电性能、机械性能、耐火性能进行检测。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤1中，所采用的模具具有多种规格，可实现对多种规格的圆形铜单丝进行拉丝，使该铁路工程用防火高压电缆的制造方法并不对圆形铜单丝的规格进行限制。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤2中，导体绞合所采用的绞制设备为叉绞机、框绞机或绞线机等。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤4中，半导电缓冲带5是指在基材上均匀附着半导电胶形成半导电布，再压延或涂覆一层半导电橡胶，其中基材为平整的具有抗拉强度和耐高温性能的基布，可以是尼龙布、涤纶布或棉布；半导电胶可以是丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液、丁苯胶乳中的任意一种和导电碳黑组成的粘合剂，也可以是丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶中的任意一种和导电碳黑及溶剂组成的粘合剂；半导电橡胶是由丁基橡胶及聚异丁烯橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶中的任意一种或混合物和导电碳黑组成。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤11中，外护套材料为氧指数oi≥36％的低烟无卤阻燃聚烯烃材料，该材料提高了电缆的隔氧效果，大大提高了电缆抑制火焰蔓延的能力，保证了其电缆的阻燃性。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤12中，进行检测的电性能包括但不限于20℃时导体直流电阻、工频耐压试验、局部放电试验、冲击电压试验、4h试验；进行检测的机械性能包括但不限于绝缘及护套的机械物理性能试验、老化性能试验、热延伸试验、吸水试验、收缩试验进行检测；进行检测的耐火性能是指采用双喷灯，火焰温度750～800℃，供火时间90min，试验期间同时施加27.5kv的耐压试验，电缆不击穿，且耐火试验结束后1小时内，对试样的完整性进行检查，在保持试验原始状态的情况下，给试样施加96.3kv的试验电压持续15min，不击穿。

实施例二

请参阅图1～2，一种铁路工程用单相交流防火高压电缆的制造方法，其结构包括导体1；所述导体1的外侧包裹有导体屏蔽层2，所述导体屏蔽层2的外侧包裹有绝缘层3，所述绝缘3的外侧包裹有绝缘屏蔽层4，所述绝缘屏蔽层4的外侧包裹有半导电缓冲带5，所述半导电缓冲带5的外侧包裹有金属屏蔽层6，所述金属屏蔽层6的外侧包裹有隔氧层7，所述隔氧层7的外侧包裹有防火层8，所述防火层8的外侧包裹有绕包带9，所述绕包带9的外侧包裹有铠装层10，所述铠装层10的外侧包裹有包带11，所述包带11的外侧包裹有外护套12；

其制造方法包括以下步骤：

步骤1、拉丝，电工采用直径为8mm高导电率的电工用圆铜杆在拉线设备上经过模具拉制并退火成直径为2.60mm的电工用圆铜线；

步骤2、导体绞合，将60根2.60mm的电工圆铜线在500型/6+12+18+24型框绞机上进行绞制并分层紧压成直径为20.6mm的圆形导体，最外层绞合节距为245mm。相邻层方向相反，最外层的绞合方向为左向；

步骤3、三层共挤化学交联，采用挤塑机在三层共挤化学交联悬链式生产线上同时挤出半导电导体屏蔽、交联聚乙烯、半导电绝缘屏蔽并经过化学交联后形成绝缘线芯。挤塑机加工温度85～115℃，交联管道温度260～380℃，挤出半导电导体屏蔽的厚度为0.8mm，交联聚乙烯绝缘厚度为11mm，半导电绝缘屏蔽的厚度为0.8mm，挤出速度约5m/min，模芯直径为21.6mm,中模直径为22.2mm,模套直径为45.8mm；

步骤4、缠绕半导电缓冲层，采用2mm，宽度60mm的半导电缓冲带5双层重叠绕包在绝缘线芯表面；

步骤5、缠绕金属屏蔽层，采用70根φ0.8mm的电工软圆铜线疏绕在半导电缓冲层表面，疏绕节距470mm。表面再采用厚度0.10mm，宽度30mm的软铜带进行单层间隙绕包，间隙率150％；

步骤6、挤包隔氧层，采用氧指数在40～45的高阻燃聚烯烃隔氧料，在挤塑设备上采用半挤压式模具，1.25：1～2.0：1压缩比的螺杆挤出金属屏蔽层表面，挤出厚度4.0mm，加工温度控制在80℃～165℃；

步骤7、挤包防火层，在普通的低烟无卤挤出机上，用半挤压式模具，采用低压缩比1.1：1～1.5：1、长径比为l/d≥20的普通低烟无卤螺杆，将陶瓷化聚烯烃材料均匀紧密地挤包在绕包层上。加工温度控制在140℃～150℃。挤出厚度4.0mm；

步骤8、设置绕包层，在防火层外采用经纱与纬纱均用玻纤纱混编织成的高阻燃玻璃纤维包带绕包，重叠绕包2层，搭盖率20％；

步骤9、金属丝装铠，采用66根，直径φ2.5mm的非磁性不锈钢丝缠绕在绕包层外，不仅可以避免涡流损耗，同时金属铠装层和金属屏蔽层同时作为牵引供电系统的短路电流的通路，可以承受更大的短路电流，提高列车的安全可靠运行，同时，又具有防鼠的功效；

步骤10、设置隔热层，在金属丝铠装外采用经纱与纬纱均用玻纤纱混编织成的高阻燃玻璃纤维包带绕包，重叠绕包3层，搭盖率20％；

步骤11、挤包外护套，在挤塑设备上用半挤压式模具，用压缩比为1.25：1～2.0：1的螺杆将外护套材料挤出在隔热层上形成外护套，加工温度控制在100～150℃；挤出厚度为2.9mm；

步骤12、性能检测，采用电缆专用检测设备对产品的电性能、机械性能、耐火性能进行检测。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤1中，所采用的模具具有多种规格，可实现对多种规格的圆形铜单丝进行拉丝，使该铁路工程用防火高压电缆的制造方法并不对圆形铜单丝的规格进行限制。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤2中，导体绞合所采用的绞制设备为叉绞机、框绞机或绞线机等。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤4中，半导电缓冲带5是指在基材上均匀附着半导电胶形成半导电布，再压延或涂覆一层半导电橡胶，其中基材为平整的具有抗拉强度和耐高温性能的基布，可以是尼龙布、涤纶布或棉布；半导电胶可以是丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液、丁苯胶乳中的任意一种和导电碳黑组成的粘合剂，也可以是丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶中的任意一种和导电碳黑及溶剂组成的粘合剂；半导电橡胶是由丁基橡胶及聚异丁烯橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶中的任意一种或混合物和导电碳黑组成。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤11中，外护套材料为氧指数oi≥36％的低烟无卤阻燃聚烯烃材料，该材料提高了电缆的隔氧效果，大大提高了电缆抑制火焰蔓延的能力，保证了其电缆的阻燃性。

进一步的，在本发明实施例中，所述步骤12中，进行检测的电性能包括但不限于20℃时导体直流电阻、工频耐压试验、局部放电试验、冲击电压试验、4h试验；进行检测的机械性能包括但不限于绝缘及护套的机械物理性能试验、老化性能试验、热延伸试验、吸水试验、收缩试验进行检测；进行检测的耐火性能是指采用双喷灯，火焰温度750～800℃，供火时间90min，试验期间同时施加27.5kv的耐压试验，电缆不击穿，且耐火试验结束后1小时内，对试样的完整性进行检查，在保持试验原始状态的情况下，给试样施加96.3kv的试验电压持续15min，不击穿。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。