專利名稱：地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電纜的結(jié)構(gòu)，屬于電纜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，大城市日趨繁榮，城市規(guī)模和人口迅速增長，交通矛盾日趨嚴(yán)重，發(fā)展大運(yùn)量的地鐵和輕軌交通已成為解決大城市交通矛盾的首選方案。軌道交通已成為城市交通建設(shè)的一種趨勢，軌道的交通長度成為一個現(xiàn)代化城市文明程度的標(biāo)志。在“十五”規(guī)劃中，國家首次提出了要發(fā)展城市軌道交通，《國家產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策》也明確指出“在百萬人以上城市，要優(yōu)先發(fā)展以軌道交通為主的公共交通系統(tǒng)。”根據(jù)國家計委的相關(guān)資料，我國城市交通投資將達(dá)到8000億元，其中2000億元將用于建設(shè)地鐵、輕軌交通。
地鐵、輕軌交通中電力機(jī)車牽引系統(tǒng)、高度自動化的控制系統(tǒng)需要大量的電力能源供應(yīng)。軌道交通對電力的安全可靠性要求極高。地鐵的運(yùn)輸客流量大、空間相對狹小、通風(fēng)能力有限，一旦電力線路發(fā)生問題或供電電路的不穩(wěn)定將給地鐵全線帶來非常嚴(yán)重的危害，同時地鐵內(nèi)發(fā)生電氣火災(zāi)，產(chǎn)生的濃煙和毒氣會帶來人民生命財產(chǎn)巨大損失。
額定電壓35kV的交聯(lián)聚乙烯絕緣中壓電力電纜在輕軌、地鐵電力輸電和工程中的用量越來越大，鑒于地鐵隧道環(huán)境相對潮濕，鼠害較為嚴(yán)重，具有防生物損害功能的高阻燃性中高壓電纜的研究已經(jīng)提到了電纜生產(chǎn)廠家的面前。
現(xiàn)有的由包括導(dǎo)體、聚乙烯絕緣和護(hù)套構(gòu)成的35kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，阻燃性能要滿足GB18380.2規(guī)定的B類成束阻燃試驗(yàn)要求尚可，若要達(dá)到公安部標(biāo)準(zhǔn)GA306.1-2001規(guī)定的IA級阻燃試驗(yàn)要求則十分困難。因?yàn)橹懈邏弘娏﹄娎|的絕緣層厚度非常大，高達(dá)10.5毫米，可燃物含量占整個電纜有機(jī)物很大的比重。交聯(lián)聚乙烯材料的氧指數(shù)低，燃燒值較大，其熔融物的成分類似石蠟，最終降解產(chǎn)生的氣體成分主要為甲烷、乙烷、乙烯的等四個碳原子以下小分子的烷烴和烯烴產(chǎn)物，明火極易引燃。一旦交聯(lián)聚乙烯絕緣材料被引燃，該材料將產(chǎn)生大量的熱量，從而使燃燒進(jìn)一步加劇、環(huán)境溫度迅速上升，最終導(dǎo)致電纜完全燒毀。在電氣火災(zāi)事故中，將給事故救援工作和人民生命財產(chǎn)帶來重大的損失。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要提供一種地鐵干線用35kv環(huán)保型A類防火電力電纜。
本實(shí)用新型的目的是鑒于曾成功研制開發(fā)出B類35kV交聯(lián)聚乙烯絕緣無鹵低煙阻燃電力電纜這一技術(shù)優(yōu)勢，通過大量的調(diào)研和科研工作，經(jīng)技術(shù)交流和電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的論證，通過對現(xiàn)有的電纜的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)的，地鐵干線用35kv環(huán)保型A類防火電力電纜，該電纜包括導(dǎo)體1、絕緣層3和外護(hù)套8，所述的導(dǎo)體1外表面設(shè)有導(dǎo)體屏蔽層2，絕緣層3的外表面設(shè)有非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4，在非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4上包覆金屬屏蔽層5，金屬屏蔽層5上設(shè)有高阻燃隔熱層6，在高阻燃隔熱層6與外護(hù)套8之間設(shè)有波紋金屬管防護(hù)層7。所述的導(dǎo)體1為采用GB/T3956規(guī)定的第2種緊壓絞合圓形導(dǎo)體。導(dǎo)體屏蔽層2為在導(dǎo)體上擠包的半導(dǎo)電材料或在導(dǎo)體上先包半導(dǎo)電帶再擠包半導(dǎo)電層。絕緣層3為柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能良好的超純凈交聯(lián)聚乙烯絕緣材料。金屬屏蔽層5為銅帶屏蔽層。高阻燃隔熱層6為采用高阻燃涂膠型玻璃布帶多層繞包而成的隔熱層。波紋金屬管防護(hù)層7為采用黃銅帶縱包、氬弧焊焊接、非螺旋形軋紋鎧裝的防護(hù)結(jié)構(gòu)。外護(hù)套8為低煙無鹵阻燃的環(huán)保型聚烯烴材料。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理簡單，選用材料科學(xué)，生產(chǎn)制造容易。結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新點(diǎn)主要有四點(diǎn)一、高阻燃隔熱層、波形金屬防護(hù)層組合的設(shè)計地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜要符合公安部標(biāo)準(zhǔn)GA306.1-2001規(guī)定的IA級阻燃電纜試驗(yàn)要求，阻燃電力電纜的絕緣層不被引燃這一點(diǎn)十分重要。因此，主要從高阻燃隔熱層和波形金屬防護(hù)層的組合結(jié)構(gòu)方面采取相關(guān)措施來滿足A類阻燃性能要求，在電纜的絕緣線芯和波形金屬防護(hù)層之間設(shè)計一層隔火阻燃層，隔火阻燃層主要作用是在一定溫度下吸熱，釋放出大量的結(jié)晶水，降低電纜溫度，阻止絕緣層熔融降解。波形金屬防護(hù)層主要用于在高溫下能夠保持護(hù)層的完整性，隔離內(nèi)部交聯(lián)聚乙烯及其熔融降解產(chǎn)物與外部火焰相接觸。兩者的組合最終起到保護(hù)絕緣層不被引燃的目的。
二、波形金屬防護(hù)層的結(jié)構(gòu)設(shè)計波形金屬防護(hù)層采用氬弧焊接軋紋的工藝制造技術(shù)。采用非磁性材料黃銅帶作為防護(hù)層，避免了采用鋼帶等磁性材料作防護(hù)層給電纜帶來的磁滯損耗。防護(hù)層的焊接密封性大大提高了電纜在地鐵等雨水較多、環(huán)境潮濕的場合安全性，大大減緩了潮氣對中壓電纜絕緣的侵蝕，有效防止交聯(lián)聚乙烯絕緣層中水樹和電樹的生成。同時金屬護(hù)層大大提高了電纜對白蟻、鼠害等生物危害的防護(hù)性。波形結(jié)構(gòu)也同樣大大改善了電纜的彎曲性。
三、絕緣半導(dǎo)電層輻照交聯(lián)阻燃化的處理絕緣半導(dǎo)電層屏蔽層采用可剝離的輻照交聯(lián)阻燃半導(dǎo)電屏蔽料。結(jié)合凝縮相的阻燃基本原理，采用電子束輻照技術(shù)，將具有阻燃功能的分子和成炭單元接枝到聚合物材料上達(dá)到表面的成炭性能，實(shí)現(xiàn)阻燃性能，同時提高了材料的溫度等級。
四、綠色環(huán)保型設(shè)計整個電纜結(jié)構(gòu)元件完全根據(jù)環(huán)境保護(hù)的要求，選用不含氯、溴等鹵素，不含鉛、鉻、汞等重金屬的絕緣、屏蔽、阻燃包帶和護(hù)套材料。電纜在火焰條件時不會釋放出對人體呼吸器官有強(qiáng)烈刺激的氣體和濃煙。符合公安部標(biāo)準(zhǔn)GA306.1-2001規(guī)定的IA級阻燃電纜的要求，煙氣毒性濃度≥12.4mg/L。煙密度按最小透光率≥80％。
按公安部標(biāo)準(zhǔn)GA306.1-2001規(guī)定進(jìn)行阻燃試驗(yàn)，電纜的阻燃性能均達(dá)到IA級阻燃試驗(yàn)的要求，并且燒損量小，透光率高，毒性小。電纜具有良好的防潮性能和防白蟻、防鼠害等防生物侵害的性能，非常適合于地鐵隧道中環(huán)境潮濕和白蟻、鼠害嚴(yán)重的場所，以期推動在電力線路中得到大量的使用。


附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中導(dǎo)體1、導(dǎo)體屏蔽層2、絕緣層3、非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4、金屬屏蔽層5、高阻燃隔熱層6、波紋金屬管防護(hù)層7、外護(hù)套8。
具體實(shí)施方式
導(dǎo)體1采用GB/T3956規(guī)定的第2種緊壓絞合圓形導(dǎo)體，導(dǎo)體的緊壓度達(dá)到90％以上，圓整度達(dá)到98％以上，導(dǎo)體表面光潔，無毛刺，劃痕。
導(dǎo)體屏蔽層2采用可剝離的半導(dǎo)電屏蔽料，屏蔽層的剝離不會損傷導(dǎo)體表面，厚度控制在0.7mm左右。
絕緣層3采用高純凈的交聯(lián)聚乙烯材料，保證電纜的電氣絕緣性能，增強(qiáng)絕緣層的抗拉強(qiáng)度和抗擠壓性能。
非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4采用可剝離的輻照交聯(lián)半導(dǎo)電屏蔽料，屏蔽層的剝離不會損傷絕緣和導(dǎo)體表面，厚度控制在0.7mm左右。結(jié)合凝縮相的阻燃基本原理，采用電子束輻照技術(shù)，將具有阻燃功能的分子和成炭單元接枝到聚合物材料上達(dá)到表面的成炭性能，實(shí)現(xiàn)阻燃性能，同時提高了材料的溫度等級。
導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層以及絕緣半導(dǎo)電層是通過垂鏈?zhǔn)缴蛄⑺焦柰樯a(chǎn)線通過三層共擠技術(shù)一次性擠包而成，在1.73U0時局部放電最大值不超過5pc。
在絕緣線芯金屬屏蔽層5和波形金屬防護(hù)層7之間以及波形金屬防護(hù)層7和外護(hù)套8之間設(shè)置了采用高阻燃涂敷金屬氧化物的玻璃布帶包制而成的隔熱層，隔熱層厚度為1.0mm至1.2mm。高阻燃涂膠型玻璃布是由玻璃纖維布作基帶，并在玻璃纖維布的表面浸涂金屬水合物阻燃膠類溶液加工而成，在電纜燃燒過程中該材料遇高溫后即析出結(jié)晶水并分解成金屬氧化物，金屬氧化物吸附在玻璃纖維布的表面能夠形成多孔狀的外殼，這種外殼對煙氣有一定的吸附作用，此外，析出的水分，不但起到降溫作用，而且對燃燒過程中的煙粒的沉降有顯著的效果。
金屬屏蔽層5和波形金屬防護(hù)層7之間的高阻燃隔熱層6在波形金屬防護(hù)層的焊接軋紋加工過程中起到防止氬弧焊接的高溫灼傷絕緣半導(dǎo)電層和交聯(lián)聚乙烯絕緣層。在電纜燃燒過程中可以減緩?fù)獠炕鹧娈a(chǎn)生的熱量通過波形金屬防護(hù)層傳導(dǎo)到內(nèi)部絕緣層和半導(dǎo)電層，從而減緩交聯(lián)聚乙烯絕緣層的降解過程。
波形金屬防護(hù)層7是運(yùn)用氬弧軋紋焊接技術(shù)，將一定厚度的銅帶沿絕緣線芯的軸向?qū)赋擅芊忏~管，并用軋紋機(jī)軋成非螺旋形的單個環(huán)形皺紋，它與電纜高阻燃隔熱層結(jié)合形成封閉環(huán)圈區(qū)域。
阻燃試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T18380規(guī)定在進(jìn)行A類成束燃燒試驗(yàn)時，火焰溫度不低于815℃。波形金屬防護(hù)層7采用的銅的熔點(diǎn)為1083℃，高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最低火焰溫度，在火焰燃燒的情況下，銅管在一定的時間內(nèi)不會熔化，能夠保持電纜的密封性和一定的機(jī)械強(qiáng)度。波形銅管防護(hù)層7在交聯(lián)聚乙烯絕緣受熱熔融降解的過程，能夠承受絕緣層膨脹和產(chǎn)生的可燃性氣體的壓力，防止可燃性液體和氣體的流出，進(jìn)一步切斷電纜的燃燒途徑。
由于銅屬于非導(dǎo)磁性材料，波形銅管防護(hù)層7可以作為單芯電力電纜鎧裝防護(hù)層，能夠承受一定的機(jī)械應(yīng)力。在地鐵隧道中白蟻和鼠害比較嚴(yán)重的地區(qū)，采用本專利設(shè)計的電纜，能夠起到非常顯著的防護(hù)效果。
傳統(tǒng)的螺旋形采用螺旋形波紋結(jié)構(gòu)，波紋是連續(xù)的，其形成的空隙在電纜軸向上是螺旋貫通的。本實(shí)用新型的波形銅管防護(hù)層7采用非螺旋形的單個環(huán)形皺紋結(jié)構(gòu)，它與電纜高阻燃隔熱層結(jié)合形成相對封閉的環(huán)圈區(qū)域，空隙是不貫通的，潮氣、水分不能沿著電纜進(jìn)行軸向侵入。因此非常適用于雨水較多，環(huán)境潮濕的使用場合，防潮性能良好，可有效防止電纜絕緣層水樹和電樹的形成，減緩電纜的老化速度，延長電纜的使用壽命。
金屬防護(hù)層的波形結(jié)構(gòu)設(shè)計大大改善了電纜的彎曲性能，電纜在彎曲或溫度變化時尺寸變化非常小。
外護(hù)層8采用無鹵低煙阻燃護(hù)套料，優(yōu)異的高彈性、延伸性、耐磨擦性和優(yōu)良的彎曲柔軟性，保證電纜在收放過程中整體彎曲性、抗擠壓性，進(jìn)一步增強(qiáng)電纜在作業(yè)和運(yùn)行過程中防潮和防腐蝕性。
權(quán)利要求1.一種地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜，包括導(dǎo)體(1)、絕緣層(3)和外護(hù)套(8)，其特征是所述的導(dǎo)體(1)外表面設(shè)有導(dǎo)體屏蔽層(2)，絕緣層(3)的外表面設(shè)有非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層(4)，在非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層(4)上包覆金屬屏蔽層(5)，金屬屏蔽層(5)上設(shè)有高阻燃隔熱層(6)，在高阻燃隔熱層(6)與外護(hù)套(8)之間設(shè)有波紋金屬管防護(hù)層(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜，其特征是所述的導(dǎo)體(1)為采用GB/T3956規(guī)定的第(2)種緊壓絞合圓形導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜，其特征是所述的導(dǎo)體屏蔽層(2)為在導(dǎo)體上擠包的半導(dǎo)電材料或在導(dǎo)體上先包半導(dǎo)電帶再擠包半導(dǎo)電層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜，其特征是所述的絕緣層(3)為柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能良好的超純凈交聯(lián)聚乙烯絕緣材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜，其特征是所述的金屬屏蔽層(5)為銅帶屏蔽層。
6 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜，其特征是所述的高阻燃隔熱層(6)為采用高阻燃涂膠型玻璃布帶多層繞包而成的隔熱層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜，其特征是所述的波紋金屬管防護(hù)層(7)為采用黃銅帶縱包、氬弧焊焊接、非螺旋形軋紋鎧裝的防護(hù)結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜，其特征是所述的外護(hù)套(8)為低煙無鹵阻燃的環(huán)保型聚烯烴材料。
專利摘要地鐵干線用35kv環(huán)保型A類防火電力電纜，屬于電纜技術(shù)領(lǐng)域。該電纜的導(dǎo)體1外表面設(shè)導(dǎo)體屏蔽層2和絕緣層3，絕緣層3的外表面設(shè)非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4，在非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4上包覆金屬屏蔽層5，金屬屏蔽層5上設(shè)高阻燃隔熱層6，在高阻燃隔熱層6與外護(hù)套8之間設(shè)有波紋金屬管防護(hù)層7。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理簡單，選用材料科學(xué)，生產(chǎn)制造容易。按公安部標(biāo)準(zhǔn)GA306.1－2001規(guī)定進(jìn)行阻燃試驗(yàn)，電纜的阻燃性能均達(dá)到IA級阻燃試驗(yàn)的要求，并且燒損量小，透光率高，毒性小。電纜具有良好的防潮性能和防白蟻、防鼠性等防生物侵害的性能，非常適合于地鐵隧道中環(huán)境潮濕和白蟻、鼠害嚴(yán)重的場所，有很好的推廣應(yīng)用價值，將在電力線路中得到大量的使用。
文檔編號H01B7/02GK2657165SQ20032011094
公開日2004年11月17日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者徐偉強(qiáng), 龐玉春, 周建 申請人:寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司