CN109637729A - 矿物绝缘防火控制电缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种矿物绝缘防火控制电缆，包括三根圆铜导体，此圆铜导体外表面包覆有绝缘层从而形成动力线芯，三根动力线芯绞合而成形成缆芯，一无碱玻璃纤维带绕包于三根动力线芯外表面形成包带层，包带层外表面包覆有一屏蔽层，一隔氧层包覆于屏蔽层外表面，此隔氧层外表面包覆有一铠装层，铠装层外表面包覆有一低烟阻燃聚烯烃护套层，包带层与缆芯之间填充有若干根无碱玻璃纤维填充绳；隔氧层和绝缘层由以下重量份的组分组成：乙烯‑辛烯共聚物，矿石法氢氧化镁，硼酸锌，润滑剂，二苯胺类防老剂KY405，瓷化粉。本发明高温下起到很好的阻燃、耐火、隔火、隔水及抗震的作用，保证了电缆的柔软性，当控制电缆周围环境着火时，可形成坚硬的陶瓷防火，避免内部材料灼烧。

Description

矿物绝缘防火控制电缆

技术领域

本发明涉及一种电力电缆，尤其涉及一种矿物绝缘防火控制电缆。

背景技术

目前，在石油平台、核电站、大型超市、智能楼宇、机场、隧道、地铁等重要场所，为提高电气线路的安全水平，电缆的阻燃问题越来越引起人们的关注，对电缆的阻燃、耐火特性也提出了更高的要求，例如950℃条件下燃烧180min保持线路完整以及水喷淋、机械振动等特殊要求。然而，普通阻燃系列的电缆仅使燃烧局限于一定范围内，在实际火灾发生电缆燃烧时不能通电；传统的云母带绕包耐火电缆只能满足单纯耐火试验，不能满足水喷淋、机械振动等特殊要求。万一发生火灾，人员疏散、通道照明、防火报警装置、自动消防设施以及其它应急设备，都要求在火灾发生时电缆能保持在规定时间内的正常通电。因此，一款具有无卤、低烟、阻燃及防火性能的控制电缆将会逐步成为摩天大楼、智能大楼中电气控制、监控线路的优选器材，具有很大的市场潜力。

现有普通控制电缆类型以聚氯乙烯绝缘和交联聚乙烯绝缘为主，应用于高层建筑、大型公众场所等密集人群集中处，其环保型和阻燃、耐火等级很难达到所需的要求；常规耐火阻燃型控制电缆是利用云母带的耐高温和耐燃烧性能达到所需的耐火性能，采用阻燃类材料达到所需的阻燃性能，但是这种控制电缆电缆有如下几个缺点：

（1）火灾发生后，其温度会在较短时间内上升至1100℃，如下图所示。云母带绕包电缆仅能够满足750℃+500℃，持续运行90min；

（2）仅使燃烧局限于一定范围内，在实际火灾发生电缆燃烧时不能通电；燃烧时产生有害物质，造成二次伤害。

发明内容

本发明提供一种矿物绝缘防火控制电缆，此矿物绝缘防火控制电缆高温下起到很好的阻燃、耐火、隔火、隔水及抗震的作用，保证了电缆的柔软性，当控制电缆周围环境着火时，可形成坚硬的陶瓷防火，避免内部材料灼烧。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿物绝缘防火控制电缆，包括三根圆铜导体，此圆铜导体外表面包覆有绝缘层从而形成动力线芯，三根所述动力线芯绞合而成形成缆芯，一无碱玻璃纤维带绕包于三根所述动力线芯外表面形成包带层，所述包带层外表面包覆有一屏蔽层，一隔氧层包覆于屏蔽层外表面，此隔氧层外表面包覆有一铠装层，所述铠装层外表面包覆有一低烟阻燃聚烯烃护套层，所述包带层与缆芯之间填充有若干根无碱玻璃纤维填充绳；所述隔氧层和绝缘层由以下重量份的组分组成：

乙烯-辛烯共聚物（POE） 100份，

矿石法氢氧化镁 100~300份，

硼酸锌 5~30份，

润滑剂 0.5~8份，

二苯胺类防老剂KY405 0.1~1份，

瓷化粉 10份。

上述技术方案中进一步改进的技术方案如下：

1. 上述方案中，所述屏蔽层由软圆铜线或镀锡圆铜线编织构成，其编织密度不小于80%。

2. 上述方案中，所述无碱玻璃纤维带的厚度为0.05mm，最小搭盖率不小于5%。

3. 上述方案中，所述隔氧层与低烟阻燃聚烯烃护套层的厚度比为10：（2~4）。

4. 上述方案中，所述润滑剂为硬脂酸及其酯类衍生物、金属皂类润滑剂、饱和烃类润滑剂或硅系润滑剂。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1. 本发明矿物绝缘防火控制电缆，其通过开发特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料作为隔氧层，在火焰烧蚀下，绝缘材料逐渐分解，生成二氧化硅为主体结构的陶瓷状无机绝缘体，附着在导体表面，分解生成的壳层较坚硬，具有优异的绝缘性能、隔热、耐火功能和较强的机械强度，能承受一定的机械冲击力，能够确保电缆在火焰条件下并附加机械冲击和喷水条件下保持一段时间正常工作。

2. 本发明矿物绝缘防火控制电缆，其电缆除外护套外所有材料均为耐火特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料，且采用复合式耐火结构：耐火矿物隔离层下挤包高氧指数低烟无卤隔氧层，耐火矿物隔离层在火焰燃烧条件下发生结壳作用，内层高氧指数低烟无卤护层遇火时起到水解降温作用，保证了绝缘线芯的完好性，保持电缆在火灾情况下，短时间正常运行。这样的结构设计既能保证线芯温升不超过500℃，保证火灾发生时防止线芯温度过热电压降过大导致无法带动消防应急设备的负载，又能防水耐机械撞击与绝缘形成“双保险”，大大提高了电缆安全运行系数；再次，其缆芯隔热设计：耐火矿物隔离层内部缆芯采用高阻燃填充、包带，控制线芯温度；增设高阻燃包带扎紧结构：在电缆受火时，扎紧耐火矿物隔离层，防止脱落、融化，保证了结壳完整性。

附图说明

附图1为本发明新型阻水防白蚁电力电缆结构示意图。

以上附图中：1、圆铜导体；2、绝缘层；3、动力线芯；4、包带层；5、屏蔽层；6、隔氧层；7、铠装层；8、低烟阻燃聚烯烃护套层。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1~4：一种矿物绝缘防火控制电缆，包括三根圆铜导体1，此圆铜导体1外表面包覆有绝缘层2从而形成动力线芯3，三根所述动力线芯3绞合而成形成缆芯，一无碱玻璃纤维带绕包于三根所述动力线芯3外表面形成包带层4，所述包带层4外表面包覆有一屏蔽层5，一隔氧层6包覆于屏蔽层5外表面，此隔氧层6外表面包覆有一铠装层7，所述铠装层7外表面包覆有一低烟阻燃聚烯烃护套层8，所述包带层4与缆芯之间填充有若干根无碱玻璃纤维填充绳9；所述隔氧层6和绝缘层2由以下重量份的组分组成，如表1所示：

表1

原料名称	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					乙烯-辛烯共聚物POE	100份	100份	100份	100份
矿石法氢氧化镁	200份	180份	250份	150份
					硼酸锌	8份	20份	15份	26份
润滑剂	1份	6份	3份	2份
					二苯胺类防老剂KY405	0.5份	0.3份	0.8份	0.2份
瓷化粉	10份	10份	10份	10份

上述屏蔽层5由软圆铜线或镀锡圆铜线编织构成，其编织密度不小于80%。

上述无碱玻璃纤维带的厚度为0.05mm，最小搭盖率不小于5%。

上述隔氧层6与低烟阻燃聚烯烃护套层8的厚度比为10：2~4。

实施例1的润滑剂为硬脂酸及其酯类衍生物，实施例2的金属皂类润滑剂，实施例3的饱和烃类润滑剂，实施例4的硅系润滑剂。

本发明特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料的制备方法，包括以下步骤：将按重量份数称取的乙烯-辛烯共聚物（POE）100份、填料A即矿石法氢氧化镁150份、填料B及硼酸锌5份、润滑剂及即硬脂酸0.5份、抗氧剂即抗氧剂KY405 0.5份、10份瓷化粉投入密炼机中混炼，混炼至料温为120℃时出料并送入锥形喂料斗，由锥形喂料斗引入双螺杆挤出机熔融挤出，经冷切（冷却切粒），即可得到特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料。其中，双螺杆挤出机的一区至九区的温度分别控制为：一区95℃，二区105℃、三区115℃、四区125℃、五区135℃，六区125℃、七区115℃、八区105℃和九区95℃，双螺杆挤出机的机头温度控制为105℃。

本发明特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃性能指标，如表2所示：

表2特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃性能指标

5.2 矿物防火控制电缆隔氧层材料的开发

5.3矿物防火控制电缆结构的设计

5.3.1 导体

材料：镀锡铜丝或裸铜丝

结构及性能要求:

①为了确保电缆的导电性，采用纯度≥99.99%无氧铜杆拉制，严格设定退火档位和退火系数，保证单丝电阻率和伸长率。

②根据电缆的使用场合，选用不同种类的导体，一般固定敷设用采用第1类实心导体或第2类绞合多导体，移动敷设用采用第5类软铜导体。移动敷设时为提高电缆整体柔软性和弯曲性，导体的结构设计很大程度决定了这样性能；导体单丝直径越细，柔软性越好；导体层与层之间采用正反向绞合，同时保证每层均有较小的绞距（最外层绞距不大于12倍，次外层不大于14倍，以此类推）弯曲性能越好。

5.3.2 绝缘

绝缘材料：特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料

性能要求：

① 耐温等级必须在-40℃～90℃之间，这样能承受昼夜温差的变化，同时也能够在酷暑的夏天和严寒的冬天使用；

② 具有良好的电气性能、低吸潮性和优异的机械物理性能；

5.3.3 成缆

5.3.3.1 耐火填充

填充材料：无碱玻璃纤维填充绳

性能要求：填充物应使电缆尽量美观圆整，且填充材料不燃烧也不助燃，耐高温要求1000℃以上。

5.3.3.2 包带

包带材料：无碱玻璃纤维带

性能要求：采用标称厚度0.17mm的2层无碱玻璃纤维带重叠绕包，绕包重叠率≥25%，绕包要求紧密平整，不允许任何位置有漏包及松包现象。

5.3.4 屏蔽层（若有）

材料：金属带绕包或金属丝编织

根据不同的使用场所，屏蔽方式分为三种：铜带绕包、铝塑复合带绕包和编织屏蔽。具体性能要求如下：

①采用0.05mm～0.10mm的软铜带重叠率绕包。铜带间的搭盖率为铜带宽度的15%（标称值），最小搭盖率应不小于5%。绕包后铜带的最小厚度应不小于标称值的90%。为避免屏蔽层断裂保证泄漏电流的顺利导出绕包时应在铜带下纵包放置一根标称截面不小于0.20mm²的圆铜线构成的引流线，移动敷设软电缆的引流线应为多根结构的绞合软线。

②采用0.05mm～0.10mm的铝/塑复合薄膜带重叠绕包。为避免屏蔽层断裂保证泄漏电流的顺利导出绕包时应在铝/塑复合薄膜带下纵包放置一根标称截面不小于0.20mm²的镀锡圆铜线构成的引流线，移动敷设软电缆的引流线应为多根结构的绞合软线。

③编织屏蔽由软圆铜线或镀锡圆铜线构成，其编织密度应不小于80%。

5.3.5 阻燃隔氧层

材料：阻燃隔氧层材料采用陶瓷化无卤低烟阻燃耐火隔氧层护套料。

性能要求：在火焰烧蚀下会烧结成陶瓷装铠体，此铠体能承受较大机械撞击，保证电缆在火焰附加机械振动时也能正常通电。

5.3.6 铠装层（若有）

材料：镀锌钢带或不锈钢丝

性能要求：钢带铠装通常是增加电缆的抗压强度所采用的铠装形式，多用于直埋、穿管、隧道敷设中；钢丝铠装通常是增加电缆的抗拉强度所采用的铠装形式，多用于短距离架空敷设、垂直敷设中。为提高整个电缆的抗压性或抗拉性，在隔氧层与外护间设计一层铠装保护层，保护电缆免受外部机械损伤。

5.3.7 外护套

材料：热塑性无卤低烟阻燃聚烯烃护套料；

性能要求：

①具有环保性，无卤、无毒、无味、无重金属，超过ROSH标准的要求；

②透光率性能优异，需达80%以上；

③具备优良的阻燃性能和很好的机械物理性能。

5.4 矿物防火控制电缆重点工艺加工的制定

5.4.1特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料生产工艺

特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘材料流动性较差，挤出压力大，极易出现表面粗糙及线径波动等问题。模具选型时严格控制拉伸比在1.02-1.04之间，机身挤出温度采用逐区递增后又递减的方式（一般材料均采用逐区递增方式），温度偏差控制在±3℃，最终确保挤出表面平整、光滑，同时解决了线径波动问题。

5.4.2耐火填充的生产工艺

耐火填充材料成缆复合时由于其材质本身相对硬度较大，成缆时及易出现跑位、凸起等问题。在成缆时增设了填充定位装置，使成缆过程中填充能以固定的角度进入缆芯间隙，同时在成缆定型时增设了一道定径模，可解决填充的凸起问题，成缆线芯更加圆整。

采用上述矿物绝缘防火控制电缆时，，其通过开发特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料作为隔氧层，在火焰烧蚀下，绝缘材料逐渐分解，生成二氧化硅为主体结构的陶瓷状无机绝缘体，附着在导体表面，分解生成的壳层较坚硬，具有优异的绝缘性能、隔热、耐火功能和较强的机械强度，能承受一定的机械冲击力，能够确保电缆在火焰条件下并附加机械冲击和喷水条件下保持一段时间正常工作；再次，其电缆除外护套外所有材料均为耐火特种陶瓷化无卤低烟阻燃聚烯烃绝缘料，且采用复合式耐火结构：耐火矿物隔离层下挤包高氧指数低烟无卤隔氧层，耐火矿物隔离层在火焰燃烧条件下发生结壳作用，内层高氧指数低烟无卤护层遇火时起到水解降温作用，保证了绝缘线芯的完好性，保持电缆在火灾情况下，短时间正常运行。这样的结构设计既能保证线芯温升不超过500℃，保证火灾发生时防止线芯温度过热电压降过大导致无法带动消防应急设备的负载，又能防水耐机械撞击与绝缘形成“双保险”，大大提高了电缆安全运行系数；再次，其缆芯隔热设计：耐火矿物隔离层内部缆芯采用高阻燃填充、包带，控制线芯温度；增设高阻燃包带扎紧结构：在电缆受火时，扎紧耐火矿物隔离层，防止脱落、融化，保证了结壳完整性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种矿物绝缘防火控制电缆，其特征在于：包括三根圆铜导体（1），此圆铜导体（1）外表面包覆有绝缘层（2）从而形成动力线芯（3），三根所述动力线芯（3）绞合而成形成缆芯，一无碱玻璃纤维带绕包于三根所述动力线芯（3）外表面形成包带层（4），所述包带层（4）外表面包覆有一屏蔽层（5），一隔氧层（6）包覆于屏蔽层（5）外表面，此隔氧层（6）外表面包覆有一铠装层（7），所述铠装层（7）外表面包覆有一低烟阻燃聚烯烃护套层（8），所述包带层（4）与缆芯之间填充有若干根无碱玻璃纤维填充绳（9）；所述隔氧层（6）和绝缘层（2）由以下重量份的组分组成：

乙烯-辛烯共聚物（POE） 100份，

矿石法氢氧化镁 100~300份，

硼酸锌 5~30份，

润滑剂 0.5~8份，

二苯胺类防老剂KY405 0.1~1份，

瓷化粉 10份。

2.根据权利要求1所述的矿物绝缘防火控制电缆，其特征在于：所述屏蔽层（5）由软圆铜线或镀锡圆铜线编织构成，其编织密度不小于80%。

3.根据权利要求1所述的矿物绝缘防火控制电缆，其特征在于：所述无碱玻璃纤维带的厚度为0.05mm，最小搭盖率不小于5%。

4.根据权利要求1所述的矿物绝缘防火控制电缆，其特征在于：所述隔氧层（6）与低烟阻燃聚烯烃护套层（8）的厚度比为10：（2~4）。

5.根据权利要求1所述的矿物绝缘防火控制电缆，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸及其酯类衍生物、金属皂类润滑剂、饱和烃类润滑剂或硅系润滑剂。