CN109791819A - 具有微胶囊的自熄性电力电缆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种具有微胶囊的自熄性电力电缆及其制造方法。根据本发明的一个实施方案的具有微胶囊的自熄性电力电缆包括：导电层，其具有中心填充有防水化合物的致密圆形铜绞线的阻水结构；内半导电层，形成在所述导电层上，并且由半导电热固性高纯度化合物材料制成；绝缘层，形成在所述内半导电层上，并且由树状阻燃剂交联聚乙烯化合物材料制成；外半导电层，形成在所述绝缘层上，并且由半导电热固性高纯度化合物材料制成；第一中性导线防水层，形成在所述外半导电层上，并且是半导电可膨胀带；同心中性导线，形成在所述第一中性导线防水层上，并且是退火铜线；第二中性导线防水层，形成在同心中性导线上，并且是可膨胀带；以及外皮层，形成在所述第二中性导线防水层上，并且由PVC或聚乙烯材料制成；其中将填充有用于熄灭火焰的活化剂的微胶囊凃敷在所述第一中性导线防水层和所述第二中性导体防水层的至少一个上。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有微胶囊的自熄性电力电缆及其制造方法，并且更具体地，涉及一种自熄性电力电缆及其制造方法，其中在电力电缆的外护套层下方设置有涂敷微胶囊的阻水层，从而熄灭电力电缆的火焰并防止严重的火灾发生。
背景技术
电力电缆包括地下电力传输电缆，配电电缆和电力引线电缆，并且用于建筑物例如摩天大楼、发电厂、各种工厂、用于电力传输的电力管道和综合管道中。
在电力电缆中，除金属导体组件(铜或铝)之外，大多数剩余的护套组件是聚合物材料，如聚氨酯(PE)，聚丙烯(PP)，交联聚乙烯(XLPE)和聚氯乙烯(PVC)。然而，当温度升高到特定临界温度或更高时，聚合物材料可能产生挥发性，并因此可能成为引起火灾的因素。
为此，越来越多的电力电缆使用阻燃护套材料。也就是说，赋予电力电缆的外护套阻燃功能，以确保阻燃性来防火。例如，具有阻燃外护套的电力电缆是包含聚烯烃树脂外护套的无卤阻燃同心中性型交联聚乙烯(FR-CNCO)电缆，其满足IEC-60332-3A类、B类或C类的要求。如上文所述，在电力电缆火灾的情况下用于抑制火势蔓延和延迟火灾的阻燃外护套适用于大多数电力电缆。
传统的电力电缆可通过将云母带层添加到导体作为防火电缆实现防火。然而，在这种情况下，由于有大量绝缘体并且基于导体的重量，在电力电缆中难以实现22.9kV或更高电压的云母带层。
另外，传统的电力电缆使用硅绝缘体，并且由于在发生火灾时硅绝缘体的陶瓷状态可保持绝缘功能。然而，在这种情况下，硅绝缘体仅可在600V的低压电力电缆中使用，并且在22.9kV或更高电压的电力电缆中应用硅绝缘体存在限制。
因此，即使当传统电力电缆的外护套具有阻燃性时，仅可抑制火势蔓延，但不能从根本上防止或抑制电缆着火。因此，需要在电力电缆中实现自熄功能。
这已在名称为《阻燃树脂组合物和使用该阻燃树脂组合物的阻燃线》的日本专利申请公开No.2010-265347中提出。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种自熄性电力电缆及其制造方法，其中在电力电缆的外护套层下方设置有涂敷微胶囊的阻水层，从而熄灭电力电缆的火焰，并防止严重火灾的发生。
技术方案
根据本发明的一个实施方案，一种具有微胶囊的自熄性电力电缆包括：导电层，其具有中心填充有阻水化合物的致密圆形铜绞线的阻水结构；内半导电层，形成在导电层上，并且由半导电热固性高纯度化合物材料制成；绝缘层，形成在内半导电层上，并且由树状阻燃交联聚乙烯化合物材料制成；外半导电层，形成在绝缘层上，并且由半导电热固性高纯度化合物材料制成；第一中性导体阻水层，形成在外半导电层上，并且是半导电可膨胀带；同心中性导体，形成在第一半导电层上，并且是退火铜线；第二中性导体阻水层，形成在同心中性导体上，并且是可膨胀带；以及外护套层，形成在第二中性导体阻水层上，并且由聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯材料制成；其中将填充有用于熄灭火焰的活性剂的微胶囊凃敷在第一中性导体阻水层和第二中性导体阻水层中的至少一个上。
微胶囊的尺寸可以为5μm至100μm，并且可允许的破裂温度为90℃和150℃。
微胶囊的胶囊壁可包括选自三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、气相二氧化硅中的一种，以及其中两种或更多种的混合物。
活性剂可包括选自液体灭火剂如氟代酮(全氟-2-甲基戊-3-酮)，气体灭火剂如二氧化碳(CO2)和氯氟烃(CFC)中的一种，以及其中两种或更多种的混合物。
每一个第一中性导体阻水层和第二中性导体阻水层的可膨胀带可通过在由聚酯材料制成的无纺布上凃敷超强吸收性聚合物(SAP)来形成。
可在第一中性导体阻水层的可膨胀带上凃敷炭黑。
具有微胶囊的自熄性电力电缆还可包括设置在外护套层下方的金属屏蔽层。
根据本发明的一个实施方案，制造具有微胶囊的自熄性电力电缆的方法包括：在第一无纺布的一个表面上涂敷水溶性粘合剂、磁性粉末和可膨胀粉末的混合溶液；磁性处理和干燥第一无纺布；将第二无纺布的一个表面按压在第一无纺布的一个表面上以形成单个无纺布；以及将单个无纺布制成电力电缆的中性导体阻水层以制造电力电缆；其中微胶囊设置在第一无纺布和第二无纺布之间，并且在以下情况中的任何一种情况下混入待涂敷的混合溶液中：在将微胶囊涂敷在第一无纺布的一个表面上的情况下，在将微胶囊涂敷在第二无纺布的一个表面上的情况下，以及在干燥之前将微胶囊以粉末形式喷涂在第一无纺布的一个表面上的情况下。
混合溶液可包括炭黑。
有益效果
根据本发明，在电力电缆的外护套层下方设置涂敷有微胶囊的阻水层，从而熄灭电力电缆的火焰并防止严重火灾的发生。
另外，根据本发明，将微胶囊凃敷于低至超高压电缆，从而在发生火灾时提供自熄功能以及阻燃功能。
此外，根据本发明，当制造电力电缆时，尽管外护套层是注塑成型的，但是可以在不破坏微胶囊的情况下制造具有自熄功能的电力电缆。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施方案的微胶囊的视图。
图2示出了根据本发明的一个实施方案的具有微胶囊的自熄性电力电缆的视图。
图3示出了沿图2的自熄性电力电缆中的线A-A'截取的截面图；
图4示出了根据本发明的一个实施方案的将微胶囊涂敷在无纺布上的状态的图像。
图5示出了根据本发明的一个实施方案的制造具有微胶囊的自熄性电力电缆的方法的视图。
具体实施方式
为了完全理解本发明，将结合附图对本发明的示例性实施方案进行描述。本发明的实施方案可以以多种不同的形式进行修改，并且本发明的范围不应理解为受限于下文详述的实施方案。本发明实施方案的目的是为了向本领域普通技术人员对本发明进行进一步举例说明。因此，可夸大附图中的元件的形状等以使描述更清楚。应注意，在附图中相同的元件用相同的附图标记来表示。如果经过判断，对公知的功能和配置进行描述会模糊本发明的主旨，那么将不对其进行描述，以避免不必要的不利影响。
图1示出了根据本发明的一个实施方案的微胶囊的视图。
如图1所示，根据本发明的一个实施方案的微胶囊10填充有作为灭火剂的活性剂11，该活性剂11涂敷在着火的部分上以便熄灭火焰。
微胶囊10可以包括在电力电缆中并且可以在火焰温度下破裂以提供自熄功能，其中填充微胶囊10的活性剂11喷射在着火的部分上以便熄灭火焰。
微胶囊10的尺寸为5μm至100μm，并且可允许的破裂温度为90℃和150℃。如上文所述，微胶囊10的胶囊壁在可允许的破裂温度下破裂，并因此使填充微胶囊10的活性剂11暴露于外界。
微胶囊10的胶囊壁的材料可以是选自三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、聚脲树脂、丙烯酸树脂、气相二氧化硅中的一种，以及其中两种或更多种的混合物。
活性剂11可包括选自以下物质中的一种或两种或更多种的混合物：液体灭火剂如氟代酮(全氟-2-甲基戊-3-酮)，气体灭火剂如二氧化碳(CO2)和氯氟烃(CFC)。此外，市售商品，例如由3M公司制造的Novec 1230流体(FK-5-1-12)TM和由DuPont公司制造的FM-200(HFC227ea)TM和FE-25(HFC-125)TM，这些都可以用作活性剂11。根据微胶囊10的内部体积，给微胶囊10填充所需量的活性剂11。通过调节微胶囊10的量来调节活性剂11的量。
图2示出了根据本发明的一个实施方案的具有微胶囊的自熄性电力电缆的视图。图3示出了沿图2自熄性电力电缆中的线A-A'截取的截面图。
如图2和图3所示，根据本发明的一个实施方案的具有微胶囊的自熄性电力电缆100(下文称作“电力电缆”)包括导电层110，内部半导电层120，绝缘层130，外部半导电层140，第一中性导体阻水层150，同心中性导体160，第二中性导体阻水层170和外护套层180。本文中，电力电缆100可以用作电力分布电缆，电压为22.9kV或以上。
导电层110是阻水导体，其具有致密圆形铜绞线的阻水结构，其电缆中心具有阻水化合物。
内半导电层120由黑色半导电热固性高纯度化合物或超光滑半导电化合物材料制成，并形成在导电层110上。
绝缘层130由树状阻燃剂XLPE化合物材料制成，并形成在内半导电层120上。
外部半导电层140由黑色半导电热固性高纯度化合物材料制成，并形成在绝缘层130上。
第一中性导体阻水层150是可膨胀(SW)带，其在水分渗透入电缆中时吸收水分并且具有通过吸收一部分的水分溶胀来阻挡水分流动的功能。第一中性导体阻水层150形成在同心中性导体150的下部。
第二中性导体阻水层170是与第一中性导体阻水层150类似的SW带，并形成在同心中性导体150的上部。
如上文所述，第一中性导体阻水层150和第二中性导体阻水层170在同心中性导体160的上部和下部上形成阻水层。
在本文中，虽然已经描述了第一中性导体阻水层150和第二中性导体阻水层170都形成在电力电缆100中的情况，但是第一中性导体阻水层150和第二中性导体阻水层170二者中仅有一个可以形成。
在本文中，SW带是通过在由聚酯材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等))制成的无纺布上凃敷由于水分而表现膨胀特性的超强吸收性聚合物(SAP)形成的。在本文中，无纺布的厚度为0.1mm至2mm。无纺带的数量可以根据包裹比而改变，并且还可以根据带的厚度而改变。
具体地，SW带可以具有如下各种层状结构。首先，SW带可以包括上层、中间层和下层，或者包括上层和下层，并且具有其中SAP***到由无纺布制成的上层和下层之间的中间层的结构。或者，SW带可包括上层和下层，并且可具有其中SAP堆叠在由无纺布制成的下层的上层的结构。
SW带的缠绕过程可通过预制造和缠绕“涂敷有SAP的无纺布”，或通过主要缠绕“无纺布带”并在经缠绕的无纺布上二次涂敷SAP来进行。
然而，第一中性导体阻水层150可以是半导电SW带，以及第二中性导体阻水层170可以是非导电SW带。为此，可以将半导电材料(例如炭黑)与SAP一起另外涂敷在第一中性导体阻水层150的SW带上。
尤其是，第一中性导体阻水层150和第二中性导体阻水层170中的至少一个包括参看图1描述的微胶囊10。第一中性导体阻水层150和第二中性导体阻水层170中的任何一个可以包括微胶囊10，或两个可以都包括微胶囊10。即，由于微胶囊10涂敷在无纺布上，所以SW带具有自熄功能。本文中，微胶囊10的内容物可根据电缆的垂直燃烧测试中的允许燃烧长度来确定。
在这种情况下，SW带可根据下文的微胶囊10的无纺布涂敷方法制造。
首先，微胶囊10可以涂敷在两个无纺布层之间。可以通过在两个无纺布层之间涂敷微胶囊10并然后密封两个无纺布层来制造SW胶带。
此外，将微胶囊10涂敷在单个无纺布上。可以通过将无纺布堆叠成带状来制造SW带，其中微胶囊10涂敷在上无纺布和下无纺布之间。
此外，可通过将微胶囊10涂敷在单层无纺布上，将SW带制造为单个SW带。
在上述三种方法中，在制造具有阻水功能的无纺布或具有半导电功能的无纺布时，在引入阻水粉末或半导电炭黑的同时可加入微胶囊10。
与此同时，在包裹无纺布的同时直接涂敷微胶囊10。当在包裹无纺布的同时将微胶囊10涂敷在无纺布上时，可以立即制成SW带。在这种情况下，在制造具有阻水功能的无纺布或具有半导电功能的无纺布之后，仅可涂敷微胶囊10。
当在电力电缆100中出现火焰并且SW带的无纺布被点燃时，微胶囊10的胶囊壁破裂。此时，填充微胶囊的活性剂11喷涂在火焰周围以熄灭火焰。
如上文所述，微胶囊10可以在设置在外护套层180下方的第一中性导体阻水层150和第二中性导体阻水层170的至少一层中形成。这是因为，考虑到外护套层180在外护套层180的注塑过程中熔融状态的温度在200℃以上，由于微胶囊10的允许破裂温度在90℃和150℃范围内，在制造电力电缆100时，实际上在添加到外护套层180的微胶囊10很难保持完整状态。
也就是说，通常，为了确保阻燃性，在护套(或外护套)中用作阻燃化合物的材料包含阻燃填料的化合物。本文中，当涂敷微胶囊10时，微胶囊10可能由于在复合过程中的强切力和高温而容易破裂。
另外，由于电力电缆100中设置有微胶囊10，因此可以抑制一系列垂直火焰的发生。
例如，在其中只有外护套层180包括阻燃材料并且在绝缘层130开始燃烧的情况下，由于通过外护套层180抑制了火焰横向扩散但并且没有熄灭，所以火焰可能向上蔓延。也就是说，考虑到电力电缆100以多层安装以便彼此重叠的特性，当仅外护套层180包括阻燃材料时，可以预见到会有一系列着火，其中火焰会从较低级扩散到较高级。
但是，可在电力电缆100内部设置微胶囊10，这样就可以通过自熄功能来抑制电缆中发生一系列着火的可能性。
同心中性导体160是在第一中性导体阻水层150和第二中性导体阻水层170之间(封装)形成的退火铜线。在单相三线***或三相交替电流***的情况下，当变压器Y连接时，同心中性导体160连接到Y连接的中性点。
外护套层180是由聚合物材料(例如聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯(PE))制成的护套，其保护电力电缆100免受外部损坏或腐蚀。
此外，外护套层180可包括聚烯烃树脂以进行阻燃。
当电力电缆100是超高压电缆时，电力电缆100可包括位于外护套层180下方的金属屏蔽层(未示出)。在这种情况下，微胶囊10可以涂敷在金属屏蔽层的上部或下部。
图4示出了根据本发明的一个实施方案的将微胶囊涂敷在无纺布上的状态的视图。
根据目前应用的IEC 60332-3-24调节可燃性能，在垂直燃烧测试中，着火的电缆只能在最大长度0.75m以内燃烧。例如，目前可用的“防水型FR CNCO(FR CNCO-W)”具有0.75m的可允许燃烧长度。
但是，在这种燃烧标准中，当电缆垂直堆叠成七层时，顶层的电缆持续燃烧到距离着火点5.25m的一侧的点。
因此，根据对IEC 60332-3-24电缆的垂直燃烧测试中的当前标准，微胶囊10可以以允许电缆在0.75m的燃烧长度的50％(0.37m)范围内自熄的量涂敷。
图5示出了根据本发明的一个实施方案的制造具有微胶囊的自熄性电力电缆的方法的视图。
如图5所示，根据本发明实施方案的制造无纺布的方法是在无纺布上涂敷微胶囊的方法。
在涂敷操作S201中，将通过混合过程制备的混合溶液涂敷在无纺布的基膜的一个表面上。本文中，所述混合溶液包括水溶性粘合剂，磁性粉末，SW粉末和微胶囊10。也可以混合炭黑以显示半导电性。
SW粉末与水发生反应以凝胶形式膨胀。在涂覆操作S21中使用卷对卷方法。为了将混合溶液涂敷在无纺布的一个表面上，与无纺布的一个表面接触的辊在浸入含有混合溶液的水槽中的状态下操作。
在涂敷操作S201中，当涂敷SW粉末时，可以同时涂敷微胶囊10，并因此，可以不进行单独处理而将微胶囊10容易地涂敷在无纺布上。
在磁处理操作S202中，进行磁处理，使得混合溶液平滑地涂敷在无纺布的表面上。
在干燥操作S203中，通过使无纺布通过干燥器来干燥涂敷在无纺布上的混合溶液。
在厚度处理操作S204中，将无纺布薄膜附加到涂敷有混合溶液的无纺布上，使得混合溶液从无纺布薄膜向内涂覆。
在这种情况下，在厚度处理操作S204中，两侧的无纺布被平滑地压制以形成大型卷(jumbo roll)，同时保持恒定的厚度。
然后，后续工艺是制造电力电缆的操作，并且将SW带缠绕在电力电缆内以制造电力电缆。
然而，制造无纺布的方法可以按如下方法进行。
在涂敷操作S201中，可以将粘合剂和微胶囊10混合并涂敷在无纺布上，并且在厚度处理操作S204中，可以将涂敷有SW粉末的无纺布叠加以制造双层无纺布。
或者，在涂敷操作S201中，可以将粘合剂、SW粉末和微胶囊10混合并涂敷在无纺布上，并且在厚度处理操作S204中，可以将涂敷有SW粉末的无纺布、涂敷有微胶囊10的无纺布、或一般无纺布叠加，以制造多层无纺布。
或者，在涂敷操作S201中，可以将粘合剂和可膨胀粉末混合并涂敷在无纺布上，并且在干燥操作S203之前的操作中，可以将粉末形式的微胶囊10喷涂在涂敷有粘合剂和SW粉末的无纺布上。
尽管已经出于示例说明目的描述了本发明的示例性实施方案，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的实质特征的情况下，各种修改和其他等同实方案是可能的。应当理解，本发明不限于前述特定实施方案，本发明的技术范围应由所附权利要求的技术精神限定。此外，应该理解，本发明应包括由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、对等内容、和替换。
Claims (9)
1.一种具有微胶囊的自熄性电力电缆，包括：
导电层，其具有中心填充有阻水化合物的致密圆形铜绞线的阻水结构；
内半导电层，形成在所述导电层上，并由半导电热固性高纯度化合物材料制成；
绝缘层，形成在所述内半导电层上，并由树状阻燃剂交联聚乙烯化合物材料制成；
外半导电层，形成在所述绝缘层上，并由半导电热固性高纯度化合物材料制成；
第一中性导体阻水层，形成在外半导电层上，并且是半导电可膨胀带；
同心中性导体，形成在第一半导电层上，并且是退火铜线；
第二中性导体阻水层，形成在同心中性导体上，并且是可膨胀带；和
外护套层，形成在所述第二中性导体阻水层上，并且由聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯材料制成；
其中将填充有用于熄灭火焰的活性剂的微胶囊凃敷到所述第一中性导体阻水层和所述第二中性导体阻水层的至少一个上。
2.根据权利要求1所述的具有微胶囊的自熄性电力电缆，其中所述微胶囊的尺寸为5μm至100μm，并且可允许的破裂温度为90℃和150℃。
3.根据权利要求1所述的具有微胶囊的自熄性电力电缆，其中所述微胶囊的胶囊壁包括选自三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、气相二氧化硅中的一种，其中两种或更多种混合物的材料。
4.根据权利要求1所述的具有微胶囊的自熄性电力电缆，其中所述活性剂包括选自液体灭火剂如氟代酮(全氟-2-甲基戊-3-酮)，气体灭火剂如二氧化碳(CO2)和氯氟烃(CFC)中的一种，两种或更多种的混合物。
5.根据权利要求1所述的具有微胶囊的自熄性电力电缆，其中每一个所述第一中性导体阻水层和所述第二中性导体阻水层的可膨胀带通过在由聚酯材料制成的无纺布上凃敷超强吸水性聚合物(SAP)来形成。
6.根据权利要求1所述的具有微胶囊的自熄性电力电缆，其中在所述第一中性导体阻水层的可膨胀带上凃敷炭黑。
7.根据权利要求1所述的具有微胶囊的自熄性电力电缆，还包括设置在所述外护套层下方的金属屏蔽层。
8.一种制造具有微胶囊的自熄性电力电缆的方法，所述方法包括：
在第一无纺布的一个表面上涂敷水溶性粘合剂、磁性粉末和可膨胀粉末的混合溶液；
磁性处理和干燥所述第一无纺布；
将第二无纺布的一个表面按压在所述第一无纺布的一个表面上以形成单个无纺布；和
将所述单个无纺布制成电力电缆的中性导体阻水层以制造所述电力电缆；
其中所述微胶囊设置在所述第一无纺布和所述第二无纺布之间，并在以下情况中的任何一种情况下进行凃敷：其中在涂覆过程中，将所述微胶囊混入所述混合溶液中，在将所述微胶囊凃敷在所述第一无纺布的一个表面上的情况下；在将所述微胶囊涂敷在所述第二无纺布的一个表面上的情况下；和在所述干燥之前将所述微胶囊以粉末形式喷涂在所述第一无纺布的一个表面上的情况下。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述混合溶液包括炭黑。
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