CN112876758A - 电力设备用b1级控制电缆及制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力设备用B1级控制电缆及制造工艺，其电缆结构包括由内向外依次设置的缆芯、屏蔽层、金属铠装层和外护套层，缆芯与屏蔽层之间设置有绕包层，屏蔽层与金属铠装层之间设置有隔氧层，金属铠装层外设置有外护套层。本发明在屏蔽层外设置隔氧层和外护套层结构，层结构之间配合采用绕包层，确保电缆通过B1级燃烧试验和成束A类阻燃试验；而且外护套层的基料主要包含聚乙烯、聚烯烃弹性体和乙烯‑醋酸乙烯共聚物树脂，在保证外护套层的物理机械性能满足产品标准的前提下，适当降低聚乙烯的组分，选用较低乙烯含量的乙烯‑醋酸乙烯共聚物树脂，通过增加超细化复合阻燃剂促进聚合物脱水炭化，形成一定厚度和强度的碳层，实现阻断燃烧及防止滴落的功能。
Description
技术领域
本发明涉及控制电缆技术领域，尤其涉及电力设备用B1级控制电缆及制造工艺。
背景技术
随着控制电缆需求的快速增长，社会对控制电缆的安全可靠性也越来越重视。控制电缆用作电力设备保护***，是电力***的神经中枢，设备的动作均通过控制电缆传递信号或指令，因此控制电缆的安全性至关重要。在火灾条件下，燃烧性能是控制电缆的主要安全指标之一，产品标准GB/T9330和GB/T19666中只要求满足成束阻燃性能，不能全面反映火灾事故下电缆对周围环境的影响。近年来，市场对控制电缆的燃烧性能提出了更高要求，不再局限于成束阻燃，还要求电缆满足分级标准GB 31247-2014规定的B1级燃烧性能。
B1级控制电缆主要用作配电设备的电气连接。现有的B1级控制电缆仅仅考虑电缆的成束阻燃特性，没有考虑电缆在火灾条件下燃烧时对外界产生危害的热释放、烟气释放、烟气毒性和燃烧滴落物等因素，渐渐无法满足对消防安全的要求。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的一个目的是提供一种电力设备用B1级控制电缆，包括由内向外依次设置的缆芯、屏蔽层、金属铠装层和外护套层，所述缆芯与屏蔽层之间设置有绕包层，所述屏蔽层与金属铠装层之间设置有隔氧层，所述金属铠装层外设置有外护套层；
所述外护套层由以下重量份的组分组成：
采用以上技术方案，所述外护套层通过以下方法获得：
将上述组分的各原料按照重量份称量混合，转入双螺旋挤出机中进行挤出加工，再在120～140℃下造粒成型，即可制得外护套料；
其中挤出加工时的温度为120～170℃，螺杆转速为50～500转/分。
采用以上技术方案，所述相容剂为马来酸酐接枝EVA。
采用以上技术方案，所述超细化复合阻燃剂包括氢氧化铝和氢氧化镁，所述氢氧化铝和氢氧化镁的配比为1：1～1.5。
采用以上技术方案，所述复合润滑剂包括硬脂酸锌和羟基硅油，所述硬脂酸锌和羟基硅油的配比为1：0.5～1.5。
采用以上技术方案，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
采用以上技术方案，所述隔氧层采用陶瓷化聚烯烃，所述陶瓷化聚烯烃中添加有陶瓷粉。
采用以上技术方案，所述缆芯包括导体和设置在导体外的绝缘层，缆芯间隙填充有填充层。
本发明的另一目的是提供如上述的电力设备用B1级控制电缆的制造工艺，包括：
将交联聚乙烯绝缘料包覆于所述导体的外表面形成所述绝缘层，即得缆芯，将高阻燃包带包覆于所述缆芯的外表面形成所述绕包层，将铜丝编织屏蔽料包覆于所述绕包层的外表面形成所述屏蔽层，将添加有陶瓷粉的陶瓷化聚烯烃料包覆于所述屏蔽层的外表面形成所述隔氧层，将双层镀锌钢带包覆于所述隔氧层的外表面形成所述金属铠装层，将外护套料包覆于所述金属铠装层的外表面形成所述外护套层，其中在缆芯间隙填充有阻燃高温填充绳形成所述填充层，即得。
采用以上技术方案，所述隔氧层和外护套层采用半挤压式工艺，物料拉伸长度为≤12cm，螺杆压缩比为1.15～1.20，螺杆长径比为20～25。
本发明的有益效果：本发明在屏蔽层外设置隔氧层和外护套层结构，层结构之间配合采用绕包层，确保电缆通过B1级燃烧试验和成束A类阻燃试验；而且外护套层的基料主要包含聚乙烯、聚烯烃弹性体和乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂，在保证外护套层的物理机械性能满足产品标准的前提下，适当降低聚乙烯的组分，选用较低乙烯含量的乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂，通过增加超细化复合阻燃剂促进聚合物脱水炭化，形成一定厚度和强度的碳层，从而实现阻断燃烧及防止滴落的功能。
附图说明
图1是本发明一种电力设备用B1级控制电缆的结构示意图。
图2是本发明实施例1～3中外护套层组分的重量份配比示意图。
图3是对比例1～2中外护套层组分的重量份配比示意图。
图4是各实施例和各对比例制备的外护套层的性能检测数据示意图。
图中标号说明：1、导体；2、绝缘层；3、填充层；4、绕包层；5、屏蔽层；6、隔氧层；7、金属铠装层；8、外护套层。
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。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1～3：一种电力设备用B1级控制电缆，其结构参照图1所示，结构可以包括由内向外依次设置的缆芯、屏蔽层5、金属铠装层7和外护套层8，缆芯与屏蔽层5之间设置有绕包层4，屏蔽层5与金属铠装层7之间设置有隔氧层6，金属铠装层7外设置有外护套层8。其中缆芯包括导体1和设置在导体1外的绝缘层2，缆芯间隙填充有填充层3。
上述的电力设备用B1级控制电缆的的导体1为第1种退火铜导体1，或者绝缘层2为采用交联聚乙烯绝缘料制得的绝缘层2，或者填充层3为阻燃高温填充绳，或者绕包层4为包覆在缆芯外的高阻燃包带，或者屏蔽层5为铜丝编织屏蔽层5，或者隔氧层6为采用添加有陶瓷粉的陶瓷化聚烯烃挤包制得的隔氧层6，或者金属铠装层7为采用双层镀锌钢带间隙包覆制得的铠装层，或者外护套层8为采用外护套料制得的外护套层8。
还有隔氧层6选用高隔热陶瓷化聚烯烃，该高隔热陶瓷化聚烯烃中添加了大量的陶瓷粉，隔氧层燃烧热值低，在550℃左右的火焰烧蚀下瓷化生成密闭多孔隙的陶瓷结构，可以起到良好的隔热效果。同时，低温瓷化反应过程吸收了大量的热量，有效降低了绝缘缆芯的温度，有效降低了电缆的热释放率和热释放总量。
隔氧层6一方面用于保护缆芯，防止外护套被烧穿后火焰直接灼烧缆芯，另一方面用于隔离绝缘受热分解产生的气体，防止内部气体外泄破坏外护套层8形成燃烧滴落物。
实施例1～3：一种电力设备用B1级控制电缆的制造工艺如下：
将交联聚乙烯绝缘料包覆于所述导体的外表面形成所述绝缘层，即得缆芯，将高阻燃包带包覆于所述缆芯的外表面形成所述绕包层，将铜丝编织屏蔽料包覆于所述绕包层的外表面形成所述屏蔽层，将添加有陶瓷粉的陶瓷化聚烯烃料包覆于所述屏蔽层的外表面形成所述隔氧层，将双层镀锌钢带包覆于所述隔氧层的外表面形成所述金属铠装层，将外护套料包覆于所述金属铠装层的外表面形成所述外护套层，其中在缆芯间隙填充有阻燃高温填充绳形成所述填充层，即得。
隔氧层6和外护套层8采用半挤压式工艺，通过半挤压式模具的特殊结构提高物料的挤出压力，物料拉伸长度控制为不大于12cm。由于护套材料填充很大，为避免机筒中摩擦过热，选用低压缩比单螺纹螺杆，螺杆压缩比控制在1.15～1.20之间，螺杆长径比控制在20～25之间，过滤板孔径控制在φ10～25之间，以控制挤出压力，保证电流稳定性。另外在机头前配置真空泵，对缆芯进行抽真空处理，使得缆芯进入机头后形成负压。通过上述的两项措施最大程度降低分界面的空隙，确保电缆通过B1级燃烧试验和成束A类阻燃试验。
其中，外护套层8由以下重量份的组分组成：
上述的乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂(EVA)中的乙烯(VA)含量为40％，相容剂为马来酸酐接枝EVA(EVA-g-MA)，EVA-g-MA的目的是起到偶联剂和分散促进剂，使超细化复合阻燃剂在树脂中分散更加均匀，超细化复合阻燃剂为超细化的氢氧化镁和氢氧化铝，在树脂中分散性更加均匀。陶瓷化硼酸锌在燃烧过程中生成氧化锌促进成炭剂的形成，在氢氧化镁和氢氧化铝组成的阻燃体系中能促进成炭并形成陶瓷化，起到抑烟、阻燃及抗滴落的作用。而且陶瓷化硼酸锌/氢氧化铝/氢氧化镁具有协同效应，具有优异的阻燃性能。
其中复合补强剂一般选用2种，可以是炭黑、白炭黑、乙炔炭黑或硅藻土，其配比一般为1：1.5～2；复合润滑剂一般选用硬脂酸锌、羟基硅油，其配比一般为1：0.5～1.5；超细复合阻燃剂一般选用氢氧化铝、氢氧化镁，其配比一般为1：1～1.5；抗氧剂一般选用受阻酚类抗氧剂，可以是抗氧剂1076、抗氧剂264或抗氧剂1010。
还有上述的外护套层8的基料主要包含聚乙烯、聚烯烃弹性体和乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂，聚乙烯的燃烧热值一般为46kJ/kg，乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂的燃烧热值是随着乙烯含量的增加而增加的，当乙烯含量为零时其热值一般为23kJ/kg，在保证外护套层8的物理机械性能满足产品标准的前提下，适当降低聚乙烯的组分，选用较低乙烯含量的乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂，通过增加超细化复合阻燃剂促进聚合物脱水炭化，形成一定厚度和强度的碳层，从而实现阻断燃烧及防止滴落的功能。
外护套层8在经受20.5kW的火焰灼烧时，控制火焰的传播距离和外护套层8的热释放量。B1级燃烧试验对试验箱的进风量和排烟管道的排风流量均有严格的规定，进风量要求控制为(8000±400)L/min，排风流量要求控制为(1.0±0.05)m3/s，这样就在试验箱内形成一个自下而上的空气流，空气流有很大的助燃作用，如果电缆外护套层8与缆芯间的空隙较大，气体受热会撑破外护套层8，当火焰烧穿外护套层8后，自下而上的炽热空气流就会沿着电缆内部纵向传播，导致火焰沿外护套层8向内层蔓延，加剧燃烧。
上述的外护套层8通过以下方法获得：
将上述组分的各原料按照重量份称量混合，转入双螺旋挤出机中进行挤出加工，再在120～140℃下造粒成型，即可制得外护套料；其中挤出加工时的温度为120～170℃，螺杆转速为50～500转/分。
上述制得的B1级控制电缆20℃时导体1直流电阻符合GB/T 3956-2008的规定。
上述制得的B1级控制电缆同时具备B1燃烧性能和成束A类阻燃性能，其中电缆的B1级燃烧性能按照GB 31247-2014规定的试验方法进行测定，测得结果满足B1级的分级判据；燃烧滴落物/微粒等级满足d0级，即1200s内无燃烧滴落物/微粒；烟气毒性等级满足t0级，即达到ZA2级；腐蚀性等级满足a1级，即电导率≤2.5μs/mm，PH≥4.3；电缆的成束A类阻燃性能：按照GB/T18380.33规定的试验方法进行测定，电缆的炭化高度不大于2.5m。
上述制得的B1级控制电缆的电气性能、机械物理性能符合GB/T 9330-2008标准的规定。
实施例1～3：外护套层8由图2所示的重量份的组分组成。
实施例1的抗氧剂为抗氧剂1076，实施例2的抗氧剂为抗氧剂264，实施例3的抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例1～3的相容剂均为马来酸酐接枝EVA(EVA-g-MA)。
外护套层8由上述的方法制得，本发明在这里不做赘述。
对比例1～2：外护套层8由图3所示的重量份的组分组成。
对比例1的抗氧剂为抗氧剂1076，对比例2的抗氧剂为抗氧剂264。
对比例1～2中的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
制备方法为常规方法。
各实施例和各对比例制备的外护套层8的性能检测数据如图4所示。
图中总释热量、热释放速率、烟释放速率与总生烟量采用ISO 5660-1标准测试。
如图4的评价结果所示，本发明实施例中B1级控制电缆的外护套层8的热释放速率与烟释放速率小于对比例中外护套层8的速率，且总释热量与总生烟量远小于对比例中的外护套层8，证明该B1级控制电缆在火灾条件下，燃烧缓慢且热量与烟量释放少，可使本发明B1级控制电缆的燃烧速度远小于现有的控制电缆。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种电力设备用B1级控制电缆，其特征在于：包括由内向外依次设置的缆芯、屏蔽层、金属铠装层和外护套层，所述缆芯与屏蔽层之间设置有绕包层，所述屏蔽层与金属铠装层之间设置有隔氧层，所述金属铠装层外设置有外护套层；
所述外护套层由以下重量份的组分组成：
2.如权利要求1所述的电力设备用B1级控制电缆，其特征在于：所述外护套层通过以下方法获得：
将上述组分的各原料按照重量份称量混合，转入双螺旋挤出机中进行挤出加工，再在120～140℃下造粒成型，即可制得外护套料；
其中挤出加工时的温度为120～170℃，螺杆转速为50～500转/分。
3.如权利要求1所述的电力设备用B1级控制电缆，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝EVA。
4.如权利要求1所述的电力设备用B1级控制电缆，其特征在于：所述超细化复合阻燃剂包括氢氧化铝和氢氧化镁，所述氢氧化铝和氢氧化镁的配比为1：1～1.5。
5.如权利要求1所述的电力设备用B1级控制电缆，其特征在于：所述复合润滑剂包括硬脂酸锌和羟基硅油，所述硬脂酸锌和羟基硅油的配比为1：0.5～1.5。
6.如权利要求1所述的电力设备用B1级控制电缆，其特征在于：所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
7.如权利要求1所述的电力设备用B1级控制电缆，其特征在于：所述隔氧层采用陶瓷化聚烯烃，所述陶瓷化聚烯烃中添加有陶瓷粉。
8.如权利要求1所述的电力设备用B1级控制电缆，其特征在于：所述缆芯包括导体和设置在导体外的绝缘层，缆芯间隙填充有填充层。
9.如权利要求1-8任一项所述的电力设备用B1级控制电缆的制造工艺，其特征在于，包括：
将交联聚乙烯绝缘料包覆于所述导体的外表面形成所述绝缘层，即得缆芯，将高阻燃包带包覆于所述缆芯的外表面形成所述绕包层，将铜丝编织屏蔽料包覆于所述绕包层的外表面形成所述屏蔽层，将添加有陶瓷粉的陶瓷化聚烯烃料包覆于所述屏蔽层的外表面形成所述隔氧层，将双层镀锌钢带包覆于所述隔氧层的外表面形成所述金属铠装层，将外护套料包覆于所述金属铠装层的外表面形成所述外护套层，其中在缆芯间隙填充有阻燃高温填充绳形成所述填充层，即得。
10.如权利要求9所述的电力设备用B1级控制电缆的制造工艺，其特征在于，所述隔氧层和外护套层采用半挤压式工艺，物料拉伸长度为≤12cm，螺杆压缩比为1.15～1.20，螺杆长径比为20～25。
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