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具有梯级释水降温结构的防火电缆实施方式

2022/07/13135 作者:佚名
导读:图1、2分别是《具有梯级释水降温结构的防火电缆》的中高压防火电缆的第一、第二实施例的横截面结构示意图,其中2-降温防火层;3-内耐火绝热层;4-降温隔热铠装挡火层;5-中耐火绝热层;6-绝热隔火层;7-外耐火绝热层;8-阻燃外护套。两个实施例的区别在于构成缆芯1的结构不同,在图1中:1-缆芯,从内到外依次包括导体11、导体屏蔽层12、共挤绝缘层13、绝缘屏蔽层14和金属屏蔽层15;在图2中:1-缆

图1、2分别是《具有梯级释水降温结构的防火电缆》的中高压防火电缆的第一、第二实施例的横截面结构示意图,其中2-降温防火层;3-内耐火绝热层;4-降温隔热铠装挡火层;5-中耐火绝热层;6-绝热隔火层;7-外耐火绝热层;8-阻燃外护套。两个实施例的区别在于构成缆芯1的结构不同,在图1中:1-缆芯,从内到外依次包括导体11、导体屏蔽层12、共挤绝缘层13、绝缘屏蔽层14和金属屏蔽层15;在图2中:1-缆芯,从内到外依次包括导体11、绝缘层10和金属屏蔽层15。第一实施例可适用于中高压电压等级,第二实施例仅适用于低于35千伏电压等级。图1和图2所示的《具有梯级释水降温结构的防火电缆》的中高压防火电缆以3根缆芯1为例,缆芯1根据其耐压等级的要求不同其结构可以不同,一种优选的结构如图1所示的第一实施例,每个缆芯1包括导体11、挤包在导体11外面的导体屏蔽层12、挤包在导体屏蔽层12外面的共挤绝缘层13、挤包在共挤绝缘层13外面的绝缘屏蔽层14和绕包在绝缘屏蔽层14外面的金属屏蔽层15。另一种优选的结构如图2所示的第二实施例,其结构为:所述的每个缆芯1包括导体11、挤包在导体11外面的绝缘层10和绕包在绝缘层10外面的金属屏蔽层15。为了确保安全等级,缆芯1的绝缘层10或共挤绝缘层13可采用具有防火功能的材料,如聚烯烃或者辐照聚烯烃,以使其在200℃以下仍能保持良好的绝缘性能。图1所示的第一实施例与图2所示的第二实施例相比,虽然缆芯1的结构不同,由此而形成中高压防火电缆的电压等级不同,但由于缆芯1外面的防火结构是相同的,在由缆芯1合成的总缆外面都还包括降温防火层2、内耐火绝热层3、降温隔热铠装挡火层4、中耐火绝热层5、绝热隔火层6、外耐火绝热层7和阻燃外护套8。因此,它们的防火性能是相同的。《具有梯级释水降温结构的防火电缆》是在由各电缆缆芯合成的总缆的外面由内至外依次增加三套分别为防火、挡火、阻火的结构,并且在三种结构中分别采用不同的无机矿物材料作为包带,以抵抗火焰的侵蚀,保护电缆的绝缘线芯在火焰下也能正常工作,尤其是使铝合金导体的电缆能经受住防火电缆国家标准、国外先进标准规定的耐火试验要求,达到电缆防火的目的。《具有梯级释水降温结构的防火电缆》特别适合在中高压电缆的防火性能上使用。具体地说:首先,将降温防火层2包覆在各缆芯1的外面,所述降温防火层2采用挤出结构,即采用挤出工艺在由多根缆芯1合股而成的总缆(制备过程中的电缆雏形)外面挤出并包覆防火材料形成的结构层,它具有降温、隔热、防火的功能。降温防火层2的材料优先采用氢氧化铝无机化合物,氢氧化铝无机化合物是一种以氢氧化铝Al(OH)3为主要材料的无机化合物,它借助氢氧化铝在200℃时分解释放出结晶水的化学反应过程中吸收热量1.96kj/g的特性,以达到降低降温防火层2表面的温度,同时它生成的水蒸气,会稀释可燃性气体,起到阻燃防火作用,此外该化学反应过程还能捕捉有害气体、抑制烟雾,具有减少有害和有毒气体排放的功能,而氢氧化铝分解时不产生有毒气体,也不产生腐蚀性燃烧产物。所述的降温防火层2优先采用氢氧化铝无机化合物挤出结构,当然该填充结构不排除采用其它具有降温、隔热功能的材料,通过它的降温、隔热的功能,将传入到电缆内部的热再次降温,确保缆芯1上的温度保持安全。降温防火层2的材料的燃烧临界温度在150℃至250℃,优选为200℃,因为此燃烧临界温度与缆芯1的绝缘层10、共挤绝缘层13的聚烯烃的耐火温度相匹配。

接着,在降温防火层2的外面绕包有所述的内耐火绝热层3,它是采用耐高温的矿物材料和绕包工艺形成的结构层,通过它来增强降温防火层2的结构强度。内耐火绝热层3优选采用无机阻燃带绕包结构,能在氢氧化铝分解释放出结晶水的化学反应过程中及化学反应过程后,都能使降温防火层2保持理想的结构强度。当然,不排除采用其他绝热矿物材料。然后在内耐火绝热层3的外面包覆所述的降温隔热铠装挡火层4,它是采用铠装 挤出的复合工艺形成的复合结构层,先做联锁铠装,然后挤出、填充。所谓挤出的工艺与挤包工艺类同,与挤包工艺不同的是结构层的成型不是由挤包实现的,而是由铠装的,因此,降温隔热铠装挡火层4在结构上是一种铠装 挤出的复合结构层,并且铠装的金属材料与挤出的防火材料之间形成密不可分的复合层结构。降温隔热铠装挡火层4不仅具有铠装的功能,而且还具有降温、隔热、防火的功能。降温隔热铠装挡火层4的铠装结构优选联锁式铠装结构,因为它不仅可兼容填充防火材料,而且其铠装工艺能与挤出工艺组合匹配,此外,联锁式铠装结构能分散电缆的侧压力,能保证电缆在遭受弯曲、挤压、扭转等变形时,缆芯1和护套之间的相对位置保持不变,不会产生短路等影响电气性能的问题。联锁式铠装结构采用金属材料,如不锈钢,它能具有很高的耐温弹性,如牌号为SUS314的不锈钢的耐温可达1250℃。降温隔热铠装挡火层4的防火材料优选采用氢氧化镁无机化合物,它是一种以氢氧化镁Mg(OH)2为主要材料的无机化合物(简称B类无机化合物)。借助氢氧化镁在350℃时开始分解释放出结晶水的特性,能有效起到释水降温的效果。另外通过化学反应烧结成固体的氧化镁MgO,能有效起到隔热防火的效果。降温隔热铠装挡火层4的防火材料不排除选用其它无机化合物,但它需具有释水降温的特性和烧结体具有隔热的特点,其释水降温的临界温度范围在300℃至400℃之间,优选300℃,以形成与降温防火层2的释水降温的临界温度相差约150℃的梯级,使处于中间的降温隔热铠装挡火层4能在较高的温度下开始降温,以延长火和热影响到降温防火层2的时间。《具有梯级释水降温结构的防火电缆》的降温隔热铠装挡火层4优选采用联锁式铠装 氢氧化镁无机化合物挤出填充结构,它不仅具有降温、隔热、防火的强大功能,而且还具有在900℃以下仍能使电缆的铠装保持足够的机械强度,因此,它具有极好的挡火层铠装性能。

接着,在降温隔热铠装挡火层4的外面绕包中耐火绝热层5,它是采用耐高温的矿物材料和绕包工艺形成的结构层,通过它来增强中耐火绝热层5和绝热隔火层6的结构强度。中耐火绝热层5采用矿物绝缘材料,优选采用无机阻燃带绕包结构,能在氢氧化镁Mg(OH)2通过化学反应烧结成固体的氧化镁MgO的化学反应过程中及化学反应过程后,都能使中耐火绝热层5和绝热隔火层6形成具有理想强度的层结构。在中耐火绝热层5的外面包覆绝热隔火层6,它具有阻止火向电缆中心蔓延和阻隔热传入电缆中心的功能。绝热隔火层6的结构可有两种方案:第一种优选方案是,所述的绝热隔火层6采用钢丝编织 防火材料无机化合物挤包结构,它是一种采用编织 挤出的复合工艺形成的复合结构层,这里复合工艺是指在中耐火绝热层5外面形成钢丝编织物的同时,通过挤包的方法包覆无机化合物的工艺,因此它使钢丝编织物与挤包的防火材料之间形成了密不可分的复合层结构;第二种优选方案是仅采用防火材料无机化合物挤包结构,在同时采用中耐火绝热层5和外耐火绝热层7的情况下,第二种优选方案仍具有实用价值。防火材料优选石墨无机化合物,所述的石墨无机化合物为可膨胀性石墨的无机化合物材料,它受热达到一定温度时便开始膨胀,膨胀体积可以达到初始时的200倍以上,形成了一个非常好的绝热层,能起到极好的阻火、隔热和防止火焰冲击的效果,能有效阻断火和热向电缆中心扩散。也就是说,所述的第一种优选的结构方案是,所述的绝热隔火层6采用钢丝编织 石墨无机化合物挤包结构;所述的第二种优选的结构方案是,所述的绝热隔火层6采用石墨无机化合物挤包结构。在绝热隔火层6的外面绕包所述的外耐火绝热层7,它是采用耐高温的矿物材料和绕包工艺形成的结构层,通过它来阻隔火焰直接燃烧绝热隔火层6,减小火焰对绝热隔火层6烧蚀破坏的程度。外耐火无机阻燃层7优选采用无机阻燃带绕包结构,能在电缆外面形成耐高温破坏的保护层。最后,将所述的阻燃外护套8挤包在外耐火绝热层7的外面,它具有阻燃、隔火的功能。阻燃外护套8采用聚烯烃挤包结构,它与外耐火绝热层7一起,在电缆外面形成耐烧蚀、耐高温破坏的保护层,能有效延长火和热冲击到绝热隔火层6的时间。

《具有梯级释水降温结构的防火电缆》的中高压防火电缆的结构的优点在于:最外层的防火层采用阻燃外护套8 外耐火绝热层7 绝热隔火层6的结构,通过该结构可阻断火焰直接冲击中间的挡火层,同时隔断热量传导到中间的挡火层,大幅度延长火和热影响到中间挡火层的时间;中间的挡火层采用降温隔热铠装挡火层4 中耐火绝热层5的结构,通过该结构可在继续隔断热量传导到内部的阻火层的同时,还可降温,以进一步延长火和热影响到内部的阻火层的时间;内部的阻火层采用降温防火层2 内耐火绝热层3的结构,通过该结构可在继续隔断热量传导到缆芯1的同时,还可降温,以进一步延长火和热影响到缆芯1的时间;缆芯1的耐温与降温防火层2的释水降温的优选匹配温度为200℃,中间的挡火层的降温隔热铠装挡火层4的释水降温的临界温度高于降温防火层2的释水降温的临界温度,优选为350℃,形成梯级释水降温的效果,以大幅度延长火和热影响到缆芯1的时间,实现在750℃的温度下经受90至180分钟耐火试验后的缆芯1的温升不超过200℃的效果。

由此可见,《具有梯级释水降温结构的防火电缆》的防火结构的设计合理,它不仅可适用于中高压铝芯防火电缆,同样适用于中压铜芯防火电缆。下面进一步说明《具有梯级释水降温结构的防火电缆》的中高压防火电缆的制备方法,它包括以下工艺步骤。步骤1:采用铝芯制备工艺,形成单根缆芯1,其中包括步骤a.采用导体制备工艺,成型导体11;步骤b.用三层共挤工艺在导体11的外面由内向外地成型导体屏蔽层12、共挤绝缘层13和绝缘屏蔽层14,或用单层挤包成型工艺在导体11的外面成型绝缘层10;步骤c.采用绕包工艺在绝缘屏蔽层14或绝缘层10外面成型金属屏蔽层15。步骤2:在前述步骤的基础上,将多根缆芯1合股成总缆,并用挤出工艺在总缆外面包覆氧氧化铝无机化合物,形成降温防火层2。步骤3:在前述步骤的基础上,采用绕包工艺在降温防火层2外面绕包无机阻燃带,形成内耐火绝热层3。步骤4:在前述步骤的基础上,采用铠装 挤出的第一复合工艺,在内耐火绝热层3外面进行联锁式铠装,同时填充氢氧化镁无机化合物,形成降温隔热铠装挡火层4。步骤5:在前述步骤的基础上,采用绕包工艺在降温隔热铠装挡火层4外面绕包无机阻燃带,形成中耐火绝热层5。步骤6.:在前述步骤的基础上,采用编织 挤出的第二复合工艺,在中耐火绝热层5外面形成钢丝编织物,同时填充石墨无机化合物挤,形成绝热隔火层6。步骤7:在前述步骤的基础上,采用绕包工艺在绝热隔火层6外面绕包无机阻燃带,形成外耐火绝热层7。步骤8:在前述步骤的基础上,采用挤包成型工艺在外耐火绝热层7外面挤包成型阻燃外护套8,形成中高压防火电缆。

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