專利名稱：地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電纜的生產(chǎn)制造方法，屬于電纜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，大城市日趨繁榮，城市規(guī)模和人口迅速增長，交通矛盾日趨嚴重，發(fā)展大運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重的危害，同時地鐵內(nèi)一旦發(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，鼠害較為嚴重，具有防鼠、防白蟻等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)有的地鐵干線用35kV阻燃電力電纜的制造方法，是在導(dǎo)體上擠包高純凈的交聯(lián)聚乙烯材料絕緣層和低煙無鹵阻燃的聚烯烴材料外護套，這種方法制造出來的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類成束阻燃試驗要求尚可，若要達到公安部標(biāo)準(zhǔn)GA306.1-2001規(guī)定的IA級阻燃試驗要求則十分困難。因為中高壓電力電纜的交聯(lián)聚乙烯絕緣層厚度非常大，高達10.5毫米，其含量占整個電纜有機物很大的比例。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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種能夠符合公安部標(biāo)準(zhǔn)GA306.1-2001規(guī)定的IA級阻燃電纜試驗要求的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜的制造方法。
本發(fā)明的目的是通過對現(xiàn)有的電纜生產(chǎn)方法的改進實現(xiàn)的，地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜的制造方法，包括在導(dǎo)體1上擠包高純凈的交聯(lián)聚乙烯材料絕緣層3和低煙無鹵阻燃的環(huán)保型聚烯烴材料外護套8，其特征是所述的導(dǎo)體1選用GB/T3956規(guī)定的第2種緊壓絞合圓形導(dǎo)體，先在導(dǎo)體1的外表面包半導(dǎo)電材料的導(dǎo)體屏蔽層2，然后擠包高純凈的交聯(lián)聚乙烯材料絕緣層3，在絕緣層3的外表面采用氧化物交聯(lián)或電子束輻照技術(shù)，將具有阻燃功能的分子和成炭單元接枝到交聯(lián)聚乙烯材料上達到表面具有成炭性能的非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4，在非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4上包覆銅帶金屬屏蔽層5，再在金屬屏蔽層5上采用高阻燃涂膠型玻璃布帶多層繞包構(gòu)成高阻燃隔熱層6，在高阻燃隔熱層6上運用氬弧軋紋焊接技術(shù)，將銅帶沿絕緣線芯的軸向?qū)赋擅芊忏~管，并用軋紋機軋成非螺旋形的單個環(huán)形皺紋的波紋金屬管防護層7，在波紋金屬管防護層7上采用高阻燃涂敷金屬氧化物的玻璃布帶包制成隔熱層，最后在隔熱層上擠包低煙無鹵阻燃的環(huán)保型聚烯烴材料外護套8。所述的在導(dǎo)體1的外表面包半導(dǎo)電材料的導(dǎo)體屏蔽層2，是在導(dǎo)體上擠包半導(dǎo)電材料。該發(fā)明所述的在導(dǎo)體1的外表面包半導(dǎo)電材料的導(dǎo)體屏蔽層2，是在導(dǎo)體上先包半導(dǎo)電帶再擠包半導(dǎo)電材料。
本發(fā)明選用材料科學(xué)，生產(chǎn)制造工藝先進，結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新點主要有五點一、高阻燃隔熱層、波形金屬防護層組合的設(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級阻燃電纜試驗要求，阻燃電力電纜的絕緣層不被引燃這一點十分重要。因此，主要從高阻燃隔熱層和波形金屬防護層的組合結(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。波形金屬防護層主要用于在高溫下能夠保持護層的完整性，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絕緣層不被引燃的目的。
二、波形金屬防護層的結(jié)構(gòu)設(shè)計波形金屬防護層采用氬弧焊接軋紋的工藝制造技術(shù)。采用非磁性材料銅帶作為防護層，避免了采用鋼帶等磁性材料作防護層給單芯電纜帶來的磁滯損耗。防護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枝和電樹枝的生成。同時金屬護層大大提高了電纜對白蟻、鼠害等生物危害的防護性。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)電層阻燃化的處理絕緣半導(dǎo)電層屏蔽層采用氧化物交聯(lián)或輻照交聯(lián)阻燃半導(dǎo)電屏蔽料。結(jié)合阻燃基本原理，采用交聯(lián)或電子束輻照技術(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到表面的成炭性能，實現(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)定進行阻燃試驗，電纜的阻燃性能均達到IA級阻燃試驗的要求，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功能，非常適合于地鐵隧道中環(huán)境潮濕和白蟻、鼠害嚴重的場所，以期推動在電力線路中得到大量的使用。
五、去氣工藝在交聯(lián)電纜絕緣制造中的應(yīng)用在中高壓交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜的制造過程中，過氧化二異丙苯(DCP)在高溫交聯(lián)過程中受熱分解產(chǎn)生枯基醇和苯乙酮等副產(chǎn)物，將滯留在絕緣層無法得到釋放。在電纜絕緣加熱和冷卻過程中，絕緣中殘留的氣體會使絕緣產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。殘留交聯(lián)聚乙烯絕緣層中的枯基醇和苯乙酮等物質(zhì)的揮發(fā)性很好，在常溫下，常常通過絕緣表面緩慢揮發(fā)出來。為消除這些不良因素，我們在生產(chǎn)工藝中增加去氣工序。將電纜線芯放置在密封的去氣間內(nèi)，在一定的氣壓和70℃～80℃的溫度條件，根據(jù)絕緣厚度和去氣時間的相應(yīng)關(guān)系，放置一定的時間。通過獨特的去氣工藝，消除了電纜絕緣層中的副產(chǎn)品和機械應(yīng)力。


圖1所示為采用本發(fā)明生產(chǎn)制造的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜的結(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、波紋金屬管防護層7、外護套8。
具體實施例方式
采用GB/T3956規(guī)定的第2種緊壓絞合圓形導(dǎo)體，導(dǎo)體的緊壓度達到90％以上，圓整度達到98％以上，導(dǎo)體表面光潔，無毛刺，劃痕。先在導(dǎo)體1的外表面包半導(dǎo)電材料的導(dǎo)體屏蔽層2，然后擠包高純凈的交聯(lián)聚乙烯材料絕緣層3，在絕緣層3的外表面采用氧化物交聯(lián)或電子束輻照技術(shù)，將具有阻燃功能的分子和成炭單元接枝到交聯(lián)聚乙烯材料絕緣層上達到表面具有成炭性能的非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4，在非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4上包覆銅帶金屬屏蔽層5，再在金屬屏蔽層5上采用高阻燃涂膠型玻璃布帶多層繞包構(gòu)成高阻燃隔熱層6，在高阻燃隔熱層6上運用氬弧軋紋焊接技術(shù)，將銅帶沿絕緣線芯的軸向?qū)赋擅芊忏~管，并用軋紋機軋成非螺旋形的單個環(huán)形皺紋的波紋金屬管防護層7，在波紋金屬管防護層7上采用高阻燃涂敷金屬氧化物的玻璃布帶包制成隔熱層，最后在隔熱層上擠包低煙無鹵阻燃的環(huán)保型聚烯烴材料外護套8。
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，增強絕緣層的抗拉強度和抗擠壓性能。
非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層4采用氧化物交聯(lián)或輻照交聯(lián)半導(dǎo)電屏蔽料，厚度控制在0.7mm左右。結(jié)合阻燃基本原理，采用氧化物交聯(lián)或電子束輻照技術(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到表面的成炭性能，實現(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)交蛄⑺缴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和波形金屬防護層7之間以及波形金屬防護層7和外護套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和波形金屬防護層7之間的高阻燃隔熱層6在波形金屬防護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。
波形金屬防護層7是運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。
阻燃試驗標(biāo)準(zhǔn)GB/T18380規(guī)定在進行A類成束燃燒試驗時，火焰溫度不低于815℃。波形金屬防護層7采用的銅的熔點為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械強度。波形銅管防護層7在交聯(lián)聚乙烯絕緣受熱熔融降解的過程，防止可燃性液體和氣體的逸出，進一步切斷電纜的燃燒途徑。
由于銅屬于非導(dǎo)磁性材料，波形銅管防護層7可以作為單芯電力電纜鎧裝防護層，能夠承受一定的機械應(yīng)力。在地鐵隧道中白蟻和鼠害比較嚴重的地區(qū)，采用本專利設(shè)計的電纜，能夠起到非常顯著的防護效果。
傳統(tǒng)的螺旋形采用螺旋形波紋結(jié)構(gòu)，波紋形成的空隙在電纜軸向上是螺旋貫通的。本發(fā)明的波形銅管防護層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。
外護層8采用無鹵低煙阻燃護套料，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，進一步增強電纜在作業(yè)和運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類防火電力電纜的制造方法，包括在導(dǎo)體(1)上擠包高純凈的交聯(lián)聚乙烯材料絕緣層(3)和低煙無鹵阻燃的環(huán)保型聚烯烴材料外護套(8)，其特征是所述的導(dǎo)體(1)選用GB/T3956規(guī)定的第(2)種緊壓絞合圓形導(dǎo)體，先在導(dǎo)體(1)的外表面包半導(dǎo)電材料的導(dǎo)體屏蔽層(2)，然后擠包高純凈的交聯(lián)聚乙烯材料絕緣層(3)，在絕緣層(3)的外表面采用氧化物交聯(lián)或電子束輻照技術(shù)，將具有阻燃功能的分子和成炭單元接枝到交聯(lián)聚乙烯材料絕緣層上達到表面具有成炭性能的非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層(4)，在非金屬半導(dǎo)電絕緣屏蔽層(4)上包覆銅帶金屬屏蔽層(5)，再在金屬屏蔽層(5)上采用高阻燃涂膠型玻璃布帶多層繞包構(gòu)成高阻燃隔熱層(6)，在高阻燃隔熱層(6)上運用氬弧軋紋焊接技術(shù)，將銅帶沿絕緣線芯的軸向?qū)赋擅芊忏~管，并用軋紋機軋成非螺旋形的單個環(huán)形皺紋的波紋金屬管防護層(7)，在波紋金屬管防護層(7)上采用高阻燃涂敷金屬氧化物的玻璃布帶包制成隔熱層，最后在隔熱層上擠包低煙無鹵阻燃的環(huán)保型聚烯烴材料外護套(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜的制造方法，其特征是所述的在導(dǎo)體(1)的外表面包半導(dǎo)電材料的導(dǎo)體屏蔽層(2)，是在導(dǎo)體上擠包半導(dǎo)電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜的制造方法，其特征是所述的在導(dǎo)體(1)的外表面包半導(dǎo)電材料的導(dǎo)體屏蔽層(2)，是在導(dǎo)體上先包半導(dǎo)電帶再擠包半導(dǎo)電材料。
全文摘要
地鐵干線用35kV環(huán)保型A類防火電力電纜的制造方法，屬于電纜技術(shù)領(lǐng)域。選用緊壓絞合圓形導(dǎo)體，在導(dǎo)體的外表面依次包半導(dǎo)電材料、交聯(lián)聚乙烯材料，采用氧化物交聯(lián)或電子束輻照技術(shù)，將具有阻燃功能的分子和成炭單元接枝到交聯(lián)聚乙烯材料上，然后包覆銅帶，再在銅帶上采用高阻燃涂膠型玻璃布帶多層繞包，在玻璃布繞包層上用銅帶沿絕緣線芯的軸向?qū)?、軋成波紋金屬管，在波紋金屬管上包制隔熱層，最后在隔熱層上擠包低煙無鹵阻燃的環(huán)保型聚烯烴材料外護套。本發(fā)明工藝科學(xué)先進，生產(chǎn)的電纜阻燃性能均達到IA級阻燃試驗的要求，燒損量小，透光率高，毒性小。有良好的防潮性能和防白蟻、防鼠性等防生物侵害的性能。
文檔編號H01B9/02GK1556529SQ20031011283
公開日2004年12月22日 申請日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者徐偉強, 唐崇健, 房權(quán)生, 龐玉春, 周建, 吉啟榮 申請人:寶勝科技創(chuàng)新股份有限公司