專利名稱：額定電壓6kV-35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜及加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜，適用于有耐火要求的電力傳輸場合，如應(yīng)用在特高層、高層大型建筑、電力傳輸、船舶工程、港口機(jī)械上，本發(fā)明還涉及該陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜的加工工藝。
背景技術(shù)：
目前，市面上耐火電纜主要有以下三類1、云母帶重疊繞包的低壓耐火電纜；2、礦物質(zhì)絕緣耐火電纜(簡稱MI電纜)；3、柔性中壓耐火電纜，下面針對上述三種耐火電纜做一些技術(shù)上客觀的評價(jià)
I、云母帶重疊繞包的低壓耐火電纜在導(dǎo)體上重疊繞包云母帶，云母帶在高溫下仍能保持良好的絕緣性能，但是，由于云母層的特性限制，需采用多層大密度纏繞來彌補(bǔ)搭接縫處的搭接缺陷，維持工作時(shí)間不長，同時(shí)還存在小截面芯線(截面<6_2)生產(chǎn)加工比較困難，耐火性能一般，這使得該電纜重量、外徑及制造成本居高不下。在火焰條件下，當(dāng)伴有振動(dòng)或水噴淋較長時(shí)間時(shí)，電纜內(nèi)的云母層會逐步發(fā)脆脫落而造成耐火層失效，進(jìn)而導(dǎo)致電纜因芯線短路或斷路而不能確保正常工作。為什么云母帶繞包的耐火電纜不能使用在中壓電纜上？中壓耐火電纜的結(jié)構(gòu)是由其在高壓下運(yùn)行的電氣參數(shù)所決定的，絕緣線芯必須由導(dǎo)電線芯、導(dǎo)體屏蔽、XLPE或EPR絕緣和絕緣屏蔽等組成。導(dǎo)體屏蔽的主要作用是緩和電纜內(nèi)部電場應(yīng)力集中，消除導(dǎo)體絞合的影響，改善電纜內(nèi)部電場的徑向分布以提高電纜的電氣強(qiáng)度。由于各種原因，導(dǎo)體表面不可避免地存在著一些缺陷，例如毛刺、銳邊等，這些缺陷會在電纜內(nèi)部形成應(yīng)力集中或局部放電點(diǎn)，在長期的運(yùn)行過程中會導(dǎo)致電纜絕緣被擊穿。而在導(dǎo)體表面繞包一層半導(dǎo)電橡布帶+擠包半導(dǎo)電屏蔽層后，導(dǎo)體與半導(dǎo)電屏蔽層形成等電位，從而均化電場，消除缺陷。因此，制造中壓耐火電纜，不能采取在導(dǎo)體上繞包耐火云母帶的方式，這樣會破壞絕緣線芯的整體結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)體屏蔽失去均化電場的作用，而耐火云母帶的絕緣強(qiáng)度又較低，無法承受高場強(qiáng)的作用，電纜在耐電壓試驗(yàn)或運(yùn)行中會被擊穿；而且云母帶邊緣的纖維還可能形成局部放電點(diǎn)，增大電纜的局部放電量。2、MI 電纜二十世紀(jì)三十年代歐洲開發(fā)成功了礦物絕緣電纜(Mineral Insulated Cable),簡稱MI電纜。MI電纜的耐火性能非常優(yōu)秀，問世后被廣泛地應(yīng)用在建筑物中，確確實(shí)實(shí)增加了防火安全性；但是由于其非常昂貴的設(shè)備投入，敷設(shè)效率不高、使用場合受限(如船舶工程等空間狹小的場合沒有辦法使用)、封頭終端制作工藝復(fù)雜、不能彎曲、制造價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，限制了 MI電纜的發(fā)展；同時(shí)MI電纜結(jié)構(gòu)只能滿足低壓電纜的使用，無法用作中壓電纜。3、柔性中壓耐火電纜
該類電纜是近兩年剛推出的中壓耐火電纜，主要是采用交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡膠作為線芯的絕緣材料，線芯的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽材料采用了聚烯烴材料，聚烯烴材料的硫化方式為高溫壓力下硫化(硫化蒸汽壓力10-14MPa)，擠出需要加熱，使用陶瓷化硅橡膠作為耐火墊層，在耐火墊層的外面設(shè)計(jì)隔氧層，在隔氧層的外面設(shè)置鎧裝層、外護(hù)套。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或受到> 500°C溫度烘烤后，由陶瓷化硅橡膠被高溫催化成陶瓷狀固體耐火層，即“類瓷質(zhì)燒結(jié)層”(耐高溫可達(dá)1500°C)，以此來形成耐火功能?，F(xiàn)有中壓耐火電纜的不足之處在于當(dāng)外界溫度很高或遭遇火焰時(shí)，陶瓷化硅橡膠墊層形成“類瓷質(zhì)燒結(jié)層”后不能產(chǎn)生很好的隔熱功能，而電纜結(jié)構(gòu)中線芯絕緣層使用的又是交聯(lián)聚乙烯或乙丙橡膠，正常的工作溫度也就為90°c，如遇高溫，絕緣層會軟化，在通電狀態(tài)下很容易被擊穿，因此，該種耐火電纜不能持續(xù)很長 的耐火時(shí)間，即耐火性能不好。而且現(xiàn)有中壓耐火電纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本、外徑、重量相對比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供額定電壓6kV_35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜及加工工藝，通過采用以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體和絕緣屏蔽料，半導(dǎo)電屏蔽料和陶瓷化硅橡膠的硫化體系一致，使得以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽料、陶瓷化硅橡膠絕緣料、以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽料能夠在三層共擠設(shè)備中擠出，這樣陶瓷化硅橡膠在作為絕緣層的同時(shí)兼作為耐火層，具備良好的耐火性能，同時(shí)簡化電纜結(jié)構(gòu)，減小電纜外徑、重量，降低成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種額定電壓6kV_35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜，包括絞合在一起形成纜芯的多個(gè)線芯、包覆在所述纜芯外面的墊層、包覆在所述墊層外面的外護(hù)套，在所述纜芯中，所述多個(gè)線芯之間的中心空隙中填充有無鹵阻燃填充物，每個(gè)所述線芯均包括導(dǎo)體、包在所述導(dǎo)體周向外表面上的以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層、包在所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層外面的陶瓷化硅橡膠絕緣層、包在所述陶瓷化硅橡膠絕緣層外面的以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層、包在所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層外面的金屬屏蔽層。具體實(shí)施時(shí)，所述墊層為聚氯乙烯內(nèi)襯層，所述外護(hù)套為聚氯乙烯護(hù)套，所述線芯的金屬屏蔽層采用銅絲編織層或銅帶繞包層。具體實(shí)施時(shí)，所述線芯有三個(gè)，在所述纜芯中，三個(gè)所述線芯沿圓周方向緊靠排列。加工上述額定電壓6kV_35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜的工藝方法，包括首先加工出所述線芯，然后將多個(gè)所述線芯絞合成纜，形成所述纜芯，其中在所述多個(gè)線芯之間的中心空隙中填充無鹵阻燃填充物，接著在所述纜芯的外面擠包形成墊層，最后在所述墊層的外面擠包形成外護(hù)套，在加工所述線芯時(shí)，先加工出導(dǎo)體，然后在所述導(dǎo)體的外面三層共擠出以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽料、陶瓷化硅橡膠絕緣料、以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽料，控制硫化蒸汽壓力O. 3MPa-l. OMPa，形成所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層、所述陶瓷化硅橡膠絕緣層、所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層，最后在所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層的外面設(shè)置金屬屏蔽層；所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽料或所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽料的材料組分及按重量計(jì)的含量為
甲基乙烯基硅橡膠110-860-80份
甲基乙烯基硅橡膠110-4S40-60份
白炭黑25-35份
乙炔炭黑45-60份
羥基硅油2-4份
含氫硅油0.4-0.8份 桂烷偶聯(lián)劑KH-5600.1-10份
雙2, 5硫化劑0.6-1.0份。以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽料的制備方法包括以下步驟(I)將所述甲基乙烯基硅橡膠110-8和所述甲基乙烯基硅橡膠110-4S、所述白炭黑、所述乙炔炭黑、所述羥基硅油、所述含氫硅油在捏合機(jī)中混煉，溫度不高于100°c ；(2)然后對所述捏合機(jī)進(jìn)行抽真空，溫度保持在不高于165°C ；(3)接著將所述偶聯(lián)劑KH-560、所述雙2，5硫化劑加入所述捏合機(jī)中，混煉形成團(tuán)狀混合物料；(4)將該團(tuán)狀混合物料移出所述捏合機(jī)，并進(jìn)行冷卻；(5)將冷卻后的團(tuán)狀混合物料在開煉機(jī)上開煉，將混合物料由團(tuán)狀切成片狀；(6)將片狀的混合物料在濾膠機(jī)上過濾純化成條狀，即制得所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽料。在步驟(2)中的抽真空，真空度達(dá)到-O. 065Mpa，抽真空時(shí)間60分鐘。具體實(shí)施時(shí)，在所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層的外面編織銅絲或繞包銅帶，形成所述金屬屏蔽層。具體實(shí)施時(shí)，在所述纜芯的外面擠包一層氯化聚乙烯材料形成所述墊層，在所述墊層的外面擠包一層氯化聚乙烯材料形成所述外護(hù)套。由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)通過采用以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽料，設(shè)計(jì)了以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層+陶瓷化硅橡膠絕緣層+以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層三層同時(shí)擠出的工藝，將陶瓷化硅橡膠作為絕緣層的同時(shí)也作為耐火層，簡化了中壓電纜的結(jié)構(gòu)，使得電纜的外徑更小、重量更輕、制造成本更低；而且電纜耐火時(shí)間更長、耐火溫度更高、不延燃性(阻燃)更好，很好得解決了現(xiàn)有技術(shù)中中壓電纜不能耐火或耐火性能不好的缺點(diǎn)。陶瓷化硅橡膠絕緣耐火層在未遭到火焰燒蝕或低于280°C環(huán)境溫度下，是很柔順的熱固性彈性體；在火焰燒蝕后或高于500°C溫度烘烤后即由高溫催化成類似電工陶瓷狀固體絕緣耐火層，相當(dāng)于石英瓦，很輕、很耐高溫(耐溫高達(dá)1500°C以上)，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，遇到水淋和振動(dòng)等惡劣狀況時(shí)，高溫催化成的堅(jiān)硬保護(hù)層保證中壓電纜具有良好的電氣性能和可靠的耐火性能。


附圖I為本發(fā)明的電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來進(jìn)一步闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。參見圖I所示，一種額定電壓6kV_35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜，包括絞合在一起形成纜芯10的三個(gè)線芯I、包覆在纜芯10外面的墊層3、包覆在墊層3外面的外護(hù)套4，墊層3為聚氯乙烯內(nèi)襯層，外護(hù)套4為聚氯乙烯護(hù)套。在纜芯10中，三個(gè)線芯I沿圓周方向緊靠排列。多個(gè)線芯I之間的中心空隙中填充有無鹵阻燃填充物2，每個(gè)線芯I均包括導(dǎo)體11、包在導(dǎo)體11周向外表面上的以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層12、包在以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層12外面的陶瓷化硅橡膠絕緣層13、包在陶瓷化硅橡膠絕緣層13外面的以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層14、包在以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層14外面的金屬屏蔽層15，金屬屏蔽層15采用銅絲編織層或銅帶繞包層。
以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層12、以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層14采用的半導(dǎo)電屏蔽料的材料組分及按重量計(jì)的含量為甲基乙烯基硅橡膠110-8 60-80份、甲基乙烯基硅橡膠110-4S 40-60份、白炭黑25-35份、乙炔炭黑45-60份、羥基硅油2_4份、含氫硅油O. 4-0. 8份、硅烷偶聯(lián)劑KH-5600. 1-10份、雙2，5硫化劑O. 6-1. O份。該半導(dǎo)電屏蔽料的制備方法包括以下步驟(1)將甲基乙烯基硅橡膠110-8和甲基乙烯基硅橡膠110-4S、白炭黑、乙炔炭黑、羥基硅油、含氫硅油在捏合機(jī)中混煉，溫度不高于100°C ；(2)然后對捏合機(jī)進(jìn)行抽真空，真空度達(dá)到-O. 065Mpa，抽真空時(shí)間60分鐘，溫度保持在不高于165 0C ；(3)接著將偶聯(lián)劑KH-560、雙2，5硫化劑加入捏合機(jī)中，混煉形成團(tuán)狀混合物料；
(4)將該團(tuán)狀混合物料移出捏合機(jī)，并進(jìn)行冷卻；(5)將冷卻后的團(tuán)狀混合物料在開煉機(jī)上開煉，將混合物料由團(tuán)狀切成片狀；(6)將片狀的混合物料在濾膠機(jī)上過濾純化成條狀，過濾去除混合物料中的雜質(zhì)，即制得以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽料。制得的以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽料，以甲基乙烯基硅橡膠110-8和甲基乙烯基硅橡膠110-4S為基料，與陶瓷化硅橡膠的硫化體系相同，使得中壓電纜能夠采用耐火的陶瓷化硅橡膠作為絕緣層，將陶瓷化硅橡膠與以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽料、以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽料一起擠出。在半導(dǎo)電屏蔽料中，通過導(dǎo)電的炭黑的添加，使得屏蔽料具備了一定的導(dǎo)電性能，符合了中壓半導(dǎo)電屏蔽料的性能要求，且各項(xiàng)其它性能符合預(yù)期的設(shè)計(jì)，具體見表I。表I以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽料原材料的性能指標(biāo)序號性能項(xiàng)目令位
IM
I老化前機(jī)械性能1
抗張強(qiáng)度 ΦNW6J
"Τ2斷裂伸長率%190
權(quán)利要求
1.一種額定電壓6kV-35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜，其特征在于包括絞合在一起形成纜芯的多個(gè)線芯、包覆在所述纜芯外面的墊層、包覆在所述墊層外面的外護(hù)套，在所述纜芯中，所述多個(gè)線芯之間的中心空隙中填充有無鹵阻燃填充物，每個(gè)所述線芯均包括導(dǎo)體、包在所述導(dǎo)體周向外表面上的以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層、包在所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層外面的陶瓷化硅橡膠絕緣層、包在所述陶瓷化硅橡膠絕緣層外面的以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層、包在所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層外面的金屬屏蔽層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的額定電壓6kV-35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜，其特征在于所述墊層為聚氯乙烯內(nèi)襯層，所述外護(hù)套為聚氯乙烯護(hù)套，所述線芯的金屬屏蔽層采用銅絲編織層或銅帶繞包層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的額定電壓6kV-35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜，其特征在于所述線芯有三個(gè)，在所述纜芯中，三個(gè)所述線芯沿圓周方向緊靠排列。
4.加工如權(quán)利要求I所述的額定電壓6kV-35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜的工藝方法，包括首先加工出所述線芯，然后將多個(gè)所述線芯絞合成纜，形成所述纜芯，其中在所述多個(gè)線芯之間的中心空隙中填充無鹵阻燃填充物，接著在所述纜芯的外面擠包形成墊層，最后在所述墊層的外面擠包形成外護(hù)套，其特征在于在加工所述線芯時(shí)，先加工出導(dǎo)體，然后在所述導(dǎo)體的外面三層共擠出以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽料、陶瓷化硅橡膠絕緣料、以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽料，控制硫化蒸汽壓力0. 3MPa-l. OMPa,形成所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層、所述陶瓷化硅橡膠絕緣層、所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層，最后在所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層的外面設(shè)置金屬屏蔽層；所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽料或所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽料的材料組分及按重量計(jì)的含量為 甲基乙烯基硅橡膠110-860-80份 甲基乙烯基硅橡膠110-4S40-60份白炭黑25-35份乙炔炭黑45-60份羥基硅油2-4份 含氫娃油0. 4-0. 8份 硅烷偶聯(lián)劑KH-5600. 1-10份 雙2，5硫化劑0. 6-1.0份。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝方法，其特征在于以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽料的制備方法包括以下步驟 (1)將所述甲基乙烯基硅橡膠110-8和所述甲基乙烯基硅橡膠110-4S、所述白炭黑、所述乙炔炭黑、所述羥基硅油、所述含氫硅油在捏合機(jī)中混煉，溫度不高于100°C ； (2)然后對所述捏合機(jī)進(jìn)行抽真空，溫度保持在不高于165°C； (3)接著將所述偶聯(lián)劑KH-560、所述雙2，5硫化劑加入所述捏合機(jī)中，混煉形成團(tuán)狀混合物料； (4)將該團(tuán)狀混合物料移出所述捏合機(jī)，并進(jìn)行冷卻； (5)將冷卻后的團(tuán)狀混合物料在開煉機(jī)上開煉，將混合物料由團(tuán)狀切成片狀；(6)將片狀的混合物料在濾膠機(jī)上過濾純化成條狀，即制得所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工藝方法，其特征在于在步驟(2)中的抽真空，真空度達(dá)到-0. 065Mpa，抽真空時(shí)間60分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝方法，其特征在于在所述以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層的外面編織銅絲或繞包銅帶，形成所述金屬屏蔽層。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工藝方法，其特征在于在所述纜芯的外面擠包一層氯化聚乙烯材料形成所述墊層，在所述墊層的外面擠包一層氯化聚乙烯材料形成所述外護(hù)套。
全文摘要
本發(fā)明公開了額定電壓6kV-35kV陶瓷化硅橡膠絕緣中壓耐火電纜及加工工藝，通過采用以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體或絕緣屏蔽料，設(shè)計(jì)了以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電導(dǎo)體屏蔽層+陶瓷化硅橡膠絕緣層+以硅橡膠為基料的半導(dǎo)電絕緣屏蔽層三層同時(shí)擠出的工藝，將陶瓷化硅橡膠作為絕緣層的同時(shí)也作為耐火層，簡化了中壓電纜的結(jié)構(gòu)，使得電纜的外徑更小、重量更輕、制造成本更低；而且電纜耐火時(shí)間更長、耐火溫度更高、不延燃性(阻燃)更好，很好得解決了現(xiàn)有技術(shù)中中壓電纜不能耐火或耐火性能不好的缺點(diǎn)。
文檔編號H01B9/02GK102760526SQ20121024330
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者張勇, 潘明星, 王昆 申請人:江蘇亨通電力電纜有限公司