具有梯級釋水降溫結構的防火電纜

《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》是安徽太平洋電纜股份有限公司於2013年12月22日申請的專利，該專專利公布號：CN108922672A，專利公布日：2018年11月30日，發明人是：黃誠、潘樹超。

《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》涉及電纜製造領域，具體涉及一種具有梯級釋水降溫結構的中高壓防火電纜，其包括各自內含導體的纜芯，纜芯外面具有釋水降溫特性的降溫防火層，在降溫防火層外部設有具有釋水降溫特性的降溫隔熱鎧裝擋火層，降溫隔熱鎧裝擋火層的釋水降溫的臨界溫度高於降溫防火層的釋水降溫的臨界溫度；《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》具有梯級釋水降溫結構的中高壓防火電纜，其降溫隔熱鎧裝擋火層和降溫防火層形成梯級釋水降溫效果，大幅度延緩火和熱向內蔓延的速度。

2021年8月16日，《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。

（概述圖為《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：具有梯級釋水降溫結構的防火電纜
• 公布號：CN108922672A
• 公布日：2018年11月30日
• 申請號：2018106332916
• 申請日：2013年12月22日
• 申請人：安徽太平洋電纜股份有限公司
• 地址：安徽省蕪湖市無為縣泥汊鎮渡江工業集中區高新大道西側
• 發明人：黃誠、潘樹超
• Int.Cl.：H01B7/17(2006.01)I、H01B7/29(2006.01)I、H01B7/295(2006.01)I、H01B7/42(2006.01)I、H01B13/00(2006.01)I
• 專利代理機構：北京卓言智慧財產權代理事務所
• 代理人：王茀智、龔清媛
• 類別：發明專利
• 分案原申請：2013107182788 2013.12.22

專利背景

隨著經濟社會的高速發展，建築設施和人口相對密集的城鎮街道、廠礦企業、住宅小區的用戶配電變壓器（變電站）的電壓等級普遍提高到35千伏，遠離城市中心的國家電網與用戶配電變壓器之間及用戶配電網內部均需用35千伏級及以下的電力電纜連線，從而使35千伏級的電纜的需求急劇攀升。由於電力電纜需穿越建築設施和人口相對密集的區域，而這些區域的電力電纜因受複雜自然因素的影響更易發生電力事故，為了使電力事故不會釀成火災，或在遭受火災破壞的情況下不會使電力電纜釀成次生事故，要求電力電纜需具有可靠的防火功能。

截至2013年12月，已有的中高壓防火電纜普遍採用多根銅絲絞合而成的銅芯導體結構，需使用大量的銅，而中國是銅資源極為匱乏的國家，並且由於銅絲易氧化，特別是在高溫作用下會加快氧化速度，而氧化會帶來流通截面的下降，從而導致載流量的下降。為此人們嘗試採用鋁合金替代銅芯導體，其優點如：在確保電纜載流量的同時可使電纜重量減少約30％、成本減少約35％以上，重量的減輕使電纜易於運輸、安裝敷設，同時，因為鋁合金絲在發生氧化時，表面會形成一層薄薄的氧化鋁抗氧層，能很好避免內部繼續氧化，所以有效避免了如銅絲氧化帶來的通流截面下降的問題，提高了電纜載流量的穩定性。但是與銅合金的熔點可達到1000℃以上相比，由於鋁合金的熔點溫度一般不會超過670℃，而防火電纜的國家標準要求包括在750℃的溫度下經受90分鐘的耐火試驗，因此，鋁芯電纜的防火能力不可能達到防火電纜的標準要求，故2013年12月以前的防火電纜都採用銅芯導體。

中國實用新型專利201220048583.1公開了一種採用三層防火結構的波紋管護套防火電纜，第一道防火層採用紫銅波紋管，第二道防火層採用礦物粉泥（耐火土），第三道防火層採用耐高溫雲母帶，由於紫銅波紋管雖然在1000℃以下不能熔化，但能迅速傳熱，第一道防火層僅起到隔離火焰的作用，不能起到隔熱的效果；第二道防火層雖然能能耐高溫，並在陶瓷化過程中能降溫，但由於陶瓷化降溫過程很短，而從紫銅波紋管傳入的高溫是持續的，因此陶瓷化降下的溫度很快被傳入的溫度抵消，而陶瓷化了的耐火土仍然能傳熱，在外界持續高溫的作用下，高溫很快傳入到絕緣層，採用無鹵低煙阻燃聚烯烴的絕緣層雖能阻燃，但在200℃以上的高溫下會產生塑性變形，從而導致絕緣層的絕緣失效。由此可見，2013年12月以前的防火電纜只能採用銅芯導體，不能採用鋁合金導體，另外它不能滿足中高壓電纜的防火標準要求和耐壓等級要求。

發明內容

專利目的

《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的目的在於克服2013年12月以前的技術中的缺陷而提供一種具有梯級釋水降溫結構的防火電纜。

技術方案

《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》包括內含導體11的纜芯1，纜芯1外面包覆有具有釋水降溫特性的降溫防火層2，在降溫防火層2外部設有具有釋水降溫特性的降溫隔熱鎧裝擋火層4，降溫隔熱鎧裝擋火層4的釋水降溫的臨界溫度高於降溫防火層2的釋水降溫的臨界溫度。優選的，所述降溫防火層2採用具有釋水降溫特性的無機化合物擠出填充，其分解釋水降溫的臨界溫度範圍為150℃至250℃。優選的，所述降溫隔熱鎧裝擋火層4採用具有釋水降溫特性的無機化合物連鎖式鎧裝和擠出填充，其分解釋水降溫的臨界溫度為300℃至400℃。優選的，所述降溫防火層2為氫氧化鋁無機化合物。優選的，所述降溫隔熱鎧裝擋火層4為連鎖式鎧裝+氫氧化鎂無機化合物。優選的，所述降溫防火層2的外面繞包有內耐火絕熱層3，內耐火絕熱層3的外面包覆有降溫隔熱鎧裝擋火層4。優選的，所述內耐火絕熱層3採用具有防火特性的無機包帶繞包結構。優選的，所述降溫隔熱鎧裝擋火層4的外面繞包有中耐火絕熱層5，在中耐火絕熱層5外面設有阻燃外護套8。優選的，所述降溫隔熱鎧裝擋火層4的外面包覆有受熱可膨脹性的無機化合物材料形成的絕熱隔火層6。優選的，所述絕熱隔火層6採用鋼絲編織+石墨無機化合物擠包結構；或者採用石墨無機化合物擠包結構。

改善效果

《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》降溫隔熱鎧裝擋火層的釋水降溫的臨界溫度高於降溫防火層的釋水降溫的臨界溫度，形成梯級釋水降溫的效果，大幅度延長火和熱影響到纜芯的時間。

附圖說明

圖1是《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的中高壓防火電纜的第一實施例的橫截面結構示意圖。

圖2是《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的中高壓防火電纜的第二實施例的橫截面結構示意圖。

技術領域

《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》涉及電纜製造領域，尤其涉及一種具有梯級釋水降溫結構的防火電纜。

權利要求

1.《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》特徵在於：其包括內含導體（11）的纜芯 （1），纜芯（1）外面包覆有具有釋水降溫特性的降溫防火層（2），在降溫防火層（2）外部設有 具有釋水降溫特性的降溫隔熱鎧裝擋火層（4），降溫隔熱鎧裝擋火層（4）的釋水降溫的臨界 溫度高於降溫防火層（2）的釋水降溫的臨界溫度。

2.根據權利要求1所述的具有梯級釋水降溫結構的防火電纜，其特徵在於：所述降溫防 火層（2）採用具有釋水降溫特性的無機化合物擠出填充，其分解釋水降溫的臨界溫度範圍 為150℃至250℃。

3.根據權利要求1或2所述的具有梯級釋水降溫結構的防火電纜，其特徵在於：所述降 溫隔熱鎧裝擋火層（4）採用具有釋水降溫特性的無機化合物連鎖式鎧裝和擠出填充，其分 解釋水降溫的臨界溫度為300℃至400℃。

4.根據權利要求2所述的具有梯級釋水降溫結構的防火電纜，其特徵在於：所述降溫防 火層（2）為氫氧化鋁無機化合物。

5.根據權利要求3所述的具有梯級釋水降溫結構的防火電纜，其特徵在於：所述降溫隔 熱鎧裝擋火層（4）為連鎖式鎧裝+氫氧化鎂無機化合物。

6.根據權利要求1所述的具有梯級釋水降溫結構的防火電纜，其特徵在於：所述降溫防 火層（2）的外面繞包有內耐火絕熱層（3），內耐火絕熱層（3）的外面包覆有降溫隔熱鎧裝擋 火層（4）。

7.根據權利要求6所述的具有梯級釋水降溫結構的防火電纜，其特徵在於：所述內耐火 絕熱層（3）採用具有防火特性的無機包帶繞包結構。

8.根據權利要求1所述的具有梯級釋水降溫結構的防火電纜，其特徵在於：所述降溫隔 熱鎧裝擋火層（4）的外面繞包有中耐火絕熱層（5），在中耐火絕熱層（5）外面設有阻燃外護 套（8）。

9.根據權利要求1所述的具有梯級釋水降溫結構的防火電纜，其特徵在於：所述降溫隔 熱鎧裝擋火層（4）的外面包覆有受熱可膨脹性的無機化合物材料形成的絕熱隔火層（6）。

10.根據權利要求9所述的具有梯級釋水降溫結構的防火電纜，其特徵在於：所述絕熱 隔火層（6）採用鋼絲編織+石墨無機化合物擠包結構；或者採用石墨無機化合物擠包結構。

實施方式

圖1、2分別是《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的中高壓防火電纜的第一、第二實施例的橫截面結構示意圖，其中2-降溫防火層；3-內耐火絕熱層；4-降溫隔熱鎧裝擋火層；5-中耐火絕熱層；6-絕熱隔火層；7-外耐火絕熱層；8-阻燃外護套。兩個實施例的區別在於構成纜芯1的結構不同，在圖1中：1-纜芯，從內到外依次包括導體11、導體禁止層12、共擠絕緣層13、絕緣禁止層14和金屬禁止層15；在圖2中：1-纜芯，從內到外依次包括導體11、絕緣層10和金屬禁止層15。第一實施例可適用於中高壓電壓等級，第二實施例僅適用於低於35千伏電壓等級。圖1和圖2所示的《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的中高壓防火電纜以3根纜芯1為例，纜芯1根據其耐壓等級的要求不同其結構可以不同，一種優選的結構如圖1所示的第一實施例，每個纜芯1包括導體11、擠包在導體11外面的導體禁止層12、擠包在導體禁止層12外面的共擠絕緣層13、擠包在共擠絕緣層13外面的絕緣禁止層14和繞包在絕緣禁止層14外面的金屬禁止層15。另一種優選的結構如圖2所示的第二實施例，其結構為：所述的每個纜芯1包括導體11、擠包在導體11外面的絕緣層10和繞包在絕緣層10外面的金屬禁止層15。為了確保全全等級，纜芯1的絕緣層10或共擠絕緣層13可採用具有防火功能的材料，如聚烯烴或者輻照聚烯烴，以使其在200℃以下仍能保持良好的絕緣性能。圖1所示的第一實施例與圖2所示的第二實施例相比，雖然纜芯1的結構不同，由此而形成中高壓防火電纜的電壓等級不同，但由於纜芯1外面的防火結構是相同的，在由纜芯1合成的總纜外面都還包括降溫防火層2、內耐火絕熱層3、降溫隔熱鎧裝擋火層4、中耐火絕熱層5、絕熱隔火層6、外耐火絕熱層7和阻燃外護套8。因此，它們的防火性能是相同的。《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》是在由各電纜纜芯合成的總纜的外面由內至外依次增加三套分別為防火、擋火、阻火的結構，並且在三種結構中分別採用不同的無機礦物材料作為包帶，以抵抗火焰的侵蝕，保護電纜的絕緣線芯在火焰下也能正常工作，尤其是使鋁合金導體的電纜能經受住防火電纜國家標準、國外先進標準規定的耐火試驗要求，達到電纜防火的目的。《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》特別適合在中高壓電纜的防火性能上使用。具體地說：首先，將降溫防火層2包覆在各纜芯1的外面，所述降溫防火層2採用擠出結構，即採用擠出工藝在由多根纜芯1合股而成的總纜（製備過程中的電纜雛形）外面擠出並包覆防火材料形成的結構層，它具有降溫、隔熱、防火的功能。降溫防火層2的材料優先採用氫氧化鋁無機化合物，氫氧化鋁無機化合物是一種以氫氧化鋁Al（OH）3為主要材料的無機化合物，它藉助氫氧化鋁在200℃時分解釋放出結晶水的化學反應過程中吸收熱量1.96kj/g的特性，以達到降低降溫防火層2表面的溫度，同時它生成的水蒸氣，會稀釋可燃性氣體，起到阻燃防火作用，此外該化學反應過程還能捕捉有害氣體、抑制煙霧，具有減少有害和有毒氣體排放的功能，而氫氧化鋁分解時不產生有毒氣體，也不產生腐蝕性燃燒產物。所述的降溫防火層2優先採用氫氧化鋁無機化合物擠出結構，當然該填充結構不排除採用其它具有降溫、隔熱功能的材料，通過它的降溫、隔熱的功能，將傳入到電纜內部的熱再次降溫，確保纜芯1上的溫度保持安全。降溫防火層2的材料的燃燒臨界溫度在150℃至250℃，優選為200℃，因為此燃燒臨界溫度與纜芯1的絕緣層10、共擠絕緣層13的聚烯烴的耐火溫度相匹配。

接著，在降溫防火層2的外面繞包有所述的內耐火絕熱層3，它是採用耐高溫的礦物材料和繞包工藝形成的結構層，通過它來增強降溫防火層2的結構強度。內耐火絕熱層3優選採用無機阻燃帶繞包結構，能在氫氧化鋁分解釋放出結晶水的化學反應過程中及化學反應過程後，都能使降溫防火層2保持理想的結構強度。當然，不排除採用其他絕熱礦物材料。然後在內耐火絕熱層3的外面包覆所述的降溫隔熱鎧裝擋火層4，它是採用鎧裝+擠出的複合工藝形成的複合結構層，先做聯鎖鎧裝，然後擠出、填充。所謂擠出的工藝與擠包工藝類同，與擠包工藝不同的是結構層的成型不是由擠包實現的，而是由鎧裝的，因此，降溫隔熱鎧裝擋火層4在結構上是一種鎧裝+擠出的複合結構層，並且鎧裝的金屬材料與擠出的防火材料之間形成密不可分的複合層結構。降溫隔熱鎧裝擋火層4不僅具有鎧裝的功能，而且還具有降溫、隔熱、防火的功能。降溫隔熱鎧裝擋火層4的鎧裝結構優選聯鎖式鎧裝結構，因為它不僅可兼容填充防火材料，而且其鎧裝工藝能與擠出工藝組合匹配，此外，聯鎖式鎧裝結構能分散電纜的側壓力，能保證電纜在遭受彎曲、擠壓、扭轉等變形時，纜芯1和護套之間的相對位置保持不變，不會產生短路等影響電氣性能的問題。聯鎖式鎧裝結構採用金屬材料，如不鏽鋼，它能具有很高的耐溫彈性，如牌號為SUS314的不鏽鋼的耐溫可達1250℃。降溫隔熱鎧裝擋火層4的防火材料優選採用氫氧化鎂無機化合物，它是一種以氫氧化鎂Mg（OH）2為主要材料的無機化合物（簡稱B類無機化合物）。藉助氫氧化鎂在350℃時開始分解釋放出結晶水的特性，能有效起到釋水降溫的效果。另外通過化學反應燒結成固體的氧化鎂MgO，能有效起到隔熱防火的效果。降溫隔熱鎧裝擋火層4的防火材料不排除選用其它無機化合物，但它需具有釋水降溫的特性和燒結體具有隔熱的特點，其釋水降溫的臨界溫度範圍在300℃至400℃之間，優選300℃，以形成與降溫防火層2的釋水降溫的臨界溫度相差約150℃的梯級，使處於中間的降溫隔熱鎧裝擋火層4能在較高的溫度下開始降溫，以延長火和熱影響到降溫防火層2的時間。《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的降溫隔熱鎧裝擋火層4優選採用聯鎖式鎧裝+氫氧化鎂無機化合物擠出填充結構，它不僅具有降溫、隔熱、防火的強大功能，而且還具有在900℃以下仍能使電纜的鎧裝保持足夠的機械強度，因此，它具有極好的擋火層鎧裝性能。

接著，在降溫隔熱鎧裝擋火層4的外面繞包中耐火絕熱層5，它是採用耐高溫的礦物材料和繞包工藝形成的結構層，通過它來增強中耐火絕熱層5和絕熱隔火層6的結構強度。中耐火絕熱層5採用礦物絕緣材料，優選採用無機阻燃帶繞包結構，能在氫氧化鎂Mg（OH）2通過化學反應燒結成固體的氧化鎂MgO的化學反應過程中及化學反應過程後，都能使中耐火絕熱層5和絕熱隔火層6形成具有理想強度的層結構。在中耐火絕熱層5的外面包覆絕熱隔火層6，它具有阻止火向電纜中心蔓延和阻隔熱傳入電纜中心的功能。絕熱隔火層6的結構可有兩種方案：第一種優選方案是，所述的絕熱隔火層6採用鋼絲編織+防火材料無機化合物擠包結構，它是一種採用編織+擠出的複合工藝形成的複合結構層，這裡複合工藝是指在中耐火絕熱層5外面形成鋼絲編織物的同時，通過擠包的方法包覆無機化合物的工藝，因此它使鋼絲編織物與擠包的防火材料之間形成了密不可分的複合層結構；第二種優選方案是僅採用防火材料無機化合物擠包結構，在同時採用中耐火絕熱層5和外耐火絕熱層7的情況下，第二種優選方案仍具有實用價值。防火材料優選石墨無機化合物，所述的石墨無機化合物為可膨脹性石墨的無機化合物材料，它受熱達到一定溫度時便開始膨脹，膨脹體積可以達到初始時的200倍以上，形成了一個非常好的絕熱層，能起到極好的阻火、隔熱和防止火焰衝擊的效果，能有效阻斷火和熱向電纜中心擴散。也就是說，所述的第一種優選的結構方案是，所述的絕熱隔火層6採用鋼絲編織+石墨無機化合物擠包結構；所述的第二種優選的結構方案是，所述的絕熱隔火層6採用石墨無機化合物擠包結構。在絕熱隔火層6的外面繞包所述的外耐火絕熱層7，它是採用耐高溫的礦物材料和繞包工藝形成的結構層，通過它來阻隔火焰直接燃燒絕熱隔火層6，減小火焰對絕熱隔火層6燒蝕破壞的程度。外耐火無機阻燃層7優選採用無機阻燃帶繞包結構，能在電纜外面形成耐高溫破壞的保護層。最後，將所述的阻燃外護套8擠包在外耐火絕熱層7的外面，它具有阻燃、隔火的功能。阻燃外護套8採用聚烯烴擠包結構，它與外耐火絕熱層7一起，在電纜外面形成耐燒蝕、耐高溫破壞的保護層，能有效延長火和熱衝擊到絕熱隔火層6的時間。

《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的中高壓防火電纜的結構的優點在於：最外層的防火層採用阻燃外護套8+外耐火絕熱層7+絕熱隔火層6的結構，通過該結構可阻斷火焰直接衝擊中間的擋火層，同時隔斷熱量傳導到中間的擋火層，大幅度延長火和熱影響到中間擋火層的時間；中間的擋火層採用降溫隔熱鎧裝擋火層4+中耐火絕熱層5的結構，通過該結構可在繼續隔斷熱量傳導到內部的阻火層的同時，還可降溫，以進一步延長火和熱影響到內部的阻火層的時間；內部的阻火層採用降溫防火層2+內耐火絕熱層3的結構，通過該結構可在繼續隔斷熱量傳導到纜芯1的同時，還可降溫，以進一步延長火和熱影響到纜芯1的時間；纜芯1的耐溫與降溫防火層2的釋水降溫的優選匹配溫度為200℃，中間的擋火層的降溫隔熱鎧裝擋火層4的釋水降溫的臨界溫度高於降溫防火層2的釋水降溫的臨界溫度，優選為350℃，形成梯級釋水降溫的效果，以大幅度延長火和熱影響到纜芯1的時間，實現在750℃的溫度下經受90至180分鐘耐火試驗後的纜芯1的溫升不超過200℃的效果。

由此可見，《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的防火結構的設計合理，它不僅可適用於中高壓鋁芯防火電纜，同樣適用於中壓銅芯防火電纜。下面進一步說明《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》的中高壓防火電纜的製備方法，它包括以下工藝步驟。步驟1：採用鋁芯製備工藝，形成單根纜芯1，其中包括步驟a.採用導體製備工藝，成型導體11；步驟b.用三層共擠工藝在導體11的外面由內向外地成型導體禁止層12、共擠絕緣層13和絕緣禁止層14，或用單層擠包成型工藝在導體11的外面成型絕緣層10；步驟c.採用繞包工藝在絕緣禁止層14或絕緣層10外面成型金屬禁止層15。步驟2：在前述步驟的基礎上，將多根纜芯1合股成總纜，並用擠出工藝在總纜外面包覆氧氧化鋁無機化合物，形成降溫防火層2。步驟3：在前述步驟的基礎上，採用繞包工藝在降溫防火層2外面繞包無機阻燃帶，形成內耐火絕熱層3。步驟4：在前述步驟的基礎上，採用鎧裝+擠出的第一複合工藝，在內耐火絕熱層3外面進行聯鎖式鎧裝，同時填充氫氧化鎂無機化合物，形成降溫隔熱鎧裝擋火層4。步驟5：在前述步驟的基礎上，採用繞包工藝在降溫隔熱鎧裝擋火層4外面繞包無機阻燃帶，形成中耐火絕熱層5。步驟6.：在前述步驟的基礎上，採用編織+擠出的第二複合工藝，在中耐火絕熱層5外面形成鋼絲編織物，同時填充石墨無機化合物擠，形成絕熱隔火層6。步驟7：在前述步驟的基礎上，採用繞包工藝在絕熱隔火層6外面繞包無機阻燃帶，形成外耐火絕熱層7。步驟8：在前述步驟的基礎上，採用擠包成型工藝在外耐火絕熱層7外面擠包成型阻燃外護套8，形成中高壓防火電纜。

榮譽表彰

2021年8月16日，《具有梯級釋水降溫結構的防火電纜》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。