一种高性能矿用低烟无卤阻燃电力电缆的制作方法

1.本技术方案属于电缆技术领域，具体是一种高性能矿用低烟无卤阻燃电力电缆。


背景技术：

2.随着矿产资源被源源不断的开发，根据国家安全生产监督管理总局发布的mt818进行生产的常规动力电缆已难以满足现场实际工况需求。
3.当火灾发生时，pvc护套燃烧而产生的氯化氢、一氧化碳、含苯环化合物和炭烟尘，对围困在矿井下的被救人员来说，存在巨大的安全隐患。而且面对竖井井筒或倾角45
°
及以上的井巷内，电缆安装敷设也会对电缆寿命产品较严重的影响。
4.对于pvc护套燃烧产生的问题，可采用无卤、低烟、阻燃类护套材料来制作护套。但在研发、试制以及试用过程中发现如下问题：为保证顺利满足阻燃性能要求并通过成束燃烧试验，需在护套材料中添加过多的阻燃剂，这势必会影响护套其他性能。为了确保该方案的可行性，兼顾各项性能的均衡性，需对电缆结构进行重新设计、调整来解决。
5.对于竖井井筒或倾角45
°
及以上的井巷内敷设电缆带来的缩短电缆寿命问题，因电缆敷设后，在长期运行过程中受到拉伸影响，外护套具有开裂的风险，从而导致电缆护层失去保护意义，需要着重对护套的机械性能、抗开裂进行提升。


技术实现要素：

6.本技术方案主要在mt818基础性能要求的前提下进行发明创新，难点主要是对矿用电力电缆设计新结构，更好应用低烟无卤阻燃护套料，使电缆满足各类性能要求。
7.本技术方案具体是一种高性能矿用低烟无卤阻燃电力电缆，本电缆的外径范围是60～100mm。针对矿用场景的要求，本类电缆的外径有特定要求，在该外径下，为了在确保电缆的基本功能/性能前提下，使电缆具备优异的机械性能，拉伸强度高，断裂伸长率大等特点，整体电缆具备高阻燃性及低烟无卤性能，特采用如下结构。
8.本电缆的结构包括缆芯以及包裹在缆芯外的护套结构。
9.所述护套结构包括自内而外的铠装层、外绕包层和外护套层，铠装层包在缆芯外；
10.所述铠装层是由多根金属丝绕包构成，金属丝绕包的节径比是8～12倍，金属丝铠装总间隙小于1倍金属丝外径，金属丝的直径是4.0～6.0mm；
11.所述外绕包层是由两层非吸湿性带材重叠绕包构成，绕包搭盖率范围为20～30％；
12.所述外护套层是由高拉伸强度、高断裂伸长率、高阻燃低烟无卤聚烯烃护套料挤包构成，外护套层的厚度范围是标称厚度为2.0mm～3.9mm，最薄点厚度不小于标称值的90％；
13.所述缆芯由多根线芯及填充材料绞合构成，缆芯的成缆节径比范围为25～35倍；
14.所述线芯的结构为：由内而外依次为导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层和金属屏蔽层；
15.所述导体是铜导体，铜导体是由裸铜单丝绞合构成，各层单丝绞合节径比范围控制在20～40倍，裸铜单丝直径范围是2.20mm～3.50mm；导体的直径范围8.0mm～25.0mm；
16.所述导体屏蔽层和绝缘屏蔽层都是由环保型过氧化物交联型半导电屏蔽料构成；导体屏蔽层的厚度范围是0.8～1.0mm，绝缘屏蔽层的厚度范围是1.0～1.2mm；
17.所述绝缘层是由交联聚乙烯环保型绝缘料构成；绝缘层的厚度范围是4.5～4.8mm；
18.所述金属屏蔽层是由重叠绕包的软铜带构成；软铜带的厚度不小于0.10mm，重叠绕包的平均搭盖率不小于15％，最小搭盖率不小于5％。
19.进一步改进为：所述护套结构还包括内绕包层和内护套层；缆芯外为内绕包层，内绕包层外为内护套层，内护套层外为铠装层；
20.内绕包层是由两层非吸湿性带材重叠绕包构成，绕包搭盖率范围为20～30％；
21.内护套层是由低烟无卤阻燃聚烯烃材料挤包构成；内护套层的标称厚度范围是2.8～3.0mm，最薄点厚度不小于标称值的90％。
22.优选的：所述填充是非吸湿性聚丙烯网状撕裂纤维。
23.本电缆结构在确保电缆的基本功能/性能前提下，使用低烟无卤阻燃类护套料，使电缆具备优异的机械性能，拉伸强度高，断裂伸长率大等特点，整体电缆具备高阻燃性及低烟无卤性能。
24.铠装层由金属丝构成。金属丝为镀锌钢丝，金属丝有效确保了电缆纵向抗拉力性能。
25.外护套层的护套料是低烟无卤阻燃聚烯烃材料，在火灾时电缆能阻止火焰的蔓延、发烟少以及没有卤素气体释放，外护套材料应电缆运行温度相适应。
26.本电缆：
27.外护套层的特定厚度，使该类护套料用于电缆后具备优异的机械性能，拉伸强度高，断裂伸长率大等特点，另外，由护套料自身的性能特点，使电缆具备高阻燃性及低烟无卤性能。
28.缆芯由铜导体及环保型过氧化物交联型半导电屏蔽料与交联聚乙烯绝缘料制成；均化了导体电场。同时，线芯外重叠绕包金属屏蔽层，也减少了外界产生的电磁场干扰。本电缆的导体采用多层紧压结构，减小导体外径；绝缘厚度均匀，可保证偏心度不大于5％；金属屏蔽电气性能优异，局部放电小，长时间可靠电气保障，很好地保证了电缆本体的重要电气性能指标，满足了电缆长期、可靠、安全运行。
29.内绕包层采用优质的阻燃带，防止绞合制成的缆芯松散，并在一定程度上提升电缆阻燃性能；
30.内护套层采用低烟无卤聚烯烃挤包制成，起到隔绝金属屏蔽层与铠装层作用；
31.铠装层采用较粗粗钢丝铠装，提升整体电缆抗拉强度；
32.外绕包层采用优质的阻燃带，可防止钢丝松散，并提升电缆阻燃性能，防止火焰在电缆上进行蔓延；
33.特定厚度的外护套层采用低烟无卤阻燃聚烯烃材料挤包构成，应对复杂的矿井环境，可提升电缆在矿用领域使用寿命，尽可能避免因灾难发生导致的二次伤害事故。
34.本发明创造的有益效果是：本电缆，提升了外护套机械性能，应对复杂的矿井环
境，延长电缆使用寿命；提升了外护套层的机械性能，避免因因护套破裂而导致电缆失去防护作用；提升电缆阻燃性能，防止因火灾而导致电缆整体烧毁。确保电缆基本功能正常，低烟无卤阻燃聚烯烃材的外护套层也可防止因灾难发生导致的二次伤害事故。
35.基于上述特点，本电缆可应用于竖井井筒或倾角45
°
及以上的井巷内，符合煤矿井下与非煤矿矿井下电气施工电缆建设需求。
附图说明
36.图1是本实施例电缆的径向截面示意图，
37.图中：1、导体；2、导体屏蔽层；3、绝缘层；4、绝缘屏蔽层；5、金属屏蔽层；6、填充材料；7、内绕包层；8、内护套层；9、铠装层；10、外绕包层；11、外护套层。
具体实施方式
38.下面结合具体实施例对本技术方案进一步说明如下：
39.参考图1，一种高性能矿用低烟无卤阻燃电力电缆，电缆的外径范围是60～100mm，电缆的结构包括缆芯以及包裹在缆芯外的护套结构，其特征在于：
40.所述护套结构包括自内而外的铠装层9、外绕包层10和外护套层11，铠装层9包在缆芯外；
41.所述铠装层9是由多根金属丝绕包构成，金属丝绕包的节径比是8～12倍，金属丝铠装总间隙小于1倍金属丝外径，金属丝的直径是4.0～6.0mm；
42.所述外绕包层10是由两层非吸湿性带材重叠绕包构成，绕包搭盖率范围为20～30％；
43.所述外护套层11是由高拉伸强度、高断裂伸长率、高阻燃低烟无卤聚烯烃护套料挤包构成(材料可用临海市亚东特种电缆料厂生产的hw4612-2低烟无卤阻燃料)，外护套层的厚度范围是标称厚度为2.0mm～3.9mm，最薄点厚度不小于标称值的90％；
44.所述缆芯由多根线芯及填充材料6绞合构成，缆芯的成缆节径比范围为25～35倍；
45.所述线芯的结构为：由内而外依次为导体1、导体屏蔽层2、绝缘层3、绝缘屏蔽层4和金属屏蔽层5；
46.所述导体是铜导体，铜导体是由裸铜单丝绞合构成，各层单丝绞合节径比范围控制在20～40倍，裸铜单丝直径范围是2.20mm～3.50mm；导体的直径范围8.0mm～25.0mm；
47.所述导体屏蔽层和绝缘屏蔽层都是由环保型过氧化物交联型半导电屏蔽料构成(本例中，材料分别可用陶氏化学公司的hfda-0587bk、hfda-0693bk过氧化物交联型半导电屏蔽料)；导体屏蔽层的厚度范围是0.8～1.0mm，绝缘屏蔽层的厚度范围是1.0～1.2mm；
48.所述绝缘层是由交联聚乙烯环保型绝缘料构成(本例中，材料可用陶氏化学公司的hfdb-4201过氧化物交联聚乙烯绝缘料)；绝缘层的厚度范围是4.5～4.8mm；
49.所述金属屏蔽层是由重叠绕包的软铜带构成；软铜带的厚度不小于0.10mm，重叠绕包的平均搭盖率不小于15％，最小搭盖率不小于5％。
50.本例中，所述护套结构还包括内绕包层7和内护套层8；缆芯外为内绕包层7，内绕包层7外为内护套层8，内护套层8外为铠装层9；
51.内绕包层是由两层非吸湿性带材重叠绕包构成，绕包搭盖率范围为20～30％；
52.内护套层是由低烟无卤阻燃聚烯烃材料挤包构成(本例中，材料为临海市亚东特种电缆料厂的hw495(b1)低烟无卤阻燃料)；内护套层的标称厚度范围是2.8～3.0mm，最薄点厚度不小于标称值的90％。
53.本例优选：所述填充是非吸湿性聚丙烯网状撕裂纤维。非吸湿性聚丙烯网状撕裂纤维的要求是经100℃
±
2℃，240h老化，不出现脆化现象。
54.以下，以本电缆结构用于8.7/10kv电力电缆为例，进一步说明：
55.所述缆芯由3根线芯构成，缆芯的成缆节径比是25倍；导体的截面积是295mm2；导体中裸铜单丝的绞合节径比是28倍；
56.导体屏蔽层的厚度为0.8mm；绝缘屏蔽层的厚度为1.0mm；绝缘层的厚度为4.5mm。
57.对于线芯+铠装层+外绕包层+外护套层的结构：
58.所述铠装层是由多根金属丝绕包构成，金属丝绕包的节径比是8，金属丝铠装总间隙小于1倍金属丝外径；金属丝的直径是6.0mm；
59.所述外绕包层是由低烟无卤阻燃带绕包构成；低烟无卤阻燃带的厚度是0.2mm，宽度是65mm，两层低烟无卤阻燃带的绕包搭盖宽度都是5～8mm；低烟无卤阻燃带的氧指数是70％以上；
60.所述外护套层的标称厚度为3.8mm。
61.对于线芯+内绕包层+内护套层+铠装层+外绕包层+外护套层的结构：
62.内绕包层是由低烟无卤阻燃带绕包构成；低烟无卤阻燃带的厚度是0.2mm，宽度是65mm，两层低烟无卤阻燃带的绕包搭盖宽度都是5～8mm；低烟无卤阻燃带的氧指数是70％以上。现有技术中，低烟无卤阻燃带是采用玻璃纤维带作为基材，浸渍不含任何卤素的阻燃胶，经固化而成。
63.内护套层的标称厚度为2.8mm；
64.铠装层是由多根金属丝绕包构成，金属丝绕包的节径比是12倍，金属丝铠装总间隙小于1倍金属丝外径；金属丝的直径是4.0mm；
65.外绕包层都是由低烟无卤阻燃带绕包构成；低烟无卤阻燃带的厚度是0.2mm，宽度是65mm，两层低烟无卤阻燃带的绕包搭盖宽度都是5～8mm；低烟无卤阻燃带的氧指数是70％以上；
66.外护套层的标称厚度为3.0mm；
67.电缆整体外径为95.0
±
2mm。
68.以上两种结构中，铠装层的金属丝是镀锌钢丝，它的抗拉强度不小于400n/mm2，伸长率不小于15％，扭转试验次数≥15，铠装层的重量≥270g/m2。
69.对本例的线芯+内绕包层+内护套层+铠装层+外绕包层+外护套层的结构进行检测，电缆的性能包括：
70.(1)系统额定电压uo/u：8.7/10kv、最高工作电压um：12kv；
71.(2)电缆正常运行时导体允许长期工作温度为：90℃；
72.(3)短路时(最长持续时间不超过5秒)，电缆导体允许的最高温度为250℃。
73.(4)局部放电试验指标：1.73u0电压，无任何由被试电缆产生的超过声明试验灵敏度的可检测出的放电(声明试验灵敏度小于5pc，优于国家标准规定的10pc)；
74.(5)绝缘结构尺寸：偏心度(tmax-tmin)/tmax≤5％，tmin≥0.95tn(tn：标称厚度；
tmin、tmax任意同一截面最小厚度、最大厚度)(优于国家标准规定的≤15％要求)；
75.(6)工频耐压试验：施加3.5uo(30.5kv)电压，持续5min绝缘不击穿；
76.(7)绝缘热延伸试验：负载下最大伸长率≤100％(优于国家标准规定的≤175％要求)，冷却后永久伸长率≤5％(优于国家标准规定的≤15％要求)；
77.(9)绝缘微孔、杂质试验：采用超洁净xlpe绝缘材料和先进的无摩擦重力加料系统、高等级绝缘净化系统(100级绝缘加料间)将绝缘杂质、微孔尺寸控制在最佳，显著高于gb/t 22078标准要求；
78.大于0.05mm的微孔：无
79.0.025mm～0.05mm的微孔：≤18个/10cm380.大于0.125mm的不透明杂质：无
81.0.05mm～0.125mm的不透明杂质≤6个/10cm382.大于0.16mm的半透明物：无
83.(10)外护套老化前机械性能：拉伸强度≥15mpa，断裂伸长率≥250％。经老化试验后(试验温度100℃，240h)，其拉伸强度与断裂伸长率的变化率≤
±
25％。