Кабель однофазный безгалогенный с двухслойной бумажной изоляцией

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям силовых кабелей, не распространяющим горение, с пропитанной бумажной изоляцией. Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в сетях на номинальное напряжение 10 и 20 кВ переменного тока частотой 50 Гц. Кабели могут быть использованы в электрических сетях постоянного тока при значениях напряжения в 2,5 раза больше номинального значения напряжения переменного тока.
Полезная модель относится к конструкциям электрических силовых кабелей, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенной пожароопасности, а также в зданиях и сооружениях с массовым пребыванием людей, в том числе в многофункциональных высотных зданиях, зданиях-комплексах и для эксплуатации в сооружениях метрополитенов.
Уровень техники
Наиболее близким аналогом (прототипом) является кабель силовой, содержащий токопроводящие жилы, изоляцию, пропиточный состав, металлическую оболочку и защитный покров, отличающийся тем, что изоляция выполнена из бумаги, покрытой микропористым полимерным слоем (Патент RU № 188123 U1, МПК H01B 9/00, опубликован 29.03.2019).
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в том, что кабель содержит токопроводящие жилы с изоляцией из пропитанной пропиточным составом бумажной основы, покрытой микропористым полимерным слоем, металлическую оболочку. В частных случаях исполнения кабель содержит экран поверх токопроводящей жилы и/или поверх изоляции из электропроводящего материала.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, заключается в выполнении известного кабеля многожильным с характеристиками материала наружной оболочки, не обеспечивающими достаточный уровень надёжности при эксплуатации кабеля в условиях повышенной пожароопасностью.
В заявляемой полезной модели материалом для наружной оболочки и для внутренней оболочки являются полимерные композиции, не содержащие галогенов с указанными характеристиками, обеспечивающие достаточный уровень пожарной безопасности в условиях пожароопасной обстановки.
Раскрытие полезной модели
Техническая задача заключается в разработке кабеля, соответствующего требованиям пожарной безопасности по нераспространению горения при групповой прокладке по категории «А» при длительно-допустимых токовых нагрузках на токопроводящих жилах.
2
Достигается поставленная задача тем, что кабель силовой, с увеличенной длительно допустимой температурой нагрева токопроводящей жилы, не распространяющий горение при групповой прокладке, содержит изоляцию по токопроводящей жиле, выполненную из бумаги, покрытой многослойным микропористым полимерным покрытием с длительно допустимой рабочей температурой не менее 100°С, пропитанной вязким нестекающим диэлектрическим составом с температурой каплепадания не менее 105°С и кинематической вязкостью не более 45 мм/с, металлическую оболочку, внутреннюю и наружную оболочки. При этом, наружная оболочка кабеля выполнена из полимерных композиций не содержащей галогенов с кислородным индексом не менее 39%, оптической плотностью дыма при горении не более 50 Ds.
Токопроводящая жила кабеля может быть медной или алюминиевой или из алюминиевого сплава, однопроволочной или многопроволочной, по токопроводящей жиле дополнительно могут быть наложены экраны по токопроводящей жиле и/или поверх изоляции из электропроводящей кабельной бумаги, металлическая оболочка может быть выполнена из свинца или алюминия или сплавов свинца или алюминия, также металлическая оболочка может быть выполнена двухслойной. Поверх внутренней оболочки может быть наложена броня, а поверх металлической оболочки - термический или огнестойкий барьер.
Технический результат: получение силового кабеля с длительно-допустимыми токовыми нагрузками на токопроводящих жилах, удовлетворяющего требованиям по нераспространению горения при групповой прокладке по категории «А» за счёт совокупности свойств используемых материалов.
2
Применение в конструкции заявляемого силового кабеля изоляции на основе целлюлозной бумаги с многослойным микропористым полимерным покрытием с длительно допустимой рабочей температурой не менее 100°С, пропитанной нестекающим диэлектрическим составом с температурой каплепадания не менее 105°С и с кинематической вязкостью не более 45 мм/с, позволяет обеспечить надёжную изоляцию токопроводящих жил кабеля при повышении нагрева токопроводящих жил до температуры не менее 90°С при длительно-допустимых нагрузках на токопроводящие жилы в течение длительного времени, которые возможно увеличить для силовых кабелей с указанной бумажной изоляцией для кабелей на напряжение 10 кВ и выше - до 15-20%. Применение термостойкой пропитанной кабельной бумаги с указанными характеристиками и с покрытием пленкой из полимерного материала вместо обычной пропитанной бумажной изоляции открывает возможность повышения напряженности электрического поля в изоляции. При этом наличие микропор на поверхности полимерного слоя обеспечивает проникновение пропиточного состава в слой бумаги. То есть, бумажная изоляция с использованием термостойкой бумажной основы, пропитанной вязким нестекающим диэлектрическим составом с указанными характеристиками и полимерного пористого слоя обладает увеличенной электрической прочностью за счёт повышения напряжённости электрического поля, происходит повышение электрического сопротивления изоляции кабеля на напряжение 6 и 10 кВ до 800 МОм/км, следовательно, при использовании данной изоляции исключается пожарная ситуация из-за пробоя изоляции, пробивное напряжение кабеля увеличивается в 1,5-2 раза. Таким образом, бумажная изоляция с указанными характеристиками защищает конструкцию кабеля изнутри, повышая общую пожаробезопасность кабеля, т.к. пожаробезопасность кабеля зависит от материалов, применяемых в конструкции кабеля.
Понятие безгалогенный или "ноль галогенов” - это символ трудной горючести, малодымности, малой токсичности летучих продуктов горения, отсутствия в летучих продуктах токсичного, коррозионно-активного и раздражающего дыхание газа - хлористого водорода и других галоидоводородов.
Пожарная безопасность кабеля обеспечивается также применяемыми материалами оболочек, выполнением требований пожарной безопасности по ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности». Внутренняя и наружная оболочки кабеля выполнены из полимерной композиции, не содержащей галогенов. Наружная оболочка выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов с кислородным индексом не менее 39%, что свидетельствует о негорючести и самозатухаемости применяемого материала. Дымообразующая способность веществ и материалов характеризуется оптической плотностью дыма при горении и тлении образца, значение оптической плотности дыма менее 50 Ds свидетельствует о незначительном дымообразовании полимерных безгалогенных композиций, используемых в наружной оболочке кабеля, что приводит к тому, что дымообразование при горении и тлении кабеля не приводит к снижению светопроницаемости в испытательной камере более чем на 40% (ГОСТ 61034-2).
Металлическая оболочка кабеля также способствует повышению пожаробезопасности кабеля.
Испытания силового кабеля на требования пожарной безопасности показали что: при испытании по ГОСТ IEC 61034-2 на дымообразование при горении и тлении кабелей не приводит к снижению светопроницаемости в испытательной камере более чем на 40%. Значение показателей коррозионной активности продуктов дымо-газовыделения при горении и тлении:
- количество выделяемых газов галогенных кислот в пересчёте на HCl не более 5,0 мг/г;
- Проводимость водного раствора с адсорбированными продуктами дымо- и газовыделения, мкСм/мм, не более 10,0;
- рН не менее 4,3.
Эти данные удовлетворяют требованиям ГОСТ 31565 и определяют данные силовые кабели к классу пожарной опасности П1б.8.1.2.1, П1б8.1.2.2 для прокладки с учётом нагрузки кабелей во внутренних электроустановках, а также в зданиях и сооружениях с массовым пребыванием людей, в том числе в многофункциональных высотных зданиях и зданиях-комплексах.
Внутренняя оболочка кабеля также изготавливается из безгалогенных полимерных композиций и является дополнительной пожарной защитой кабеля в экстремальных условиях пожароопасной ситуации и, кроме того, дополнительно защищает внутреннюю конструкцию кабеля от коррозионно-активных продуктов, следовательно, также является существенным признаком полезной модели.
Все дополнительные элементы конструкции силового кабеля, используемые в частных случаях исполнения кабеля, такие как экраны по токопроводящей жиле и по изоляции (помимо основной функции по выравниванию электрического поля, защищают изоляцию от преждевременного старения, деструкции и пробоя), термобарьер, огнестойкий барьер, броня являются дополнительными средствами, повышающими надёжность эксплуатации кабеля в экстремальной ситуации пожара, т.е. повышают пожаростойкость силового кабеля.
Таким образом, использование в заявленном силовом кабеле пропитанной изоляции, выполненной из бумаги, покрытой микропористым полимерным слоем с длительно допустимой рабочей температурой не менее 100°С, пропитанной вязким нестекающим диэлектрическим составом с указанными характеристиками в сочетании с внутренней и наружной оболочкой кабеля, выполненной из полимерных композиций не содержащих галогенов с указанными характеристиками и металлическая оболочка приводит к получению силового кабеля, обладающего высокими пожаробезопасными показателями и в результате к решению поставленной технической задачи.
Осуществление полезной модели
2
Кабель силовой, не распространяющий горение, на напряжение до 35 кВ содержит изолированную медную или алюминиевую токопроводящую жилу. Токопроводящая жила может быть однопроволочной или многопроволочной. Для изготовления токопроводящей жилы кабеля используют медную или алюминиевую катанку. На токопроводящую жилу силовых кабелей напряжением выше 6 кВ дополнительно может быть наложен экран из электропроводящей кабельной бумаги с электропроводным покрытием на основе технического углерода и связующего для дополнительной защиты от помех. Изоляцию на токопроводящую жилу накладывают методом обмотки. Наложение на токопроводящую жилу бумажной изоляции осуществляют на изолировочной машине. Изоляция выполнена из слоев электроизоляционного композиционного материала, состоящего из бумажной основы и многослойного полимерного покрытия с длительно допустимой рабочей температурой 100°С, с электрической прочностью не менее 80 кВ/мм при переменном напряжении частотой 50 Гц, пропитанную нестекающим диэлектрическим составом с температурой каплепадения не менее 105°С, с кинематической вязкостью не более 45 мм/с на основе электроизоляционного масла, пропитку изоляции осуществляют известным в кабельной промышленности способом. Затем заготовку подвергают сушке. Поверх изоляции токопроводящей жилы может быть наложен полупроводящий экран из электропроводящей кабельной бумаги с электропроводным покрытием на основе технического углерода и связующего. Затем на прессах проводят наложение металлической оболочки из алюминия или его сплавов или свинца или его сплавов или накладывают двухслойную металлическую оболочку, в которой внутренний слой изготавливается из алюминия или его сплавов, а наружный слой - из свинца или его сплавов.
Поверх металлической оболочки может быть дополнительно наложен термический барьер путём обмотки стеклолентой, либо огнестойкий барьер путём обмотки слюдяной лентой на стандартном оборудовании, по стандартной технологии кабельной промышленности. Затем накладывается внутренняя оболочка из полимерной композиции, не содержащей галогенов и, далее на бронемашине на заготовку накладывают броню из двух стальных оцинкованных лент (при её наличии).
Наружную оболочку накладывают из полимерной композиции, не содержащей галогенов с указанными характеристиками. Наложение внутренней оболочки и наружной оболочки производят на экструзионной линии.
Изготавливают кабель путем осуществления соответствующих технологических операций, последовательность которых определяется наличием и порядком расположения слоев материалов.
Конструкция кабеля успешно опробована в условиях производства.