КАБЕЛЬ ОДНОЖИЛЬНЫЙ СИЛОВОЙ С ОБОЛОЧКАМИ, НЕ СОДЕРЖАЩИМИ ГАЛОГЕНОВ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к силовым электрическим кабелям, характеризующимся материалом и расположением слоев, включающих не содержащие галогенов оболочки. Данные кабели предназначены для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках при номинальном переменном напряжении 6, 10, 20 и 35 кВ частотой тока 50 Гц, эксплуатируемых в условиях повышенной пожароопасности в соответствии с требованиями по нераспространению горения, исключающими выделение хлористого водорода при горении. Кабели могут быть использованы, например, на тепло- и гидроэлектростанциях, на предприятиях нефтегазового комплекса, на химических предприятиях, при строительстве высотных зданий, в метрополитенах и на ряде других объектов, на которых уделяется повышенное внимание пожаробезопасности.
Уровень техники
Известен кабель, включающий токопроводящую жилу с комбинированной изоляцией, а также защитную оболочку, при этом изоляция жилы выполнена в виде экструдированного сплошного концентричного слоя из композиционного материала, который впоследствии при воздействии высокой температуры превращается в керамику, а полимерная изоляция и защитная оболочка выполнены из полимерной безгалогенной композиции (Патент RU №58777 U1, МПК H01B 7/02, опубликовано 27.11.2006).
Признаки известного кабеля, являющиеся общими с заявленным техническим решением, заключаются в том, что он содержит токопроводящую жилу с изоляцией, а также защитную оболочку, при этом защитная оболочка выполнены из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
Причина, препятствующая получению в известном кабеле заявленного технического результата, заключается в том, что в том, что композиционный материал, из которого выполнена изоляция жилы, при воздействии высокой температуры превращается в керамику.
Наиболее близким из известных технических решений (прототипом) является кабель одножильный силовой огнестойкий с комбинированной изоляцией и оболочками, не содержащими галогенов, который содержит токопроводящую жилу, покрытую комбинированной изоляцией, состоящей из двух последовательно наложенных слоев изоляции, а также внутреннюю оболочку и наружную оболочку, при этом первый слой изоляции жилы выполнен в виде наложенной непосредственно на токопроводящую жилу обмотки из двух слюдосодержащих лент, поверх которой наложен второй слой изоляции, выполненный из полимерного материала, упомянутая внутренняя оболочка выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов, характеризующейся кислородным индексом не менее 42%, а упомянутая наружная оболочка выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов, характеризующейся кислородным индексом не менее 32%, прочностью при разрыве не менее 8 МПа, относительным удлинением при разрыве не менее 125% (Патент RU №161729 U1, МПК H01B 7/295, опубликовано 10.05.2016, Бюл. 13).
Признаки известного кабеля, являющиеся общими с заявленным техническим решением, заключаются в том, что он содержит токопроводящую жилу, изоляцию токопроводящей жилы, внутреннюю оболочку, выполненную из полимерной композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 47%, и внешнюю оболочку, выполненную из полимерной композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 33%.
Причина, препятствующая получению в известном кабеле заявленного технического результата, заключается в отсутствии слоев, обеспечивающих необходимые электрические и механические параметры кабеля (равномерность распределения напряженности электрического поля вокруг кабеля, защита от токов короткого замыкания, механическая прочность кабеля).
Техническая проблема заключается в необходимости расширения арсенала кабелей, сочетающих низкий уровень выделения дыма при горении и тлении кабеля, а также невыделение галогенов в условиях пожара с высокими электрическими и механическими параметрами кабеля (равномерность распределения напряженности электрического поля вокруг кабеля, защита от токов короткого замыкания, механическая прочность).
Раскрытие сущности полезной модели
Технический результат, опосредствующий решение указанной технической проблемы, заключается реализации указанного назначения путем сочетания в конструкции кабеля трех видов свойств:
1) в удовлетворении требованиям ГОСТ Р МЭК 61034-2 по дымовыделению при горении и тлении, а также требованиям по коррозионной активности продуктов дымогазовыделения при горении и тлении (отсутствие галогенов);
2) в повышении равномерности распределения напряженности электрического поля на границе токопроводящей жилы и слоя изоляции, в выравнивании электрического поля в кабеле, в повышении защищенности кабеля от токов короткого замыкания;
3) в повышении защищенности кабеля от механических повреждений.
Достигается технический результат тем, что кабель одножильный силовой с оболочками, не содержащими галогенов, содержит токопроводящую жилу, изоляцию токопроводящей жилы, внутреннюю оболочку, выполненную из полимерной композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 47%, внешнюю оболочку, выполненную из полимерной композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 33%, а также экран токопроводящей жилы, наложенный на токопроводящую жилу и включающий слой из экструдированной электропроводящей сшитой полимерной композиции, поверх которого наложена упомянутая изоляция токопроводящей жилы, выполненная из сшитого полиэтилена, экран изоляции, наложенный поверх изоляции токопроводящей жилы и выполненный из экструдированной электропроводящей сшитой полимерной композиции, защитную обмотку, выполненную из электропроводящей ленты и наложенную поверх экрана изоляции, металлический экран, выполненный из медных проволок и расположенный поверх защитной обмотки.
Отличительные признаки заявленного технического решения заключаются в том, что кабель содержит экран токопроводящей жилы, наложенный на токопроводящую жилу и включающий слой из экструдированной электропроводящей сшитой полимерной композиции, поверх которого наложена упомянутая изоляция токопроводящей жилы, выполненная из сшитого полиэтилена, экран изоляции, наложенный поверх изоляции токопроводящей жилы и выполненный из экструдированной электропроводящей сшитой полимерной композиции, защитную обмотку, выполненную из электропроводящей ленты и наложенную поверх экрана изоляции, а также металлический экран, выполненный из медных проволок и расположенный поверх защитной обмотки.
Осуществление полезной модели
В пределах заявленных патентных прав возможны следующие варианты осуществления полезной модели.
Первый вариант.
Кабель одножильный силовой с оболочками, не содержащими галогенов, содержит токопроводящую жилу и ряд слоев. Токопроводящая жила выполнена круглой в сечении, многопроволочной, предпочтительно соответствующей классу гибкости 2 по ГОСТ 22483-2012. Поверх токопроводящей жилы наложен экран токопроводящей жилы, выполненный либо однослойным из экструдированной электропроводящей сшитой полимерной композиции, либо двухслойным, при этом первый слой выполнен в виде наложенной на жилу синтетической электропроводящей ленты, поверх которой наложен второй слой из упомянутой экструдированной электропроводящей сшитой полимерной композиции. Данный экран предназначен для равномерного распределения напряженности электрического поля на границе токопроводящей жилы и слоя изоляции. Поверх указанного экрана наложена изоляция токопроводящей жилы, выполненная из сшитого полиэтилена. Поверх изоляции токопроводящей жилы наложен экран изоляции, выполненный из экструдированной электропроводящей сшитой полимерной композиции. Экран изоляции предназначен для равномерного распределения напряженности электрического поля между изоляцией и металлическим экраном. Поверх экрана изоляции наложена защитная обмотка, выполненная из электропроводящей ленты, а именно из лент электропроводящей бумаги или электропроводящей полимерной ленты, или электропроводящего нетканого полотна. Данная защитная обмотка предназначена для защиты от механических повреждений экрана изоляции, а также для выравнивания электрического поля в кабеле. Поверх защитной обмотки наложен металлический экран, выполненный из медных проволок, поверх которых спирально наложена медная лента или пасма из медных проволок. Данный металлический экран служит для защиты от токов короткого замыкания. Поверх металлического экрана наложен разделительный слой, выполненный в виде обмотки, состоящей из, по крайней мере, одной стеклоленты с перекрытием не менее 30%. Данный разделительный слой предназначен для предотвращения затекания материала внутренней оболочки между проволоками. Поверх разделительного слоя наложена внутренняя оболочка, выполненная из полимерной композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 47%. Внутренняя оболочка служит для дополнительной механической защиты кабеля. Поверх внутренней оболочки наложен термический барьер из медной или алюминиевой ленты или двух стеклолент, наложенных с перекрытием не менее 30%. Данный термический барьер предназначен для огнезащиты кабеля. Поверх термического барьера наложена наружная оболочка, выполненная из полимерной композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 33%. Наружная оболочка предназначена для защиты кабеля от действия внешней среды.
3
2
Внутренняя и наружная оболочки, как отмечено выше, выполнены из безгалогенных кабельных композиций, характеризующихся увеличенным кислородным индексом. Это увеличение достигается за счет введения в исходный полимер антипиренов-гидроокисей. Промышленное применение получили гидроокиси алюминия Al(OH) и магния Mg(OH) как синтетического, так и природного происхождения. Природный минерал гидроксида алюминия - гиббсит, гидроксида магния - брусит. Механизм антипиренного действия гидроокисей заключается в поглощении большого количества тепла за счет воды при повышении температуры:
3
2
2
Поглощение тепла для Al(OH) составляет 1051 Дж/г, для Mg(OH) - 1316 Дж/г. Процесс потери воды для гидроокиси алюминия начинается при 200°C, а для Mg(OH) - при 340°C.
Поскольку полимеры, не содержащие галогенов, имеют величину кислородного коэффициента порядка 20, то для достижения необходимых более высоких значений этого коэффициента вводят в состав рецептур порядка 150 мас. ч. наполнителя - гидроокиси, на 100 мас. ч. полимера. В переводе в объемные доли соотношение будет таким: объемная доля полимера - 0,6, объемная доля наполнителя - 0,4, т.е. при достаточно равномерном распределении наполнителя будет сохраняться непрерывная фаза полимера. При этом полиэтилен из-за своей высокой кристалличности не может быть использован в качестве базового полимера, так как не может принять столь значительное количество наполнителя. По этой причине базовым полимером для промышленных безгалогенных композиций являются сополимеры этилена: этилен-винилацетат, этилен-акрилатные полимеры, металлоценовые этилен-октен сополимеры и этилен-пропиленовые сополимеры. Кроме того, поскольку безгалогенные композиции имеют гетерогенную структуру, их свойства являются функцией как состава, так и структуры, т.е. зависят от природы поверхности наполнителя. Так, покрытие поверхности наполнителя стеариновой кислотой дает улучшение механических и электроизоляционных свойств композиции, дисперсности наполнителя, вида кривой распределения частиц наполнителя по размерам.
Второй вариант кабеля отличается от первого тем, что у него нет термического барьера, при этом наружная оболочка наложена поверх внутренней оболочки.
Третий вариант кабеля отличается от первого тем, что вместо термического барьера на внутреннюю оболочку наложена броня, выполненная из проволок алюминия или алюминиевого сплава, а поверх брони наложена упомянутая наружная оболочка.
Четвертый вариант кабеля отличается от первого тем, что у него нет разделительного слоя, при этом внутренняя оболочка наложена на металлический экран.
Пятый вариант кабеля отличается от четвертого варианта тем, что у него нет термического барьера, при этом наружная оболочка наложена поверх внутренней оболочки.
Шестой вариант кабеля отличается от четвертого варианта тем, что вместо термического барьера на внутреннюю оболочку наложена броня, выполненная из проволок алюминия или алюминиевого сплава, а поверх брони наложена упомянутая наружная оболочка.
Изготовление кабеля осуществляют следующим образом.
Токопроводящие жилы изготавливают из проволоки, традиционной для электрических кабелей, скрутку элементов кабеля производят на обычном крутильном оборудовании. Наложение экструдированных электропроводящих экранов, изоляции и их сшивка осуществляется на линиях непрерывной вулканизации, а наложение экструдированной внутренней оболочки и наружной оболочки осуществляют на экструзионном оборудовании. Наложение металлического экрана и брони осуществляют на известном крутильном оборудовании, традиционно применяемом в кабельной промышленности.
Наложение обмотки из ленты электропроводящего материала, разделительного слоя, выполненного обмоткой, термического барьера и брони, состоящей из металлических лент, осуществляют на обмоточных машинах, применяемых в кабельной промышленности.
Образцы предлагаемого кабеля силового были испытаны на дымовыделение при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 61034-2-2005 и на коррозионную активность продуктов дымогазовыделения при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 60754-2-99.