КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям электрических кабелей с защитными покровами на основе волокнистых материалов (кабельной пряжи, тканевой ленты и др.), применяемых для передачи электрической энергии, телефонной связи, для электрических установок и цепей железнодорожной сигнализации, систем пожарной и охранной сигнализации и автоматики, для неподвижного присоединения к электрическим приборам и аппаратам.
Известна конструкция электрического кабеля по патенту РФ №61462, опубликованному 27.02.07 г. с защитным покровом на основе кабельной пряжи из лубяных или смесевых волокон, пропитанной раствором антисептика в нефтепродуктах.
Основной недостаток защитного покрова на основе кабельной пряжи заключается в слабой адгезии между витками пряжи и возможном оголении брони кабеля при его прокладке на извилистых участках магистрали.
В связи с этим использование кабеля по патенту №61462 ограничено условиями его прокладки.
Известна также конструкция электрического кабеля-аналога с защитными покровами на основе тканевой ленты (Барнес С. Силовые кабели. Москва, «Энергия», 1971 г.), изображенная на фиг., состоящая из медных или
алюминиевых токопроводящих жил 1, изоляции жил 2, заполнения междуфазных промежутков 3, поясной изоляции 4, токопроводящего экрана 5, герметичной оболочки 6 и защитных покровов, включающих защитную подушку 7, броню 8 из стальных лент или стальной проволоки и наружный защитный покров 9. Преимущество тканевой ленты перед кабельной пряжей заключается в обеспечении сплошности и монолитности защитного покрова в процессе изгиба кабеля. Защитная подушка и наружный защитный покров могут быть выполнены на основе пропитанной тканевой ленты из растительных волокон, например, из ленты битуминированной марки ЛБ по ТУ 16-91426.0052.006, год ввода 1992, г. Петропавловск, республика Казахстан. Данную ленту получают из льняной упаковочной ткани путем пропитки ее битумным компаундом, охлаждения и резки на ленты. Основные характеристики ленты ЛБ приведены в таблице 1. Лента ЛБ имеет повышенную толщину битумного слоя и липкость, что существенно затрудняет ее использование в защитных покровах электрических кабелей.
В защитных покровах кабелей может быть использован битумсодержащий материал марки МБа-50 по ТУ 84-07509103.414-94, год ввода 1994, Россия, и патенту №2083624, Россия. Данный материал получают путем пропитки льняной упаковочной ткани раствором битумно-полимерной композиции в органическом растворителе (нефрасе), термообработки материала до полного удаления растворителя, охлаждения и резки материала на ленты. Основные характеристики ленты МБа-50 приведены в таблице 1.
Недостатки ленты МБа-50:
- повышенная пожаро- и взрывоопасность при производстве данной ленты;
- повышенная экологическая опасность за счет значительных выбросов в атмосферу паров растворителя;
- высокие трудо- и энергозатраты при низкой производительности;
- повышенная липкость и нестабильность характеристик;
- низкая технологичность;
- низкая грибостойкость;
- наличие значительных отходов при резке материала на ленты;
- высокая стоимость.
Защитные покровы из лент ЛБ и МБа-50 получают путем их наложения на кабель поверх герметичной оболочки и стальной брони по спирали сплошным рукавом и пропитки их битумом. Данные защитные покровы имеют очень низкое качество и высокую стоимость, поэтому ленты ЛБ и МБа-50 в настоящее время не используются в кабельном производстве.
Ближайшим по своим параметрам к полезной модели является электрический кабель по Британскому стандарту BS 6480-88, год ввода 1989, Англия, с защитными покровами на основе тканевой ленты. В защитных покровах электрического кабеля по прототипу используется тканевая лента типа ВТ6 английской компании Lindsay & Willians Limited из растительных волокон, пропитанная битумным компаундом с антисептиком - нафтенатом меди. Основные характеристики ленты ВТ6 приведены в таблице 1, характеристики защитного покрова кабеля на основе ленты ВТ6 - в таблице 2. Защитные покровы кабеля по прототипу на основе ленты ВТ6 имеют
повышенную грибостойкость по сравнению с аналогами.
Технология изготовления ленты ВТ6 заключается в следующем. Исходную ткань из растительных волокон пропитывают битумным компаундом с антисептиком на специальной пропиточной машине. Полотно ткани разматывается из рулона и пропускается через ванну с пропиточным составом, имеющим температуру (140÷160)°С. Далее полотно проходит через отжимное устройство для удаления излишков пропиточного состава и камеру охлаждения. Охлажденное полотно режется на ленты определенной ширины, которые наматываются на бумажные или пластиковые втулки в рулоны.
Защитный покров кабеля по прототипу получают путем наложения двух слоев ленты ВТ6 с перекрытием поверх герметичной оболочки и стальной брони по спирали сплошным рукавом и пропитки ее битумом.
Недостатки прототипа:
- повышенная коррозионная активность защитных покровов;
- пониженная морозостойкость и долговечность защитных покровов кабеля и, как следствие, существенные ограничения по температуре и другим условиям его эксплуатации;
- повышенное загрязнение оборудования, производственных и складских помещений, окружающей среды токсичным антисептиком;
- пониженные технологичность и качество;
- повышенные расход и стоимость.
Все эти недостатки прототипа существенно снижают качество, надежность, долговечность, технологичность и экологическую безопасность
электрических кабелей с защитными покровами на основе тканевой ленты ВТ6.
Технической задачей полезной модели является разработка электрического кабеля с защитными покровами на основе тканевой ленты из растительных или смесевых волокон, пропитанной раствором антисептика в нефтепродуктах, не уступающего прототипу по основным эксплуатационным характеристикам, но более надежного, долговечного, экологически безопасного, с большим диапазоном по температурным условиям эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в качестве антисептика пропитанная тканевая лента в защитном покрове кабеля содержит состав биокоррозионнозащитный кабельный марки АСКМ-1 - продукт взаимодействия ненасыщенных жирных кислот с триэтаноламином, или марки АСКМ-1А - продукт взаимодействия ароматических углеводородов с изобутиленом.
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие защитного покрова на основе тканевой ленты из растительных волокон, пропитанной раствором антисептика в нефтепродуктах. В то же время предложенный электрический кабель отличается от известного использованием нового вида антисептика при пропитке ленты.
Преимущества нового электрического кабеля:
- повышенная биостойкость, коррозионностойкость и надежность;
- повышенное качество и долговечность;
- повышенный температурный диапазон эксплуатации;
- повышенная технологичность, культура производства и экологическая безопасность;
- пониженная себестоимость;
- хороший внешний вид.
Тканевая лента для защитных покровов может быть изготовлена из органических или минеральных волокон. Ограничения на выбор состава волокон и конструкции тканевой ленты накладывают марка и назначение электрического кабеля, условия его эксплуатации, характеристики ленты: прочность и долговечность, пропитываемость, стоимость и т.д., технологические параметры изготовления ленты и защитных покровов кабеля.
Всем этим требованиям отвечает тканевая ячеистая лента из одно- или двуниточной пряжи из растительных (пенька, лен, джут, кенаф, хлопок, сизаль и т.д.) или смесевых (с добавками синтетических) волокон линейной плотностью (200÷400) текс. Использование других материалов для тканевой ленты ухудшает ее технологичность и качество, увеличивает стоимость.
Наивысшее качество и эффективность электрического кабеля достигается за счет использования тканевой ленты из джутовых волокон полотняного переплетения с усиленными кромками и полиамидной закраечной нитью при соотношении количества нитей по основе и утку на единицу длины, равном 0,6÷1,3, которая имеет достаточно высокую прочность, в том числе во влажном состоянии, морозостойкость, биостойкость, влагостойкость, износостойкость, термостойкость, достаточно высокую пористость, необходимую для качественной пропитки, высокую технологичность, хороший
внешний вид и низкую стоимость.
В качестве нефтепродукта для пропитки тканевой ленты могут быть использованы керосин, дизельное топливо, полугудрон, минеральные масла, их смеси и отработанные масла после их очистки и обезвоживания. Жидкие нефтепродукты могут быть загущены твердыми углеводородами (церезин, парафин, полиэтиленовый воск и др.). Ограничения на выбор нефтепродукта для пропитки тканевой ленты накладывают растворимость в нем антисептика, морозостойкость, вязкость, летучесть, кислотность, коррозионная активность, совместимость со всеми элементами защитного покрова, токсичность, стоимость. Для ускорения и облегчения процесса пропитки тканевой ленты нефтепродукт должен иметь условную вязкость не более 12 с по вискозиметру В3-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре не более 80°С.
При этом за характеристику вязкости нефтепродукта принята условная вязкость, определяемая в соответствии с ГОСТ 8420-74, год ввода 1976, с замером времени непрерывного истечения в секундах определенного объема нефтепродукта через калибровочное сопло вискозиметра.
Нефтепродукт должен иметь минимальную летучесть при температуре до 80°С, морозостойкость до минус 40°С, должен быть недорогим, нейтральным (рН≈7), нетоксичным, без резкого запаха, должен хорошо растворять антисептик, не изменяя его свойств.
В наибольшей степени всем этим требованиям соответствует трансформаторное масло до и после отработки. Условная вязкость трансформаторного масла составляет не более 12 с при температуре (20±0,5)°С,
поэтому при пропитке тканевой ленты раствор антисептика в трансформаторном масле достаточно нагревать до температуры не более 60°С. Использование трансформаторного масла для пропитки тканевой ленты позволяет существенно снизить содержание пропиточного состава в ленте и повысить ее технологичность и качество, а также качество электрического кабеля.
Для придания тканевой ленте и защитным покровам кабеля грибостойкости в пропиточный состав вводится антисептик. Ограничения на выбор антисептика накладывают его степень антимикробной и антигрибковой защиты ленты и защитных покровов кабеля, совместимость с нефтепродуктом (растворимость), токсичность, стойкость к вымыванию в воде, химическая нейтральность по отношению ко всем материалам электрического кабеля, морозостойкость, вязкость, стоимость. Антисептик должен обеспечивать грибостойкость пропитанной тканевой ленты. При этом степень биологического обрастания грибами ленты не должна превышать двух баллов по ГОСТ 9.048-89, год ввода 1990. Антисептик не должен вызывать или поддерживать коррозию металлической оболочки кабеля и стальной брони.
Исследованиями Центрального института кабельной промышленности ОАО «ВНИИ КП» установлено, что наиболее известный антисептик, нафтенат меди, используемый при пропитке защитных материалов из натуральных волокон, при определенных условиях (повышенная влажность, морской туман и т.д.) может вызывать или усиливать коррозию цветных и черных металлов, поэтому применение данного антисептика для пропитки волокнистых материалов, используемых в защитных покровах кабелей поверх
стальной брони и подушке, запрещено Решением Ассоциации «Электрокабель» и Госстандарта России от 01.07.98 г. Изменением №5 от 06.11.2002 г. нафтенат меди выведен из ГОСТ 7006-72 на покровы защитные кабелей и заменен безметальным антисептиком АС-2 щелочного типа. Нафтенат меди является высокотоксичным и дорогостоящим продуктом, который не производится в России. Нафтенат меди выпадает в осадок при длительном хранении и использовании пропиточного состава, существенно увеличивает его вязкость, снижает морозостойкость защитных покровов кабеля. Нафтенат меди хорошо вымывается водой, поэтому является экологически опасным продуктом, загрязняющим окружающую среду. По этим причинам нафтенат меди не может быть использован в новой конструкции электрического кабеля.
Существуют также безметальные антисептики щелочного типа, представляющие собой продукты взаимодействия производных амина с жирными или смоляными кислотами или их кубовыми остатками, к которым относятся антисептики АС-2 по ТУ 2416-007-05773103-98 и АСК-1 по ТУ 84-07509103.489-98, год ввода 1998, Россия. Данные антисептики не вызывают и не поддерживают коррозию металлов в любых условиях.
Антисептик АС-2 представляет собой продукт взаимодействия полиэтиленполиамина с талловым пеком.
Недостатки антисептика АС-2:
- растворимость в жидких нефтепродуктах только при повышенных температурах (до 130°С) и выпадение в осадок при остывании пропиточного состава;
- пониженная морозостойкость пропитанной тканевой ленты и защитных покровов кабеля;
- высокая вязкость пропиточного состава;
- низкая технологичность.
Антисептический состав АСК-1 представляет собой продукт взаимодействия вещества «Лапромол 294» с кубовым остатком синтетических жирных кислот. Данный антисептик частично растворяется в жидких нефтепродуктах (нефрасе) при температуре более 20°С, обладает защитными антикоррозионными свойствами.
Недостатки антисептика АСК-1:
- пониженная грибостойкость пропитанных волокнистых материалов и защитных покровов кабелей на их основе;
- нестабильность основных характеристик (вязкости, растворимости в жидких нефтепродуктах), обусловленная завышенным содержанием примесей (неомыляемых веществ и смолистых продуктов конденсации и полимеризации) в кубовом остатке синтетических жирных кислот;
- наличие осадка в пропиточном составе;
- повышенная вязкость пропиточного состава;
- пониженная морозостойкость пропитанной тканевой ленты и защитных покровов кабелей.
По этим причинам антисептики АС-2 и АСК-1 могут быть использованы для пропитки защитных волокнистых материалов только в ограниченных количествах.
Авторами полезной модели разработан безметальный антисептик щелочного типа (состав биокоррозионнозащитный кабельный АСКМ-1 по ТУ 2439-006-50289046-2003, год ввода 2003, Россия), лишенный недостатков, присущих антисептикам АС-2 и АСК-1. Состав АСКМ-1 является продуктом взаимодействия триэтаноламина с ненасыщенными жирными кислотами (олеиновая, пальмитиновая, линолевая, линоленовая) или их смесями. Данный антисептик является жидким продуктом, хорошо совмещается и растворяется без осадка во всех нефтепродуктах, включая минеральные масла, полугудрон, керосин, дизельное топливо и битумы, технологичен, не растворяется в воде. Благодаря высокому показателю общей щелочности и содержанию природных растительных фунгицидов, антисептик АСКМ-1 обладает достаточными антимикробными и антигрибковыми свойствами. Антисептик достаточно морозостоек. Установлено также, что антисептик АСКМ-1 является активным ингибитором коррозии черных и цветных металлов. Антисептик изготавливается из недефицитного и недорогого отечественного сырья.
Большинство антисептиков аминного типа, включая АСКМ-1, относятся к умеренно опасным веществам 3 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76, год ввода 1978.
В наибольшей степени перечисленным выше требованиям к антисептику для пропитки тканевой ленты удовлетворяют продукты взаимодействия ароматических углеводородов (фенол, орто-крезол, мета-крезол, пара-крезол) с изобутиленом. Из них наиболее изученным и эффективным
продуктом является состав биокоррозионнозащитный кабельный АСКМ-1А по ТУ 2439-006-50289046-2003, разработанный авторами полезной модели. Состав АСКМ-1А - малоопасный порошкообразный продукт 4 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Данный антисептик в небольших дозах обеспечивает надежную и длительную защиту пропитанных волокнистых материалов от гниения, не вымывается в воде, хорошо растворяется в нефтепродуктах и дополнительно предохраняет пропитанную тканевую ленту и защитные покровы кабеля от окисления, а также металлическую оболочку и стальную броню кабеля от коррозии. Антисептик АСКМ-1А, растворенный в трансформаторном масле, глубоко проникает в волокна ткани. При этом существенно снижается содержание пропиточного состава в тканевой ленте. Лента становится более сухой, технологичной, с хорошим внешним видом. Существенно увеличивается морозостойкость и грибостойкость пропитанной тканевой ленты и защитных покровов кабелей.
По данным ОАО «Камкабель» электрический кабель с защитным покровом на основе ленты кабельной пропитанной марки ЛКПТ по ТУ 3491-001-50289046-2002, год ввода 2002, Россия, пропитанной раствором антисептика АСКМ-1А в трансформаторном масле (разработка авторов полезной модели), получается высокого качества. Пропитка ленты ЛКПТ раствором антисептика АСКМ-1А в трансформаторном масле проводится методом окунания рулонов ленты в емкость с пропиточным составом, имеющим температуру (40÷60)°С, с последующим отжимом на центрифуге.
Технология изготовления электрического кабеля с тканевой лентой ЛКПТ аналогична технологии изготовления кабеля по прототипу.
Качество, надежность, ресурс, технологичность и экологическая безопасность электрических кабелей при прочих равных условиях зависят от качества, технологичности и долговечности защитных покровов на основе пропитанной тканевой ленты, которые, в свою очередь, зависят от содержания пропиточного состава и антисептика в ленте, состава антисептика и нефтепродукта, физико-механических характеристик, морозостойкости, грибостойкости и коррозионной активности пропитанной ленты.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется следующими примерами.
В таблице 1 приведены варианты образцов пропитанной ленты и ее основные характеристики. В таблице 2 приведены варианты образцов электрического кабеля с пропитанной бумажной изоляцией марки ААБл 3×150ож-6 кВ по ГОСТ 18410-73 с защитным покровом типа Бл на основе пропитанной тканевой ленты из таблицы 1, в том числе кабель с лентой ВТ6 (прототип). В данной таблице приведены также основные характеристики защитного покрова кабеля.
2
Содержание пропиточного состава в мас.% определяли по ГОСТ 10396-84, а также методом взвешивания ленты до и после пропитки. Содержание антисептика в мас.% определяли по его дозировке в пропиточном составе. Массу 1 м пропитанной ленты в г определяли по ГОСТ 16218.2-93, толщину в мм - по ГОСТ 16218.1-93. Разрушающее усилие полоски ленты
шириной 50 мм, Н - по ГОСТ 16218.5-93. Морозостойкость защитного покрова кабеля на основе пропитанной тканевой ленты определяли по ГОСТ 15037-69 со следующим дополнением. Отрезок защитного покрова помещали в камеру с «сухим» льдом (диоксидом углерода) с температурой охлаждения от минус 20°С до минус 60°С. Грибостойкость защитного покрова в баллах определяли по ГОСТ 9.048-89. Коррозионную активность оценивали по методике ОАО «ВНИИ КП» путем измерения водородного показателя рН водной вытяжки защитного покрова по ГОСТ 17.5.4.01-84, год ввода 1986. В ОАО «ВНИИ КП» было экспериментально установлено, что материалы, имеющие величину водородного показателя в интервале от 4 до 10 рН являются не активными в коррозионном отношении к алюминию, свинцу, стали, цинку.
Качество пропитанной ленты и защитного покрова кабеля оценивали также визуально и по технологическим параметрам.
Для изготовления и оценки качества электрического кабеля с защитным покровом по прототипу использовалась импортная пенько-джутовая лента ВТ6 (Англия), пропитанная составом на основе нафтената меди и битума.
Для изготовления и оценки качества опытных образцов электрического кабеля (варианты №№1÷3) использовалась джутовая и пенько-джутовая тканевая лента, пропитанная составом на основе антисептиков, АСКМ-1, АСКМ-1А и нефтепродуктов: кабельное масло (КМ), дизельное топливо (ДТ), трансформаторное масло (ТМ). В варианте №3 опытного образца
электрического кабеля использовалась лента кабельная пропитанная марки ЛКПТ по ТУ 3491-001-50289046-2002, отличающаяся от аналогов повышенной прочностью нитей по основе и увеличенным размером ячейки.
Как видно из таблиц 1 и 2, заявляемая полезная модель электрического кабеля не уступает прототипу по грибостойкости защитного покрова, и в то же время превосходит его по морозостойкости, коррозионностойкости, разрушающему усилию пропитанной тканевой ленты, а так же качеству защитного покрова кабеля, технологичности и экономичности.
Наивысшее качество электрического кабеля достигается при использовании ленты кабельной пропитанной марки ЛКПТ (вариант №3), пропитанной раствором биокоррозионнозащитного состава АСКМ-1А в трансформаторном масле. При этом существенно увеличиваются эксплуатационные характеристики пропитанной ленты: разрушающее усилие, морозостойкость, грибостойкость, укрывистость; увеличивается качество, технологичность и экологическая безопасность производства, хранения и эксплуатации электрического кабеля, улучшается его внешний вид, снижается себестоимость изготовления.
Электрические кабели с пропитанной лентой марки ЛКПТ прошли всесторонние испытания в ОАО «Камкабель» с положительными результатами. Налажен выпуск данных кабелей.
Таблица 1
Наименование компонентов и основные характеристики пропитанной ленты
Варианты образцов пропитанной ленты
ЛБ
МБа-50
ВТ6
1
2
3 (ЛКПТ)
Лента-основа
Лен
Лен
Пенько-джут
Пенько-джут
Пенько-джут
Джут
Антисептик
АС-2
АСК-1
НМ
АСКМ-1
АСКМ-1
АСКМ-1 А
Нефтепродукт
Битум
Битум
Битум
KM
ДТ
ТМ
Содержание пропитки, масс.%, по ГОСТ 10396-84
55-65
45-50
45-50
30-40
25-30
15-25
Содержание антисептика, масс.%
4-6
4-6
4-6
2-4
2-4
0,2÷1,5
Масса 1 м<sup>2</sup>, г, по ГОСТ 16218.2-93
650
520
580
480
460
420
Толщина, мм, по ГОСТ 16218.1-93
1,5
1,2
0,8
0,85
0,82
0,8
Разрушающее усилие полоски ленты шириной 50 мм, Н, по ГОСТ 16218.5-93
430
450
480
560
580
620
Технологичность
Нетехнологична
Технологична
Высокотехнологична
Качество
Низкое
Среднее
Высокое
Таблица 2
Основные характеристики защитного покрова электрокабеля
Прототип (Кабель типа ААБл 3×150ож-6кВ) с лентой Вт6 по стандарту BS 6480-88)
Варианты кабеля типа ААБл 3×150ож-6кВ по ГОСТ 18410-73 с пропитанной лентой из табл.1
1
2
3 (ЛКПТ)
Морозостойкость, °С
-20
-30
-40
-60
Грибостойкость, балл, по ГОСТ 9.048-89
1÷2
1÷2
1÷2
0
Средняя
Средняя
Средняя
Высокая
Коррозионная активность, рН водной вытяжки
3÷4
8÷9
высокая
Обладает коррозионнозащитными свойствами
Качество и технологичность
Низкие
Средние
Средние
Высокие