ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫЙ СИЛОВОЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к кабелям, способным соответствовать повышенным требованиям к пожарной безопасности, в частности, определенным в ГОСТ 53315-2009. Представляется предпочтительным использование полезной модели в конструкциях силовых кабелей, однако, полезная модель также может быть использована и при разработке кабелей другого назначения, например, контрольного кабеля.
Требования к пожарной безопасности кабелей выражаются, главным образом, в виде нормативов, характеризующих свойства кабелей не поддерживать горение, которому подвержены изолирующие оболочки их проводников, а также защитные оболочки. В целях придания кабелям указанных свойств, для изготовления оболочек применяются полимерные материалы, способные самостоятельно затухать при прекращении воздействия открытого огня.
Параметром, характеризующим устойчивость материала к горению, является кислородный индекс, представляющий собой минимальное процентное содержание кислорода в смеси находящихся в воздухе газов, при котором образец материала устойчиво горит. Если кислородный индекс материала превышает 21% (т.е. больше, чем содержится кислорода в воздухе при нормальных, условиях), то материал считается самозатухающим, в противном случае материал считается горючим.
В публикации RU 45047 U1, H01B 7/00, 10.04.2005 раскрыт силовой кабель, содержащий сердечник, состоящий из нескольких скрученных между собой изолированных токопроводящих жил, каждая из которых выполнена в виде медного проводника, снабженного изолирующей оболочкой. Сердечник заключен во внутреннюю и внешнюю оболочки. Изолирующие оболочки проводников выполнены из ПВХ-пластиката с кислородным индексом более 32, а для изготовления внутренней и внешней оболочек кабеля выбран ПВХ-пластикат с кислородным индексом более 35. Данное решение выбрано в качестве прототипа заявленной полезной модели.
Использование ПВХ-пластиката в качестве материала для изолирующих оболочек проводников, а также внутренней и внешней оболочек позволяет обеспечить механическую прочность кабеля при обычных условиях эксплуатации, а также делает его производство относительно простым и технологичным. Кроме того, выбор ПВХ-пластиката в качестве материала для оболочек обусловлен его способностью самостоятельно затухать при вынесении из пламени. Такое свойство ПВХ-пластиката объясняется наличием атомов хлора в структурной цепи ПВХ. При горении из ПВХ-пластиката выделяется хлор и хлористые соединения (прежде всего хлористый водород), что приводит к снижению температуры в зоне горения и затуханию материала при прекращении воздействия открытого огня. Следует отметить, что ПВХ-пластикат в его традиционном исполнении может продолжить горение при прекращении действия открытого огня, но только в случае, если его горящая масса превышает определенное критическое значение.
Выполнение изолирующих оболочек проводников, а также внутренней и внешней оболочек известного кабеля из ПВХ-пластикатов, имеющих высокий кислородный индекс, позволяет обеспечить требуемый в соответствии с ГОСТ 53315-2009 уровень свойств по неподдержанию горения, т.е. по самостоятельному затуханию при прекращении действия открытого огня. Однако повышение кислородного индекса ПВХ-пластиката достигается введением в него большого количества специальных добавок - антипиренов. В качестве антипиренов используют, главным образом, гидороокиси металлов, выделяющие воду при высокой температуре и, таким образом, препятствующие горению материала.
Указанные добавки существенно ухудшают физико-механические свойства ПВХ-пластиката и изготавливаемых из него изделий, что отрицательно сказывается на технологичности производства и эксплуатации кабелей. Например, прочность на разрыв ПВХ-пластиката ППИ35-35, используемого для изготовления изолирующих оболочек и имеющего кислородный индекс более 35, составляет около 14 МПа, в то время как для ПВХ-пластикатов, не содержащих антипиренов, значения данного показателя превышают 19 МПа.
Задачей полезной модели является повышение механических свойств кабеля и улучшение технологичности его производства.
Для решения поставленной задачи предложен кабель, содержащий сердечник, который заключен во внутреннюю и внешнюю оболочки. Сердечник образован двумя, тремя или четырьмя скрученными между собой изолированными токопроводящими жилами. Каждая изолированная токопроводящая жила представляет собой проводник, снабженный изолирующей оболочкой. Внутренняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката и заполняет по существу все полости между изолированными токопроводящими жилами, внешняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката с кислородным индексом не менее 32, а изолирующие оболочки выполнены из ПВХ-пластиката, прочность на разрыв которого составляет не менее 19 МПа.
В частном случае полезной модели поверх внутренней оболочки наложен повив из медных проволок.
Осуществление полезной модели будет пояснено ссылками на фигуру с изображением поперечного сечения предложенного кабеля. Конструкция данного варианта кабеля приведена в качестве примера наилучшего использования полезной модели и не ограничивает объем охраняемых прав.
Кабель содержит сердечник, образованный двумя скрученными между собой изолированными токопроводящими жилами 1. Каждая из изолированных токопроводящих жил представляет собой проводник 2, снабженный изоляцией в виде изолирующей оболочки 3. Проводник, как правило, выполнен из множества медных проволок, скрученных между собой. Сердечник заключен во внутреннюю оболочку 4 и внешнюю оболочку 5, причем внутренняя оболочка обеспечивает круглую форму поперечного сечения кабеля и заполняет по существу все полости между изолированными токопроводящими жилами.
При использовании известных решений, например, реализованного в прототипе, для обеспечения требуемого уровня свойств кабеля по неподдержанию горения изолирующие оболочки проводников, а также внутренняя и внешняя оболочки выполнялись из ПВХ-пластиката с кислородным индексом более 32. По изложенным выше причинам такое решение вызывало ухудшение механических свойств оболочек.
Максимально допустимое продольное усилие на разрыв для каждой оболочки кабеля определяется произведением прочности на разрыв материала, из которого она изготовлена, и площади ее поперечного сечения. Таким образом, использование ПВХ-пластиката с высоким кислородным индексом является особенно критичным для изолирующих оболочек проводников по причине малой площади их поперечного сечения, а значит, и малого допустимого продольного усилия на разрыв.
Данное обстоятельство существенно ухудшает технологичность изготовления изолированных токопроводящих жил и всего кабеля. Под «технологичностью производства» в контексте настоящей заявки понимается количество необходимых технологических операций, а также удобство и скорость их осуществления. Например, применение указанного ПВХ-пластиката в качестве материала для изолирующих оболочек проводников может замедлить процессы перемотки изолированных токопроводящих жил, их скрутки и т.п.
В результате проведенных экспериментов установлено, что в кабеле, сердечник которого образован не более чем четырьмя скрученными между собой изолированными токопроводящими жилами, изолирующие оболочки проводников могут быть изготовлены из ПВХ-пластиката с прочностью на разрыв, превышающей 19 МПа, без ухудшения свойств кабеля по неподдержанию горения. Такие материалы известны, например, для изготовления изолирующих оболочек 3 может быть использован ПВХ-пластикат марки И40-13А, который сохраняет присущие ПВХ-пластикату хорошие механические свойства вследствие отсутствия в его составе большого количества антипиренов.
Необходимым условием сохранения требуемых свойств кабеля по неподдержанию горения является использование для изготовления его внешней оболочки ПВХ-пластиката с кислородным индексом не менее 32, а также заполнение внутренней оболочкой всех полостей между изолированными токопроводящими жилами.
Предположительно описанный выше эффект достигается из-за того, что способный к горению ПВХ-пластикат изолирующих оболочек и внутренней оболочки, окружен устойчивым к самостоятельному горению ПВХ-пластикатом внешней оболочки. При прекращении воздействия открытого огня внешняя оболочка быстро затухает, перекрывая доступ воздуха к внутренней оболочке и изолирующим оболочкам. Поскольку внутренняя оболочка заполняет по существу все полости между изолированными токопроводящими жилами, то в отсутствие доступа воздуха изнутри горение внутренней оболочки и изолирующих оболочек также прекращается, что и позволяет предложенному кабелю выдержать испытания, определенные указанным выше нормативным актом.
Внутренняя оболочка 4 может быть выполнена из ПВХ-пластиката марки ОВК-2(ОМ-150), а внешняя оболочка 5 - из ПВХ-пластиката марки НГП40-32, который характеризуется кислородным индексом, составляющим не менее 32.
На внутреннюю оболочку может быть наложен концентрический проводник 6, выполненный в виде повива из медных проволок. Помимо функций экранирования электромагнитных полей и обеспечения безопасности при повреждении кабеля, такое исполнение концентрического проводника позволяет повысить выдерживаемое кабелем максимально допустимое продольное усилие, что положительно сказывается на технологичности его изготовления и эксплуатации.