КАБЕЛЬ СИЛОВОЙ ПОЖАРОБЕЗОПАСНЫЙ НА ВЫСОКОЕ И СВЕРХВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям кабелей силовых с пластмассовой изоляцией и оболочкой, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках при переменном напряжении 64/110 кВ и выше частотой 50 Гц при температуре окружающей среды от минус 60°С до плюс 50°С.
Известен силовой кабель, имеющий одну токопроводящую жилу и последовательно расположенные на ней наложенные экструзией первый экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, изоляцию из сшитой композиции полиэтилена, второй экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, обмотку лентами из электропроводящего материала, металлический экран из медных проволок, скрепленных спирально наложенной с зазором медной лентой, экструдированную внутреннюю оболочку из поливинилхлоридного пластиката и экструдированную наружную оболочку из поливинилхлоридного пластиката (кабель марки АПвВнг по ТУ 16-705-495-2006 «Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 64/110 кВ» Информационно-технический справочник Изделия кабельные. Том 1. Кабели, провода и шнуры силовые. Часть 1. М.: ОАО «ВНИИКП» стр.219, 2009 г.).
Однако такой кабель удовлетворяет только требованиям ГОСТ Р МЭК 60332-3-22 (категория А), и не удовлетворят требованиям ГОСТ Р МЭК 61034-2 по дымовыделению при горении и тлении, а также требованиям ГОСТ Р МЭК 60754-2-99 по коррозионной активности продуктов дымогазовыделения при горении и тлении.
Известен силовой кабель, содержащий токопроводящую жилу и последовательно расположенные на ней наложенные экструзией первый экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, изоляция из сшитой композиции полиэтилена, второй экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, обмотку лентами из электропроводящего материала, металлический экран из медных проволок, скрепленных спирально наложенной с зазором медной лентой, экструдированную внутреннюю оболочку, выполненную из экструдированного поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности с кислородным индексом не менее 28% и с массовой долей хлористого водорода, выделяющегося при горении, не более 8% и экструдированную наружную оболочку, выполненную из экструдированного поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности с кислородным индексом не менее 35% и с массовой долей хлористого водорода, выделяющегося при горении, не более 15%. (патент РФ на полезную модель №92567, H01B 9/00, от 10.11.2009, опубл. 20.03.2010). Однако такой кабель удовлетворяет только требованиям ГОСТ Р МЭК 60332-3-22 (категория А) и ГОСТ Р МЭК 61034-2 по дымовыделению при горении и тлении, и не удовлетворят требованиям ГОСТ Р МЭК 60754-2-99 по коррозионной активности продуктов дымогазовыделения при горении и тлении.
Известен силовой кабель, содержащий токопроводящую жилу и последовательно расположенные на ней наложенные экструзией первый экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, изоляцию из сшитой композиции полиэтилена, второй экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, обмотку лентами из электропроводящего материала, металлический экран из медных проволок, скрепленных спирально наложенной с зазором медной лентой, экструдированную внутреннюю оболочку выполненную из экструдированной полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 40, и экструдированную наружную оболочку, выполненную из полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 30. (патент РФ на полезную модель №91218, H01B 9/00, от 23.09.2009, опубл. 27.01.2010) (ближайший аналог).
Все вышеперечисленные кабели силовые обладают следующим недостатком: отсутствует радиальная герметизация от проникновения влаги, (выполняется в виде сплошной металлической оболочки).
2
Изоляция кабелей на высокое и сверхвысокое напряжение выполняется из суперчистых пероксидносшиваемых полиэтиленовых композиций, которые не обладают свойством сопротивляться образованию водных дефектов (триингов) при воздействии высокого напряжения в присутствии влаги. Водные триинги развиваются относительно медленно в течение нескольких месяцев или лет. По мере их роста местная напряженность электрического поля может возрастать до такого уровня, когда в периферической части водного триинга возникает электрический триинг, приводящий к электрическому пробою изоляции. Полимерные композиции для оболочек обладают свойствами впитывать влагу, так для ПВХ-пластиката значение диффузионного переноса паров воды составляет 10 г/день/м. Отсутствие в конструкции кабелей сплошной металлической оболочки становится существенным недостатком.
Задача полезной модели заключалась в разработке силового кабеля на высокое и сверхвысокое напряжение (от 110 кВ и выше), не распространяющего горение, с низким дымовыделением при горении и тлении, и не выделяющего галогенов в условиях пожара, с продольной и радиальной герметизацией от проникновения влаги.
Технический результат заключается в одновременном улучшении двух потребительских свойств: повышении показателей пожарной безопасности и увеличения срока службы кабелей силовых на высокое и сверхвысокое напряжение (от 110 кВ и выше) с изоляцией из сшитой полимерной композиции и достигается тем, что конструкция кабеля содержит герметизированную токопроводящую жилу, последовательно расположенные на ней первый электропроводящий экран по жиле, изоляцию из сшитой полиэтиленовой композиции, второй электропроводящий экран по изоляции, первый разделительный слой из электропроводящих водоблокирующих лент, металлический экран из медных проволок, скрепленных медной лентой, второй разделительный слой из электропроводящих водоблокирующих лент, термический барьер в виде обмотки, выполненной из одной или более электропроводящих стеклолент, продольно наложенную алюмополимерную ленту для радиальной герметизации кабеля, которая прочно сварена (имеет адгезию не менее 0,5 Н/мм) с наружной оболочкой, наружную оболочку из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
Отличительными особенностями конструкции заявляемого кабеля является применение термического барьера в виде обмотки, выполненной из одной или более электропроводящих стеклолент, продольно наложенную алюмополимерную ленту для радиальной герметизации кабеля, которая прочно сварена (имеет адгезию не менее 0,5 Н/мм) с наружной оболочкой из полимерной композиции.
При этом термический барьер выполнен из электропроводящей стеклоленты, свойства которой обеспечивают электрический контакт медного экрана с алюмополимерной лентой, исключая возникновение разности потенциалов на этих элементах.
Применение алюмополимерной ленты обеспечивает радиальную герметизацию, тем самым предотвращает разрушающее воздействие влаги на изоляцию. Высокая адгезия (не менее 0,5 Н/мм) алюмополимерной ленты к наружной оболочке обеспечивает ее целостность при прокладке, монтаже и длительной эксплуатации кабеля.
Данный технический результат обеспечивает надежную работу силового кабеля в течение увеличенного срока службы (более 30 лет).
Отметим, что используемые электропроводящая стеклолента и алюмополимерная лента, которая обеспечивает адгезию к полимерной композиции, не содержащей галогенов, ранее в кабельной технике промышленно не применялись.
Кабель может быть изготовлен со встроенными в экран из медных проволок оптоволоконными модулями для мониторинга температуры кабеля. Также возможно изготовление кабеля с электропроводящим слоем по наружной оболочке для проверки целостности оболочки после прокладки.
Полезная модель поясняется чертежом: на фиг.1 показан силовой кабель в разрезе.
Кабель силовой пожаробезопасный на высокое и сверхвысокое напряжение состоит из сердечника жилы 1, токопроводящих жил 2, водоблокирующих нитей 3, водоблокирующих лент 4, 5 и электропроводящих водоблокирующих лент 6 для герметизации жил, электропроводящего экрана по жиле 7, изоляции 8, электропроводящего экрана по изоляции 9, электропроводящих водоблокирующих лент 10, металлического экрана 11 из медных проволок, электропроводящих водоблокирующих лент 12, электропроводящих стеклолент 13, алюмополимерной ленты 14, наружной оболочки 15, электропроводящего слоя 16.
Сердечник жилы 1 выполнен из медных или алюминиевых проволок.
2
2
Токопроводящие жилы сечением от 1000 до 2500 мм выполнены из 4-х, 5-ти или 6-ти сегментов 2 из меди или алюминия. Сегменты скручиваются между собой вокруг сердечника. Токопроводящие жилы сечениями до 800 мм представляет собой круглую жилу.
В качестве материала для герметизации жилы использованы водоблокирующие нити 3, водоблокирующие ленты 4, 5 и электропроводящие водоблокирующие ленты 6.
В качестве материала электропроводящих экранов по жиле 7 и по изоляции 9 использована электропроводящая сшитая полиэтиленовая композиция
В качестве материала изоляции 8 кабеля использована сшитая полиэтиленовая композиция высокой степени чистоты или суперчистая сшитая полиэтиленовая композиция.
В качестве материала электропроводящих водоблокирующих лент 10,12 использованы электропроводящие водоблокирующие ленты.
Экран 11 выполнен из медных проволок.
В качестве материала термического барьера 13 использованы электропроводящие стеклоленты.
В качестве материала алюмополимерной ленты 14 использована ламинированная алюминиевая фольга.
В качестве материала наружной оболочки 15 используются полимерные композиции, не содержащие галогенов.
В качестве материала электропроводящего слоя 16 используются полимерная электропроводящая композиция или графит.
Примененные для изготовления предлагаемого кабеля все материалы выпускаются промышленно.
Токопроводящую жилу изготавливают из проволоки, традиционной для электрических кабелей.
Волочение медной проволоки с непрерывным отжигом, либо волочение алюминиевой проволоки проводится на волочильных машинах.
Скрутку жил, сегментов и сердечников осуществляют на известном крутильном оборудовании, традиционно применяемом в кабельной промышленности.
2
Общая скрутка сердечников 1 и сегментов 2 для токопроводящих жил сечением от 1000 до 2500 мм, обмотка электропроводящими водоблокирующими лентами и нитями 3, 4, 5, 6 производится на универсальной крутильной машине.
Наложение электропроводящего экрана по жиле 7, изоляции 8, электропроводящего экрана по изоляции 9 и их сшивка осуществляется методом экструзии на наклонной линии газовой вулканизации, где вулканизация проводится в среде азота при высоких значениях температуры и давления («сухая» вулканизация).
Наложение электропроводящих водоблокирующие лент 10, 12, металлического экрана из медных проволок 11, и электропроводящих стеклолент 13 осуществляют на известном крутильном оборудовании, традиционно применяемом в кабельной промышленности.
Кабель по данной конструкции был изготовлен в качестве опытного образца.
Образцы предлагаемого кабеля были испытаны на нераспространение горения по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22 (таблица 1), на дымовыделение при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 61034-2-2005 (таблица 2) и на показатели коррозионной активности продуктов дымогазовыделения при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 60754-2-99 (таблица 3).
Таблица 1
Виды проверок и испытаний Наименование контролируемого параметрам единица измерения
Кол-во и длина отрезков кабеля в образце, м
Номер пункта ГОСТ
Значение параметра (характеристики)
Выводы
технических требований
методов испытаний
нормированное
№ образца
фактическое
1
2
3
4
5
6
7
8
1. Испытание на распространение пламени по вертикально расположенным пучкам кабелей.
2×3,5
ГОСТ 12.2.007. 014-75 п.2 ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005
ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005 п.5
Соответствует
- длина обугленной части образца, измеренная от нижнего края горелки, м, не более
ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005
2,5
1
0,65
п.6, 7
не нормируется
1
3
- период времени до прекращения горения, мин
ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005 п.6, 7
Время воздействия пламени на образец составляет: 40 мин.
Таблица 2
Количество и длина образцов
Значение светопроницаемости
начальное
конечное
м
мВ
%
мВ
%
1×1
186
100
97
86
Таблица 3
Элемент конструкции кабеля
Результаты pH-метрии
Результаты измерения проводимости, мкСм/мм
Количество галогенных кислот, мг/г
Ср. значение испытаний трех образцов
Вариация, %
Ср. значение испытаний трех образцов
Вариация, %
Ср. значение испытаний трех образцов
Вариация, %
Наружная оболочка
4,36
±3,90
2,75
±2,55
2,59
±2,68
Изоляция
5,74
±3,66
0,65
±3,08
2,25
±1,78
Экран
6,72
±3,13
1,60
±2,50
4,54
±1,54
Основываясь на результатах испытаний, представленных в таблицах 1-3, можно сделать следующие выводы:
1. Предлагаемый кабель не распространяет горение.
2. Испытание предлагаемого кабеля по определению оптической плотности дыма в режиме горения и тления приводит к снижению интенсивности светового потока не более чем на 14%, что соответствует требованиям к дымовыделению.
3. Результаты испытаний предлагаемого кабеля, по определению степени кислотности выделяемых при горении газов измерением рН и удельной проводимости позволяют классифицировать его как кабель безгалогенного типа.
Учитывая вышеизложенное, очевидно, что предлагаемый кабель обладает улучшенными показателями пожарной безопасности, кабель допускается прокладывать в пучках без применения дополнительных мер по огнезащите в кабельных сооружениях и помещениях внутренних электроустановок, производственных помещениях, в том числе в сооружениях с массовым пребыванием людей, а также в помещениях, оснащенных микропроцессорной техникой. А наличие алюмополимерной ленты для радиальной герметизации кабеля защищающей изоляцию от воздействия влаги, и делает возможным прокладку, как во влажных помещениях, так и в частично или полностью затапливаемых кабельных сооружениях, в то время как известный кабель можно прокладывать только в сухих отапливаемых помещениях (что фактически невыполнимо).
Заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна», так как из общедоступных источников информации не выявлено аналогичного технического решения.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», так как оно может быть изготовлено из известных материалов и известными способами.