КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям электрических кабелей с защитными покровами на основе кабельной пряжи, 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.
Известны конструкции электрических кабелей-аналогов, производимых в России: силовых кабелей с пропитанной бумажной изоляцией по ГОСТ 18410-73, год ввода 1975, типа СБ, АСБ, ААБл, СБл; силовых кабелей с пластмассовой изоляцией по ГОСТ 16442-80, год ввода 1982, типа ВВБ, АВВБ, РВБ, АРВБ; контрольных кабелей по ГОСТ 1508-78, год ввода 1980, типа КВВБ, АКВВБ, КРВБ, АКРВБ, АКРНБ, КРНБ, КПВБ, КПВГ; телефонных кабелей по ГОСТ Р 51311-99, год ввода 2001, типа ТППэпБ, ТППэп3Б; магистральных кабелей по ГОСТ 15125-92, год ввода 1994, типа МКПпАБп, МКСАБп; высокочастотных кабелей по ТУ 16.505.233-96, год ввода 1996, типа ЗКП, ЗКПБ, ЗКАБп; кабелей местной связи по ТУ 16.505.715-75, год ввода 1975, типа КСППБ, КСПЗПБ; сигнально-блокировочных кабелей по ГОСТ Р 51322-99, год ввода 2001 и ТУ 16.505.873-80, год ввода 1980, типа
СБПБ, СБЗПБ, с использованием в защитных покровах штапелированной стеклопряжи по ТУ 6-48-23-89, год ввода 1990.
Конструкция электрического кабеля с защитными покровами, изображенная на фиг., состоит 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 на основе крепированной бумаги или кабельной пряжи, броню 8 из стальных лент или стальной проволоки и наружный защитный покров 9 на основе пряжи.
Наружный защитный покров 9 получают путем наложения пряжи на кабель поверх стальной брони 8 по спирали сплошным рукавом и пропитки ее битумом. Защитная подушка 7 из пряжи накладывается также по спирали сплошным рукавом поверх герметичной оболочки 6 под броню 8.
Защитные покровы кабелей на основе стеклопряжи имеют ряд существенных недостатков:
- низкую механическую прочность, особенно при минусовых температурах, приводящую к разрывам защитных покровов при прокладке кабелей в осенне-зимний период;
- низкую грибо- и коррозионностойкость защитных покровов и брони из-за отсутствия антисептиков и ингибиторов коррозии, приводящую к быстрому разрушению покрова и коррозии брони;
- низкую технологичность и значительную запыленность воздушной среды стеклопылью, оказывающей крайне вредное влияние на организм человека;
- высокую стоимость.
Ближайшими по своим параметрам к полезной модели являются электрические кабели по перечисленным выше стандартам и техническим условиям с покровами защитными по ГОСТ 7006-72, год ввода 1975, Россия (прототип), изготавливаемые на кабельных заводах России и СНГ. В защитных покровах электрических кабелей по прототипу используется пряжа техническая из лубяных волокон кабельная и для набивок по ОСТ 17-05-047-2001, год ввода 2001, Россия, пропитанная антисептическим составом, состоящим из антисептика АС-2 по ТУ 2416-007-05773103-98, год ввода 1998, Россия, и загущенных нефтепродуктов (ЗНП) с содержанием пропиточного состава в пряже (25÷50) % по массе. При этом содержание антисептика АС-2 в пропитанной пряже должно быть не менее 4% по массе. Антисептик АС-2 представляет собой продукт взаимодействия полиэтиленполиамина со смоляными кислотами талового пека. Защитные покровы кабелей по прототипу на основе пропитанной кабельной пряжи имеют повышенную прочность по сравнению с покровами на основе стеклопряжи и являются некоррозионноактивными по отношению к металлической оболочке кабеля и стальной броне.
Пропитка кабельной пряжи для защитных покровов кабелей по прототипу проводится в котлах при температуре состава 120-130°С в течение 3-5 часов с отжимом излишков состава на центрифуге. При этом на пряже остаются излишки пропиточного состава, который выступает на поверхности защитных покровов кабелей в виде масляных пятен. Технология получения защитных покровов кабелей с пропитанной кабельной пряжей по прототипу
аналогична технологии со стеклопряжей.
Недостатки прототипа:
- низкое качество защитного покрова кабеля и плохой внешний вид из-за наличия бурых масляных пятен и подтеков на наружной поверхности;
- слабая адгезия защитного покрова к поверхности кабеля и оголение брони;
- пониженная морозостойкость, грибостойкость и долговечность защитного покрова кабеля и, как следствие, существенные ограничения по температуре и другим условиям его эксплуатации;
- низкая технологичность при изготовлении электрического кабеля;
- повышенное загрязнение оборудования, производственных и складских помещений, окружающей среды токсичным антисептиком.
Все эти недостатки прототипа существенно снижают качество, надежность, долговечность, технологичность и экологическую безопасность электрических кабелей с защитными покровами на основе пропитанной кабельной пряжи.
Технической задачей полезной модели является разработка электрического кабеля с защитными покровами на основе кабельной пряжи из лубяных или смесевых волокон, пропитанной раствором антисептика в нефтепродуктах, не уступающего прототипу по основным электрическим параметрам, но более надежного, долговечного, технологичного, экологически безопасного, с большим диапазоном по условиям эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в качестве антисептика кабельная пряжа 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 кабельной пряжи из лубяных волокон, пропитанной раствором антисептика в нефтепродуктах. В то же время предложенный электрический кабель отличается от известного использованием нового вида антисептика при пропитке пряжи.
Преимущества нового электрического кабеля:
- повышенная биостойкость, коррозионностойкость и надежность;
- повышенное качество и долговечность;
- повышенный диапазон по условиям эксплуатации;
- повышенная технологичность, культура производства и экологическая безопасность;
- пониженная себестоимость;
- хороший внешний вид.
Кабельная пряжа для защитных покровов может быть изготовлена из растительных (пенька, лен, джут, кенаф, хлопок, сизаль и т.д.) или смесевых (с добавками синтетических) волокон. Ограничения на выбор состава волокон пряжи накладывают марка и назначение электрического кабеля, условия его эксплуатации, характеристики пряжи: прочность и долговечность, пропитываемость, стоимость и т.д.; технологические параметры изготовления пряжи и защитных покровов кабеля. Для защитных покровов кабелей по ГОСТ
7006-72 всем этим требованиям отвечает пряжа из лубяных волокон: пенька, лен, джут, кенаф или их смеси, в том числе с синтетическими волокнами. Использование других материалов для кабельной пряжи ухудшает ее технологичность и качество, увеличивает стоимость.
Наивысшее качество и эффективность электрического кабеля достигается за счет использования кабельной пряжи из джутовых волокон, которая имеет достаточно высокую пористость, необходимую для качественной пропитки раствором антисептика в нефтепродукте и битумом в защитном покрове кабеля, высокую прочность, в том числе во влажном состоянии, морозостойкость, биостойкость, влагостойкость, износостойкость, термостойкость, хороший внешний вид и низкую стоимость.
В качестве нефтепродукта для пропитки кабельной пряжи 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 кабельной пряжи 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 кабельной пряжи 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 1974, 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 кабельной пряжи раствор антисептика в трансформаторном масле достаточно нагревать до температуры не более 60°С. Использование трансформаторного масла для пропитки кабельной пряжи позволяет существенно снизить содержание пропиточного состава в пряже и повысить ее технологичность и качество, а также качество электрического кабеля.
Для придания кабельной пряже и защитным покровам кабеля грибостойкости в пропиточный состав вводится антисептик. Ограничения на выбор антисептика накладывают его степень антимикробной и антигрибковой защиты пряжи 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 кабельной пряжи. При этом степень биологического обрастания грибами пряжи не должна превышать двух баллов по ГОСТ 9.048-89, год ввода 1989. 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.
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 пряжи 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 20°С и более, 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 повышенным 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 пряжи 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 1976.
В наибольшей степени перечисленным выше требованиям к антисептику для пропитки кабельной пряжи 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 ТУ2439-006-50289046-2003, 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 пряжу 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 пряжи. При этом существенно снижается содержание пропиточного состава в пряже. Пряжа становится более сухой, технологичной, с хорошим внешним видом. Существенно увеличивается морозостойкость и грибостойкость пропитанной пряжи и защитных покровов кабелей.
По данным ОАО «Камкабель» электрический кабель с защитным покровом на основе пряжи джутовой антисептированной малокрученой марки ПДАм по ТУ 9041-015-50289046-2005, год ввода 2005, Россия, пропитанной раствором антисептика АСКМ-1А в трансформаторном масле (разработка авторов полезной модели), получается высокого качества. Пропитка джутовой пряжи марки ПДАм раствором антисептика АСКМ-1А в трансформаторном масле проводится методом окунания бобин пряжи в емкость с пропиточным составом, имеющим температуру (40÷60)°С, с последующим отжимом на центрифуге. Технология изготовления электрического кабеля с новой пропитанной пряжей 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 кабельной пряжи, которые, в свою очередь, зависят от содержания пропиточного состава и антисептика в пряже, состава антисептика и нефтепродукта, числа кручений на 1 м пряжи, физико-механических характеристик, морозостойкости, грибостойкости и коррозионной активности пропитанной пряжи.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется следующими примерами.
В таблице 1 приведены варианты образцов электрического кабеля с пропитанной бумажной изоляцией марки ААБл 3×150-6 кВ по ГОСТ 18410-73
с защитным покровом типа Бл по ГОСТ 7006-72 на основе кабельной пряжи. В данной таблице приведены также наименование компонентов и основные характеристики пропитанной пряжи для всех вариантов кабеля. В таблице 2 приведены эксплуатационные характеристики пропитанной пряжи для всех вариантов электрического кабеля и оценка качества защитного покрова кабеля.
Содержание пропиточного состава в мас.% определяли методом взвешивания пряжи до и после пропитки. Содержание антисептика в мас.% определяли по его дозировке в пропиточном составе. Число кручений на 1 м пропитанной пряжи определяли по ГОСТ 6611.3-73, год ввода 1975, разрывную нагрузку - по ГОСТ 6611.2-73, год ввода 1975. Морозостойкость пропитанной пряжи определяли по ГОСТ 15037-69 со следующим дополнением. Пропитанный отрезок пряжи помещали в камеру с «сухим» льдом (диоксидом углерода) с температурой охлаждения от минус 20°С до минус 60°С.
Коррозионную активность оценивали по методике ОАО «ВНИИ КП» путем измерения водородного показателя рН водной вытяжки пропитанной пряжи 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.
Грибостойкость пропитанной пряжи в баллах определяли по ГОСТ 9.048-89, год ввода 1990.
Качество пропитанной пряжи и защитного покрова кабеля оценивали также визуально и по технологическим параметрам.
Для изготовления и оценки качества образцов электрического кабеля с защитным покровом по прототипу использовалась пенько-джутовая кабельная пряжа по ОСТ 17-05-047-2001 номинальной линейной плотностью 2200 текс, изготовленная по способу короткого прядения, пропитанная составом на основе антисептика АС-2 и загущенных нефтепродуктов(ЗНП). Загущенные нефтепродукты содержат минеральное масло, например масло индустриальное марки И-12 по ГОСТ 20799-88, год ввода 1990, и твердые углеводороды, например церезин нефтяной марки 80Н по ТУ 38.401218-94, год ввода 1994, Россия, а также твердые парафины и битумы. За характеристику линейной плотности пряжи принята условная единица текс, определяемая по ГОСТ 6611.1-73, год ввода 1974, как отношение массы точечной пробы пряжи в граммах к длине этой точечной пробы (50 м), умноженное на 1000.
Для изготовления и оценки качества опытных образцов электрического кабеля (варианты №№1-5) использовалась джутовая и пенько-джутовая пряжа-основа по ОСТ 17-05-047-2001 номинальной линейной плотностью 2200 текс, изготовленная по способу короткого прядения, пропитанная составом на основе антисептиков АСК-1, АСКМ-1, АСКМ-1А и нефтепродуктов, в том числе отработанного трасформаторного масла (ТМ). В варианте №6 опытного образца электрического кабеля использовалась пряжа джутовая антисептированная малокрученая марки ПДАм по ТУ 9041-015-50289046-2005.
Как видно из таблиц 1 и 2, заявляемая полезная модель электрического кабеля не уступает прототипу по грибостойкости и коррозионностойкости, и в то же время превосходит его по основным эксплуатационным характеристикам пропитанной пряжи: разрывной нагрузке и морозостойкости, а так же качеству защитного покрова кабеля и экономичности.
Наивысшее качество электрического кабеля достигается при использовании пряжи джутовой антисептированной малокрученой марки ПДАм (вариант №6), пропитанной раствором биокоррозионнозащитного состава АСКМ-1А в трансформаторном масле. При этом существенно увеличиваются эксплуатационные характеристики пропитанной пряжи: разрывная нагрузка, 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 пряжей марки ПДАм прошли всесторонние испытания в ОАО «Камкабель» с положительными результатами. Налажен выпуск данных кабелей.
Таблица 1
Варианты образцов электрического кабеля
Наименование компонентов и основные характеристики пропитанной пряжи
Пряжа-основа
Нефтепродукт
Антисептик
Содержание пропитки, мас.%
Содержание антисептика, мас.%
Число кручений на 1 м
Качество пропитанной пряжи
Прототип
Пенько-джутовая
ЗНП
АС-2
35÷50
4÷6
60÷75
Низкое
1
Джутовая
ЗНП
АСК-1
35÷50
4÷6
60÷85
Низкое
2
Джутовая
ЗНП
АСКМ-1
30÷40
2÷4
60÷85
Среднее
3
Джутовая
ТМ
АСКМ-1
20÷25
2÷4
60÷85
Высокое
4
Пенько-джутовая
ТМ
АСКМ-1
20÷25
2÷4
60÷75
Среднее
5
Джутовая
ТМ
АСКМ-1А
20÷25
0,2÷1,5
60÷85
Высокое
6
Джутовая малокрученая
ТМ
АСКМ-1А
25÷30
0,2÷1,5
20÷50
Очень высокое
Таблица 2
Варианты образцов кабеля
Эксплуатационные характеристики пропитанной пряжи
Качество защитного покрова кабеля
Разрывная нагрузка, кгс
Морозостойкость, °C
Грибостойкость, балл
Коррозионная активность, рН водной вытяжки
Расход на 1 км кабеля
Прототип
12÷14
-20
1÷2
7÷8
220-240
Низкое
Средняя
Не активна
1
13÷18
-20
2÷3
7÷8
200-220
Низкое
Пониженная
Не активна
2
13÷18
-30
1÷2
8÷9
180-200
Среднее
Средняя
Обладает защитными свойствами
3
13÷18
-40
1÷2
8÷9
160-180
Высокое
Средняя
Обладает защитными свойствами
Продолжение таблицы 2
Варианты образцов кабеля
Эксплуатационные характеристики пропитанной пряжи
Качество защитного покрова кабеля
Разрывная нагрузка, кгс
Морозостойкость, °С
Грибостойкость, балл
Коррозионная активность, рН водной вытяжки
Расход на 1 км кабеля
4
12÷16
-40
1÷2
8÷9
180-200
Среднее
Средняя
Обладает защитными свойствами
5
13÷18
-60
0÷1
7÷8
160-180
Высокое
Высокая
Обладает защитными свойствами
6
16÷24
-60
0÷1Высокая
7÷8Обладает защитными свойствами
120-140
Очень высокое