ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к монтажным многожильным кабелям с полимерной изоляцией и оболочкой, предназначенным, в частности для фиксированного межприборного монтажа электрических устройств, работающих при номинальном переменном напряжении до 500 В частоты до 1 мГц или постоянном напряжении до 750В.
Известен электрический кабель, содержащий скрученные в сердечник медные или луженые медные многопроволочные токопроводящие жилы, покрытые полимерной изоляцией, последовательно наложенные поверх сердечника поясную изоляцию, электрический экран, полимерный заполнитель из композиции на основе смеси поливинилхлорида, полиэтилена и сэвилена, наполненной мелом, и защитную полимерную оболочку (патент РФ на полезную модель №41914, 2004 г.).
К недостаткам известного кабеля следует отнести низкую помехозащищенность, высокое затухание сигналов, а также ограниченную область применения кабеля, который предлагается для монтажа электрических устройств.
Поставленная задача заключалась в разработке конструкции кабеля, имеющего расширенный диапазон частот передаваемых электрических сигналов, высокую помехозащищенность и повышение надежности систем автоматики, в которых применяется такой кабель, а также расширение его функциональных возможностей, то есть использование в качестве кабелей связи, сигнализации и блокировки и т.п.
2
Технический результат достигается тем, что в электрическом кабеле, содержащем сердечник, состоящий из скрученных медных или луженых медных многопроволочных токопроводящих жил, каждая из которых покрыта полимерной изоляцией, последовательно наложенные поверх сердечника поясную изоляцию, электрический экран, полимерный заполнитель и защитную полимерную оболочку, изолированные токопроводящие жилы скручены между собой в группы из двух или из трех, или из четырех жил с шагом скрутки не более 100 D, где D - наибольший диаметр изолированной жилы в группе, а группы скручены между собой в сердечник концентрическими повивами или пучковой скруткой, поясная изоляция выполнена из синтетической пленки или экструдирована из полимерного материала, при этом площадь поперечного сечения токопроводящих жил имеют значения в мм: 0,35 или 0,5 или 0,75 или 1,0 или 1,2 или 1,5 или 2,5 или 4,0.
Для удобства эксплуатации кабеля токопроводящие жилы могут иметь индивидуальную расцветку изоляции.
При этом предпочтительно выполнение расцветки изоляции таким количеством однородных цветов, которое является достаточным для различия групп между собой по комбинации цветов изоляции и для различия жил между собой по цвету изоляции внутри каждой группы. Такое выполнение расцветки изоляции приводит к минимизации количества используемых цветов.
В кабеле поверх сердечника наложен экран, который может быть выполнен из оплетки из медной или медной луженой проволоки или из металлической фольги, наложенной с перекрытием. При этом фольга может быть дополнительно продольно склеена.
Группы изолированных жил могут быть дополнительно скреплены обмоткой полимерной пленкой или синтетической нитью или лентой.
В одном из вариантов исполнения кабеля, по меньшей мере, одна группа изолированных жил содержит последовательно наложенные поясную изоляцию, и электрический экран, выполненный в виде наложенной с перекрытием металлической фольги.
По меньшей мере, один электрический экран может быть дополнительно изолирован снаружи экструдированной полимерной оболочкой или обмоткой синтетической пленкой.
Электрический экран, наложенный поверх изоляции жилы или поверх поясной изоляции группы жил, может быть выполнен из металлической фольги, оклеенной или ламинированной с одной стороны полимерной пленкой.
Дренажный проводник, проложенный под экранами, выполненными из фольги, может быть выполнен однопроволочным или многопроволочным из меди или луженой меди.
Поясная изоляция, как наложенная поверх сердечника, так и поверх группы изолированных жил в предпочтительном варианте выполняется из полиэтилентерефталатной пленки или экструдируется из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом, значение которого находится в диапазоне 20÷50 или экструдируется из полиолефиновой композиции с кислородным индексом, значение которого находится в диапазоне 18÷55.
Изоляция токопроводящих жил и/или защитная оболочка и/или заполнитель может быть выполнена из поливинилхлоридного пластиката, в том числе с кислородным индексом 20÷50, термостойкого или хладостойкого поливинилхлоридного пластиката или из полиолефиновой композиции с кислородным индексом 18÷55 или из сшитой полиолефиновой композиции. При предъявлении к кабелю повышенных требований пожаробезопасности обычно выбирается полимерный материал с высоким значением кислородного индекса. При предъявлении к кабелю повышенных требований взрывобезопасности обычно выбирается в качестве изоляции или оболочки кабеля поливинилхлоридный пластикат.
Кабель может быть снабжен металлической броней, выполненной из оплетки стальной оцинкованной проволоки или обмотки стальной оцинкованной ленты и полимерной внешней оболочкой.
В целях придания кабелю повышенной влагостойкости, в кабель могут быть введены водоблокирующие элементы в виде ленты или нити или порошка в пространство между изолированными жилами в группах и/или в пространство между группами изолированных жил и/или в пространство между сердечником и защитной оболочкой.
В бронированном кабеле водоблокирующие элементы в виде ленты могут быть введены дополнительно в пространство между полимерной внешней оболочкой и броней.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен электрический кабель в разрезе.
Кабель содержит скрученные в группы токопроводящие жилы (1), покрытие изоляцией (2), экран (3), с дренажным проводником (4), изолированный обмоткой (5) синтетической пленкой, поясную изоляцию (6), полимерный заполнитель (7), защитную оболочку (8), водоблокирующий элемент (9), металлическую броню (10), внешнюю оболочку (11).
Ниже приводятся сведения, подтверждающие промышленную применимость полезной модели.
Все материалы, используемые при изготовлении кабеля, выпускаются отечественной промышленностью и соответствуют утвержденной нормативно-технической документации на них.
Водоблокирующие элементы достаточно широко применяются в кабельной технике. Их изготавливают из синтетических материалов, способных абсорбировать влагу. За счет увеличения объема обычно в 4 и более раз эти материалы препятствуют дальнейшему проникновению влаги внутрь кабеля.
Технология изготовления кабеля базируется на использовании промышленного кабельного оборудования и заключается в следующем:
- токопроводящие жилы (1) изолируются полимерной изоляцией (2) на экструзионной линии, имеющий экструдер с диаметром шнека 45-120 мм;
- изолированные жилы (1) скручиваются в группы, при необходимости, вместе с водоблокирующим элементом (9), например, нитями из водоблокирующего материала, и группы, при необходимости, обматываются нитями из водоблокирующего материала, и скручиваются в сердечник на крутильной машине рамочного или фонарного типа;
- наложение поясной изоляции (6), полимерного заполнителя (7) совмещается с наложением защитной шланговой оболочки (8) на экструзионной линии, имеющей экструдер с диаметром шнека 90-250 мм;
- броня (10) накладывается на бронировочной машине, а внешняя оболочка на экструзионной линии.
2
Были проведены промышленные испытания частотных свойств широкого ряда образцов кабеля, выполненных каждый из двух групп изолированных медных луженых токопроводящих жил, каждая сечением S, равным 0,35 или 0,5 или 0,75 или 1,0 или 1,2 или 1,5 или 2,5 или 4,0 мм (скручены из мягких медных луженых проволок в соответствие с классом жилы не ниже 3 по ГОСТ 22483-77), толщиной изоляции h, выбранной согласно ГОСТ 23286-78, скрученных в пару, тройку или четверку и имеющего общий для групп экран, выполненный из плотной оплетки медной проволокой толщиной 0,15 мм. Наборы отличались шагом скрутки жил в группу.
2
Параметры образцов, выполненных из жил с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката указаны в Таблице №1 и Таблице №2. Там же приведены фактические длины образцов в м. При этом, шаги скрутки выбраны с такими интервалами, чтобы перекрыть практически равномерно всю область допустимых значений, учитывая, что шаг скрутки L должен быть не более 100D, где D=2h+d. Например, для площади сечения токопроводящей жилы S=1 мм согласно ГОСТ 23286-78 и ГОСТ 22483-77 d=1,3 мм, h=0,6 мм и D=2,5 мм.
Таблица №1
S мм<sup>2</sup>
h мм
d мм
D мм
100 D мм
Шаг скрутки, мм
Конструкция образов кабеля
1
2
3
Две скрученных пары в общем экране
Две скрученных тройки в общем экране
Две скрученных четверки в общем экране.
Длина образца кабеля, м
0,35
0,5
0,78
1,78
178
30
340
338
184
70
238
272
191
150
233
196
289
0,5
0,5
0,9
1,9
190
30
311
280
276
90
300
205
211
150
203
270
293
0,75
0,5
1,25
2,25
225
30
243
220
341
110
342
199
203
200
349
248
348
1
0,6
1,3
2,5
250
60
206
202
212
150
193
264
299
230
290
336
289
1,2
0,6
1,36
2,56
256
50
275
285
232
150
189
326
224
230
219
213
306
1,5
0,6
1,6
2,8
280
50
284
210
237
150
215
183
325
250
315
334
232
2,5
0,6
2,08
3,28
328
70
295
262
229
160
320
357
291
300
183
253
355
4
0,7
2,65
4,05
405
80
242
346
349
200
321
236
328
350
298
350
288
Испытания образцов были проведены с целью определения возможности передачи данных по интерфейсам HART, RS-485 и другим, применяемым для современных средств автоматики и телемеханики. В том числе в условиях повышенной взрывоопасности согласно ГОСТ Р 51330.13-99 и ПУЭ (гл.7 выпуск №№6, 7), где указано, что изоляция и оболочка кабелей для взрывоопасных зон должны быть выполнены из поливинилхлоридного пластиката.
2
Усредненные результаты измерения образцов кабеля из таблицы №1 для случая сечения токопроводящих жил 1,0 мм, помещены в таблицу №2.
Таблица №2.
Погонная емкость пары. нФ/км на частоте 1 кГн
130-150
Погонная индуктивность пары, мкГн/км
585-590
Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте 1кГц
0,078-0,087
Волновое сопротивление, Ом
65-80
Затухание дБ/км на частоте:
100 кГц
6-6,5
200 кГц
7,7-8,3
500 кГц
13,6-14,5
1 МГц
24,5-26,0
Переходное затухание между парами, парами в соседних тройках или четверках кабеля на частотах 1 МГц, дБ
30-38
Задержка распространения сигнала на частоте 0,5 МГц мкс/км
6,3-6,6
Проведенные измерения частотных свойств образцов кабеля позволяют сделать вывод о возможности использования кабеля для подключения датчиков с токовым выходом (4-20) мА и HART-интерфейсом, а также для организации цифровых каналов связи по интерфейсам RS-485, RS-422, RS-232 и аналогичным на скоростях не менее 57600 бит/сек на расстояние до 2 км. Проведенные испытания кабелей с иными сечениями токопроводящих жил, а также комбинациями токопроводящих жил в группах, вариантами экранирования, также показали удовлетворительные результаты и подтвердили применимость кабеля для подключения датчиков с токовым выходом (4-20) мА и HART-интерфейсом, а также для организации цифровых каналов связи по интерфейсам RS-485, RS-422, RS-232 и аналогичным на скоростях не менее 57600 бит/сек на расстояние от 300 м до 4 км, в зависимости от сечения токопроводящих жил. Для случаев исполнения изоляции жил образцов кабеля из полиолефиновой композиции или из сшитой полиолефиновой композиции, имеющих существенно более высокие электрические параметры, чем пластикат ПВХ, проведенные испытания показали соответственные результаты.
Как показали проведенные промышленные испытания, в отличие от известного кабеля, данный кабель может применяться не только для монтажа электрических установок, но и в контрольно-измерительных системах и системах промышленной автоматики и телемеханики для передачи цифровых сигналов на значительные расстояния с высокой надежностью, как кабель связи, сигнализации и блокировки.