КАБЕЛЬ КОНТРОЛЬНЫЙ, МОНТАЖНЫЙ И СИЛОВОЙ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН НА ПЛАВУЧИХ БУРОВЫХ УСТАНОВКАХ И МОРСКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМАХ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к кабельной технике и может быть использована в конструкциях контрольных, монтажных и силовых кабелей для контроля, подачи и распределения электроэнергии на плавучих буровых установках и морских стационарных платформах.
Известны кабели контрольные марок КВВГ; КВВГЭ; КВВБ; КВВБГ (Н.И.Белоруссов, А.Е.Саакян, А.И.Яковлева «Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник», М., «Энергоиздат», 1987 г.).
Кабели имеют однопроволочные токопроводящие жилы, изоляцию и оболочку из поливинилхлоридного ПВХ пластиката.
В кабеле марки КВВГЭ имеется общий экран из медной ленты или алюминиевой фольги с проложенной под ней медной контактной проволокой. Такой экран ухудшает гибкость кабеля, что немаловажно при условии прокладки в компактных помещениях плавучих буровых установок и морских стационарных платформ. Допускается изготовление экрана из продольно наложенных с перекрытием гофрированных алюминиевых лент. Однако алюминий недолговечен при эксплуатации в условиях воздействия агрессивных сред. Условия прокладки (натяжения при прокладке и радиусы изгиба) также требуют, чтобы жила была гибкой многопроволочной.
Принципиально конструкции кабелей контрольных марки КВВГ не отличаются от конструкции силовых кабелей на напряжение до 1 кВ, например, марки ВВГ, монтажных. Как правило, кабели марки ВВГ имеют небольшое число токопроводящих жил (до 6 включительно) и рассчитываются на более широкие диапазоны рабочих токов и напряжений. Кабели монтажные часто имеют групповую скрутку жил в пару, тройки, четверки.
Всем вышеперечисленным кабелям присущ один серьезный недостаток: в сердечнике кабеля имеются воздушные полости, по которым взрывоопасные газообразные смеси могут передаваться из взрывоопасных зон в невзрывоопасные зоны, создавая там аварийную ситуацию.
В качестве прототипа выберем кабель марки КВВГЭ.
Сущность предлагаемой полезной модели выражается в создании кабеля контрольного, монтажного и силового для взрывоопасных зон на плавучих буровых установках и морских стационарных платформах, препятствующего распространению взрывоопасных газообразных смесей по сердечнику кабеля из взрывоопасных зон в невзрывоопасные зоны, обеспечивающего требование к гибкости токопроводящих жил для снижения радиуса изгиба и пластической текучести меди при прокладке («Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ», 2006 г., п.16.2.1), обеспечивающего требования к экранам кабелей для искробезопасных цепей по гибкости («Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ», 2006 г., п.16.5.1) и плотности («Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ», 2006 г. п.16.5.1), требования к наружным защитным покровам по нефтемаслобензостойкости и стойкости к морской воде и морскому туману («Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ», 2006 г., п.п.2.3.2.1 и 16.8.1.5) и не поддерживанию самостоятельного горения.
Технический результат достигается тем, что предлагается кабель контрольный, монтажный и силовой для взрывоопасных зон на плавучих буровых установках и морских
стационарных платформах, состоящий из сердечника, включающего не менее одной токопроводящей жилы или не менее одной группы, скрученной из нескольких жил, изолированных полимером, скрученных между собой повивной скруткой, и влагозащитной полимерной оболочки. С целью предотвращения распространения взрывоопасных газообразных смесей по сердечнику кабеля воздушные полости в сердечнике кабеля заполняются полимерным заполнителем на основе поливинилхлоридного пластиката. Для обеспечения требуемого радиуса изгиба токопроводящие жилы скручиваются из нескольких медных проволок. Для обеспечения требования искробезопасных цепей кабели содержат не менее одного экрана: по гибкости - экран выполняется в виде оплетки из медных проволок, по плотности - плотность оплетки выбирается такой, чтобы ее масса была не меньше 90% массы медной трубки с тем же внутренним диаметром и толщиной, равной диаметру проволоки оплетки. По требованиям нефтемаслобензостойкости и стойкости к морской воде и морскому туману, а также не поддерживанию самостоятельного горения наружных покровов влагозащитная оболочка выполнена из нефтемаслобензостойкого поливинилхлоридного пластиката стойкого к морской воде и морскому туману и не поддерживающего самостоятельного горения.
С целью предупреждения возгорания в местах оголения изоляция жил также изготавливается из поливинилхлоридного пластиката. Материалы оболочки накладываются экструзионным способом под давлением, что обеспечивает проникновение полимеров в зазоры оплетки и снижает влагопроницаемость в продольном направлении.
В связи с особенностями подключаемых электрических приборов, аппаратов и электрических распределительных устройств к контрольным монтажным и силовым кабелям и принципов организации линий контроля и подачи и распределения электроэнергии целесообразно несколько отдельных жил скрутить в группы, которые в свою очередь скручиваются в сердечник повивной скруткой.
Преимущественно, экран выполняют в виде оплетки из мягких медных проволок. При использовании кабеля в условиях воздействия агрессивных газов, в частности сероводорода, с целью защиты медных проволок от коррозии применяют экран, выполненный в виде оплетки из медных луженых проволок.
Экран в виде оплетки удовлетворительно работает в области низких частот и значительных амплитуд напряженностей электрического и магнитного полей (Н.И.Белорусов, И.И.Гроднев «Радиочастотные кабели», Госэнергоиздат, М-Л, 1959 г.). Если возникает необходимость защиты электрооборудования от высокочастотных внешних воздействий, то экран выполняют комбинированным: из последовательных слоев металлополимерной ленты металлом кверху с перекрытием и оплетки из медных или медных луженых проволок. Как правило, первый слой выполняют либо из алюмополимерной ленты, либо из меднополимерной ленты.
С целью защиты от коррозии в сочетании с алюмополимерным слоем используют только оплетку из медных луженых проволок. Меднополимерный экран имеет более эффективные экранирующие свойства, но он значительно дороже алюмополимерного, поэтому он применяется в экономически обусловленных случаях. В сочетании с меднополимерным экраном может равноценно применяться оплетка как из мягких медных, так и из медных луженых проволок.
С целью исключения возможности электрического пробоя между жилами при использовании кабелей в искробезопасных цепях и для выравнивания электрического поля на одну или более жил или групп жил целесообразно наложить индивидуальный или соответственно, групповой экран, отвечающий тем же требованиям, что и общий экран. При этом поверх индивидуального или группового экрана должна быть наложена оболочка из поливинилхлоридного пластиката, толщина которой выбирается исходя из условия испытания напряжением 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенного
между любыми индивидуальными или групповыми, или общим экранами (ГОСТ Р 51330.13-99 п.12.2.2.1).
С целью защиты от механических воздействий целесообразно на влагозащитную оболочку наложить броню в виде оплетки из стальных оцинкованных или стальных нержавеющих, или из фосфористой бронзы проволок, а поверх брони - влагозащитный шланг из нефтемаслобензостойких, стойких к морской воде и морскому туману поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением и кислородным индексом не менее 30.
Для кабелей бронированных, прокладываемых в помещениях, которые могут подвергнуться затоплению, целесообразно под броню проложить водоблокирующий слой.
Выбор материала для изоляции, заполнителя, оболочки, влагозащитной оболочки и влагозащитного шланга обусловлен выполнением требования по пожарной безопасности, предъявляемых к кабелю. Различная степень жесткости этих требований не позволяет обеспечить их выполнение применением однородных материалов, приходится применять разнородные материалы, что и послужило причиной для изложения заявки на полезную модель в виде вариантов. В остальном конструкция кабеля сохраняется, что позволяет обеспечить достижение технического результата.
Преимущественно применяются кабели с оболочкой из обычного поливинилхлоридного пластиката, что обусловлено малым количеством рядом прокладываемых кабелей и обеспечением выполнения требования пожарной безопасности - нераспространения горения кабелей при одиночной прокладке. Гарантией обеспечения выполнения этого требования является параметр «кислородный индекс», который у обычного поливинилхлоридного пластиката лежит в пределах (19-24) %.
При необходимости выполнения более жестких требований по пожарной безопасности - групповой прокладки кабелей во внутренних помещениях - применяют кабели с влагозащитной оболочкой из специального поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением и кислородным индексом не менее 28. При прокладке в помещениях с электронной аппаратурой с целью исключения коррозионной активности выделяющихся газов используют кабели с влагозащитной оболочкой из безгалогенного полимерного материала на основе полиолефинов с кислородным индексом не менее 28.
Общие показатели пожарной безопасности представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Наименование материала
КИ, %, не менее
Снижение светопроницаемости при дымообразовании, %, не более
Массовая доля НСl, выделяющегося при горении, %, не более
Обычный поливинилхлоридный пластикат
19-24
80
40
Специальный поливинилхлоридный пластикат
30
60
15
Безгалогенная полимерная композиция на основе полиолефинов
35
40
0,5
Примечание: для отдельных марок специального поливинилхлоридного пластиката и безгалогенной полимерной композиции кислородный индекс может быть снижен до 28.
Предлагаемая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения и прилагаемым чертежом, на котором на Фиг.1 изображено поперечное сечение кабеля контрольного, монтажного и силового для взрывоопасных зон на плавучих буровых установках и морских стационарных платформах.
Кабель контрольный, монтажный и силовой для взрывоопасных зон на плавучих буровых установках и морских стационарных платформах 1 (Фиг.1), состоящий из сердечника, скрученного из трех групп, каждая из которых состоит из трех гибких многопроволочных жил 2 изолированных ПВХ - пластикатом 3, скрученных между собой, с воздушными полостями, заполненными полимерным заполнителем 6 на основе ПВХ пластиката, наложенными на каждую тройку жил групповым экраном 4 в виде оплетки из медной проволоки и оболочкой 5 из ПВХ - пластиката, с воздушными полостями заполненными полимерным заполнителем 6, наложенного поверх сердечника общего экрана 7 в виде оплетки из медных проволок и влагозащитной оболочки 8 из нефтемаслобензостойкого, стойкого к морской воде и морскому туману ПВХ пластиката.
При этом плотность оплетки групповых экранов 4 и общего экрана 7 выбирают такой, чтобы ее масса была не меньше 90% массы медной трубки с тем же внутренним диаметром и толщиной, равной диаметру проволоки оплетки.
Технология изготовления кабелей согласно заявляемой полезной модели включает следующие операции.
Медные проволоки для токопроводящих жил 2 изготавливают, как правило, из медной проволоки «катанки» преимущественно диаметром 8 мм методом волочения. В зависимости от диаметра готовой проволоки применяют либо только грубое, либо грубое и среднее волочение. После чего проволоку отжигают либо в специальных печах отжига, либо в устройствах отжига на проход, встроенных в машины среднего волочения.
Токопроводящая жила 2 скручивается из отдельных проволок на машинах сигарного или рамочного типов.
Изоляция 3, оболочки 5, полимерный заполнитель 6, влагозащитная оболочка 8, влагозащитный шланг накладываются на экструзионных линиях. Причем во всех случаях экструдирование полимерных материалов производится компрессионным способом (под давлением).
Сердечник из изолированных жил или групп, в том числе и экранированных, скручивают повивной скруткой на машинах фонарного типа.
Экраны 4 и 7 в виде оплеток из мягких медных проволок накладывают на оплеточных машинах. Плотность оплетки выбирают такой, чтобы ее масса была не меньше 90% массы медной трубки с тем же внутренним диаметром и толщиной, равной диаметру проволоки оплетки. Проволоку для оплетки изготавливают так же, как и проволоку для токопроводящей жилы с дополнительной операцией тонкого волочения. Для обеспечения требуемой плотности на тростильных машинах готовят пучки из нескольких проволок. Броню из стальных оцинкованных или стальных нержавеющих, или из фосфористой бронзы проволок также накладывают на оплеточных машинах.
Проволоку приобретают готовую. При необходимости также тростят пучки из нескольких проволок на тростильных машинах.
Водоблокирующий слой накладывают обмоткой по спирали водоблокирующими лентами на лентобмоточной машине или подпуская продольно под броню на операции оплетки.
Для подтверждения технического результата были изготовлены три образца кабеля с тремя экранированными группами из трех жил каждая с оболочками по экранам, заполнением сердечника, общим экраном и влагозащитной оболочкой. Изоляция, заполнитель, оболочки и влагозащитная оболочка выполнены из поливинилхлоридного пластиката нефтемаслобензостойкого, стойкого к морской воде и морскому туману.
Было проведено испытание напряжением 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между индивидуальными экранами, между индивидуальными экранами и общим экраном. Все образцы испытание напряжением выдержали.
Для подтверждения технического результата в части обеспечения требований по пожарной безопасности были изготовлены три образца кабеля с изолирующими материалами (изоляцией, заполнителем, оболочками и влагозащитной оболочкой) следующих типов:
- для первого образца - обычный поливинилхлоридный пластикат;
- для второго образца - специальный поливинилхлоридный пластикат с пониженным дымогазовыделением и кислородным индексом не менее 30;
- для третьего образца - безгалогенная полимерная композиция.
Результаты испытаний на нераспространение горения сведены в таблицу 2.
Таблица 2.
Тип прокладки
Результаты испытаний
Кабели с оболочкой из
Обычного поливинилхлоридного пластиката
Специального поливинилхлоридного пластиката
Безгалогенной полимерной композиции
одиночная
Длина обгоревшей части, мм
95-138
30-74
20-28
Заключение
Выд.
Выд.
Выд.
пучком
Длина обгоревшей части, мм
3500
814-1517
602-810
Заключение
Не выд.
Выд.
Выд.
Примечание: «Выд.» - означает, что образец испытание выдержал, «Не выд.» - не выдержал.
Испытание на нераспространение горение при одиночной прокладке выдержали все образцы кабелей, на нераспространение горения при прокладке в пучке - выдержали только кабели с оболочкой из специального поливинихлоридного пластиката и безгалогенной композиции, что определяется их кислородным индексом.
Результаты испытаний напряжением и на нераспространение горения подтверждают достижение технического результата.