Кабель электрический

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструкциям электрических кабелей, предназначенных для промышленных сетей передачи данных, в цепях управления, сигнализации и т.д. на номинальное напряжение до 660 В включительно, в том числе, во взрывоопасных зонах всех классов.
Известны кабели монтажные для промышленной автоматики модификации КуПе-Азнг(А)-HF с изоляцией и оболочкой из полимерных компаундов, не содержащих галогенов, не распространяющие горение при групповой прокладке по категории А и не выделяющие коррозионно-активных газообразных продуктов при горении и тлении (https://ecabel.com/cat/kabeli-kupe/kupe-azng-60079). Указанные кабели имеют высокие показатели пожарной безопасности: не распространяют горение при групповой прокладке и при горении, выделяют незначительное количество дыма и коррозионно-активных продуктов горения и могут применяться во взрывоопасных зонах. Существенным недостатком такого кабеля является низкая гибкость кабеля, вызванная неэластичностью изоляции и наружной оболочки, выполненных из полимерных компаундов, не содержащих галогены. Низкие сроки службы кабеля около 35 лет. Кабели не стойки к воздействию щелочей и кислот, масел и бензина.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного решения является  кабель электрический по патенту РФ № 128387 от 25.12.2012 на полезную модель под названием «Кабель управления» (МПК H01B 7/295). Данный кабель содержит по меньшей мере, две скрученные в пары изолированные токопроводящие медные жилы с пластмассовой изоляцией, расположенную поверх скрученных в сердечник пар изолированных жил обмотку из полимерной ленты, внутреннюю оболочку из полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 35%, экран в виде оплетки из медных проволок с поверхностной плотностью экрана не менее 70%, обмотку из полимерной ленты, наложенную с перекрытием и наружную оболочку, причем изоляция выполнена из сшитой полимерной композиции на основе полиолефина, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 30 или из сшитой полиэтиленовой композиции, а наружная оболочка выполнена из сшитой полимерной композиции на основе полиолефина, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 30. Кабель может также содержать между каждой токопроводящей жилой и изоляцией термический барьер в виде обмотки, по меньшей мере, из одного слоя слюдосодержащей ленты толщиной не менее 0,1 мм, наложенной с перекрытием не менее 40%. Кабель может также содержать между повивами сердечника, наложенную по открытой спирали обмотку из хлопчатобумажных или синтетических нитей или из полимерной ленты. Кабель серийно выпускается кабельными заводами по техническим условиям ТУ 16.К71-451-2012. Указанный прототип имеет повышенную радиационную стойкость кабеля, в том числе, стойкость к воздействию дезактивирующих растворов, высокие показатели пожарной безопасности, в том числе кабеля огнестойкого. К недостаткам известного кабеля следует отнести, то, что сердечник, скручивается только из пар изолированных жил, которые отличаются между собой только цветом. Изоляция и оболочка кабеля имеют низкую стойкость к монтажным изгибам при низкой температуре. Изоляция и оболочка кабеля не стойка к воздействию масел и бензина. Низкие сроки службы кабеля около 40 лет.
Задача заявленной полезной модели заключалась в разработке конструкции кабеля электрического, характеризующегося увеличенным назначенным сроком службы 60 лет, повышенными показателями пожарной безопасности, стойкостью к монтажным изгибам при низкой температуре, химической стойкостью, маслостойкостью и бензостойкостью. Технический результат заключается в повышении надежности и назначенного срока службы электрического кабеля до 60 лет, увеличение ресурса работы в условиях воздействия влаги, щелочей, кислот, масла и бензина. Кроме того, технический результат заключается в облегчении монтажных и ремонтных работ, особенно при низких температурах, снижении удельной пожарной нагрузки в помещении и обеспечении возможности увеличения количества прокладываемого кабеля во взрывоопасных помещениях. Данный технический результат достигается за счет того, что в кабеле электрическом содержащем изолированные сшиваемой полимерной композицией токопроводящие медные или медные луженые жилы, скрученные в сердечник, заполнитель, оболочку из сшиваемой полимерной композиции,  оболочка выполнена из силанольно-сшиваемой эластомерной безгалогеновой маслобензостойкой композиции на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг, с введением при экструзии катализатора сшивки в количестве от 2 до 8 мас.ч, а заполнитель введен во все свободные промежутки кабеля и обеспечивает сплошное круглое поперечное сечение.
Сущность полезной модели состоит в том, что кабель электрический содержит, по меньшей мере, две изолированные сшиваемой полимерной композицией токопроводящие медные жилы, скрученные в сердечник, заполнитель и оболочку из сшиваемой полимерной композиции, причем оболочка выполнена из силанольно-сшиваемой эластомерной безгалогеновой маслобензостойкой композиции на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг, с введением при экструзии катализатора сшивки в количестве от 2 до 8 мас.ч., а заполнитель введен во все свободные промежутки кабеля и обеспечивает сплошное круглое поперечное сечение.Вместе с тем,токопроводящие медные жилы выполнены лужеными. Кроме того, токопроводящие жилы выполнены однопроволочными или многопроволочными. Также изоляция выполнена из силанольно-сшиваемой эластомерной безгалогеновой композиции на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг, с введением при экструзии катализатора сшивки в количестве от 2 до 8 мас.ч. Вместе с тем,изоляция выполнена из силанольно-сшиваемой высокомодульной этиленпропиленовой резины, с введением при экструзии катализатора сшивки в количестве от 2 до 8 мас.ч. Также изоляция токопроводящих жил выполнена с цветовой и/или цифровой маркировкой. А изолированные токопроводящие жилы предварительно скручены в пары или тройки, или четверки, которые в свою очередь, скручены в сердечник. Кроме того, поверх каждой токопроводящей жилы наложен огнестойкий барьер в виде обмотки с перекрытием из слюдосодержащей ленты. Вместе с тем,поверх изолированной токопроводящей жилы или пары, или тройки, или четверки наложен индивидуальный экран, выполненный в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным многопроволочным проводником. Также поверх изолированной токопроводящей жилы или пары, или тройки, или четверки наложен индивидуальный экран, выполненный в виде оплетки из металлических проволок с коэффициентом поверхностной плотности не менее 75% или комбинированный экран, выполненный из металлополимерной ленты и оплетки из металлических проволок с коэффициентом поверхностной плотности не менее 60%. Вместе с тем,заполнитель выполнен в виде экструдированной оболочки из полимерной композиции, не содержащей галогенов или из силанольно-сшиваемой эластомерной безгалогеновой композиции на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг. Также поверх сердечника наложена полимерная пленка. Кроме того, поверх заполнителя или обмотки полимерной лентой наложен общий экран, выполненный в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным многопроволочным проводником. В то же время, поверх заполнителя или обмотки полимерной лентой наложен общий экран, выполненный в виде в виде оплетки из металлических проволок с коэффициентом поверхностной плотности не менее 75% или в виде комбинированного экрана, выполненного из металлополимерной ленты и оплетки из металлических проволок с коэффициентом поверхностной плотности не менее 60%. Вместе с тем,поверх экрана наложен разделительный слой, выполненный в виде экструдированной оболочки из полимерной композиции, не содержащей галогенов или из силанольно-сшиваемой эластомерной безгалогеновой композиции на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг. Кроме того, поверх заполнителя или разделительного слоя наложена броня из стальных оцинкованных лент или стальных оцинкованных проволок, выполненных в виде повива или оплетки.
Полезная модель поясняется графически, где
на фиг. 1 – кабель электрический в разрезе.
Кабель электрический содержит однопроволочные или многопроволочные токопроводящие жилы 1, выполненные из медных или медных луженых проволок. Поверх каждой токопроводящей жилы 1 кабель электрический может быть снабжен термическим барьером 2, выполненном в виде обмотки из одной или двух стеклослюдосодержащих лент. Использование термического барьера 2 по токопроводящей жиле 1 в виде обмотки из одной или двух стеклослюдосодержащих лент позволяет увеличить работоспособность кабеля в условиях пожара. Поверх токопроводящей жилы 1 или термического барьера 2 наложена изоляция 3 из сшиваемой эластомерной безгалогеновой композиции на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг с введением при экструзии катализатора сшивки или из силанольно-сшиваемой высокомодульной этиленпропиленовой резины, с введением при экструзии катализатора сшивки. Каждые изолированные токопроводящие жилы 1, пары, тройки, четверки имеют индивидуальную цветовую и/или цифровую маркировку. Такая комплексная маркировка позволяет ускорить монтаж, а также создает удобства при монтаже и при эксплуатации кабеля. Скрутка изолированных токопроводящих жил 1 в пару, тройку или четверку повышает помехозащищенность кабеля. Поверх изолированной токопроводящей жилы 1, или пары, или тройки, или четверки может быть наложен индивидуальный экран 4, выполненный в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным многопроволочным проводником, или в виде оплетки из металлических проволок с коэффициентом поверхностной плотности не менее 75%, или в виде комбинированного экрана, выполненного из металлополимерной ленты и оплетки из металлических проволок с коэффициентом поверхностной плотности не менее 60%. Индивидуальные экраны 4 значительно снижают уровень электромагнитного влияния между двойками, тройками или четверками и могут использоваться в искробезопасных цепях. Изолированные токопроводящие жилы 1, пары, тройки или четверки, в том числе в индивидуальных экранах 4 скручиваются в сердечник 5 кабеля. При скрутке сердечника 5 может использоваться жгут (кордель) 6 из полимерной композиции, не содержащей галогенов, который предназначен для формирования круглого сердечника 5. Для облегчения разделки кабеля поверх сердечника 5 может быть наложена полимерная лента 7 в виде обмотки из полиэтилентерефталатной пленки. Поверх сердечника 5 или полимерной ленты 7 может быть последовательно наложены заполнитель 8 и общий экран 9. Заполнитель 8 может быть выполнен в виде экструдированной оболочки из эластичной полимерной композиции, не содержащей галогенов или из силанольно-сшиваемой эластомерной безгалогеновой композиции на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг. Заполнитель 8 заполняет все свободные промежутки кабеля и обеспечивает сплошное круглое поперечное сечение кабеля, что обеспечивает плотный ввод кабеля во взрывоопасные зоны. Общий экран 9 может быть выполнен в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным многопроволочным проводником или в виде оплетки из металлических проволок с коэффициентом поверхностной плотности не менее 75%, или в виде комбинированного экрана, выполненного из металлополимерной ленты и оплетки из металлических проволок с коэффициентом поверхностной плотности не менее 60%. Общий экран 9 позволяет снизить уровень электромагнитных помех и обеспечивает электростатическое заземление. Кабель может также содержать, наложенную поверх экструдированной оболочки броню 11 из стальных оцинкованных лент или стальных оцинкованных проволок, выполненных в виде повива или оплетки. Броня 11 предназначена для защиты кабелей от механических повреждений, а броня 11 в виде повива, в том числе от растягивающих усилий. При наличии общего экрана 9 и брони 11 в кабеле может быть наложен разделительный слой 10 в виде экструдированной оболочки из полимерной композиции, не содержащей галогенов или из силанольно-сшиваемой эластомерной безгалогеновой композиции на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг. Поверх всех элементов кабеля накладывается наружная оболочка 12 из сшиваемой эластомерной безгалогеновой маслостойкой композиции на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг с введением при экструзии катализатора сшивки. Применение эластомерных силанольно-сшиваемых эластомерных безгалогеновых маслостойких композиций на полиолефиновой основе повышает гибкость кабеля, обеспечивает высокую стойкость к монтажным изгибам при низкой температуре и стойкость к маслам и бензину. Низкая удельная теплота сгорания материалов изоляции, заполнителя, разделительного слоя и наружной оболочки 12 снижает общую пожарную нагрузку кабеля. Данные материалы не распространяют горение, имеют низкое дымо- и газовыделение, стойки к маслам и дизельному топливу, устойчивы к воздействию повышенной и пониженной температур, влаги, щелочей, кислот и имеют установленный срок службы более 60 лет.
Кабель электрический может быть изготовлен с применением технологии SIOPLAS, заключающейся в том, что при изготовлении изоляции смешиваются два компонента: силанольно-привитая эластомерная полимерная композиция, не содержащая галогенов и концентрат катализатора сшивки. Силанольно-сшиваемые эластомерные безгалогеновые композиции на полиолефиновой основе используются совместно с катализаторами, которые подбираются в зависимости от требуемых условий эксплуатации, температурного воздействия, воздействия различных факторов, требований по нераспространению горения и необходимого срока службы. Все марки композиций используются совместно с различными типами катализаторов, содержащих антиоксиданты, антипирены, стабилизаторы и деактиватор меди. Для получения конечного продукта, катализатор сшивки (состоящий из смеси основного материала, катализатора, антиоксиданта, соответствующего стабилизатора, деактиватора меди и смазки) смешивают с гранулами основного материала в типичном весовом соотношении 5:95, и полученную смесь расплавляют с последующей экструзией изоляции или оболочки. Поперечные химические связи создаются путем воздействия на продукт воды или пара (при температуре от 70 до 90°С). Высокая производительность, низкий уровень брака и возможность использования обычного экструзионного оборудования являются преимуществами этого метода. Силанольно-сшитые полимерные композиции, не содержащие галогенов обеспечивают преимущество в поведении при старении. Применение эластомерных силанольно-сшиваемых эластомерных безгалогеновых маслостойких композиций на полиолефиновой основе повышает гибкость кабеля, обеспечивает высокую стойкость к монтажным изгибам при низкой температуре и стойкость к воздействию масла и бензина. Низкая удельная теплота сгорания данных материалов в комбинации с высокими противопожарными свойствами и свойством образования кокса в пламени позволяет снизить пожарную нагрузку в помещении и использовать большее количество кабелей в помещениях. Применяемые материалы соответствуют требованиям RoHS (Директива RoHS 2011/65/EU - Ограничение содержания вредных веществ), которые показывают, что  при переработке и применении данных материалов не используются и не выделяются вредные вещества, оказывающие отрицательное влияние на здоровье человека и окружающей среды. Именно использование различных типов катализаторов, содержащих антиоксиданты, антипирены, стабилизаторы и деактиватор меди, в сочетании с силанольно-сшиваемыми эластомерными безгалогеновыми маслобензостойкими композициями на полиолефиновой основе с удельной теплотой сгорания не более 25 МДж/кг и применение вышеуказанной конструкции кабеля с заполнителем, введённым во все свободные промежутки кабеля и обеспечивающим сплошное круглое поперечное сечение, обеспечивает технический результат - увеличение надежности и назначенного срока службы кабелей до 60 лет, увеличение ресурса работы в условиях воздействия влаги, щелочей, кислот, масла и бензина, в том числе, облегчение монтажных и ремонтных работ, особенно при низких температурах, снижение удельной пожарной нагрузки в помещении и возможность увеличения количества прокладываемого кабеля во взрывоопасных помещениях. Токопроводящие однопроволочные жилы 1 и проволоки для многопроволочных жил и наложения экранов изготавливают на волочильном оборудовании, традиционно применяемом в кабельной промышленности. Для обеспечения гибкости медную проволоку подвергают отжигу в специальных печах или на проход в специальных устройствах, совмещенных с одной из операций волочения. Затем медные проволоки повергают лужению на оборудовании для лужения. Токопроводящие медные или медные луженые проволоки скручиваются в многопроволочные токопроводящие жилы 1 на крутильном оборудовании. Термический барьер 2 в виде обмотки одной или двумя лентами наносят на жилу на обмоточной машине. Изоляцию 3 и жгут (кордель) 6 изготавливают на экструзионной линии. При наложении изоляции в композицию добавляется катализатор сшивки в количестве от 2 до 8 мас. ч, концентрат красителя определенного цвета в количестве 0,5 до 3 мас.ч и наносится цифровая маркировка. Затем изолированные жилы помещают в камеру сшивки на определенный период, необходимый для образования дополнительных связей между молекулами материала. Изолированные жилы скручивают в пару, или тройку, или четверку  на крутильных машинах. Наложение индивидуальных 4 и общих экранов 9, в том числе комбинированных экранов, производят на обмоточных машинах полимерными лентами ламинированных алюминием или медью с контактным проводником из луженых медных проволок. Индивидуальные 4 и общие экраны 9, в том числе комбинированные экраны в виде оплетки производят на оплеточных машинах из медных или медных луженых проволок. Изолированные или индивидуально-экранированные жилы, пары, или тройки, или четверки скручиваются в сердечник 5 вместе с жгутом (корделем) 6 на крутильных машинах. На сердечник может быть наложена полимерная пленка 7 на обмоточных машинах. Заполнитель 8 наносится на экструзионной линии с использованием технологического инструмента для наложения с обжатием. Разделительный слой 10 наносится на экструзионной линии в виде экструдируемого слоя из полимерной композиции, не содержащей галогенов или сшиваемой эластомерной безгалогеновой маслобензостойкой композиции на полиолефиновой основе с добавлением катализатора и последующей сшивкой в камере. Броня 11 из стальных оцинкованных лент наносится на обмоточных машинах, стальных оцинкованных проволок, выполненных в виде повива на крутильных машинах, в виде оплетки наносится на оплеточных машинах. Наружную оболочку 12 из сшиваемой эластомерной безгалогеновой маслобензостойкой композиции на полиолефиновой основе, с добавлением катализатора сшивки в количестве от 2 до 8 мас.ч накладывают на экструзионной линии. Затем кабель помещают в камеру сшивки на определенный период, необходимый для образования дополнительных связей между молекулами материала оболочки. Все вышеназванные материалы, применяемые для токоведущих жил, термического барьера, изоляции, экранов, разделительного слоя, брони  и наружной оболочки соответствуют технической документации на них и выпускаются промышленно. Недостатками не сшиваемых полимерных композиций, не содержащих галогенов, применяемых для изоляции и наружной оболочки является: термопластичность, не стойкость к химически агрессивным средам, низкая стойкость к воздействию повышенных температур и низкий срок службы.  При сшивании полимерных композиций образуются прочные химические связи между молекулами исходного полимерного материала (оболочки или изоляции), вследствие чего образуется трехмерная (пространственная) структура полимера, что значительно повышает стойкость материала к высоким температурам, продавливанию, химически агрессивным средам и старению. На данный̆ момент наиболее распространенными являются следующие два способа получения кабельной̆ изоляции и оболочки из сшиваемых полимерных композиций, не содержащих галогенов: 1) радиационный̆ способ, при котором образование поперечных химических связей̆ между макромолекулами полимера происходит под действием ионизирующего излучения. 2) силанольный способ (метод SIOPLAS), при котором образование поперечных химических связей̆ происходит при помощи органосиланов. При радиационной сшивке конечная степень сшивки напрямую зависит от условий облучения. Применение высоких доз облучения при радиационной̆ сшивке может привести к возникновению нежелательных эффектов в отверждаемом полиолефине, таких как: - снижение физико-механических свойств, из-за деструкции макроцепей полимера под действием высоких доз облучения; - вспенивание композиции из-за выделения водорода в больших дозах; - радиолиз прочих добавок в композиции, с последующим снижением их активности; - снижение диэлектрических свойств, вследствие образования локальных электроотрицательных областей̆ из-за накопления электронов (Эффект Рихтенберга). Важные достижимые механические свойства почти одинаковы в этих двух методах, однако трехмерная структура сшивания силанольно-сшитых полимерных композиций означает, что они удовлетворяют требованиям даже при более низких степенях сшивания. С точки зрения обеспечения высоких физико-механических характеристик сшитых безгалогеновых композиций при температурах эксплуатации более 100  ̊С силанольный способ сшивания является более предпочтительным, чем радиационный.
Достижение технического результата заявленной полезной модели подтверждается положительными результатами испытаний образцов кабеля техническим требованиям пожарной безопасности, требованиям на надежность и стойкость к щелочи, кислоте, маслу и бензину:
3
- эквивалентный показатель токсичности продуктов горения 70-80 г/м по токсичности продуктов горения по ГОСТ 12.1.044, показатель пожарной опасности ПТПМ 2);
- категория А по нераспространению горения по ГОСТ IEC 60332-3-22, показатель пожарной опасности ПРГП П1б;
- снижение светопроницаемости не выше 35% при горении и тлении по ГОСТ IEC 61034-2, показатель пожарной опасности дымовыделения ПД 1;
- массовая доля газов галогенных кислот, выделяющегося при горении соответствует показателю пожарной опасности ПКА1 по ГОСТ IEC 60754-1;
- степень кислотности выделяемых газов измерением pH и удельной проводимости соответствует показателю пожарной опасности ПКА1 по ГОСТ IEC 60754-2;
- огнестойкость кабеля более 180 мин по ГОСТ IEC 60331-21, показатель пожарной опасности ПО1;
- срок службы более 60 лет в режиме нормальной эксплуатации при 70°C подтвержден испытаниями материалов на старение по IEC 60216-1;
- изменения прочности и удлинения материала оболочки соответствуют требуемым значениям после испытания щелочью NaOH и щавелевой кислотой при 23°С в течение 168 ч;
о
- изменения прочности и удлинения материала оболочки соответствуют требуемым значениям после испытания в течение 168 ч на воздействие минерального масла N 2 (IRM 902) при температуре 100 С по ГОСТ IEC 60811-404;
2
- водопоглощение менее 4 мг/см подтверждено испытанием по ГОСТ IEC 60811-402 при температуре 70°С в течение 168 ч или при температуре 100°С в течение 24 ч;
- стойкость к бензину подтверждена испытанием при температуре23°С в течение 30 суток;
- отсутствие трещин на изоляции и оболочки после испытания на стойкость к механическим изгибам при температуре минус 40°С ГОСТ IEC 60811-504.