ОГНЕСТОЙКИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к огнестойким электрическим многожильным кабелям, предназначенным для эксплуатации в силовых цепях, цепях управления и контроля, а также в линии электроснабжения на железнодорожном транспорте.
Из уровня техники известен огнестойкий электрический кабель (RU 157628 U1, 10.12.2015) /1/, выбранный в качестве наиболее близкого аналога заявленной полезной модели, который содержит токопроводящую жилу из алюминиевого сплава, две стекло-слюдосодержащие ленты, намотанные по винтовой линии на токопроводящей жиле одна сверху другой в противоположных направлениях наматывания, изоляцию, расположенную сверху упомянутых стекло-слюдосодержащих лент, и внутреннюю и наружную оболочки, которые соответственно расположены сверху изоляции и выполнены из полимерных композиций не содержащих галогенов.
Недостатком данного кабеля является то, что при его использовании не обеспечивается гарантированная огнестойкость при пожаре с одновременными механическими воздействиями на кабель, т.к. при механических воздействиях происходит смещение стекло-слюдосодержащих лент относительно токопроводящей жилы, в результате чего возникают воздушные зазоры в намотке, что приводит к преждевременному подходу пламени к токопроводящей жиле.
Вместе с тем, современные стандарты огнестойкости включают требования к огнестойкости кабеля при определенной температуре в сочетании с механическим воздействием на кабель. В частности можно отметить IEC 60331-31 - испытание кабелей на номинальное напряжение до 0,6/1,0 кВ включительно воздействием огня с ударом; BS 6387, BS 8434, EN 50200 - стандарты, определяющие работоспособность электрических кабелей, подвергающихся воздействию пламени, включая сочетания пламени с водяным аэрозолем и пламени с механическим ударом.
Технической задачей заявленной полезной модели является создание огнестойкого электрического кабеля, имеющего огнестойкость не менее 210 мин при температуре пламени 750°C, которая достигается при пожаре с одновременными механическими воздействиями на кабель, например при его изгибах, кручении, растяжении, ударах, вибрации и т.п.
Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение огнестойкости кабеля не менее 210 мин при температуре пламени 750°C, увеличение плотности и жесткости намотки стекло-слюдосодержащих лент и предотвращение возможности их смещения относительно токопроводящей жилы для исключения возникновения воздушных зазоров в намотке при механических воздействиях на кабель.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что огнестойкий электрический кабель содержит токопроводящую жилу из алюминиевого сплава, две стекло-слюдосодержащие ленты, намотанные по винтовой линии на токопроводящей жиле одна сверху другой в противоположных направлениях, изоляцию, расположенную сверху намотанных лент, и внутреннюю и наружную оболочки, которые соответственно расположены сверху изоляции и выполнены из полимерных композиций, не содержащих галогенов, причем упомянутые стекло-слюдосодержащие ленты имеют толщину 0,14-0,25 мм и намотаны с перекрытием 45-60%, при этом угол намотки первой ленты на токопроводящую жилу относительно оси токопроводящей жилы составляет 45-60°, а угол намотки второй ленты относительно оси токопроводящей жилы превышает величину угла намотки первой ленты на 15-20°.
Наружная и внутренняя защитные оболочки кабеля, выполненные из полимерных композиций, не содержащих галогенов, а также изоляция защищают кабель от механических повреждений и воздействий и являются начальным огнестойким барьером при его горении. Выполнение токопроводящей жилы из алюминиевого сплава увеличивает время огнестойкости кабеля при температуре пламени 750°C. Намотка двух стекло-слюдосодержащих лент по винтовой линии на токопроводящей жиле одна сверху другой в противоположных направлениях наматывания предотвращает отделение лент от токопроводящей жилы. Выполнение лент из стекло-слюдосодержащего материала, имеющих толщину, равную 0,14-0,25 мм, обеспечивает огнестойкость кабеля не менее 210 мин при температуре пламени 750°C. При этом при толщине лент менее 0,14 мм упомянутая огнестойкость не достигается, а при толщине лент более 0,25 мм увеличивается вероятность возникновения воздушных зазоров в намотке при указанных выше углах намотки лент и диапазоне их перекрытия. Угол намотки первой ленты на токопроводящую жилу, относительно ее оси, равный 45-60°, и угол намотки второй ленты на первую ленту, относительно оси токопроводящей жилы, превышающий величину упомянутого угла первой ленты на 15-20°, взаимосвязаны с площадью перекрытия в диапазоне 45-60% и обеспечивают увеличение плотности и жесткости намотки стекло-слюдосодержащих лент, предотвращение возможности их смещения относительно токопроводящей жилы и таким образом исключение возможности возникновения воздушных зазоров в намотке при механических воздействиях на кабель. Функциональным назначением второй ленты является создание дополнительного огнестойкого барьера и жесткое закрепление и фиксация первой ленты, обмотанной вокруг токопроводящей жилы. При этом эмпирически определено, что при углах второй ленты относительно оси токопроводящей жилы, не входящих в указанный выше диапазон значений, плотность и жесткость намотки стекло-слюдосодержащих лент значительно уменьшается и возможны смещения лент относительно оси токопроводящей жилы при механических воздействиях на кабель во время горения, что приводит к созданию воздушных зазоров в намотке. При угле намотки первой ленты на токопроводящую жилу относительно ее оси менее 45° и более 60° при механических воздействиях на кабель во время горения происходит сдвиг указанной ленты относительно токопроводящей жилы, что приводит к созданию воздушных зазоров в намотке. При площади перекрытия, составляющей менее 45% и более 60%, при рассмотренных выше углах намотки первой и второй ленты плотность и жесткость намотки стекло-слюдосодержащих лент уменьшается, в связи с чем возможны возникновения воздушных зазоров в намотке.
Полезная модель поясняется чертежом.
Огнестойкий электрический кабель 1 содержит токопроводящую жилу 2, выполненную из алюминиевого сплава, например марки 8030 или 8176. По винтовой линии на токопроводящей жиле 2 одна сверху другой в противоположных направлениях намотаны две стекло-слюдосодержащие ленты 3а и 3b. Стекло-слюдосодержащие ленты содержат слюду флогопит или слюду мусковит, а также основу из стекловолоконной ленты. Указанные типы слюды сохраняют присущую им слоистую структуру вплоть до температур плавления в диапазоне от 1200°C до 1300°C, чем и обеспечивают высокую огнестойкость. Разница между двумя типами слюды определена их химическим составом. При прокаливании они выделяют небольшие количества воды. У мусковита этот процесс протекает при температуре выше 600°C, а у флогопита - выше 800°C. Такие ленты не содержат галогенов и не выделяют опасных паров. При воздействии пламени стекло-слюдосодержащие ленты спекаются друг с другом и с токопроводящей жилой, образуя на ее поверхности плотный, устойчивый к механическому воздействию слой электроизоляции, который во время пожара отвечает за работоспособность кабеля. Каждая стекло-слюдосодержащая лента 3а и 3b имеет толщину 0,14-0,25 мм. Ленты 3а и 3b намотаны с перекрытием 45-60%. Угол намотки первой ленты 3а на токопроводящую жилу 2 относительно оси токопроводящей жилы 2 составляет 45-60°. Угол намотки второй ленты 3b на первую ленту 3а относительно оси токопроводящей жилы 2 превышает величину упомянутого угла первой ленты на 15-20°.
Сверху намотанных стекло-слюдосодержащих лент 3а и 3b расположена изоляция 4, например бумажная маслопропитанная или пластмассовая. Бумага для изоляции изготовлена из сульфатной целлюлозы и пропитана жидким диэлектриком - маслоканифольным составом. Пластмассовая изоляция может быть в виде смеси поливинилхлоридной смолы с пластификаторами и стабилизаторами или из сшитого полиэтилена. Сверху изоляции 4 расположена внутренняя оболочка 5. Сверху внутренней оболочки 5 расположена наружная оболочка 6. Внутренняя 5 и наружная 6 оболочки выполнены из полимерных композиций не содержащих галогенов.
Пример 1. Огнестойкий электрический кабель содержит токопроводящую жилу из алюминиевого сплава марки 8030. По винтовой линии на токопроводящей жиле одна сверху другой в противоположных направлениях намотаны две стекло-слюдосодержащие ленты, каждая из которых имеет толщину 0,18 мм. Сверху упомянутых стекло-слюдосодержащих лент расположена изоляция. Сверху изоляции расположена внутренняя оболочка. Сверху внутренней оболочки расположена наружная оболочка. Внутренняя и наружная оболочки выполнены из полимерных композиций не содержащих галогенов. Стекло-слюдосодержащие ленты намотаны с перекрытием 50%. Угол намотки первой ленты на токопроводящую жилу относительно оси токопроводящей жилы составляет 50°. Угол намотки второй ленты на первую ленту относительно оси токопроводящей жилы составляет 68°. В результате испытаний электрический кабель показал огнестойкость не менее 210 мин (230 мин) при температуре пламени 750°C. При этом на кабель осуществляли механические воздействия в виде кручения и растяжения кабеля, однако сдвигов стекло-слюдосодержащих лент и возникновения воздушных зазоров в обмотке не обнаружено.
Пример 2. Огнестойкий электрический кабель содержит токопроводящую жилу из алюминиевого сплава марки 8176. По винтовой линии на токопроводящей жиле одна сверху другой в противоположных направлениях намотаны две стекло-слюдосодержащие ленты, каждая из которых имеет толщину 0,23 мм. Сверху упомянутых стекло-слюдосодержащих лент расположена изоляция. Сверху изоляции расположена внутренняя оболочка. Сверху внутренней оболочки расположена наружная оболочка. Внутренняя и наружная оболочки выполнены из полимерных композиций, не содержащих галогенов. Стекло-слюдосодержащие ленты намотаны с перекрытием 55%. Угол намотки первой ленты на токопроводящую жилу, относительно оси токопроводящей жилы составляет 56°. Угол намотки второй ленты на первую ленту, относительно оси токопроводящей жилы составляет 72°. В результате испытаний электрический кабель показал огнестойкость не менее 210 мин (248 мин) при температуре пламени 750°C. При этом на кабель осуществляли механические воздействия в виде ударов и вибрации кабеля, однако сдвигов стекло-слюдосодержащих лент и возникновения воздушных зазоров в обмотке не обнаружено.
Пример 3. Проводились испытания кабелей, не охарактеризованных совокупностью существенных признаков заявленной полезной модели. Электрический кабель содержит токопроводящую жилу из алюминиевого сплава марки 8176. По винтовой линии на токопроводящей жиле одна сверху другой в противоположных направлениях намотаны две стекло-слюдосодержащие ленты, каждая из которых имеет толщину 0,30 мм. Сверху упомянутых стекло-слюдосодержащих лент расположена изоляция. Сверху изоляции расположена внутренняя оболочка. Сверху внутренней оболочки расположена наружная оболочка. Внутренняя и наружная оболочки выполнены из полимерных композиций, не содержащих галогенов. Стекло-слюдосодержащие ленты намотаны с перекрытием 40%. Угол намотки первой ленты на токопроводящую жилу относительно оси токопроводящей жилы составляет 20°. Угол намотки второй ленты на первую ленту относительно оси токопроводящей жилы составляет 30°. В результате испытаний электрический кабель показал огнестойкость менее 210 мин (130 мин) при температуре пламени 750°C. При этом на кабель осуществляли механические воздействия в виде ударов и вибрации кабеля, аналогичные воздействиям по примеру 2, при которых были зафиксированы сдвиги стекло-слюдосодержащих лент, что привело к воздушным зазорам в обмотке, к преждевременному подходу пламени к токопроводящей жиле и повреждению кабеля.
Таким образом, заявленная полезная модель, охарактеризованная совокупностью существенных признаков, обеспечивает достижение огнестойкости кабеля не менее 210 мин при температуре пламени 750°C, при этом обеспечивается увеличение плотности и жесткости намотки стекло-слюдосодержащих лент и предотвращается возможность их смещения относительно токопроводящей жилы, что исключает возникновение воздушных зазоров в намотке при механических воздействиях на кабель.