КАБЕЛЬ МНОГОЖИЛЬНЫЙ ТЕРМОЭЛЕКТРОДНЫЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к многожильным термоэлектродным кабелям с пластмассовой изоляцией, предназначенным для электродов термопар и присоединения их к измерительным приборам.
Известен гибкий термоэлектродный кабель, включающий защитную оболочку из пластиката, экран, изолированные токопроводящие жилы с различной проводимостью, выполненные из скрученных вместе проволок, отличающийся тем, что токопроводящие жилы с разной проводимостью скручены попарно, экранированы попарно, скручены в общий сердечник, снабженный общим экраном, проложенным между указанным сердечником и защитной оболочкой (Патент RU №148009, МПК Н01 В7/295, опубликованный 20.11.2014).
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в выполнении кабеля, включающего защитную оболочку, изолированные токопроводящие жилы с различной термоэлектродвижущей силой. Токопроводящие жилы выполнены из скрученных вместе проволок, скрученных в общий сердечник. В частных случаях выполнения токопроводящие жилы скручены попарно, экранированы попарно, а затем скручены в общий сердечник с наложением поверх общей скрутки общего экрана, проложенного между указанным сердечником и защитной оболочкой.
Причиной, препятствующей получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, является выполнение изоляции, внутренней оболочки и наружной оболочки из материалов, обеспечивающих пожаробезопасность кабеля и отсутствие при горении токсичности и коррозионной активности продуктов горения.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в необходимости разработки пожаробезопасного термоэлектродного кабеля, не выделяющего коррозионно-активных газообразных и токсичных продуктов при горении и тлении.
Технический результат достигается тем, что термоэлектродный кабель содержит как минимум пару изолированных токопроводящих жил с различной термоэлектродвижущей силой, внутреннюю и защитную оболочки. При этом изоляция, внутренняя оболочка и защитная оболочка выполнены из не распространяющего горение безгалогенового компаунда с индексом токсичности меньше 2 ед. и кислородными индексами изоляции не меньше 32%, внутренней оболочки не меньше 40% и наружной оболочки не менее 34%. При этом токопроводящие жилы могут быть выполнены либо однопроволочными, либо гибкими многопроволочными. Различная термоэлектродвижущая сила токопроводящих жил обеспечивается тем, что половина жил выполнена из меди, а другая из константана, либо половина из хромели, другая половина из алюмеля, либо одна половина из хромеля, другая из копеля. Все токопроводящие жилы скручены в общую скрутку, либо токопроводящие жилы скручены попарно (медь-константан, хромель-алюмель, хромель-копель), а затем все пары также скручены в общий сердечник. Кроме того, на токопроводящие жилы, скрученные попарно, может быть наложен дополнительно индивидуальный экран, а поверх каждой токопроводящей жилы наложен огнестойкий барьер из двух слюдосодержащих лент (если требуется дополнительная огнестойкая защита). На общую скрутку токопроводящих жил может быть наложен общий экран и/или броня.
Обычно в кабелях, используемых в зонах, где требуется повышенная пожаробезопасность, используют композиции на основе ПВХ (как в аналоге), который по своей природе обладает меньшей горючестью по сравнению, например, с композициями на основе полиэтилена. Однако, в последнее время помимо требований снижения горючести, остро стоит вопрос и по другим аспектам проблемы пожаробезопасности: токсичности летучих продуктов горения, дымообразующей способности в условиях пожара, их коррозионной активности. В связи с этим, используются не распространяющие горение безгалогенные компаунды на основе полиолефинов, которые соответствуют по уровню негорючести композициям на основе ПВХ и, в то же время имеют преимущества по остальным показателям пожаробезопасности. Понятие безгалогенный или "ноль галогенов" символ трудной горючести, малодымности, малой токсичности летучих продуктов горения, отсутствия в летучих продуктах токсичного, коррозионно-активного и раздражающего дыхание газа - хлористого водорода и других галоидоводородов.
Одним словом, для пожароопасных условий применение безгалогенных композиций и кабелей с их использованием более предпочтительно по сравнению с ПВХ композициями и кабелями на их основе, что особенно актуально для термоэлектродных кабелей, т.к. выделение коррозионно-активных газов негативно воздействует на электронику измерительных приборов, а выделение токсичных продуктов горения и задымленность на эвакуацию людей из зоны возгорания.
При воздействии пламени на наружную, внутреннюю оболочки кабеля и изоляцию токопроводящих жил, выполненных из не распространяющего горение безгалогенового огнестойкого компаунда с низкой эмиссией газо-дымовыделения с кислородным индексом не менее 34% (оболочка), 40% (внутренняя оболочка) и 32% (изоляция) с индексом токсичности меньше 2 ед., процесс горения кабеля и распространение пламени замедляется. Высокий интегральный кислородный индекс затрудняет горение кабеля в атмосферных условиях, а индекс токсичности меньше 2 ед. (конструктивных составляющих кабеля: изоляции и оболочек), обеспечивает наименьшую токсичность продуктов горения кабеля. Токсичность - степень проявления вредного действия химического соединения. Индекс токсичности (критерий токсичности) - достоверное количественное значение тест-параметра, на основании которого делается вывод о токсичности образца. Данный тест показывает, что индекс токсичности у материалов меньше 2 ед. и в соответствии с Идентификацией опасности продукт не опасен для здоровья человека, нет угрозы для окружающей среды и не выявлена физическая или химическая опасность. Благодаря этим показателям составляющих элементов кабеля (изоляции и оболочек) достигается максимальный предел огнестойкости термоэлектродного кабеля в условиях воздействия пламени - 180 мин (при применении дополнительно огнестойкого барьера по токопроводящей жиле) и безопасность кабеля при эксплуатации.
Кабель, изготовленный с оболочками и изоляцией из не распространяющих горение безгалогенных компаундов, при возгорании не распространяет горение, а имеет свойство самозатухания.
Для решения технической задачи проводился ряд опытов и экспериментов, позволяющих обеспечить решение данной технической задачи в соответствии с ГОСТ 31565-2012 путем подбора материалов изоляции, внутренней и наружной оболочек. Согласно ГОСТ IEC 60754-1(2) огнестойкий термоэлектродный кабель, не выделяющий коррозионно-активных газообразных и токсичных продуктов при горении и тлении не должен распространять горение при одиночной и групповой прокладке по категории А. Значения показателей коррозионной активности продуктов дымо- и газовыделения при горении и тлении материалов изоляции, внутренней и наружной оболочек должны соответствовать данным в табл. 1.
Дымообразование при горении и тлении кабелей по ГОСТ IEC 61034-1(2) не должно приводить к снижению светопроницаемости в испытательной камере более чем на 40%. Значение эквивалентного показателя токсичности продуктов горения кабеля по ГОСТ IEC 31565 должно быть не более 40 г/м. Предел огнестойкости кабеля в условиях воздействия пламени по ГОСТ IEC 60331-1(2) - 180 мин. Все испытания проводились по методикам, описанным в вышеперечисленных ГОСТах. Так как данные показатели кабеля обеспечивает материал изоляции, внутренней и наружной оболочек с определенными характеристиками, то для обеспечения необходимых показателей и подбирались полимерные композиции, не содержащие галогенов.
Наряду с испытаниями кабеля, изготовленного с изоляцией, внутренней и наружной оболочками из материалов с указанными характеристиками, проводились испытания кабеля по ГОСТам, перечисленным ниже с безгалогенными композициями, имеющими кислородный индекс и индекс токсичности менее указанных. Испытания показали, что поставленную техническую задачу можно решить только с безгалогенными композициями, имеющими указанные в заявке характеристики (индекс токсичности меньше 2 ед. и кислородными индексами у изоляции не меньше 32%, у внутренней оболочки не меньше 40% и наружной оболочки не менее 34%).
Методы испытаний:
ГОСТ IEC 60332-3-22-2011 «Испытания электрических и оптических кабелей в условиях воздействия пламени» Часть 3-22. «Распространение пламени по вертикально расположенным пучкам проводов или кабелей, категория А».
ГОСТ IEC 60331-21-2011 «Испытания электрических и оптических кабелей в условиях воздействия пламени. Сохранение работоспособности. Часть 23. Проведение испытаний и требования к ним. Кабели электрические для передачи данных».
ГОСТ IEC 60754-1-2015 «Испытания материалов конструкции кабелей при горении. «Часть 1. Определение количества выделяемых газов галогенных кислот».
ГОСТ IEC 60754-2-2015 «Испытания материалов конструкции кабелей при горении. «Часть 2. Определение степени кислотности выделяемых газов измерением рН и удельной проводимости».
Примеры проведения испытаний:
Таким образом, из результатов испытаний и совокупности приведенных существенных признаков видно, что кабель, изготовленный с использованием материалов в изоляции, внутренней и наружной оболочках (безгалогенные композиции с индексом токсичности меньше 2 ед. и кислородными индексами у изоляции не меньше 32%, у внутренней оболочки не меньше 40% и наружной оболочки не менее 34%) полностью соответствует параметрам по ГОСТу 31565-2012 (см. табл. 1) и соответственно полностью решает поставленную техническую задачу.
Применение указанных материалов позволяет повысить пожаростойкость термоэлектродного кабеля и одновременно обеспечить низкий уровень выделения токсичных продуктов горения и дыма, что упрощает задачу по тушению возгорания и спасения людей.
Осуществляется заявленная полезная модель следующим образом. Токопроводящие жилы термоэлектродного кабеля могут быть выполнены однопроволочными или гибкими многопроволочными. На каждую токопроводящую жилу наложена изоляция из не распространяющего горение безгалогенного компаунда с кислородным индексом не меньше 32%, либо наложен методом обмотки огнестойкий барьер из двух слюдосодержащих лент, а затем изоляция. Токопроводящие жилы выполнены из материалов с различной термоэлектродвижущей силой: металл и сплав или пара сплавов (медь-константан, хромель-копель, хромель-алюмель), при этом половина токопроводящих жил выполнена из одного металла (сплава), половина из другого, либо токопроводящие жилы могут быть скручены парами, в паре также одна жила выполнена из одного металла (сплава), другая из другого. На пару токопроводящих жил может быть дополнительно наложен индивидуальный экран (если необходима дополнительная защита от электрических помех). Затем все изолированные токопроводящие жилы кабеля скручивают в общий сердечник с шагом скрутки не более 15 Бскр. Поверх общей скрутки допускается наложение обмотки, (например, из ПЭТ пленки). Далее поверх скрученных пар или скрученных изолированных жил наложена внутренняя оболочка из не распространяющего горение безгалогенного компаунда с кислородным индексом не менее 40%. Поверх внутренней оболочки в кабелях с общим экраном накладывается общий экран из алюмофлекса, основным назначением которого является защита от воздействия электромагнитных помех, а также отвод токов короткого замыкания. В бронированных кабелях поверх обмотки по скрученным жилам должна быть наложена подушка под броню, совместимая с материалами изоляции и оболочек и броня из стальных оцинкованных проволок или лент методом оплетки для защиты кабеля от механических воздействий. Далее поверх обмотки по скрученным жилам, или поверх общего экрана, или поверх брони наложена наружная оболочка из огнестойкой полимерной композиции, не содержащей галогенов с кислородным индексом не менее 34%.
Конструкция заявленной полезной модели успешно опробована в условиях производства.