Многослойный модуль кабелепровода

Область техники
Полезная модель относится к каналам для монтажа кабелей, в частности к трубчатым модулям кабелепроводов, используемым для совместного размещения электрических и волоконно-оптических кабелей, преимущественно, под землей.
В настоящее время широко применяются кабелепроводы, выполненные в виде трубы, во внутреннем пространстве которой располагают кабели.
Уровень техники
Известно использование труб из поливинилхлорида в качестве кабелепроводов (см. патент РФ на полезную модель №89775, опубликован 10.12.2009), предназначенных для использования в производственных, административных, общественных и жилых зданиях. Но их использование вне зданий и сооружений ограничено высокой хрупкостью поливинилхлорида.
Для подземной прокладки используются кабелепроводы, в которых полиэтиленовые трубы уложены в железобетонные лотки (патент РФ на полезную модель №69335, опубликован 10.12.2007 г.). Недостатками такой конструкции является необходимость использования железобетонных лотков для защиты кабельных каналов от внешних воздействий, что влечет за собой выполнение большого объема строительных и земляных работ, и ограниченный срок службы железобетонных лотков.
Известны кабелепроводы, представляющие собой двухслойные гофрированные полимерные трубы для защиты кабелей, имеющие достаточную жесткость за счет гофрированной стенки (патент РФ на полезную модель №132461, опубликован 20.09.2013 г.).
Однако тонкая внутренняя стенка кабелепровода может разрушиться при протяжке кабеля, гибкая конструкция осложняет строительство структурированной кабельной канализации. Кроме того, наличие воздуха в полостях гофры ухудшает теплообмен и увеличивает потери мощности в кабеле.
Применение в качестве кабелепроводов металлических труб, покрытых защитным полимерным слоем, не требует специальных лотков и использования гофрированных оболочек. Они обладают достаточной жесткостью и имеют защиту от воздействия внешней среды и коррозии. Например, алюминиевая труба для кабелепровода, покрытая слоем из полимерного термоусадочного материала, соединенного с алюминиевой трубой посредством клеевого слоя, описана в заявке US 2017130883 A1, опубликованной 11.05.2017 г. В заявке CN 204615304, опубликованной 02.09.2015 г., раскрыт многослойный кабелепровод, включающий стальную трубу и внешнее покрытие, имеющее антикоррозийные свойства.
К недостаткам таких кабелепроводов можно отнести трудоемкость их изготовления, поскольку требуется соединить в стенке трубы металлические и неметаллические материалы, а также сложность соединения таких труб в кабелепровод и контроль качества этого соединения.
Устранить этот недостаток позволяет использование для создания кабелепроводов многослойных полимерных труб, имеющих внутренний слой для размещения кабеля и наружный защитный слой из полимерного материала (журнал Новости Электротехники, №4 (82), 2013 год, стр. 78-83). Такой кабелепровод устойчив к воздействию факторов внешней среды и обеспечивает защиту кабеля от механического повреждения и внешних воздействий, что способствует повышению надежности его работы. Этот кабелепровод имеет жесткий протяженный корпус. Для его прокладки требуется выполнять большой одномоментный объем земляных работ. Кроме того, недостатком таких конструкций является их низкая надежность, поскольку в процессе строительства кабелепровода, трубы, формирующие кабельный канал, соединяют между собой посредством сварки, в результате чего образуются неровности на внутренней поверхности трубы, оказывающие разрушающее воздействие на кабель при его протяжке в канал, тогда как одна из функций кабелепровода заключается в защите кабеля от повреждений. Кроме того, сложно проконтролировать качество сварных соединений на протяжении всего кабелепровода, что приводит к недостаточной надежности кабелепровода.
Техническая проблема, решаемая при создании заявляемой полезной модели, заключается в необходимости создания кабелепровода, который может монтироваться из отдельных модулей, не требуя одномоментных объемных земляных работ или специальных методов укладки, а также в повышении надежности кабелепровода, выполненного из многослойных модулей в процессе монтажа и эксплуатации.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении надежности кабелепровода, выполненного из многослойных модулей.
Краткое раскрытие сущности полезной модели
Технический результат достигается за счет того, что в многослойном модуле кабелепровода, выполненном в виде отрезка трубы, который имеет стенку и торцы, причем стенка состоит из трех слоев: первого слоя, выполненного из полиолефинов, имеющих твердость по Шору D не менее 50 единиц и окрашивающего кабелепровод в красный или синий цвет для индикации типа прокладываемого кабеля, второго слоя, выполненного из полимерной композиции на основе первичного полиолефина с добавлением антиоксиданта и третьего слоя, выполненного из полимерной композиции на основе первичного полиолефина с добавлением антиоксиданта, антипирена и силиконовой композиции. В случае если канал кабелепровода используется для прокладки оптического кабеля, третий слой в этом канале может отсутствовать.
Количество антиоксиданта в полимерных композициях на основе первичных полиолефинов, из которых выполнены второй и третий слои стенок трубы составляет 0,1-2,0 масс. %.
Возможно выполнение первого слоя стенки многослойного модуля кабелепровода в виде полосы красного или синего цвета, указывающего на то, что в данном канале проложен силовой электрический или оптический кабель соответственно. Первый слой выполняется из полимерной композиции на основе первичных полиолефинов: полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности, сшитый полиэтилен, полиэтилен, стойкий к распространению трещин, полипропилен.
Второй слой стенки многослойного модуля кабелепровода выполняется из полимерной композиции на основе полиолефинов: полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности, полипропилен, полибутен, полипентен, с добавлением антиоксиданта, выбранного из группы: замещенный фенол, вторичный ароматический амин, производная бензофурана.
Третий слой стенки многослойного модуля кабелепровода выполняется из полимерной композиции на основе первичного полиолефина: полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности, полипропилен, полибутен, полипентен, с добавлением антиоксиданта и антипирена.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено схематичное изображение одного из частных случаев выполнения многослойного модульного кабелепровода (разрез вдоль продольной оси модуля), выполненного в виде модуля 1, который имеет стенку и торцы, причем стенка 2 состоит из трех слоев: первого слоя 3, второго слоя 4, и третьего слоя 5, торцы 6 и 7 имеют толщину стенки h. Продольная ось модуля показана пунктирной линией.
На фиг. 2 схематично показан другой частный случай выполнения многослойного модульного кабелепровода (вид с торца), в виде модуля, имеющего стенку, включающую первый слой 3, второй слой 4 и третий слой 5, в торцах которого установлены перегородки для создания 4 кабель-каналов, каждый кабель-канал снабжен силиконовой прокладкой для обеспечения герметичности при сборке нескольких модулей между собой.
На фиг. 3 показан блок кабелепроводов 11, который образован из соединенных между собой многослойных модулей 1. Модули соединяются между собой при помощи болтового соединения (гайка 9, болт 10) стягивающих торцы соединяемых модулей.
Подробное раскрытие полезной модели
Многослойный модуль кабелепровода представляет собой модуль, длина которого зависит от условий прокладки кабелепровода. Для формирования кабелепровода, отдельные модули соединяются между собой при помощи болтового соединения стягивающих торцы соединяемых модулей. Длина модулей обеспечивает удобство использования при устройстве кабелепровода в стесненных условиях, достаточно хорошее скольжение и целостность оболочки кабеля при его протяжке в канал.
Выполнение кабелепровода из соединяемых между собой отдельных многослойных модулей, выполненных в виде модулей, повышает удобство монтажа кабелепровода за счет снижения объема земляных работ, выполняемых одномоментно при прокладке кабелепровода, что особенно важно в условиях плотной городской застройки и интенсивного движения транспорта. Использование отдельных модулей позволяет всесторонне проконтролировать состояние каждого модуля перед его монтажом, что повышает надежность, как модулей, так и смонтированного из них кабелепровода. Заявленный модуль кабелепровода имеет многослойную стенку, выполненную их трех слоев, которая обеспечивает высокую жесткость и, соответственно, надежность кабелепровода, и позволяет прокладывать канал в городских условиях на глубине менее 0,7 метра без специальной засыпки.
Второй слой 4 стенки 2 отрезка трубы 1 (фиг. 1), представляющего собой многослойный модуль кабелепровода, выполнен из полимерной композиции на основе первичного полиолефина: полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности, полипропилен, полибутен, полипентен, с добавлением антиоксиданта. Первичный полиолефин является основой полимерной композиции, так как его процентное содержание в композиции является наибольшим по сравнению с другими компонентами композиции.
Добавление антиоксиданта в полимерную композицию на основе первичного полиолефина, из которой изготовлен второй слой 4, повышает термостойкость изделия и позволяет выполнить требования по температурным режимам для силовых кабелей.
Применяемые полимеры должны обладать хорошей свариваемостью, необходимой для повышения надежности кабелепровода, изготовленного из многослойных модулей. Указанные материалы выпускаются в промышленных масштабах, их свойства стандартизованы, они обладают стабильными физико-механическими свойствами. Стабильность свойств обеспечивает надежность модуля кабелепровода.
Антиоксидант, используемый для повышения термостойкости первичного полиолефина, может быть выбран из группы: замещенный фенол, вторичный ароматический амин, производная бензофурана.
Для изготовления второго слоя 4 используется полиэтилен марки ПЭ-100, который имеет высокую плотность и крепкие межмолекулярные связи. Он обеспечивает надежность модуля кабелепровода при его эксплуатации без разрушения при рабочей температуре +90°С и температуре перегрузки +130°С, кратковременно до +250°С. Материал обладает высокой прочностью на растяжение и разрыв, стойкостью к различным разрушителям погодного, химического и биологического происхождения, возможностью эксплуатации изделия в высоко- и низкотемпературном режимах. В связи с большей стройностью и упорядоченностью молекулярной структуры полиэтилена ПЭ-100, соединение двух модулей способом сварки дает более ровный и аккуратный шов, обеспечивая хорошее скольжение кабеля при его укладке в кабелепровод и целостность оболочки кабеля, повышая надежность модуля и кабелепровода в целом. Для повышения термостойкости в композицию на основе полиэтилена марки ПЭ-100-2 НТ-11-285Д вводят замещенный фенол в качестве антиоксиданта в количестве 0,1-2,0 мас. %, что повышает рабочую температуру эксплуатации модулей, изготовленных их этого материала до +110°С.
Для индикации проложенного типа кабеля (силового кабеля красным цветом, оптического кабеля синим цветом), второй слой 4 покрыт снаружи первым слоем 3, Первый слой 3, выполненный из полиолефинового полимера, имеющего твердость по Шору D не менее 50 единиц, он защищает второй слой 4 от внешних механических воздействий - за счет указанной твердости. Возможно добавление красителей для индикации типа прокладываемого кабеля. Также первый слой может включать светостабилизаторы для защиты канала от воздействия солнечного излучения при наружной прокладке. Использование полиолефинового полимера для изготовления этого слоя обеспечивает хорошую адгезию первого и второго слоев стенки трубы модуля. Первый слой 3 должен быть выполнен из полиолефинового полимера: полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкой плотности, сшитый полиэтилен, полиэтилен, стойкий к распространению трещин, полипропилен. Данные материалы обладают устойчивостью к механическим воздействиям, что повышает надежность многослойного модуля кабелепровода.
Третий слой 5 выполняется из полимерной композиции на основе первичного полиолефина, с добавлением антиоксиданта в количестве 0,1-2,0 масс. %, а также антипирена и силиконовой композиции.
Антипирен (Vampstat HD 00U 08 V0 28 Giallo Е, JLS МВ22С, АДж 4, EXFLAM FR АР135) добавляется в композицию для обеспечения стойкости слоя к воздействию короткого замыкания (определяется испытанием на стойкость к воздействию раскаленной проволоки с температурой +750°С в течение 30 секунд), к прилипанию кабеля в режимах перегрузки и в случае воспламенения кабеля. Силиконовая композиция (Армлен ПЭ-2АФК натуральный или Akkat PE/F 104500, или Polybath АЫГ 105 Е) обеспечивает легкость скольжения кабеля внутри кабелепровода при его протягивании и извлечении, уменьшает адгезию оболочки кабеля к третьему слою трубы. Все указанные добавки обеспечивают готовность к использованию и ремонтопригодность кабелепровода, изготовленного из многослойных модулей, то есть его надежность.
Хорошая адгезия всех слоев многослойного кабелепровода позволяет получить монолитную конструкцию, повышающую его надежность.
Возможна установка внутри кабелепровода разделителей. Разделители не позволяют кабелям соприкасаться между собой и повреждать друг друга при перегрузке и возгорании одного из кабелей, что уменьшает возможность повреждения кабелепровода изнутри, повышая его надежность. Кроме того, разделители структурируют кабели внутри кабелепровода.
Многослойный модуль кабелепровода может иметь различные формы расположения каналов, для примера на фиг. 2 выбрано квадратное сечение на 4 кабель-канала, такое сечение является оптимальным с точки зрения прочности, надежности, при том же расходе материала.
На фиг. 3 показан блок кабелепровода 11, состоящий из соединенных между собой многослойных модулей, один из которых изображен на фиг 1.
В блоке кабелепроводов, по меньшей мере, один кабелепровод может использоваться для прокладки волоконно-оптического кабеля для формирования волоконно-оптической линии связи.
Пример выполнения многослойного модуля кабелепровода.
Многослойный модуль кабелепровода, выполнен, как показано на фиг. 1, в виде модуля 1 с четырьмя кабельными каналами диаметром 160 мм и длиной 0,95 м. Модуль имеет стенку 2 толщиной 9,4 мм и торцы 6 и 7, причем стенка 2 состоит из трех слоев: первого слоя 3 выполненного из полиэтилена, устойчивого к растрескиванию, с добавлением красителя для индикации типа кабеля, второго слоя 4 из полимерной композиции на основе полиэтилена марки ПЭ-100 с добавлением замещенного фенола в качестве антиоксиданта в количестве 2 мас. %, и третьего слоя 5, выполненного из полимерной композиции на основе полипропилена с добавлением вторичного ароматического амина в качестве антиоксиданта в количестве 1,5 мас. %, антипирена EXFLAM FR АР135 и силиконовой композиции «Армлен ПЭ - 2АФК натуральный».
Приведенный пример не исчерпывает всех вариантов выполнения многослойного модуля кабелепровода.