КАБЕЛЬ МОНТАЖНЫЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНЫЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ ДЛЯ ИСКРОБЕЗОПАСНЫХ ЦЕПЕЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно: к конструкциям монтажных многожильных кабелей, предназначенных для фиксированного межприборного монтажа электрических устройств промышленных предприятий, в том числе, во взрывоопасных зонах всех классов при использовании различных методов взрывозащиты, включая «искробезопасную электрическую цепь i» по ГОСТ Р 51330.10-99, ГОСТ Р 51330.13-99, ГОСТ Р 52350.11-2005, ГОСТ Р 52350.14-2005, ГОСТ Р МЭК 60079.14-2008.
Известен патент на изобретение «Электрический силовой кабель, содержащий вспененные полимерные слои» RU №2374707, МПК: Н01В 7/20.
Кабель по этому изобретению содержит по меньшей мере две жилы скрученные вместе с образованием элемента в сборе, слой внутренней оболочки из вспененного материала, окружающий периферию в сборе и, по существу, принимающий форму периферии элемента в сборе, причем поперечное сечение слоя внутренней оболочки и элемента в сборе (сердечника) является некруглым, металлическую броню, имеющую, по существу, круглое поперечное сечение, окружающую слой внутренней оболочки и частично контактирующую со слоем внутренней оболочки, и полимерную наружную оболочку, окружающую металлическую броню и формирующую внешний вид кабеля. Как следует из описания, вспененная внутренняя оболочка изготавливается с вытяжкой (методом полутрубки), когда кончик дорна устанавливается наравне со срезом выходного отверстия матрицы. В этом случае, получающийся слой облегает находящийся под ним сердечник и принимает форму его рельефа, что подтверждается п.3 и п.4 формулы изобретения. В п.3 постулируется, что для кабеля с тремя жилами поперечное сечение элемента в сборе (сердечника) и слоя внутренней оболочки является, по существу, треугольным по форме. В п.4 постулируется, что для кабеля с четырьмя жилами поперечное сечение элемента в сборе (сердечника) и слоя внутренней оболочки является, по существу, ромбовидным по форме. В п.1 патентной формулы утверждается, что круглую форму кабелю придает броня. Однако при столь явно некруглой форме сердечника с внутренней оболочкой достигнуть круглой формы брони можно только при наложении брони повивом из жестких стальных проволок большого диаметра, что характерно для силовых кабелей и не применяется для кабелей монтажных. Наложение брони повивом или оплеткой из тонких стальных проволок, применяемое для монтажных кабелей, приводят к повторению рельефа сердечника, что является нарушением требования п.9.4. ГОСТ Р МЭК 60079-14-2008. Этот пункт стандарта требует, чтобы кабели в трубах прокладывались с трубными уплотнительными устройствами (кольцами) в местах входа и выхода из взрывоопасных зон для предотвращения проникновения или утечки газов или жидкостей из взрывоопасной зоны в невзрывоопасную зону, а для того, чтобы герметизация в этих местах была оптимальной, кабель должен иметь круглую цилиндрическую форму. Поэтому изобретение RU №2374707 не может быть распространено на монтажные кабели для взрывоопасных зон. Вышеизложенное распространяется и на ленточную броню также повторяющую рельеф сердечника.
Известна полезная модель «Кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей (варианты) по патенту №104371 МПК: Н01В 7/29. Кабель содержит сердечник не менее чем из одной многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы, покрытой концентрическим слоем диэлектрической изоляции, или не менее чем одной группы названных жил, предварительно скрученных в пару или тройку, или четверку, заполнитель и влагозащитную оболочку, причем заполнитель наложен поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля. Патент получен на варианты, в которых технический результат, состоящий в наложении заполнителя поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля, сочетается с конструкциями, выполненными с холодостойкими и теплостойкими материалами, а также в сочетании с бронированным исполнением кабеля, в том числе с холодостойкими и теплостойкими материалами. В зависимых пунктах предусмотрена дополнительная частичная продольная герметизация названных групп и сердечника за счет введения заполнителя в воздушные полости.
Наличие заполнителя обеспечивает круглую цилиндрическую форму кабеля, однако используемые для герметизации кабелей в трубах и трубных проходках уплотнительные кольца не имеют собственной адгезии к влагозащитной оболочке кабеля. При воздействии продольных растягивающих усилий происходит смещение уплотнительного кольца относительно влагозащитной оболочки кабеля, что выражается в виде разгерметизации уплотнения, а это является недостатком способа прокладки данного кабеля. Создать под уплотнительное кольцо выемку во влагозащитной оболочке методом продавливания не представляется возможным, так как и влагозащитная оболочка и заполнитель, выполненные из сплошных полимерных материалов обладают свойствами упругой деформации, за счет чего после снятия нагрузки происходит восстановление формы поверхности влагозащитной оболочки и заполнителя.
2
Использование сплошного полимерного заполнителя для заполнения воздушных полостей в сердечнике и в пределах групп при достижении положительного результата в виде частичной продольной герметизации приводит одновременно к ухудшению электрических параметров, таких как рабочая емкость и коэффициент затухания, что малоприемлемо для отдельных групп кабелей. Например, для монтажных кабелей, применяемых для кабельных сетей при использовании взрывозащиты вида «искробезопасная электрическая цепь «i»» в п.12.2.2.2 ГОСТ Р МЭК 60079-14-2008 «Взрывоопасные среды. Часть 14. Проектирование, выбор и монтаж электроустановок» (дата введения 2010-07-01) нормируется емкость кабеля - не более 200 нФ/м. Емкость, прямо пропорциональна эквивалентной относительной диэлектрической проницаемости комбинированного диэлектрика изоляция - воздух для кабеля без заполнения пустот в сердечнике и изоляция - заполнитель с заполнением пустот в сердечнике. (С.Н.Ксенофонтов, Э.Л.Портнов «Направляющие системы электросвязи. Сборник задач», М., Из-во «Горячая линия - Телеком», 2004 г.). Если для кабеля с пустотами, заполненными воздухом, эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость пары токопроводящих жил сечением 1,0 мм с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката составляет примерно 2,63, то для кабеля с пустотами, заполненными заполнителем на основе поливинилхлоридного пластиката - эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость составляет примерно 6,0, а их отношение примерно равно 1:2,3. Такое увеличение емкости является недостатком, поэтому для заполнителя должен использоваться материал, имеющий как можно меньшую относительную диэлектрическую проницаемость.
В качестве прототипа выберем конструкцию кабеля по патенту на полезную модель №104371.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в создании кабеля монтажного, преимущественно взрывопожаробезопасного, в том числе для искробезопасных цепей, обеспечивающего плотную посадку уплотнительных колец для обеспечения оптимальной герметизации на входе и выходе из взрывоопасной зоны и/или минимизацию эквивалентной относительной диэлектрической проницаемости, возникающей при необходимости частичной герметизации воздушных полостей в сердечнике.
Технический результат достигается тем, что предлагается кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей, содержащий сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы, или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару или тройку, или четверку, заполнитель и влагозащитную оболочку.
Отличительной чертой является то, что заполнитель выполнен из вспененного материала и наложен поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля.
Данная полезная модель относится к комплексным моделям, объединяющая три конструкции кабеля, адаптированных к специфическим условиям прокладки и эксплуатации.
Так первая конструкция относится к кабелям, прокладываемым из взрывоопасной зоны в невзрывоопасную, причем зоны разделены толстой стеной.
В этом случае в стену встраивается отрезок трубы, через которую пропускается кабель. В соответствии с разделом 9.4 ГОСТ Р МЭК 60079-14-2008 кабели в трубах должны прокладываться с трубными уплотнительными кольцами в местах входа и выхода из взрывоопасных зон для предотвращения проникновения или утечки газов или жидкостей из взрывоопасной зоны в невзрывоопасную зону. Для того чтобы кольца выполнили свою функцию, кабель должен иметь круглую цилиндрическую форму, и поверхность кабеля обеспечивала неподвижность посадки колец при наличии незначительных продольных механических воздействий.
Вторая конструкция относится к кабелям, прокладываемым из взрывоопасной зоны в невзрывоопасную короткими длинами или при наличии вероятности повреждения наружных покровов кабелей, при которых становится опасным перенос газообразных взрывоопасных веществ по сердечнику кабеля. С целью предотвращения переноса, пустоты в сердечнике заполняются полимерным заполнителем.
Третья конструкция совмещает требования к первой и второй конструкциям кабелей при прокладке и эксплуатации. В этом случае заполнитель прокладывается как под оболочку, так и в воздушные полости в сердечнике, в том числе внутри групп.
Поэтому формула полезной модели составлена в виде вариантов.
В первом варианте описана первая из перечисленных конструкций. При насадке кольца с равномерным радиальным усилием, направленным внутрь кабеля, вспененный полимер заполнителя претерпевает пластическую деформацию, при которой воздух из пор выдавливается, и толщина заполнителя в месте продавливания необратимо уменьшается. В результате кольцо оказывается в некотором углублении в оболочке, что обеспечивает дополнительное сцепление с оболочкой и препятствует смещению кольца вдоль кабеля и разгерметизации отверстия. Что и является достижением технического результата.
Для обеспечения компактности сердечника при числе жил или групп более одной целесообразно скрутить их между собой в сердечник.
Как правило, материалы изоляции, заполнителя и влагозащитной оболочки выбирают одинаковыми, руководствуясь, в первую очередь, требованиями пожарной безопасности.
При условии одиночной прокладки кабеля выбирают традиционный поливинилхлоридный пластикат с кислородным индексом, находящимся в диапазоне от 20 до 25.
При условии групповой прокладки кабеля (пучком) выбирают специальный поливинилхлоридный пластикат с кислородным индексом не менее 30 (для заполнителя в соответствии с особенностями его химического состава, обусловленными большим количеством наполнителя, допускается не менее 28).
С введением в действие ГОСТ Р 53315-2009 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний» к кабелям, прокладываемым пучком в пределах производственных, бытовых и административных помещений стали предъявлять требования к пониженному дымогазовыделению. Для общей группы кабелей, прокладываемых вне производственных, бытовых и административных помещений, присвоили индекс «нг», для группы кабелей с пониженным дымогазовыделением - индекс «нг-LS». Согласно ГОСТ Р 53315-2009 дымообразование кабельных изделий с индексом «нг-LS» при испытании по ГОСТ Р МЭК 61034-2 не должно приводить к снижению светопроницаемости более чем на 50%.
При прокладке кабелей в помещениях оснащенных компьютерной и микропроцессорной техникой предъявляют дополнительное требование по выделению в процессе горения и/или тления коррозионно-активных газов, паров галогенных кислот в пересчете на НСl не более 5,0 мг/г. Для таких кабелей выбирают безгалогенную полимерную композицию с кислородным индексом не менее 35.
Общие показатели пожарной безопасности с учетом требований ГОСТ Р 53315-2009 представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Наименование материала
Кислородный индекс, %, не менее
Снижение светопроницаемости при дымообразовании, %, не более
Массовая доля НСl, выделяющегося при горении, %, не более
Традиционный поливинилхлоридный пластикат
20-25
80
40
Специальный поливинилхлоридный пластикат
30
80
40
Специальный поливинилхлоридный пластикат с пониженным дымогазовыделением
30
50
15
Безгалогенная полимерная композиция
35
25
0,5
Для изоляции, заполнителя, влагозащитной оболочки кабелей, применяемых для подвижного монтажа (например: переносные лампы, электроинструмент, сварочные установки) выбирают кабельную резину.
В этом случае кислородный индекс требуется не выше 25.
Для условий прокладки кабелей при требовании повышенной гибкости выбирают полиолефиновый или полиуретановый термопластичный эластомер с кислородным индексом не менее 29. При этом полиолефиновый термопластичный эластомер дешевле полиуретанового, но полиуретановый термопластичный эластомер выдерживает до 1 миллиона изгибов при температуре минус 30°С.
Для условий прокладки кабелей при требовании повышенной гибкости и работе в широком диапазоне температур выбирают изоляцию, заполнитель и влагозащитную оболочку из силиконовой резины. При предъявлении дополнительного требования огнестойкости выбирают керамизирующуюся силиконовую резину.
В случае обеспечения передачи по группам (парам) высокочастотных сигналов, с целью снижения коэффициента затухания, целесообразно выполнять изоляцию из сшитого полиэтилена, разрешенного к применению во взрывоопасных зонах техническим циркуляром Ассоциации «Росэлектромонтаж» №14/2006 от 16.10.2006 г «О применении кабелей из сшитого полиэтилена в кабельных сооружениях, в том числе во взрывоопасных зонах», одобренном Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор). В этом случае экструдированная поясная изоляция, заполнитель, влагозащитная оболочка выполняются из других материалов, отвечающих иным требованиям. Например: повышенным требованиям пожарной безопасности.
При предъявлении к кабелям требования огнестойкости дополнительно поверх токопроводящих жил целесообразно наложить не менее одной слюдинитовой ленты обмоткой по спирали с перекрытием, для формирования основного огнестойкого барьера.
Также поверх сердечника целесообразно наложить дополнительно бандаж не менее чем из одной слюдинитовой ленты обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным слоем внутрь, для формирования огнестойкого крепления, сохраняющего структуру кабеля в условиях длительного воздействия открытого пламени с температурой не менее 750°С в течении 45-180 мин в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60331-11-2003, ГОСТ Р 53315-2009.
При этом в обоих случаях слюдинитовая лента обычно представляет собой слоистую композицию из слюдяной бумаги и электроизоляционной стеклоткани, пропитанных и склеенных между собой кремнийорганическим связующим.
Для обеспечения идентификации изолированных токопроводящих жил в группах и сердечнике, а также групп между собой целесообразно ввести индивидуальную расцветку изоляции, позволяющую однозначно определять каждую жилу в пределах группы и в сердечнике, а также группы между собой.
Исходя из требования помехозащищенности целесообразно установить при скрутке согласованные шаги у смежных групп (неравные и некратные), а также ограничить шаг скрутки жил в группы следующим образом: в группу из двух жил (в пару) - не более 0,1 м, из трех - не более 0,15 м, из четырех жил - не более 0,2 м.
С целью предупреждения возможного оплавления изоляции токопроводящих жил при наложении заполнителя на сердечник экструзионным способом целесообразно на каждую группу наложить обмотку не менее чем из одной полимерной ленты с перекрытием.
Поверх сердечника целесообразно наложить бандаж из диэлектрических лент, причем для выполнения функции скрепления сердечника и теплового барьера, предохраняющего изоляцию токопроводящих жил от расплавления при наложении заполнителя, он должен быть выполнен из полиэтилентерефталатной или поливинилхлоридной, или полиэтиленовой, или полиамидной ленты наложенной с перекрытием в виде обмотки по спирали или продольно.
С целью защиты от электромагнитных воздействий целесообразно выполнить кабель не менее чем с одним экраном. При этом для защиты от внутренних электромагнитных воздействий и с целью организации схем заземления по экранам целесообразно выполнить экраны индивидуальными, наложенными на отдельную токопроводящую жилу или групповыми, наложенными на отдельную группу. Для защиты от внешних электромагнитных воздействий целесообразно выполнить экран общим, наложенным на сердечник.
Для защиты от электромагнитных воздействий в диапазоне низких частот целесообразно изготавливать экран в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок.
Для защиты от электромагнитных воздействий в диапазоне высоких частот целесообразно изготавливать экран не менее чем из одной металлополимерной ленты, наложенной металлом внутрь с перекрытием обмоткой по спирали или продольно с проложенной под экраном экранной проволокой.
Для защиты от электромагнитных воздействий в широком диапазоне частот целесообразно изготавливать экран в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок, дополнительно проложив под оплетку или обмотку металлом кверху с перекрытием металлополимерную ленту продольно или обмоткой по спирали.
Преимущественно для искробезопасных кабелей на каждый индивидуальный или групповой экран целесообразно наложить экструзионным способом полимерную оболочку или поясную изоляцию в виде обмотки по спирали с перекрытием не менее чем одной полимерной лентой, причем толщину названных полимерной оболочки и поясной изоляции по индивидуальным и групповым экранам выбрать такой, чтобы она выдерживала испытание напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными или групповыми, или общим экранами, что соответствует требованиям п.12.2.2.1 ГОСТ Р 51330.13-99 и п.12.2.2.1 ГОСТ Р МЭК 60079-14-2008.
Материал для экструдированной полимерной оболочки, по индивидуальным и групповым экранам, как правило, выбирают из тех же соображений, что и материал для изоляции, заполнителя и влагозащитной оболочки.
С целью идентификации в процессе эксплуатации целесообразно оболочку кабелей для искробезопасных цепей окрашивать в синий цвет.
Согласно ПУЭ (Правила устройства электроустановок), шестое издание, С-Пб, из-во «ДЕАН», 2004 г., открыто и неограниченно во взрывоопасных зонах прокладываются только бронированные кабели: они не требуют дополнительной защиты или каких-то упрощенных облегченных условий, поэтому имеют широкое применение.
При эксплуатации кабелей в условиях воздействия радиальных (раздавливающих) усилий целесообразно под влагозащитную оболочку наложить броню из стальных проволок обмоткой по спирали или в виде оплетки.
При эксплуатации кабелей в условиях воздействия продольных (растягивающих) усилий целесообразно под влагозащитную оболочку наложить броню из стальных лент обмоткой по спирали или продольно из предварительно гофрированной стальной ленты ламинированной полимером.
С целью предотвращения продольного распространения воды под броней в случае нарушения целостности влагозащитной оболочки при эксплуатации во влажной среде под броню целесообразно дополнительно проложить слой водоблокирующего материала.
Для улучшения технологии и предотвращения возможного разрушения заполнителя в момент наложения брони целесообразно под броню наложить экструзионным методом промежуточную оболочку из полимерного материала однородного с материалом названной влагозащитной оболочки или обмотку не менее чем одной полимерной лентой с перекрытием. Выбор между промежуточной оболочкой и обмоткой осуществляется на основании степени разрушающего воздействия брони в процессе наложения и из экономических соображений.
В диапазоне отрицательных температур есть критическая температура, при которой свойства обычных материалов резко меняются. Обычно это происходит при температуре минус 60°С. Для того, чтобы диэлектрический материал не трескался при низких температурах, в него вводят специальные добавки.
Так как на территории России есть климатические зоны минимальная температура на которых опускается ниже минус 60°С, то целесообразно для эксплуатации в таких регионах выполнять кабель с полимерами, имеющими холодостойкость не выше минус 60°С.
В диапазоне положительных температур также есть критическая температура, при которой свойства обычных материалов резко меняются. Для ряда широко применяемых полимерных материалов такой температурой является плюс 80°С. В то же время существуют аварийные режимы, при которых кабель должен некоторое время оставаться работоспособным при повышенной температуре (например: плюс 100°С). Для того чтобы кабели отвечали такому требованию в полимеры вводят специальные добавки. В то же время полиолефиновые и полиуретановые термопластичные эластомеры выдерживают температуру плюс 125-150°С в обычном исполнении, а силиконовая резина - плюс (180-200)°С в обычном исполнении.
Кабели, эксплуатирующиеся в условиях возможности поступления аварийного режима с повышением температуры окружающей среды до 100°С, целесообразно выполнять из полимеров, имеющих температуру плавления не ниже 105°С.
Второй вариант описывает кабели второй конструкции из вышеперечисленных.
Технический результат достигается тем, что предлагается кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей, содержащий сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы, или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару или тройку, или четверку, заполнитель и влагозащитную оболочку. Отличительной особенностью кабелей второй конструкции является заполнение воздушных полостей в сердечнике, в том числе внутри групп, вспененным полимерным заполнителем. Использование для заполнения воздушных полостей в сердечнике заполнителя из вспененного полимерного материала позволяет получить эквивалентную относительную диэлектрическую проницаемость равную 4,0.
Тогда соотношение электрических емкостей будет равно
в
всп
спл
С:С:С= 1:1,52:2,3
в
где С - электрическая емкость кабеля с воздушным заполнением сердечника;
всп
С - электрическая емкость кабеля с заполнением воздушных пустот сердечника вспененным заполнителем;
спл
С - электрическая емкость кабеля с заполнением воздушных пустот сердечника сплошным заполнителем.
При этом основой вспененного и сплошного заполнителей является один и тот же полимер. Это доказывает достижение технического результата во втором варианте.
Так же, как и для первого варианта, для второго варианта характерно, что для обеспечения компактности сердечника при числе жил или групп более одной целесообразно скрутить их между собой в сердечник, для выбора материалов изоляции, заполнителя и влагозащитной оболочки руководствуются требованиями пожарной безопасности в соответствии с таблицей 1 и требованиями гибкости, для обеспечения огнестойкости целесообразно дополнительно накладывать на токопроводящую жилу и на сердечник обмотку не менее чем из одной слюдинитовой ленты, для обеспечения идентификации изолированных жил в кабеле использовать индивидуальную расцветку изоляции, для обеспечения требования помехозащищенности установить при скрутке согласованные шаги у смежных групп (неравные и некратные), а также ограничить шаги скрутки жил в группы. С целью предупреждения возможного оплавления изоляции наложить на каждую группу и/или поверх сердечника бандаж из полиэтилентерефталатной или поливинилхлоридной, или полиэтиленовой, или полиамидной ленты, с перекрытием в виде обмотки по спирали или продольно. Для защиты от электромагнитных влияний и организации схем заземления по экранам целесообразно выполнить кабель не менее чем с одним экраном, индивидуальным - наложенным на отдельную жилу, групповым - наложенным на отдельную группу, общим - наложенным на сердечник, для защиты от электромагнитных воздействий в диапазоне низких частот - выполненным в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок, в диапазоне высоких частот - не менее чем из одной металлической ленты, наложенной металлом внутрь с перекрытием обмоткой по спирали или продольно с проложенной под экраном экранной проволокой, в широком диапазоне частот - в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок с дополнительно проложенной под оплеткой или обмоткой металлом кверху с перекрытием металлополимерной лентой продольно или обмоткой по спирали, преимущественно для искробезопасных цепей - с наложением по индивидуальным или групповым экранам экструдированной полимерной оболочки или поясной изоляции в виде обмотки по спирали с перекрытием полимерной лентой, с толщиной, выбранной из условия обеспечения выдерживания испытания напряжением 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными или групповыми, или общим экранами, с оболочкой синего цвета с целью идентификации для кабелей для искробезопасных цепей.
Для защиты от радиальных усилий - наложить круглую проволочную броню в виде оплетки или обмотки, от продольных усилий - броню из стальных лент обмоткой по спирали или продольно из предварительно гофрированной стальной ленты, для защиты от продольного распространения воды проложить под броню слой водоблокирующего материала, для улучшения технологии - проложить под броню промежуточную оболочку из материала однородного с материалом влагозащитной оболочки, для холодных климатических районов целесообразно изготовить кабель из полимерных материалов с температурой хрупкости не выше минус 60°С, для эксплуатации в условиях возможности аварийных режимов с повышением температуры окружающей среды до 100°С - целесообразно изготовить кабель из полимерных материалов с температурой плавления не ниже 105°С.
Третий вариант описывает кабели третьей конструкции, объединяющей свойства кабелей первой и второй конструкций.
Технический результат достигается тем, что предлагается кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей, содержащий сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы, или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару или тройку, или четверку, заполнитель и влагозащитную оболочку. Отличительной особенностью кабелей третьей конструкции является наличие заполнителя из вспененного материала под влагозащитной оболочкой с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля и при наложении уплотнительных колец (с радиальным усилием) обеспечения дополнительного сцепления колец с влагозащитной оболочкой кабеля, а также введение заполнителя из вспененного материала в воздушные полости в сердечнике, в том числе в пределах групп, что при обеспечении частичной герметизации позволяет достичь минимальной электрической емкости кабеля.
Так же, как и для первого варианта, для третьего варианта характерно, что для обеспечения компактности сердечника при числе жил или групп более одной целесообразно скрутить их между собой в сердечник, для выбора материалов изоляции, заполнителя и влагозащитной оболочки руководствуются требованиями пожарной безопасности в соответствии с таблицей 1 и требованиями гибкости, для обеспечения огнестойкости целесообразно дополнительно накладывать на токопроводящую жилу и на сердечник обмотку не менее чем из одной слюдинитовой ленты, для обеспечения идентификации изолированных жил в кабеле использовать индивидуальную расцветку изоляции, для обеспечения требования помехозащищенности установить при скрутке согласованные шаги у смежных групп (неравные и некратные), а также ограничить шаги скрутки жил в группы. С целью предупреждения возможного оплавления изоляции наложить на каждую группу и/или поверх сердечника бандаж из полиэтилентерефталатной или поливинилхлоридной, или полиэтиленовой, или полиамидной ленты, с перекрытием в виде обмотки по спирали или продольно. Для защиты от электромагнитных влияний и организации схем заземления по экранам целесообразно выполнить кабель не менее чем с одним экраном, индивидуальным - наложенным на отдельную жилу, групповым - наложенным на отдельную группу, общим - наложенным на сердечник, для защиты от электромагнитных воздействий в диапазоне низких частот - выполненным в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок, в диапазоне высоких частот - не менее чем из одной металлической ленты, наложенной металлом внутрь с перекрытием обмоткой по спирали или продольно с проложенной под экраном экранной проволокой, в широком диапазоне частот - в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок с дополнительно проложенной под оплеткой или обмоткой металлом кверху с перекрытием металлополимерной лентой продольно или обмоткой по спирали, преимущественно для искробезопасных цепей - с наложением по индивидуальным или групповым экранам экструдированной полимерной оболочки или поясной изоляции в виде обмотки по спирали с перекрытием полимерной лентой, с толщиной, выбранной из условия обеспечения выдерживания испытания напряжением 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными или групповыми, или общим экранами, с оболочкой синего цвета с целью идентификации для кабелей предназначенных для искробезопасных цепей.
Для защиты от радиальных усилий - наложить круглую проволочную броню в виде оплетки или обмотки, от продольных усилий - броню из стальных лент обмоткой по спирали или продольно из предварительно гофрированной стальной ленты, для защиты от продольного распространения воды проложить под броню слой водоблокирующего материала, для улучшения технологии - проложить под броню промежуточную оболочку из материала однородного с материалом влагозащитной оболочки, для холодных климатических районов целесообразно изготовить кабель из полимерных материалов с температурой хрупкости не выше минус 60°С, для эксплуатации в условиях возможности аварийных режимов с повышением температуры окружающей среды до 100°С - целесообразно изготовить кабель из полимерных материалов с температурой плавления не ниже 105°С.
Предлагаемая полезная модель поясняется конкретными примерами выполнения, представленными чертежами поперечного сечения кабелей с жилами, скрученными в группы (пары):
- на Фиг.1 с заполнением из вспененного полимера, проложенного под влагозащитную оболочку;
- на Фиг.2 с заполнителем из вспененного полимера, введенного в воздушные полости в сердечнике и в пределах групп;
- на Фиг.3 с заполнителем из вспененного полимера, проложенного пол влагозащитную оболочку и введенного в воздушные полости в сердечнике и в пределах групп.
Изображенный на Фиг.1 кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей, состоит из многопроволочных токопроводящих медных или медных луженых жил 1, изолированных поливинилхлоридным пластикатом 2 с кислородным индексом от 20 до 25, скрученных между собой попарно в семь пар, каждая из которых имеет обмотку 4 не менее чем из одной полимерной ленты с перекрытием, с воздушными полостями 3 в пределах групп и 5 в сердечнике, заполнителя 6 из вспененного материала на основе поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом от 20 до 25 и влагозащитной оболочки 7 из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом от 20 до 25.
Изображенный на Фиг.2 кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей, состоит из многопроволочных токопроводящих медных или медных луженых жил 1, изолированных поливинилхлоридным пластикатом 2 с кислородным индексом от 20 до 25, скрученных между собой попарно в семь пар, каждая из которых имеет обмотку 4 не менее чем из одной полимерной ленты с перекрытием, заполнителя 8 из вспененного полимера на основе поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом от 20 до 25, введенного в воздушные полости в сердечнике и в пределах групп, и влагозащитной оболочки 7 из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом от 20 до 25.
Изображенный на Фиг.3 кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей, состоит из многопроволочных токопроводящих медных или медных луженых жил 1, изолированных поливинилхлоридным пластикатом 2 с кислородным индексом от 20 до 25, скрученных между собой попарно в семь пар, каждая из которых имеет обмотку 4 не менее чем из одной полимерной ленты с перекрытием, заполнителя из вспененного полимера на основе поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом от 20 до 25, введенного в воздушные полости в сердечнике и в пределах групп 9 и 6 проложенного под влагозащитной оболочкой 7, а также влагозащитной оболочки 7.
Технология изготовления кабелей согласно заявляемой полезной модели включает следующие операции.
Медные проволоки для токопроводящих жил 1 изготавливаются из медной проволоки «катанки», как правило, диаметром 8 мм методом волочения. В зависимости от диаметра готовой проволоки могут использоваться следующие операции: грубое и среднее волочение или грубое, среднее и тонкое волочение.
Для обеспечения мягкости проволоку подвергают отжигу в специальных печах отжига или на проход на операции волочения. Для получения луженых проволок отжиг не требуется. Лужение производится горячим способом, в результате чего проволока становится мягкой.
Токопроводящие жилы 1 скручиваются из необходимого количества проволок на крутильных машинах сигарного, рамочного или фонарного типа.
Изоляция 2 из поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера наносится экструзионным способом на экструзионных линиях и на линиях непрерывной вулканизации - при использовании резины или силиконовой резины.
Скрутка изолированных жил в группы - пару, тройку или четверку производится обычно на машинах рамочного типа.
Электрический экран в виде оплетки или обмотки накладывается на оплеточных или обмоточных машинах. Предварительно возможна тростка (объединение) проволок в пучки на тростильных машинах.
Электрический экран из металлополимерной ленты накладывается обмоткой по спирали с перекрытием на обмоточных машинах или продольно с перекрытием на операции наложения влагозащитной оболочки. Экран накладывается металлом внутрь, а под него подпускают продольно медную луженую дренажную жилу. Возможно продольное наложение экрана из металлополимерной ленты металлом внутрь с подпуском медной луженой дренажной жилы при одновременном наложении экструдированного слоя поясной изоляции из поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера на экструзионной линии или резины или силиконовой резины на линии непрерывной вулканизации.
При изготовлении комбинированного электрического экрана металлополимерную ленту подпускают продольно с перекрытием металлическим слоем кверху под оплетку или обмотку на оплеточной или обмоточной машине, соответственно.
Обмотка 4 и бандаж из полимерных и слюдинитовых лент изготавливается методом обмотки по спирали с перекрытием на обмоточных машинах или продольно с перекрытием с применением дополнительно нитеобмотчика или лентообмотчика для скрепления пучком нитей или узкой пластмассовой лентой по спирали.
Оболочку в виде экструдированного слоя накладывают из поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера на экструзионных линиях или из резины или силиконовой резины на линиях непрерывной вулканизации.
Заполнитель 6 из поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера производится экструзионным способом на экструзионных линиях и на линиях непрерывной вулканизации при использовании резины или силиконовой резины. Введение заполнителя 8 в воздушные пустоты сердечника и групп производится послойным экструдированием сначала групп, затем каждого повива.
Вспенивание материала заполнителя производится химическим или физическим способом. В первом случае к гранулам основного материала в бункер экструзионной линии добавляют гранулированный, вспенивающий реагент, во втором случае вводят неактивный газ (например: азот) в формирующийся заполнитель с помощью установки физического вспенивания.
Промежуточную оболочку и влагозащитную оболочку 7 накладывают экструзионным способом на экструзионных линиях при использовании поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера и на линиях непрерывной вулканизации при использовании резины или силиконовой резины.
Водоблокирующий слой накладывается водоблокирующей лентой обмоткой по спирали на обмоточной машине.
Броня из круглых стальных оцинкованных проволок накладывается в виде оплетки или обмотки на оплеточных или бронировочных машинах, из стальных лент - по методу обмотки по спирали с перекрытием на лентообмоточных бронировочных машинах. При использовании ламинированных стальных лент броню накладывают продольно с использованием специальной гофрирующей и свертывающей установки совместно с наложением влагозащитной оболочки.
2
Были изготовлены семь групп кабелей, по три образца в каждой группе. Длина каждого образца составляла 50 м. Кабели имели следующую конструкцию: гибкие токопроводящие жилы, скрученные из семи мягких медных проволок, сечением 1,0 мм, изолированные поливинилхлоридным пластикатом с кислородным индексом от 20 до 25; изолированные жилы скручены в семь пар с шагом скрутки 50-70 мм, а пары скручены между собой в сердечник с шагом 300 мм, влагозащитная оболочка из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом от 20 до 25. Кабели отличались по типу заполнителя (сплошной или вспененный), изготовленного на основе поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом от 20 до 25, и его месторасположению.
Группы были пронумерованы следующим образом:
№1 - кабели без заполнителя;
№2 - кабели со сплошным заполнителем под влагозащитной оболочкой;
№3 - кабели со сплошным заполнителем, введенным в пустоты в сердечнике и в пределах групп;
№4 - кабели со сплошным заполнителем под влагозащитной оболочкой и введенным в пустоты в сердечнике и в пределах групп;
№5 - кабели с вспененным заполнителем под влагозащитной оболочкой;
№6 - кабели с вспененным заполнителем, введенным в пустоты в сердечнике и в пределах групп;
№7 - кабели с вспененным заполнителем под влагозащитной оболочкой и введенным в пустоты в сердечнике и в пределах групп.
На кабели с радиальным обжатием надевали кольцевой уплотнитель, затем снимали и при наличии кольцевой вмятины измеряли ее глубину. У всех пар измеряли электрическую (рабочую) емкость. Результаты измерений сведены в таблицу 2.
Таблица 2.
Наименование контролируемого параметра
Результаты испытаний для групп, номер
1
2
3
4
5
6
7
Наличие вмятины, глубина при наличии, мм
Отсутствует
Отсутствует
Отсутствует
Отсутствует
Имеется 0,5-1,0
Отсутствует
Имеется 0,5-1,0
Электрическая емкость нФ на длине 1 км
65,7--68,1
67,0--78,4
157,4--161,2
155,1--159,8
66,7--73,4
98,8--101,5
94,1--99,6
В кабелях (№1, №3, №6), в которых отсутствует заполнитель под влагозащитной оболочкой, при радиальном воздействии оболочка упирается в жесткую матрицу из скрученных изолированных токопроводящих жил, оболочка деформируется упруго и после снятия усилий восстанавливается первоначальное состояние. При наличии сплошного заполнителя (№2 и №4) картина похожая: сплошной заполнитель мягче влагозащитной оболочки, но деформация продолжает оставаться упругой. И только при наличии вспененного заполнителя под влагозащитной оболочкой (№5 и №7) при воздействии радиальных усилий происходит смятие пор, воздух выдавливается и такая деформация становится необратимой.
Для кабелей (№2 и №5) по сравнению с базовым кабелем №1 без заполнителя наблюдается расширение диапазона разброса измеренных значений электрической емкости с небольшим приростом среднего значения. Это объясняется тем, что при наложении заполнителя под оболочку происходит частичное заполнение воздушных полостей на поверхности сердечника, что вызывает увеличение эквивалентной относительной диэлектрической проницаемости, а это приводит к некоторому увеличению электрической емкости пар, лежащих в поверхностном повиве сердечника.
Причем для кабеля с сплошным заполнителем такое увеличение более значительно, что сочетается с большей относительной диэлектрической проницаемостью у сплошного материала по сравнению с вспененным.
В среднем для образцов №3 и №4 увеличение электрической емкости составляет 2,38 и 2,35 (теоретическое - 2,3), для образцов №6 и №7-1,5 и 1,45 (теоретическое - 1,52).
Средние измеренных значений достаточно близко лежат к теоретически рассчитанным значениям.
В целом результаты испытаний, подтверждают достижение технического результата.