КАБЕЛЬ МОНТАЖНЫЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНЫЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ ДЛЯ ИСКРОБЕЗОПАСНЫХ ЦЕПЕЙ

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: взрывоопасных зонах, а также при организации взрывозащиты вида «искробезопасная электрическая цепь i» по ГОСТ Р 51330.10-99, ГОСТ Р 51330.13-99.
Известен взрывобезопасный электрический кабель по полезной модели RU №67763, МПК - H01В 7/04. Кабель содержит сердечник, скрученный из изолированных многопроволочных токопроводящих медных или медных луженых жил, одиночных или предварительно скрученных в группы - пары или тройки, или четверки, снабженных, соответственно, индивидуальными или групповыми экранами. Поверх индивидуальных или групповых экранов наложена, соответственно, индивидуальная или групповая поясная изоляция, выполненная из диэлектрических лент с перекрытием или в виде экструдированного сплошного слоя. Во все воздушные полости сердечника введен заполнитель из поливинилхлоридного пластиката или резины, что придает кабелю округлую форму в поперечном сечении. Поверх сердечника с заполнителем наложена влагозащитная оболочка. Изоляция и влагозащитная оболочка выполнены из поливинилхлоридного пластиката или резины.
Согласно ГОСТ Р 51330.10-99, ГОСТ Р 51330.13-99 к кабелям для взрывоопасных зон предъявляются такие требования: во-первых, при использовании взрывозащиты вида «искробезопасная электрическая цепь i» наиболее широко применяющейся во взрывоопасных зонах всех классов кабели должны в обязательном порядке иметь экраны, причем экраны изолированные друг от друга и от других металлических (проводящих) элементов конструкции кабелей и внешних по отношению к кабелям металлических (проводящих) деталей, причем качество изоляции проверяется испытанием напряжением 500 В переменного тока частотой 50 Гц, во-вторых, при непосредственном введении кабеля во взрывонепроницаемую оболочку используют модель ввода с уплотнительными кольцами, для чего к кабелю предъявляется требование обеспечения круглой формы в поперечном сечении.
В приведенном аналоге (полезная модель RU №67763) имеются индивидуальные, групповые и общий экраны, в описании говорится о том, что поясная изоляция экрана должна выдерживать испытание электрическим напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц. Однако при этом ничего не говорится, что метод проверки поясной изоляции экранов служит для оптимизации конструкции кабеля, выражающейся в выборе минимальной толщины поясной изоляции экрана. К тому же в аналоге испытательное напряжение оказывается приложенным между экранами к комбинированной изоляции, состоящей из поясной изоляции экранов и заполнителя.
Заполнитель в аналоге вводится во все воздушные полости сердечника и в том числе, под оболочку, за счет чего создается препятствие массопереносу газообразных веществ по сердечнику кабеля и обеспечивается круглая форма кабеля в поперечном сечении. Однако сплошное заполнение воздушных полостей в пределах групп под групповым экраном приводит к значительному удорожанию и ухудшению отдельных электрических параметров кабеля, например: рабочей емкости, затухания сигнала прямо пропорциональной относительной диэлектрической проницаемости комбинированного диэлектрика под групповым экраном. Для одного конкретного исполнения относительная диэлектрическая проницаемость заполненной поливинилхлоридным пластикатом группы по отношению к относительной диэлектрической проницаемости комбинированная изоляция состоящей из поливинилхлоридного пластиката и воздуха увеличивается в 1,39 раз, во столько же раз увеличивается рабочая емкость и затухание. Для того, чтобы достичь в кабеле со сплошным заполнением сердечника то же значение рабочей емкости и затухания, что и для кабеля с воздушными пустотами в пределах групп, необходимо увеличить конструктивные размеры кабеля, что приведет к высокому расходу материалов и удорожанию конструкций. В то же время, по условиям прокладки не к каждому кабелю предъявляется требование по полной продольной герметизации для ограничения массопереноса газообразных взрывоопасных веществ. Например: если кабель полностью прокладывается в пределах взрывоопасной зоны. А обеспечить требование к круглой форме кабеля в поперечном сечении нужно всегда и можно путем наложения заполнителя только поверх сердечника.
Сущность предлагаемой полезной модели выражается в создании кабеля монтажного, преимущественно взрывобезопасного, в том числе для искробезопасных цепей, обеспечивающего при непосредственном введении во взрывонепроницаемую оболочку использование ввода с уплотнительными кольцами и оптимизации конструкции за счет выбора толщины поясной изоляции по групповым экранам.
Технический результат достигается тем, что предлагается кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей, содержащий сердечник, скрученный из изолированных многопроволочных токопроводящих медных или медных луженых жил, одиночных или предварительно скрученных в группы - пары или тройки, или четверки, снабженных, соответственно, индивидуальными или групповыми экранами соответственно, индивидуальной или групповой поясной изоляцией поверх них, выполненной из диэлектрических лент с перекрытием или в виде экструдированного концентрического сплошного слоя, заполнитель, влагозащитную оболочку.
Для придания кабелю симметричной круглой формы в поперечном сечении под оболочку наносится полимерный заполнитель. При наложении методом экструзии компрессионным способом (под давлением) заполнитель затекает в неровности сердечника с его поверхности, а наружная поверхность заполнителя при этом образует концентрическую окружность, а при наложении оболочки на ровную концентрическую поверхность, готовый кабель также приобретает симметричную круглую форму в поперечном сечении, что позволяет использовать при монтаже взрывонепроницаемой оболочки метод ввода с уплотнительными кольцами.
Использование метода испытания напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц позволяет минимизировать толщину индивидуальной или групповой поясной изоляции, выполненной из диэлектрических лент с перекрытием или в виде экструзированного концентрического сплошного слоя и в целом оптимизировать конструкцию кабеля.
Токопроводящие жилы выполняются многопроволочными, преимущественно, скрученными из нескольких мягких медных проволок. Однако при использовании метода монтажа пайкой целесообразно изготавливать их скрученными из нескольких медных луженых проволок.
Экраны индивидуальные и групповые накладывают с целью защиты от электромагнитных помех, а в кабелях для искробезопасных цепей еще и для использования в качестве защитного заземления.
Преимущественно, кабели изготавливаются с изоляцией, экструдироваиной поясной изоляцией по индивидуальным и групповым экранам, заполнителем и влагозащитной оболочкой из поливинилхлоридного пластиката, как основного полимера, разрешенного ПУЭ п.7.3.102 («Правила устройства электроустановок», С-Пб, Издательство «ДЕАН», 2004 г.) и обеспечением выполнения требования пожарной безопасности - нераспространения горения кабелей при одиночной прокладке. Гарантией обеспечения выполнения этого требования является параметр «кислородный индекс», который у обычного поливинилхлоридного пластиката лежит в пределах (19-24) %.
При необходимости выполнения более жестких требований по пожарной безопасности - групповой прокладки кабелей во внутренних помещениях - применяют кабели с элементами конструкции из специального поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением и кислородным индексом не менее 30. При прокладке в помещениях с электронной аппаратурой с целью исключения коррозионной активности выделяющихся газов используют кабели с элементами конструкции из безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35.
Общие показатели пожарной безопасности представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Наименование материала
КИ, %, не менее
Снижение светопроницаемости при дымообразовании, %, не более
Массовая доля НСl, выделяющегося при горении, %, не более
Обычный поливинилхлоридный пластикат
19-24
80
40
Специальный поливинилхлоридный пластикат
28
60
15
Безгалогенная полимерная композиция
28
40
0,5
Если кабели предназначены для работы в условиях воздействия температуры окружающей среды плюс (125-150)°С (например: в аварийных условиях), то изоляцию, экструдированную поясную изоляцию, заполнитель, влагозащитную оболочку целесообразно изготавливать из полиолефиновых или полиуретановых термоэластопластов, причем для обеспечения повышенных требований пожаробезопасности, имеющих кислородных индекс не менее 29.
При предъявлении к кабелям требования огнестойкости дополнительно поверх токопроводящих жил целесообразно наложить не менее одной слюдинитовой ленты обмоткой по спирали с перекрытием.
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.
Для обеспечения работоспособности кабеля при температуре окружающей среды плюс (180-200)°С (например: в аварийных условиях) целесообразно изготовлять изоляцию, экструдированую поясную изоляцию, заполнитель, влагозащитную оболочку из силиконовой резины. При наличии дополнительного требования по огнестойкости, хотя бы, изоляция выполняется из керамизирующейся силиконовой резины, то есть такой композиции силиконовой резины, которая под прямым воздействием открытого пламени с температурой плюс (700-800)°С образует сплошной слой керамики, предотвращающей электрический пробой изоляции между токопроводящими жилами при рабочем напряжении. При необходимости усиления огнестойкости дополнительно поверх сердечника накладывается поясная изоляция из не менее, чем одного слоя с перекрытием слюдинитовой ленты.
При условии прокладки и монтажа кабеля с малыми радиусами изгибов целесообразно экструдированную поясную изоляцию, заполнитель, влагозащитную оболочку выполнять из кабельной резины. При этом в зависимости от требований к электрическим параметрам кабеля изоляция токопроводящих жил может быть выполнена из иных полимерных материалов.
Для обеспечения идентификации жил при разборке кабеля в процессе монтажа и при эксплуатации изолированные жилы должны иметь цветовую окраску, позволяющую различать группы в сердечнике между собой, жилы в пределах каждой группы и жилы в сердечнике, скрученном из отдельных жил.
С целью снижения электромагнитных влияний как между группами, так и от внешних источников шаг скрутки изолированных токопроводящих жил в группы целесообразно устанавливать не более 0,1 м.
Так же с целью защиты от внешних по отношению к кабелю электромагнитных влияний поверх сердечника целесообразно наложить общий экран поверх сердечника, при этом толщина экструдированной поясной изоляции поверх индивидуальных и групповых экранов выбирается из дополнительного условия выдерживания испытания напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными или групповыми и общим экранами.
Если по кабелю передаются высокочастотные сигналы, то экраны целесообразно изготавливать не менее, чем из одной металлополимерной ленты, наложенной металлом внутрь с перекрытием обмоткой по спирали или продольно с проложенной под ним дренажной жилой.
Если по кабелю передаются низкочастотные сигналы, то экраны целесообразно изготавливать в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок. При этом, если монтаж производиться методом накрутки под плинт (винт), то экран изготавливают из мягких медных проволок, а если пайкой - то из медных луженых проволок.
Если по кабелю передаются широкополосные сигналы, занимающие широкий спектр частот, то под экран в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок дополнительно прокладывают металлополимерную ленту металлом наружу с перекрытием.
В случаях, когда кабель прокладывают на участке перехода из взрывоопасной зоны в невзрывоопасную в действие вступает требование по ограничению массопереноса взрывоопасных газообразных веществ. При этом используют кабели с частичным заполнением воздушных пустот в сердечнике. Критерием объема заполнителя является достижение минимума требуемых значений таких электрических параметров, как рабочая емкость и коэффициент затухания. Герметизация при этом получается не полная, но соответствующая п.п.7.3.107 ПУЭ.
С целью упрощения технологии изготовления кабеля поверх сердечника дополнительно накладывают поясную изоляцию из диэлектрических, преимущественно полимерных, лент с перекрытием, которые выполняют функцию теплового барьера и препятствуют оплавлению изоляции при наложении экструзионным способом заполнителя, имеющего в процессе экструдирования температуру в среднем плюс (160-200)°С.
С целью упрощения технологии изготовления кабеля для случаев, когда к заполнителю не предъявляется требования легкого снятия с сердечника (руками), целесообразно заполнитель и влагозащитную оболочку накладывать за один проход экструзионным методом так, что они в готовом изделии будут представлять собой одно целое.
Для эксплуатации в условиях воздействия на кабель раздавливающих усилий с целью обеспечения радиальной прочности целесообразно под влагозащитную оболочку проложить броню из круглых стальных проволок или стальных лент. В зависимости от диаметра кабеля проволоки могут накладываться в виде оплетки или в виде обмотки. Стальные ленты накладываются обмоткой по спирали, а стальные ленты с полимерным подслоем накладываются продольно с перекрытием, предварительно гофрированные.
В случае необходимости прокладки бронированного кабеля непосредственно вне помещений в грунт, влагозащитную оболочку изготовляют из светостабилизированной полиэтиленовой композиции.
Если бронированные кабели предназначены для воздушной подвески на переходах между зданиями, вдоль зданий и заборов, то влагозащитная оболочка из любого материала изготавливают светостабилизированной.
В случае эксплуатации бронированных кабелей в коробах или канализации в условиях постоянного или длительного воздействия воды под броню целесообразно проложить водоблокирующую ленту, которая воспрепятствует продольному распространению воды.
Для условий высокой опасности замокания кабеля, водоблокирующие элементы вводятся внутрь сердечника и/или групп.
С целью улучшения технологического процесса для зашиты сердечника от повреждения в процессе наложения брони, под броню целесообразно проложить дополнительно промежуточную оболочку выполненную экструзионным способом из материала однородного с материалом влагозащитной оболочки.
Предлагаемая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, представленным чертежом поперечного сечения бронированного кабеля с жилами скрученными в тройки с экраном и поясной изоляцией.
Изображенный кабель, состоит из многопроволочных токопроводящих жил 1. скрученных из нескольких медных или медных луженых проволок, изолированных поливинилхлоридным пластикатом 2, скрученных между собой в тройку, наложенными поверх скрутки электрическим экраном 3, поясной изоляцией 4 из поливинилхлоридного пластиката, тройки скручены между собой в сердечник с наложенным поверх него заполнителем на основе поливинилхлоридного пластиката 5, наложенной поверх заполнителя промежуточной оболочки 6, из поливинилхлоридного пластиката, водоблокирующего слоя 7, брони 8 и влагозащитной оболочки из поливинилхлоридного пластиката 9.
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 термоэластопласта наносится экструзионным способом на экструзионных линиях и па 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 3 в виде оплетки или обмотки накладывается на оплеточных или обмоточных машинах. Предварительно возможна тростка (объединение) проволок в пучки на тростильных машинах.
Электрический экран 3 из металлопластмассовой 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 3 из металлопластмассовой 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 термоэластопласта на экструзионной линии или резины или силиконовой резины на линии непрерывной вулканизации.
При изготовлении комбинированного электрического экрана 3 металлопластмассовую ленту подпускают продольно с перекрытием металлическим слоем кверху под оплетку или обмотку на оплеточной или обмоточной машине, соответственно.
Поясная изоляция 4 из диэлектрических 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.
Поясную изоляцию 4 в виде экструдированного слоя накладывают из поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термоэластопласта на экструзионных линиях или из резины или силиконовой резины на линиях непрерывной вулканизации.
Заполнитель 5 из поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термоэластопласта производится экструзионным способом на экструзионных линиях и на линиях непрерывной вулканизации при использовании резины или силиконовой резины.
Промежуточную оболочку 6 и влагозащитную оболочку 9 накладывают экструзионным способом на экструзионных линиях при использовании поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термоэластопласта и на линиях непрерывной вулканизации при использовании резины или силиконовой резины.
Водоблокирующий слой 7 накладывается водоблокирующей лентой обмоткой по спирали на обмоточной машине.
Броня 8 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 три образца кабелей следующей конструкции. Гибкие токопроводящие жилы, скрученные из семи мягких медных проволок, сечением 1,0 мм,
изолированные поливинилхлоридным пластикатом. Изолированные жилы скручены в четыре группы - пары с шагом скрутки 50-70 мм. На каждую пару наложены: экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты металлом внутрь обмоткой по спирали с подпущенной под экран дренажной жилой и экструдированной по экрану поясной изоляцией из поливинилхлоридного пластиката.
Пары в экране и поясной изоляции скручены в сердечник. Поверх сердечника наложен заполнитель на основе поливинилхлоридного пластиката, а затем - влагозащитная оболочка из поливинилхлоридного пластиката.
У образцов кабелей измеряли максимальное и минимальное значение диаметра в нескольких сечениях и испытывали напряжением 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между экранами пар всех комбинаций.
Критерий круглой формы в поперечном сечении формулируется так: «Кабели в сечении должны иметь круглую форму. При этом максимальное и минимальное значения диаметра, измеренные в одном сечении должны быть в пределах допусков на диаметр кабелей в соответствии с конструкторской документацией».
Измерения диаметров проводили по ГОСТ 12177-79. Испытания напряжением проводили по ГОСТ 2990-78.
Результаты испытаний сведены в таблицу 2.
Таблица 2.
Наименование параметров
Нормируемые значения
Результаты испытаний образца, номер
1
2
3
Максимальный и минимальный диаметры кабелей по оболочке, мм
24,6-20,8
22,7-21,3
23,8-22,0
23,5-21,7
Испытание напряжением переменного тока частотой 50 Гц, В, в различных комбинациях
500
выдержал
выдержал
выдержал
Результаты испытаний, представленные в таблице 2 подтверждают достижение технического результата.