СИММЕТРИЧНЫЙ ОГНЕСТОЙКИЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к кабельной технике, в частности к симметричным огнестойким кабелям для передачи аналоговых и цифровых сигналов. Указанные кабели применяются в системах охранно-пожарной сигнализации в зданиях и сооружениях, сохраняя свою работоспособность в условиях пожара при воздействии открытого пламени в течение времени необходимого для эвакуации людей и выполнения противопожарных мероприятий.
Основная проблема, которая стоит перед разработчиками кабелей -конструктивное выполнение последних. Кабели должны сохранять работоспособность в условиях воздействия открытого пламени, например, передачу сигналов с распределенных в зданиях пожарных извещателей. При этом основными параметрами пожарной безопасности кабелей являются:
1) способность кабеля определенное время выполнять свои функции при воздействии открытого пламени и 2) способность кабелей проложенных как одиночно, так и в пучке, не распространять горение, а также иметь низкое дымогазовыведение при воздействии огня.
Все вышеперечисленное должно сочетаться с обеспечением необходимого уровня электрических параметров (т.е. уровня при котором кабель выполняет свое функциональное назначение) - нормируемого значения электрической емкости и максимально допустимой величины сопротивления токопроводящих жил постоянному току.
Отечественной промышленностью выпускаются в соответствии с ТУ 16. К99-036-2007 [1] огнестойкие кабели для систем пожарной сигнализации. Кабели содержат симметричные пары, образованные концентрически изолированными огнестойкой кремнийорганической резиной токопроводящими жилами. Поверх пары или нескольких пар, собранных в пучок, накладывается экран из ламинированной полимерной пленкой фольги и контактного проводника, а поверх экрана - оболочка из нераспространяющего горение полимерного материала. При пожаре полимерный материал выгорает, но кабель продолжает работать в течение 180 минут.
Такая работоспособность кабеля обусловлена свойствами огнестойкой кремнийорганической резины, которая при выгорании полимерной основы образует изоляционный керамический слой вокруг токопроводящих жил.
Недостатком указанных кабелей является то, что симметричная пара образована скруткой двух изолированных огнестойкой кремнийорганической резиной токопроводящих жил, при этом, в силу высокой эластичности данного вида резины, изоляционный слой между токопроводящими жилами продавливается, что снижает надежность кабеля. Для обеспечения и фиксации необходимого расстояния между токопроводящими жилами симметричной пары, определяющего его электрическую емкость при работе в нормальных условиях и электрическую прочность изоляции при работе кабеля в условиях пожара, требуется увеличение толщины накладываемого на токопроводящую жилу слоя резины.
Это обстоятельство увеличивает габарит кабеля, его массу и, как следствие, массу полимерных материалов, которые снижают пожаробезопасность кабеля в части распространения горения и дымогазовыделения при воздействии огня.
Известны огнестойкие симметричные кабели, производимые по патенту России №2370839 [2], в которых в качестве изоляции жил также используется огнестойкая кремнийорганическая резина и симметрическая пара образуется путем скрутки, но фиксация производится не столько механической деформацией изолированных жил, а сколько стягиванием их полимерной пленкой, имеющей в поперечном сечении S-образную конфигурацию. Использование пленки позволяет обеспечить более тонкий слой огнестойкой кремнийорганической резины, однако габариты симметричной пары при этом не уменьшаются из-за наличия той же пленки.
Конструктивное выполнение кабелей известной конструкции [2] преследовало своей целью обеспечение работоспособности кабелей в условиях воздействия ионизирующего излечения. Как уже отмечалось, огнестойкость кабелей обеспечивается использованием огнестойкой кремнийорганической резины, а способность кабелей не распространять горение и не выделять при этом дым определяется в основном используемыми для защитной оболочки полимерными материалами. Как правило, для защитной оболочки используются полимерные композиции не распространяющие горение - безгалогенная полимерная композиция или поливинилхлоридный пластикат с низким дымогазовыделением. Как уже отмечалось, относительное снижение массы полимерных материалов в конструкции кабеля позволяет повысить его пожаробезопасность. В рассматриваемой конструкции кабеля горючую массу составляют: полиимидная пленка - скрепляющая изолированные жилы в пару и полимерная оболочка. Масса защитной оболочки может быть снижена за счет уменьшения ее толщины, однако снижение толщины защитной оболочки ведет к снижению надежности кабеля. Как правило, толщина оболочки устанавливается при разработке кабеля исходя из совокупности факторов, таких как нормируемый срок службы, условия эксплуатации, технологические особенности наложения оболочки и т.д. В данном случае, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить массу используемых полимерных материалов путем уменьшения габарита (диаметра) самого кабеля, при этом основные электрические и эксплуатационные параметры кабеля не ухудшаются.
Итак, ожидаемый технический результат при использовании полезной модели - это создание конструкции кабеля, которая обеспечивает пожаробезопасность без снижения основных электрических и эксплуатационных параметров. Проведение анализа всех материалов заявки позволило выявить совокупность существенных признаков, которые причинно связаны с техническим результатом.
Огнестойкий симметричный кабель, содержащий последовательно расположенный сердечник, включающий, по крайней мере, одну симметричную пару скрепленных между собой изолированных огнестойкой кремнийорганической резиной жил, далее расположены экран и защитная оболочка из нераспространяющего горение полимерного материала. При этом изолированные жилы пары расположены параллельно и скреплены разделительным основанием из огнестойкой кремнийорганической резины, ширина которого устанавливает расстояние между изолированными жилами в интервале от 0,01Д до 0,1Д, а его высота, соответственно от 0,02Д до 0,2Д, где Д - диаметр по изоляции токопроводящей жилы.
Необходимо еще раз вернуться к рассмотрению существенных признаков и определить, какой технический результат стоит за этими признаками.
Разделительное основание и его конструктивная взаимосвязь с изолированными кремнийорганической резиной жилами обеспечивают получение результата. Так, разделительное основание скрепляет две изолированные жилы, образуя симметричную пару. Экранированная симметричная пара, образованная параллельно расположенными изолированными токопроводящими жилами, имеет относительно меньший габарит и массу, чем в случае, когда пара образована путем скрутки двух изолированных жил, в том числе с использованием фиксирующей пару полимерной пленкой. Таким образом, проблема, связанная с уменьшением габарита кабеля, снижения массы полимерных материалов и, как следствие, повышения пожаробезопасности кабеля, решена.
Для симметричных кабелей, используемых в шлейфах охранно-пожарной сигнализации, основополагающими являются первичные параметры пары - сопротивление токопроводящей жилы постоянному току и электрическая емкость. Они определяют, какой максимальной длины может быть шлейф и какую рабочую (емкостную) нагрузку можно «повесить» на один шлейф. В нашем случае, при замене «витой» пары на параллельно уложенные и скрепленные между собой изолированные жилы, сопротивление токопроводящих жил на один погонный метр уменьшается за счет спрямления жил. Величина электрической емкости симметричной пары предлагаемой конструкции устанавливается изменением ширины разделительного основания устанавливающего необходимое расстояние между токопроводящими жилами. Рекомендуемая погонная емкость для такого типа кабелей в пределах 100 пФ/м гарантировано устанавливается при варьировании размеров разделительного основания указанных выше интервалах, при этом разделительное основание обеспечивает фиксированное расстояние между жилами, исключая деформацию (продавливание) изоляции позволяет снизить ее толщину без снижения огнестойкости кабеля. Из значимых для данного типа кабелей, вторичных параметров - коэффициент затухания по сравнению с прототипом остается на том же уровне, а снижение помехозащищенности от внешних воздействий экранированной нескрученное симметричной пары компенсируется относительно незначительным увеличением толщины металлического экрана. Изолированные жилы скреплены между собой разделительным основанием, обеспечивая этим постоянство симметрии пары, что, в свою очередь, приводит к уменьшению потерь, обусловленных отражениями и фазовыми искажениями сигнала. Как уже отмечалось, размеры разделительного основания, его ширина в интервале от 0,01Д до 0,1Д и его высота - от 0,02Д до 0,2Д, выбраны так, что бы можно было создать конструкцию пары, обладающую необходимыми электрическими параметрами, гарантированной огнестойкостью, а также хорошими монтажными свойствами, т.е. изолированные жилы должны легко разделяться по разделительному основанию без надрыва основной изоляции. Гарантия огнестойкости, в данном случае способность кабеля работать при воздействии огня не менее 180 минут, обеспечивается наличием фиксированного слоя огнестойкой кремнийорганической резины между токопроводящими жилами, состоящего из изоляции жил и разделительного основания. Относительное снижение погонной массы симметричного кабеля образованного параллельно расположенными изолированными жилами, позволяет снизить массу используемых полимерных материалов, составляющих горючую часть конструкции кабеля и, тем самым, повысить пожаробезопасность - снизить способность кабеля распространять огонь при пожаре и уменьшить дымогазовыделение при выгорании полимерных материалов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом поперечного сечения заявленного кабеля, показанного на фиг.1, где 1 - токопроводящая жила, 2 - изоляция из огнестойкой кремнийорганической резины диаметром Д, 3 - разделительное основание шириной от 0,01Д до 0,1Д и высотой от 0,02Д до 0,2Д, 4 - экран и 5 - оболочка из нераспространяющего горение полимерного материала.
Пример конкретной реализации полезной модели может быть представлен конструкцией симметричного огнестойкого кабеля для шлейфов охранно-пожарной сигнализации марки КШСЭнг-FRLS 1×2×0,52, который содержит однопроволочные медные токопроводящие жилы диаметром 0,52 мм, изолированные огнестойкой кремнийорганической резиной марки Эластосил R 502/75 (Германия). Наложение изоляции производится путем экструзии резины через профилированную матрицу. При этом изоляция накладывается одновременно на обе токопроводящие жилы. Диаметр по изоляции каждой жилы составляет (1,5±0,1)мм, при этом высота разделительного основания - 0,2 мм, а ширина - 0,1 мм. Поверх сердечника из изолированных токопроводящих жил скрепленных разделительным основанием наложен экран из ламинированной алюминиевой фольги и контактного проводника из медной луженой проволоки. Поверх экрана наложена оболочка из поливинилхлоридного пластиката с низким газодымовыделением марки ППО 20-40. Кабель имеет нормируемую электрическую емкость менее 70 пФ/м. Для проверки достигнутого технического результата были проведены сравнительные испытания изготовленного в соответствии с полезной моделью кабеля марки КШСЭнг-FRLS 1×2×0,52 и кабеля марки КСБнг - FRLS 1×2×0,52, выбранного в качестве прототипа [2]. Сравнение основных параметров кабелей, изготовленных в соответствии с полезной моделью и известным техническим решением, приведено в таблице:
Таблица
сравнения параметров кабеля по полезной модели и прототипа
Параметр
Марка кабеля
КШСЭнг-FRLS 1×2×0,52
КСБнг-FRLS1×2×0,52
Полезная модель
Прототип
1. Диаметр токопроводящей жилы, мм
0,52
0,52
2. Диаметр по изоляции токопроводящей жилы, мм
1,40
1,52
3. Наружный размер (диаметр), мм
3,0×4,5
5,0
4. Масса кабеля, кг/км, не более
20,0
25,0
5. Электрическая емкость кабеля, пересчитанная на длину 1 м, пФ
70
70
6.Погонное электрическое сопротивление постоянному току цепи (двух токопроводящих жил пары), пересчитанное на длину 100 м и температуру 20°С, Ом
165,0
170,0
7. Коэффициент затухания при частоте 1 МГц, пересчитанный на длину 100 м и температуру 20°С, дБ
3,0
3,0
8. Огнестойкость по ГОСТ Р МЭК ГОСТ Р МЭК 60331-23, мин
180
180
Из приведенных данных достигнутый технический результат очевиден: кабель выполненный в соответствии с полезной моделью имеет на 25% меньшую массу, что говорит о снижении на четверть горючей массы полимерных материалов содержащихся в конструкции кабеля без снижения основных эксплуатационных параметров.
Кабель не распространяет горение при испытании в групповой прокладке по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005 (категория А). Огнестойкость кабеля не менее 180 минут в соответствии с ГОСТ Р МЭК 60331-21-2003. Дымообразование при горении и тлении кабеля не приводит к снижению светопроницаемости в испытательной камере более чем на 50%, относительное снижение объема горючей массы по сравнению с аналогичным кабелям парной скрутки позволяет увеличить количество пар в прокладываемом пучке кабелей без снижения пожаробезопасности.
Литература.
[1] Кабели для систем пожарной сигнализации, огнестойкие. ТУ 16. К99-036-2007, ООО НПП «Спецкабель» г.Москва, 2007 г., 26 с.
[2] Патент на изобретение №2370839 (RU). Симметричный огнестойкий кабель. Бюл. №29, 2009 г.