КАБЕЛЬ СИЛОВОЙ, НЕ РАСПРОСТРАНЯЮЩИЙ ГОРЕНИЕ, С СЕКТОРНЫМИ ЖИЛАМИ И ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Область техники
Полезная модель относится к кабельной технике, а именно, к конструкциям кабелей силовых трехжильных с изоляцией из сшитого полиэтилена, не распространяющих горение, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 3,6/6, 6/10, 8,7/15, 12/20, 18/30, 20/35 кВ номинальной частотой 50 Гц для сетей с заземленной и изолированной нейтралью.
Уровень техники
Известны силовые кабели на напряжение 6, 10, 20 и 35 кВ частотой 50 Гц, имеющие три токопроводящие жилы и последовательно расположенные на каждой из них наложенные экструзией первый экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, изоляцию из сшитой композиции полиэтилена, второй экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, обмотку лентой из электропроводящего материала, металлический экран, экранированные жилы скручены в общий сердечник вокруг центрального заполнения, межфазное заполнение и экструдированную наружную оболочку из поливинилхлоридного пластиката (кабель марки ПвВнг(А)-LS по ТУ 16.К71-335-2004 «Кабели силовые с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20, 35 кВ». Информационно-технический справочник Изделия кабельные. Том 1. Кабели, провода и шнуры силовые. Часть 1. М.: ОАО «ВНИИКП», 2006 г., стр. 138).
Однако такие кабели не удовлетворяют требованиям ГОСТ Р МЭК 61034-2 по дымовыделению при горении и тлении, а также требованиям по коррозионной активности продуктов дымогазовыделения при горении и тлении (отсутствие галогенов).
Наиболее близким аналогом (прототипом) является кабель силовой, содержащий три токопроводящие жилы и последовательно расположенные на каждой из них наложенные экструзией первый экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, изоляцию из сшитой композиции полиэтилена, второй экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, обмотку лентой из электропроводящего материала, металлический экран, экранированные жилы скручены в общий сердечник вокруг центрального заполнения, межфазное заполнение и экструдированную наружную оболочку, отличающийся тем, что центральное заполнение выполнено из экструдированной полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 30, межфазное заполнение выполнено из полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 40 и наружная оболочка выполнена из полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 30 (RU 86035 U1, опубликованный 20.08.2009).
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в выполнении кабеля с тремя металлическими жилами, на каждую из которых наложены первый электропроводящий слой, изоляция, второй электропроводящий слой, имеется слой из электропроводящих лент, металлический экран, изолированные экранированные жилы скручены в сердечник, и имеется наружная оболочка из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
Причиной, препятствующей получению в известном кабеле технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, является выполнение токопроводящих жил секторной формы, слой из лент электропроводящего материала и металлический экран накладывается не по каждой жиле, а по скрутке жил, кроме того, по скрутке жил накладывается еще разделительный слой, внутренняя оболочка из полимерной композиции, не содержащей галогенов, термический барьер или броня и наружная оболочка из полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 33% и физико-механическими характеристиками, обеспечивающими кабелю надежность при эксплуатации.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в расширении арсенала кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, в снижении себестоимости кабеля с улучшением показателей по нераспространению горения при прокладке в пучках, с низким дымовыделением при горении и тлении, кабеля, не выделяющего галогенов в условиях пожара и имеющего достаточно высокие механико-прочностные показатели.
Технический результат, обуславливающий решение указанной задачи, заключается в получении трехжильного кабеля с секторными уплотненными токопроводящими жилами, с изоляцией из сшитого полиэтилена, имеющий более низкую себестоимость по сравнению с аналогами, имеющими круглые жилы, с улучшенными показателями по пожарной безопасности в сочетании с высокими механико-прочностными показателями.
Указанный технический результат достигается тем, что силовой кабель, не распространяющий горение, содержит три секторные многопроволочные уплотненные токопроводящие жилы и последовательно расположенные на каждой из них следующие слои, а именно, экструдированный первый экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции полиэтилена, поверх экрана по токопроводящей жиле наложена изоляция из сшитого полиэтилена, поверх изоляции наложен второй экструдированный экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции, указанные токопроводящие жилы с перечисленными слоями скручены в сердечник; затем на сердечник наложен обмоткой слой лент из электропроводящей бумаги, либо из электропроводящих полимерных лент, либо из нетканого полотна; металлический экран, выполненный из медных проволок, а поверх медных проволок экрана наложена спирально медная лента; разделительный слой, выполненный как минимум из одной стеклоленты; внутренняя оболочка из полимерной композиции, не содержащей галогенов, далее либо термический барьер, выполненный из медной или алюминиевой ленты или двух стеклолент, наложенных с перекрытием, либо броня, выполненная из двух стальных оцинкованных лент или круглых стальных оцинкованных проволок или проволок из алюминия или алюминиевого сплава и наружная оболочка из полимерной композиции, не содержащей галогенов, с прочностью при разрыве не менее 13 МПа, относительным удлинением не менее 160% и с кислородным индексом не менее 33%.
Так как технический результат, который достигается при решении указанной задачи, заключается в изготовлении токопроводящей жилы многопроволочной, уплотненной, секторной формы и в использовании материала для наружной оболочки с указанными характеристиками, обладающего более низкими показателями горючести, оптической плотности дыма при горении и тлении, коррозионной активности газов и повышенными прочностными характеристиками, то модификации кабеля с такими элементами конструкции, как термический барьер или броня на достижение технического результата не влияет. Поэтому, в некоторых частных случаях поверх внутренней оболочки дополнительно может быть наложен либо термический барьер из медной или алюминиевой ленты или двух стеклолент, наложенных с перекрытием (для увеличения пожаростойкости кабеля), либо наложена броня из двух стальных оцинкованных лент или из круглых стальных оцинкованных проволок или проволок из алюминия или алюминиевого сплава (для защиты от механических повреждений). Также рассматриваемый силовой кабель в частных случаях может быть выполнен в герметизированном варианте, что также не влияет на достижение поставленной технической задачи и получение технического результата.
Достижение технического результата по снижению себестоимости обусловлено изготовлением кабеля с секторными жилами, т.к. кабели с секторными жилами имеют диаметр на 20-25% меньший, чем кабели с круглыми жилами эквивалентного сечения, и соответственно меньший расход материалов на изоляцию и оболочку, а потери в металлическом экране приближаются к нулю. Уплотнение многопроволочной жилы также дает экономию материалов. Таким образом, происходит снижение массо-габаритных характеристик кабеля до 40%, увеличивается максимальная длина намотки на барабан, упрощается разделка и изготовление кабеля за счет отсутствия заполнения между жилами и при этом уменьшается риск повредить изоляцию при зачистке. Все эти факторы в конечном итоге приводят к значительному снижению себестоимости.
Улучшенные показатели кабеля по нераспространению горения при прокладке в пучках, с низким дымовыделением при горении и тлении, не выделяющие галогенов в условиях пожара обеспечивает изготовление кабеля с наружной оболочкой из полимерной композиции, не содержащей галогенов с кислородным индексом не менее 33%.
Высокие механико-прочностные показатели обусловлены применением в наружной оболочке кабеля полимерной композиции, не содержащей галогенов с прочностью при разрыве не менее 13 МПа, относительным удлинением не менее 160%.
Испытания образцов кабеля показали соответствие их характеристик техническим требованиям пожарной безопасности ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности», а именно, по нераспространению горения при групповой прокладке, дымообразованию и значению эквивалентного показателя токсичности продуктов горения для кабельных изделий с индексом HF. А прочностные характеристики наружной оболочки обуславливают срок службы кабелей - не менее 30 лет.
Осуществление полезной модели
Кабель содержит три многопроволочные уплотненные секторные токопроводящие жилы. Поверх каждой жилы наложен экструдированный экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции полиэтилена. Поверх первого электропроводящего экрана по каждой токопроводящей жиле наложена изоляция из сшитого полиэтилена. Поверх указанной изоляции наложен второй экструдированный экран из электропроводящей сшитой полимерной композиции.
Изолированные и экранированные секторные токопроводящие жилы скручены в сердечник. Поверх сердечника расположен слой из электропроводящей ленты, представляющей собой электропроводящую бумагу или электропроводящую полимерную ленту или нетканое полотно. Поверх электропроводящей ленты каждой жилы расположен металлический экран, выполненный из медных проволок, поверх которых спирально наложена медная лента, выполненная в виде обмотки, либо пасма из медных проволок. Затем накладывается разделительный слой, выполненный как минимум из одной стеклоленты и внутренняя оболочка. Поверх внутренней оболочки кабеля может быть наложен либо термический барьер, выполненный из медной или алюминиевой ленты или двух стеклолент, наложенных с перекрытием, либо броня из двух стальных оцинкованных лент или из круглых стальных оцинкованных проволок или проволок из алюминия или алюминиевого сплава, и наружная оболочка, выполненная из полимерной композиции, не содержащей галогенов с кислородным индексом не менее 33%, при этом показатели коррозионной активности газов материала наружной оболочки находятся на достаточно низком уровне, т.е. количество галогеноводородных кислот не более 0,5 мг/г, pH не менее 4,3, а максимальная оптическая плотность дыма при горении не более 100 у внутренней оболочки и не более 180 у наружной оболочки.
Скрутка секторных жил и скрутка жил в сердечник, наложение всех последующих слоев выполняется на стандартном оборудовании. При этом выполняется условие по нераспространению горения при прокладке в пучках, с низким дымовыделением при горении и тлении, т.к. данные условия обеспечиваются прежде всего материалом наружной оболочки, при этом снижается себестоимость кабеля в целом.
Изготовление кабеля заключается в поочередном накладывании перечисленных слоев в соответствующем порядке. При этом первый экран накладывают на каждую жилу методом экструзии, а его (экрана) назначение заключается в равномерном распределении напряженности электрического поля на границе токопроводящей жилы и слоя изоляции. Затем на каждую жилу накладывают изоляцию, служащую основным электроизоляционным элементом и предназначенную для выдерживания воздействия электрического поля. Затем накладывают второй электропроводящий экран, служащий для равномерного распределения напряженности между изоляцией и металлическим экраном. Затем секторные жилы скручивают в сердечник, а поверх сердечника накладывают слой из электропроводящей ленты, служащий для выравнивания электрического поля в кабеле. Затем накладывают металлический экран, основным назначением которого является защита от воздействия электромагнитных помех, а также отвод токов короткого замыкания. Затем накладывают разделительный слой и внутреннюю оболочку. В частных случаях может быть наложен термобарьер для повышения огнестойкости или броня, служащая для защиты от значительных растягивающих усилий. После этого накладывают наружную оболочку.
Конструкция кабеля успешно опробована в условиях производства.