СИЛОВОЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкции кабелей с пластмассовой изоляцией, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии и электрических сигналов в стационарных установках на номинальное переменное напряжение до 1 кВ включительно, к которым предъявляются требования повышенной пожаробезопасности, такие как отсутствие галогенсодержащих соединений в составе полимерных композиций и, следовательно, отсутствие выделения галогенсодержащих соединений при горении и тлении кабельного изделия, нераспространения горения при групповой прокладке, а также возможности сохранения работоспособности в условиях пожара в течение не менее 90 минут. Эксплуатация кабеля при этом допускается при температуре окружающей среды от минус 30 до плюс 50°C при относительной влажности до 98%.
В настоящее время известны различные конструкции силовых кабелей.
Так, из описания к патенту РФ №34799 (опубликован 10.12.2003) известен электрический кабель, который содержит скрученные между собой или уложенные параллельно токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта слоем изоляции, выполненным из блок-сополимера пропилена с этиленом с дезактиватором меди, и вторым слоем изоляции или оболочкой, и защитные покровы, при этом токопроводящие жилы имеют подслой изоляции, выполненный из синтетических материалов, выбранных из группы: полиимидно-фторопластовая пленка, фторопластовая пленка, комбинации полиимидно-фторопластовой пленки с фторопластовой пленкой, комбинации эмальлака с полиимидно-фторопластовой пленкой и комбинации эмальлака с фторопластовой пленкой.
Кроме этого, из описания к патенту РФ №32917 (опубликован 27.09.2003) известен электрический кабель, который содержит скрученные между собой или уложенный параллельно токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта двумя слоями изоляции, где второй слой выполнен из этиленпропиленовой резины, и защитные покровы, при этом первый слой изоляции выполнен из синтетических материалов, выбранных из группы: фторопластовая пленка, эмальлак, комбинации эмальлака с фторопластовой пленкой и комбинации эмальлака с полиимидно-фторопластовой пленкой. Изолированные токопроводящие жилы имеют оболочки, выполненные из свинца или его сплавов, этиленпропиленовой или нитрильной резин, или термоэластопласта.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является трудновоспламеняемый, не содержащий галогенов, кабель, материал которого включает, вес.ч.: сополимер этилен октена и винилацетата, взятых в соотношении (20-35):(65-80) - 100, гидроксид магния - 15÷20, смесь полифосфата аммония, пентаэритрита и меламина при соотношении компонентов: (10-25):(10-25):(1-5):(10-20) - 21÷52, ингибитор окисления - 0.5÷3 и смазка - 0.2÷3. Основная смола включает компоненты (заявка Китая №102492211, опубликована 13.06.2012).
К недостаткам известных кабелей относится сложность их изготовления вследствие запредельных нагрузок на приводы экструдеров при переработке известных полимерных безгалогенных композиций вследствие их высокой наполненности порошками-антипиренами.
Известные и предлагаемые в настоящее время на рынке безгалогенные композиции изготавливаются с применением гидроксида алюминия в качестве антипирена, что накладывает неудобства при переработке этого материала вследствие его низкой температуры деструкции (начало разложения может произойти на стадии производства кабеля за счет местных перегревов по зонам экструдера). К недостаткам имеющихся материалов также следует отнести крайне низкую стойкость к механическим воздействиям при производстве, что в конечном итоге портит товарный вид изделия.
Поставленная задача патентуемого решения заключается в подборе компонентов изоляции, заполнения междужильного пространства и оболочки силовых кабелей, способных обеспечить нераспространение горения кабелей при групповой прокладке с объемом горючей массы 7 л/м, снижение светопроницаемости при горении и тлении не более 40% (что соответствует показателю дымообразования при горении и тлении кабельных изделий ПД1 по ГОСТ Р 53315-2009 изм. 1), при одновременном соответствии требованиям по массовой доле хлористого водорода в составе газообразных продуктов горения не более 5 мг/г. При этом задача также состояла в обеспечении максимально высоких скоростей переработки материалов и обеспечении стойкости к механическим повреждениям кабельной оболочки в процессе изготовления.
Техническим результатом полезной модели является создание силовых кабелей, не распространяющих горение при групповой прокладке, с наиболее низким дымовыделением при горении и тлении и с отсутствием выделения хлористого водорода при горении при одновременном обеспечении высокой скорости переработки материала на экструзионном оборудовании и повышении его эксплуатационных характеристик.
Заявленный технический результат достигается за счет конструкции силового кабеля, содержащего, внешнюю оболочку, внутри которой расположена, по меньшей мере, одна токопроводящая жила, на которую нанесен слой изоляции, а в пространстве между токопроводящей жилой и оболочкой расположен заполнитель междужильного пространства, при этом оболочка выполнена из материала, включающего, мас.ч.:
Этилен-октеновый или этилен-бутеновый эластомер
65-100
Полипропилен
1-18
Линейный полиэтилен низкого давления,
модифицированный малеиновым ангидридом
3-25
Гидроксид магния
160-220
Суперконцентрат высокомолекулярной силиконовой
смазки на основе линейного полиэтилена
низкой плотности при содержании полидиметилсилоксана
не менее 50%
1-20
Гидразид бензопропионовой кислоты
3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-2-[3-
[3,5-бис(диметиэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]
(CAS №32687-78-8)
0,1-10
Эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой
кислоты и пентаэритрита (СAS №6683-19-8)
0,1-10
Технический углерод
1-10.
а слой изоляции выполнен из материала, включающего, мас.ч.:
Этилен-октеновый или этилен-бутеновый эластомер
65-100
Полипропилен
1-15
Линейный полиэтилен низкого давления,
модифицированный малеиновым ангидридом
3-25
Гидроксид магния
160-250
Суперконцентрат высокомолекулярной силиконовой
смазки на основе линейного полиэтилена
низкой плотности при содержании полидиметилсилоксана
не менее 50%
1-20
Гидразид бензопропионовой кислоты
3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-2-[3-
[3,5-бис(диметиэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]
(СAS №32687-78-8)
0,1-10
Эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой
кислоты и пентаэритрита (CAS №6683-19-8)
0,1-10
Красящий пигмент (в зависимости от
требуемого цвета изолированной жилы)
1-5.
Поверх слоя изоляции токопроводящей жилы может быть нанесен разделительный слой в виде талька либо полиэтилентерефталатной пленки.
При этом в качестве материала заполнителя междужильного пространства может быть использован заполнитель, выполненный из композиции на полиолефиновой основе с кислородным индексом не менее 30. В качестве такого материала может быть использован материал, состав которого идентичен составу материала оболочки либо материал, включающий, масс.%:
Полиэтилен
100
Не содержащий хлора ациклический углеводород
0,1-30
Алифатическая карбоновая кислота - 0,1-10
0,1-10
Антипирен-дымоподавитель - 200-470
200-470
Карбонат кальция - 0,1-190;
0,1-190
Борат цинка
0,1-50
Эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой
кислоты и пентаэритрита (CAS №6683-19-8)
0,1-3.
В качестве антипирена-дымоподавителя в составе заполнителя междужильного пространства используют гидроксид алюминия в сочетании с боратом цинка, антипирен марки Экопирен 3,5С.
В качестве материла токопроводящей жилы может использоваться медь или алюминий.
2
При этом между жилой и слоем изоляции может быть дополнительно расположен слой огнестойкой изоляции, представляющей собой две ламинированные полимерной пленкой слюдосодержащие ленты с поверхностной плотностью не менее 150 г/м, нанесенные на токопроводящую жилу по спирали встык либо таким образом, чтобы каждый последующий виток частично перекрывал предыдущий, а также чтобы стыки витков внутренней ленты перекрывались витками наружной ленты.
Между заполнителем и оболочкой может быть расположен защитный барьер, выполненный из материала, состав которого идентичен составу материала оболочки, при этом поверх защитного барьера может быть расположен слой брони, представляющей собой две стальные оцинкованные ленты, наложенные на защитный барьер по спирали таким образом, чтобы верхняя лента перекрывала зазор между витками нижней ленты.
Количество жил может быть выбрано равным не менее двух, при этом они могут быть расположены в одной плоскости либо могут быть скрученными.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее.
На фигуре 1 - сечение силового кабеля;
На фигуре 2 - сечение силового кабеля с токопроводящими жилами, расположенными в одной плоскости;
На фигуре 3 - сечение силового кабеля, дополнительно содержащего защитный барьер и слой брони, выполненный в виде двух стальных оцинкованных лент;
На фигуре 4 - сечение силового кабеля, содержащего слой огнестойкой изоляции в виде двух ламинированных слюдосодержащих лент, наложенных на токопроводящую жилу встык либо таким образом, чтобы каждый последующий виток частично перекрывал предыдущий, а также чтобы стыки витков внутренней ленты перекрывались витками наружной ленты;
На фигуре 5 - сечение силового кабеля, содержащего слой огнестойкой изоляции в виде двух ламинированных слюдосодержащих лент, наложенных на токопроводящую жилу, защитный барьер, и бронепокров, выполненный в виде двух стальных оцинкованных лент.
Силовой кабель (фиг.1) содержит три токопроводящие жилы 1, на которые нанесен слой изоляции 2. Токопроводящие жилы 1 заключены в оболочку 4. Между жилами 1 и оболочкой расположен заполнитель междужильного пространства 3, выполненный из композиции на полиолефиновой основе с улучшенными свойствами по пожаробезопасности и кислородным индексом не менее 30. Оболочка 4 выполнена из полимерной безгалогенной композиции пониженного дымовыделения с кислородным индексом не менее 30. На слой изоляции 2 может быть нанесен разделительный слой в виде талька, либо полиэтилентерефталатной пленки.
На фиг.2 представлен силовой кабель, отличающийся от кабеля, представленного на фиг.1 тем, что изолированные токопроводящие жилы кабеля уложены в одной плоскости, а в качестве слоя заполнителя междужильного пространства используется материал, состав которого идентичен составу материала оболочки 4, который заполняет промежутки между изолированными жилами.
На фиг.3 представлен силовой кабель, который помимо токопроводящих жил 1 с изоляцией 2, заполнителя междужильного пространства 3, оболочки 4, также содержит защитный барьер 6, выполненный из материала, состав которого идентичен составу материла оболочки и слой брони 7, выполненный из двух стальных оцинкованных лент.
2
Силовой кабель, приведенный на фиг.4 дополнительно содержит слой огнестойкой изоляции 5 в виде двух ламинированных слюдосодержащих лент с поверхностной плотностью не менее 150 г/м, наложенных на токопроводящую жилу 1 встык либо таким образом, чтобы каждый последующий виток частично перекрывал предыдущий, а также чтобы стыки витков внутренней ленты перекрывались витками наружной ленты.
2
На фиг.5 представлен огнестойкий силовой бронированный кабель, содержащий токопроводящие жилы 1 с изоляцией 2, заполнитель междужильного пространства 3, оболочку 4, слой огнестойкой изоляции 5 в виде двух ламинированных слюдосодержащих лент с поверхностной плотностью не менее 150 г/м, наложенных на токопроводящую жилу 1 встык или с перекрытием витков, защитный барьер 6 выполненный из материала оболочки и слой брони 7, выполненный в виде двух стальных оцинкованных лент.
Во всех приведенных конструкциях силового кабеля в качестве материла оболочки использован материал, содержащий масс.%:
Этилен-октеновый или этилен-бутеновый эластомер
65-100
Полипропилен
1-18
Линейный полиэтилен низкого давления,
модифицированный малеиновым ангидридом
3-25
Гидроксид магния
160-220
Суперконцентрат высокомолекулярной силиконовой
смазки на основе линейного полиэтилена
низкой плотности при содержании полидиметилсилоксана
не менее 50%
1-20
Гидразид бензопропионовой кислоты
3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-2-[3-
[3,5-бис(диметиэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]
(CAS №32687-78-8)
0,1-10
Эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой
кислоты и пентаэритрита (CAS №6683-19-8)
0,1-10
Технический углерод
1-10
В качестве материла изоляции токопроводящих жил использован материал, содержащий масс.%:
Этилен-октеновый или этилен-бутеновый эластомер
65-100
Полипропилен
1-15
Линейный полиэтилен низкого давления,
модифицированный малеиновым ангидридом
3-25
Гидроксид магния
160-250
Суперконцентрат высокомолекулярной силиконовой смазки
на основе
1-20
линейного полиэтилена низкой плотности при
содержании полидиметилсилоксана не менее 50%
Гидразид бензопропионовой кислоты
3,5-бис(1,1-диметиэтил)-4-гидрокси-2-[3-
[3,5-бис(диметиэтил)-4-гидроксифенил]-1-оксопропил]
(СAS №32687-78-8)
0,1-10
Эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой
кислоты и пентаэритрита (CAS №6683-19-8)
0,1-10
Красящий пигмент 1-5.
В качестве материала заполнителя междужильного пространства использован материал, состав которого включает, масс.%:
Полиэтилен
100
Не содержащий хлора ациклический углеводород
0,1-30
Алифатическая карбоновая кислота - 0,1-10
0,1-10
Антипирен-дымоподавитель - 200-470
200-470
Карбонат кальция - 0,1-190;
0,1-190
Борат цинка
0,1-50
Эфир 3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси-фенилпропионовой
кислоты и пентаэритрита (CAS №6683-19-8)
0,1-3.
Предлагаемые в формуле полезной модели компоненты для изоляции, защитного барьера, заполнителя междужильного пространства и оболочки кабелей выпускаются и широко применяются в промышленности и не являются дефицитными и дорогостоящими.
Токопроводящие жилы изготавливаются из марок меди, предназначенных для электротехнической промышленности. Конструкция жил соответствует классам 1 и 2 по ГОСТ 22483-77. Скрутка проволоки, в случае изготовления многопроволочных жил, производится на обычном крутильном оборудовании, после чего может происходить уплотнение скрученных проволок с образованием уплотненной токопроводящей жилы. Затем на токопроводящие жилы 1 в зависимости от конструкции кабельного изделия на лентообмоточном оборудовании горизонтального или вертикального типа возможно нанесение двух ламинированных полимерной пленкой слюдосодержащих лент, сверху на которые на экструзионном оборудовании накладывается изоляция 2. Поверх изолированных жил на экструзионном оборудовании накладывается безгалогенный заполнитель междужильного пространства, поверх которого на экструзионном оборудовании, расположенном последовательно за экструдером наложения заполнения, накладывается в зависимости от конструкции кабеля либо защитный барьер 6 (внутренняя оболочка), либо оболочка 4. Наложение брони 7 производится на бронеобмотчике.
В качестве антипирена-дымоподавителя в составе заполнителя междужильнго пространства может использоваться, в частности, гидроксид алюминия в сочетании с боратом цинка, антипирен марки Экопирен 3,5С, характеризующийся пламягасящими и противодымными свойствами. За счет того, что реакция термического разложения гидроксида алюминия и антипирена марки Экопирен 3,5С носит эндотермический характер, энергия горения полимера будет поглощаться и, соответственно, температура на горящей поверхности снизится. Кроме этого, вода, выделяющаяся при разложении антипирена, от температурного воздействия переходит в воздушную среду в виде водяного пара, что практически не влияет на светопропускание воздушной среды и не приводит к повышению задымленности окружающей среды.
Проведенные испытания кабельных изделий, выполненных по предлагаемой полезной модели, показали, что снижение светопроницаемости при горении и тлении кабельного изделия не превышает 25%, коррозионная активность продуктов горения полимерных компонентов кабельного изделия соответствует категории ПКА1 по ГОСТ Р 53315-2009 изм.1, при этом кабельное изделие может быть изготовлено с высокой скоростью и готовое изделие имеет более высокие эксплуатационные характеристики, чем изделия, выполненные с применением предлагаемых на рынке известных композиций.
Образцы патентуемого кабеля, раскрытые в примерах 1-6, были испытаны на нераспространение горения при расположении пучком по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005, на дымовыделение при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 61034-2-2005 и на коррозионную активность продуктов дымогазовыделения при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 60754-2-99 и сохранение работоспособности в условиях воздействия открытого пламени по ГОСТ Р МЭК 60331-21-2003 (для кабелей в огнестойком исполнении).
Для образцов получены результаты, которые приведены в таблице:
Наименование характеристики
Технические требования
Кабельное изделие
Известный кабель
Предлагаемый кабель. Образцы 1-6
Нераспространение горения по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005
Длина выгоревшего участка не более 2,5 м
не более 2,0 м, соответствует
не более 1,8 м, соответствует
Светопроницаемость в конце испытания по ГОСТ Р МЭК 61034-2-2005
не менее 60%
свыше 70%
свыше 75%
Показатель дымообразования при горении и тлении кабельного изделия
ПД1
ПД1 соответствует
ПД1 соответствует
Показатель коррозионной активности продуктов дымогазовыделения при горении и тлении
ПКА1
ПКА1 соответствует
ПКА1 соответствует
Сохранение работоспособности в условиях воздействия открытого пламени по ГОСТ Р МЭК 60331-21-2003 (для кабелей в огнестойком исполнении)
не менее 30 минут
более 180 минут
более 180 минут
Стойкость к царапинам
-
низкая
удовлетворительная