КАБЕЛЬ СИЛОВОЙ ПЛОСКИЙ С РЕЗИНОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ И ОБОЛОЧКОЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно, к конструкциям кабелей силовых гибких с резиновой изоляцией на напряжение 380 В и 660 В в плоском исполнении, предназначенных для присоединения передвижных механизмов к электрическим сетям на номинальное переменное напряжение 380 В или 600 В.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является силовой гибкий плоский кабель на напряжение до 660 В с резиновой изоляцией, содержащий две основные медные токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией из резины типа РТИ-1 и оболочкой из резины типа РШН-2. Допускается наложение поверх изолированных жил слоя синтетической пленки. Допустимая температура эксплуатации от -40°С до +50°С (Справочник «Электрические провода и шнуры» Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.Н. Яковлева, изд. «Энергоатомиздат», г. Москва, 1987 г.).
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии основных токопроводящих жил покрытых резиновой изоляцией, уложенных в одной плоскости и покрытых резиновой оболочкой.
Отличием заявленной конструкции кабеля от известного кабеля является наличие четырех основных токопроводящих жил. Изоляция РТИ-1 у известного кабеля изготавливается на основе натурального изопренового каучука и их комбинации с бутадиеновым, бутадиен-стирольным каучуками и другими СК (ГОСТ 160.505.015-79) в отличие от изоляции заявленной полезной модели, изготавливаемой из резины повышенной теплостойкости на основе этиленпропиленовых каучуков (тип РТЭПИ-1). Оболочка известного кабеля изготовлена из резины, предназначенной для работы в средних и легких условиях, при температурах не выше +50°С.У заявляемой полезной модели оболочка изготовлена из резины для работы в тяжелых условиях. Предлагаемый кабель не распространяет горение при одиночной прокладке и выдерживает испытания на воздействие повышенной температуры окружающей среды до +90°С при сохранении высоких физико-механических характеристик.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении арсенала плоских гибких кабелей с резиновой изоляцией и оболочкой, в обеспечении гибкого плоского кабеля на напряжение 380 В и 660 В следующими эксплуатационными характеристиками:
- повышенная теплостойкость в сочетании с гибкостью и эластичностью;
- нераспространение горения при одиночной прокладке в сочетании с высокими физико-механическими характеристиками, а именно: стойкостью к истиранию, износостойкостью, повышенной усталостной выносливости при многократных деформациях.
Данная задача решается за счет того, что кабель силовой гибкий на напряжение 380 В и 660 В содержит четыре токопроводящие жилы, уложенные в одной плоскости, каждая из которых покрыта изоляцией на основе этиленпропиленовой резины, обмотку по изоляции и оболочку из резины, которая выполнена из резины на основе хлоропренового каучука, составляющего 30÷50% от массы резиновой смеси, и бутадиен-нитрильного каучука в объеме до 5% от массы резиновой смеси.
Кроме того, кабель может изготавливаться с обмоткой или подпуском синтетической пленкой по каждой токопроводящей жиле и с обмоткой по изоляции каждой жилы из синтетической пленки или нетканого полотна. Изоляция кабеля может быть выполнена двухслойной, а токопроводящие жилы изготовлены из медных проволок или медных проволок, луженых оловом.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков в заявленной полезной модели является то, что кабель, изготовленный с указанными каучуками в указанном соотношении в резине оболочки, обладает необходимыми для гибкого плоского кабеля высокими эксплуатационными характеристиками при работе кабеля в широком температурном диапазоне от -50°С до +90°С с сохранением высоких физико-механических характеристик (гибкости, эластичности, высоким сопротивлением к истиранию, износостойкости, озоностойкости, атмосферостойкости, масло- и бензостойкости, негорючести).
Необходимые технические свойства резин и технологические свойства резиновых смесей получают путем подбора исходного каучука с необходимыми характеристиками либо смешением двух или трех различных каучуков. Физико-механические и тепловые характеристики кабеля, его гибкость и эластичность зависят, прежде всего, от материала изоляции на токопроводящих жилах и материала оболочки кабеля.
Резиновые оболочки обладают высокой механической прочностью против растягивающих, ударных и крутящих нагрузок, а также защищают изоляцию жил от солнечной радиации и других атмосферных воздействий, защищают кабель от агрессивных химических воздействий (масло, бензин и др.) и воздействия высокой температуры окружающей среды. Вышеперечисленные параметры можно варьировать путем изменения качественного и количественного состава резины при неизменном типе каучука. Для производства изделий, подвергающихся воздействию высоких температур, применяют теплостойкие каучуки с небольшим содержанием С=С связей или полностью насыщенные.
Оболочка кабеля выполнена из резины на основе хлоропренового каучука меркаптанового регулирования в смеси с бутадиен-нитрильным.
Свойства резин на основе хлоропреновых каучуков различных типов несколько отличаются. Особенно такое различие характерно для резин на основе полихлоропренов серного и меркаптанового регулирования. В таблице 1 приведены характеристики основных типов хлоропреновых каучуков и вулканизатов на их основе в зависимости от способа регулирования молекулярной массы.
Как правило, резины на основе каучука меркаптанового регулирования имеют более высокую теплостойкость, меньшую остаточную деформацию сжатия, лучшие технологические свойства, но уступают по сопротивлению раздиру и эластичности. Каучуки, полученные с регулятором меркаптаном значительно более стойки к окислению, который стабилизирует такие свойства хлоропреновых каучуков и резин, как пластичность, эластичность и другие физико-механические характеристики, которые имеют свойство ухудшаться при длительном хранении, под влиянием высоких температур и других факторов. Способность хлоропреновых каучуков к кристаллизации (особенно ниже 20°С) существенно влияет на технологические свойства самих каучуков и смесей на их основе и оказывает большое влияние на свойства резин. Резины в отсутствие наполнителей благодаря ориентационной кристаллизации имеют высокую прочность. При наполнении хлоропреновых каучуков этот показатель резин в некоторых случаях снижается, однако другие их ценные свойства, например, сопротивление раздиру, бензостойкость, как правило, улучшаются.
Присутствие в вулканизующей системе серы, тиурама и технического углерода обеспечивает резиновой смеси дополнительную прочность, которая может снижаться при высоких температурах, т.к. при использовании различных вулканизующих агентов образуются поперечные связи разного строения (углерод-углеродные, полисульфидные и моносульфидные), отличающиеся между собой энергией и длиной. При этом, чем выше энергия поперечной связи, тем большей теплостойкостью обладают резины. Таким образом, наличие в вулканизующей смеси агентов с разным строением и плотностью пространственной сетки придает резиновой смеси дополнительную прочность, теплостойкость, эластичность. Основным преимуществом резин на основе хлоропреновых каучуков является удачное сочетание механических свойств, близким к свойствам резин на основе каучуков общего назначения, с некоторыми специфическими свойствами, присущими резинам на основе каучуков специального назначения. Так, по прочности, эластичности, сопротивлению раздиру, усталостной выносливости, износостойкости эти резины близки к резинам из НК или БСК, но существенно превосходят их по стойкости к различным видам старения, огнестойкости, маслобензостойкости, химической стойкости. В результате, это определяет и основные свойства резиновой смеси на основе хлоропренового каучука: хорошую стойкость к открытому огню, отличную адгезию, очень хорошую стойкость к атмосферному воздействию, озоностойкость, стойкость к естественному окислению, маслобензостойкость, высокие физико-механические характеристики при температурном интервале эксплуатации каучука от -25°С до +90°С (кратковременно до +110°С).
Для улучшения теплостойкости резиновой смеси, масло- и бензо-стойкости в резиновую смесь добавляется бутадиен-нитрильный каучук в количестве 4,5% от массы резиновой смеси, который имеет температурный интервал эксплуатации от -40°С до +140°С. Бутадиен-нитрильный каучук обладает оптимальной устойчивостью к химически агрессивным средам, хорошей эластичностью и небольшой остаточной деформацией, не разбухает в маслянистых жидкостях, антифризах и воде, имеет особую прочность и износостойкость, пластичность при растяжении, относительное удлинение, сопротивление на разрыв и истирание.
Опытным путем определено оптимальное соотношение смеси каучуков (хлоропренового 30÷50% и бутадиен-нитрильного до 5%) в резиновой смеси, обеспечивающее необходимые эксплуатационные свойства оболочки заявляемого кабеля, работу плоского гибкого кабеля в широком температурном диапазоне от -50°С до +90°С, нераспространение горения при одиночной прокладке с сохранением высоких физико-механических характеристик (гибкости, эластичности, высоким сопротивлением к истиранию, износостойкости, озоностойкости, атмосферостойкости, масло- и бензостойкости, негорючести).
Резиновая изоляция основных жил изготавливается из этиленпропиленового каучука с низкой вязкостью, обладающего высокой озоно-, тепло- и атмосферостойкостью, высокой водопаростойкостью, износостойкостью, морозо- и химостойкостью, термостойкостью и высокими электроизоляционными характеристиками, что также способствует получению необходимых характеристик заявляемого кабеля.
Все свойства заявляемого кабеля подтверждаются серией испытаний:
- по ГОСТу 2057.406 (испытания на воздействие повышенной температуры окружающей среды до +90°С - пробоев и трещин нет;
- испытания на воздействие солнечной радиации при 55±2°С 5 суток, при 70±2°С 5 суток при интегральной поверхностной плотности потока излучения (1120±112)Вт/м - трещин нет;
- испытания на нераспространение горения при одиночной прокладке по ГОСТ IFC 60332-1-3-2011 - время воздействия пламени 240 с. кабель выдержал;
- испытания на стойкость к изгибу по ГОСТ 12182.8-80 после 4000 циклов изгиба на угол±π/2 вокруг ролика диаметром 400 мм с нагрузкой 15,0 кГс кабель испытания напряжением переменного тока номинальной частоты 50 Гц в течение 5 мин. выдержал, на поверхности оболочки и изоляции трещин нет.
- физико-механические характеристики по ГОСТ 25018-81 (прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве, относительная остаточная деформация) показали высокие результаты.
- также определялись физико-механические характеристики кабеля до и после старения в термостате при 125±3°С в течение 168 часов - снижения характеристик не обнаружено.
Таким образом, резиновая оболочка, изготовленная из смеси хлоропренового и бутадиен-нитрильного каучуков с соотношением 30÷50% и до 5%, и изоляция, изготовленная из этиленпропиленового каучука, удовлетворяют требованиям к заявляемому кабелю по нераспространению горения при одиночной прокладке и температуре эксплуатации окружающей среды до +90°С при сохранении высоких физико-механических и прочностных характеристиках, что в конечном итоге значительно повышает надежность кабеля в работе при повышенной температуре окружающей среды и решает поставленную задачу заявляемой полезной модели.
Осуществляется полезная модель следующим образом. Основные токопроводящие жилы скручены из медных проволок. Токопроводящие жилы предназначены для протекания электрического тока.
На основные токопроводящие жилы и жилу заземления последовательно наложены синтетическая пленка и изоляция из этиленпропиленовой резины. Изоляция является электроизоляционным элементом кабеля.
Поверх изоляции каждой токопроводящей жилы может быть наложена в виде обмотки синтетическая пленка, которая предназначена для предотвращения приваривания (адгезии или залипания) оболочки к изоляции токопроводящих жил, а так же для придания скрученным жилам механической устойчивости.
Все изолированные токопроводящие жилы уложены в одной плоскости. Поверх изоляции и синтетической пленки наложена оболочка из резины.
Изготовление кабеля происходит по следующему принципу.
Основные токопроводящие жилы, вспомогательная и жила заземления скручивается из проволок на крутильном оборудовании.
Наложение изоляции на токопроводящие жилы и наложение оболочки производиться на экструзионном оборудовании с дальнейшей вулканизацией и ступенчатым охлаждением.
Обмотка синтетической пленкой изолированных токопроводящих жил производится на обмоточном оборудовании.
Окончательным этапом производством, является испытание готовой продукции на соответствии кабеля к заявленным требованиям.
Конструкция заявленной полезной модели успешно опробована в условиях металлургического комбината для присоединения передвижных машин, кранов и контейнерных мостов.