КАБЕЛЬ ТЕРМОЭЛЕКТРОДНЫЙ С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ СШИТОГО ПОЛИЭТИЛЕНА

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к многожильным термоэлектродным кабелям с пластмассовой изоляцией, предназначенным для электродов термопар и присоединения их к измерительным приборам.
Известен термоэлектродный кабель, включающий изолированные токоведущие жилы, выполненные из металлов с различной проводимостью, экран из алюмофлекса, защитную оболочку из негорючего пластиката, отличающийся тем, что каждая токоведущая жила выполнена из скрученных вместе проволок из металла, соответствующего металлу жилы, при этом суммарное сечение указанных проволок эквивалентно сечению, установленному для соответствующей токоведущей жилы. (Патент RU №118105, МПК Н01В 7/28, опубликованный 10.07.2012).
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в выполнении кабеля, включающего защитную оболочку, изолированные токопроводящие жилы с различной проводимостью. Токопроводящие жилы выполнены из скрученных вместе проволок, скрученных в общий сердечник, при этом суммарное сечение указанных проволок эквивалентно сечению, установленному для соответствующей токоведущей жилы. В частных случаях выполнения -наличие общего экрана из алюмофлекса.
Причиной, препятствующей получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, является выполнение изоляции, внутренней оболочки и наружной оболочки из материалов, обеспечивающих пожаробезопасность кабеля и отсутствие при горении токсичности и коррозионной активности продуктов горения.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в необходимости разработки пожаробезопасного термоэлектродного кабеля, не выделяющего коррозионно-активных газообразных и токсичных продуктов при горении и тлении с высокой надежностью в эксплуатации и длительным сроком службы.
Технический результат достигается тем, что термоэлектродный кабель содержит как минимум пару изолированных токопроводящих жил с различной термоэлектродвижущей силой, внутреннюю и защитную оболочки. При этом, изоляция кабеля выполнена из сшитого полиэтилена, а внутренняя оболочка и защитная оболочка выполнены из нераспространяющего горение безгалогенного компаунда с индексом токсичности меньше 2ед, кислородными индексами у внутренней оболочки не меньше 40% и наружной оболочки не менее 34%. При этом, токопроводящие жилы могут быть выполнены либо однопроволочными, либо гибкими многопроволочными. Различная термоэлектродвижущая сила токопроводящих жил обеспечивается тем, что половина жил выполнена из меди, а другая из константана, либо половина из хромели, другая половина из алюмеля, либо одна половина из хромеля, другая из копеля. Все токопроводящие жилы скручены в общую скрутку, либо токопроводящие жилы скручены попарно (мед-константан, хромель-алюмель, хромель-копель), а затем все пары также скручены в общий сердечник. Кроме того, на токопроводящие жилы, скрученные попарно, может быть наложен дополнительно индивидуальный экран, а поверх каждой токопроводящей жилы наложен огнестойкий барьер из двух слюдосодержащих лент (если требуется дополнительная огнестойкая защита). На общую скрутку токопроводящих жил наложена внутренняя оболочка, общий экран и/или броня и наружная оболочка.
Обычно в кабелях, используемых в зонах, где требуется повышенная пожаробезопасность, используют композиции на основе ПВХ (как в аналоге), однако сшитый полиэтилен на данный момент является одним из самых применимых материалов при изготовлении изоляции силового кабеля. Его уникальные свойства прочности, водонепроницаемости, устойчивости к термофизическим и механическим нагрузкам позволяют создавать изоляционные материалы, по надежности и долговечности намного превосходящие традиционные. Сшитый полиэтилен - это полимер углеводорода этилена, модифицированный на молекулярном уровне до выстраивания абсолютно новой структуры. Полученная в процессе «сшивки» система межмолекулярных связей СПЭ выглядит, как трехмерная ячеистая сетка, похожая на кристаллическую решетку твердых веществ. Такое изменение дает особую прочность на разрыв и повышение всех остальных характеристик полиэтилена. В сравнении как с маслонаполненной, так и ПВХ-изоляцией сшитый полиэтилен дает гораздо более высокие прочностные и диэлектрические характеристики. Нижний температурный предел использования сшитого полиэтилена без изменения его диэлектрических и прочностных характеристик равен -50°С, что выгодно отличает его от других полимеров (ПВХ, полипропилен), температурный диапазон эксплуатации которых начинается лишь с -15°C. Устойчивость к механическим повреждениям и эластичность сшитого полиэтилена делает кабель очень гибким и надежным в эксплуатации, срок эксплуатации кабеля с СПЭ изоляцией более 30 лет. Изоляция из СПЭ сохраняет форму, электрические и механические характеристики даже при температуре 130°С, а максимальная температура при коротком замыкании до 250°С, что позволяет увеличить длительно допустимую температуру нагрева жил кабеля до 90°С. Изоляция из сшитого полиэтилена после старения в термостате выдерживает температуру 135±3°С в течении 168 часов, в то время как изоляция из ПВХ 100±3°С в течении этого же времени. Таким образом, выполнение изоляции из сшитого полиэтилена значительно повышает надежность эксплуатации кабеля. Но, несмотря на несомненные достоинства изоляции из сшитого полиэтилена, сшитый полиэтилен плохо переносит длительное воздействие ультрафиолетового излучения, поэтому этот материал использован в изоляции, а оболочки кабеля выполнены из других материалов.
Кроме того, в последнее время помимо требований снижения горючести, остро стоит вопрос и по другим аспектам проблемы пожаробезопасности: токсичности летучих продуктов горения, дымообразующей способности в условиях пожара, их коррозионной активности. В связи с этим, используются безгалогенные термопластики на основе полиолефинов, которые соответствуют по уровню негорючести композициям на основе ПВХ и, в то же время имеют преимущества по остальным показателям пожаробезопасности. Понятие безгалогенный или "ноль галогенов" символ трудной горючести, малодымности, малой токсичности летучих продуктов горения, отсутствия в летучих продуктах токсичного, коррозионно-активного и раздражающего дыхание газа -хлористого водорода и других галоидоводородов.
Одним словом, для пожароопасных условий применение безгалогенных композиций и кабелей с их использованием более предпочтительно по сравнению с ПВХ композициями и кабелями на их основе, что особенно актуально для термоэлектродных кабелей, т.к. выделение коррозионно активных газов негативно воздействует на электронику измерительных приборов, а выделение токсичных продуктов горения и задымленность на эвакуацию людей из зоны возгорания.
При воздействии пламени на наружную и внутреннюю оболочки кабеля, выполненных из нераспространяющего горение безгалогенного компаунда с низкой эмиссией газо-дымовыделения с кислородным индексом не менее 34%(оболочка), 40%(внутренняя оболочка) с индексом токсичности меньше 2 ед, процесс горения кабеля и распространение пламени замедляется. Высокий интегральный кислородный индекс затрудняет горение кабеля в атмосферных условиях, а индекс токсичности меньше 2ед обеспечивает безопасность кабеля при горении. Токсичность -степень проявления вредного действия химического соединения. Индекс токсичности (критерий токсичности) - достоверное количественное значение тест-параметра, на основании которого делается вывод о токсичности образца. Индекс токсичности у материала меньше 2ед в соответствии с Идентификацией опасности показывает, что продукт не опасен для здоровья человека, нет угрозы для окружающей среды и не выявлена физическая или химическая опасность. Благодаря всем этим параметрам в совокупности достигается максимальный предел огнестойкости термоэлектродного кабеля в условиях воздействия пламени - 180 мин (при применении дополнительно огнестойкого барьера по токопроводящей жиле) и безопасность кабеля при эксплуатации. Кабель, изготовленный с оболочками из нераспространяющих горение безгалогенных компаундов и изоляцией из сшитого полиэтилена при возгорании не распространяет горение, а имеет свойство самозатухания.
Таким образом, совокупность приведенных существенных признаков обеспечивает достижение указанного заявителем технического результата. Применение указанных материалов позволяет повысить надежность и срок эксплуатации кабеля, увеличивает пожаростойкость термоэлектродного кабеля и одновременно обеспечивает низкий уровень выделения токсичных продуктов горения и дыма, что упрощает задачу по тушению возгорания и спасения людей.
Осуществляется заявленная полезная модель следующим образом. Токопроводящие жилы термоэлектродного кабеля могут быть выполнены однопроволочными или гибкими многопроволочными. На каждую токопроводящую жилу наложена изоляция из сшитого полиэтилена, либо наложен методом обмотки огнестойкий барьер из двух слюдосодержащих лент, а затем изоляция. Токопроводящие жилы выполнены из материалов с различной проводимостью: металл и сплав или пара сплавов (медь-константан, хромель-копель, хромель-алюмель), при этом половина токопроводящих жил выполнено из одного металла (сплава), половина из другого, либо токопроводящие жилы могут быть скручены парами, в паре также одна жила выполнена из одного металла (сплава), другая из другого. На пару токопроводящих жил может быть дополнительно наложен индивидуальный экран (если необходима дополнительная защита от электрических помех). Затем все изолированные токопроводящие жилы кабеля скручивают в общий сердечник с шагом скрутки не более 15 Бскр. Поверх общей скрутки допускается наложение обмотки. Далее, поверх скрученных пар или скрученных изолированных жил наложена внутренняя оболочка из нераспространяющего горение безгалогенного компаунда с кислородным индексом не менее 40%. Поверх внутренней оболочки в кабелях с общим экраном накладывается общий экран из алюмофлекса, основным назначением которого является защита от воздействия электромагнитных помех, а также отвод токов короткого замыкания. В бронированных кабелях поверх обмотки по скрученным жилам должен быть наложен разделительный слой (подушка под броню) из материалов совместимых с материалами изоляции и оболочек, и броня из стальных оцинкованных проволок или лент методом оплетки для защиты кабеля от механических воздействий. Далее, поверх обмотки по скрученным жилам, или поверх общего экрана, или поверх брони наложена наружная оболочка из нераспространяющего горение безгалогенного компаунда, не содержащей галогенов с кислородным индексом не менее 34%.
Конструкция заявленной полезной модели успешно опробована в условиях производства.