Электрический кабель

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструкциям силовых кабелей для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках на напряжение от 6 до 35 кВ включительно.
Уровень техники
В качестве наиболее близкого аналога выбран известный силовой кабель, содержащий одну токопроводящую жилу, поверх которой последовательно наложены первый полимерный электропроводящий слой, изоляция из сшитой композиции полиэтилена, второй полимерный электропроводящий слой, обмотка лентой из электропроводящего материала, металлический экран из медных проволок, скрепленных спирально наложенной медной лентой или пасмой из медных проволок, разделительный слой и экструдированная наружная оболочка, которая может быть выполнена из материала, предотвращающего распространение пламени вдоль кабеля (ГОСТ Р 55025-2012). Данный широко известный кабель предназначен для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках в сетях на номинальное напряжение 6, 10, 15, 20 и 35 кВ номинальной частотой 50 Гц, в том числе, на объектах, к которым предъявляются требования пожарной безопасности. Недостатком конструкции данного известного кабеля является его низкая стойкость к возможным ударным нагрузкам при эксплуатации в пожаровзрывоопасных средах, а также отсутствие элементов герметизации внутрикабельного пространства, ограничивающих перемещение воздушной взрывоопасной смеси или горючих веществ вдоль оси внутри кабеля. Указанные недостатки не позволяют применять известный кабель для питания электротехнических установок и распределения электроэнергии в сетях, эксплуатируемых во пожаровзрывоопасных средах.
Сущность полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в разработке силового кабеля с улучшенной взрывобезопасностью.
Настоящая полезная модель обеспечивает достижение следующего технического результата: ограничение или исключение перемещения горючих веществ внутри кабеля, стойкость кабеля к повышенным ударным воздействиям и исключение накопления статических зарядов на поверхности кабеля для обеспечения функционирования кабеля в пожаровзрывоопасных средах, в том числе зонах классов 0, 1, 2 по ГОСТ IEC 60079-14-2013.
Технический результат достигается тем, что кабель силовой содержит одну токопроводящую жилу, поверх которой последовательно наложены первый полимерный электропроводящий экран, изоляция, второй полимерный электропроводящий экран, электропроводящий слой, металлический экран, внутренняя и наружная оболочка, при этом упомянутая токопроводящая жила выполнена однопроволочной, упомянутая внутренняя оболочка заполняет пространство между элементами металлического экрана.
Указанный технический результат достигается также тем, что электропроводящий слой выполнен обмоткой с перекрытием или продольно с перекрытием из электропроводящей бумаги или электропроводящей синтетической ленты или электропроводящего нетканого плотна или электропроводящей стеклоленты.
Указанный технический результат достигается также тем, что изоляция выполнена из сшитой полиэтиленовой композиции или из этиленпропиленовой резины.
Указанный технический результат достигается также тем, что изоляция, каждый электропроводящий экран, внутренняя и наружная оболочки выполнены с возможностью выдерживать без потери функционирования ударные воздействия с энергией не менее 10 Дж.
Указанный технический результат достигается также тем, что поверх внутренней оболочки дополнительно расположена броня в виде обмотки из металлических лент или в виде спирально наложенных металлических проволок, выполненных из немагнитного материала, например, из алюминиевого сплава.
Указанный технический результат достигается также тем, что поверх внутренней оболочки дополнительно расположена обмотка из, по меньшей мере, одной стеклоленты или стеклослюдосодержащей ленты.
2
2
Указанный технический результат достигается также тем, что внутренняя и наружная оболочки выполнены из материалов, которые при горении под действием теплового потока 35 кВт/м выделяют тепло со скоростью не более 200 кВт/м.
11
Указанный технический результат достигается также тем, что наружная оболочка включает электропроводящий ингредиент и имеет удельное объёмное электрическое сопротивление не более 100 Ом⋅м и удельное поверхностное сопротивление не более 10 Ом.
Отличительной особенностью настоящей полезной модели является герметизация внутреннего пространства кабеля путем заполнения пустот между элементами металлического экрана.
Перечень фигур чертежей
На Фиг.1 показан поперечный разрез кабеля.
Осуществление полезной модели
Современные нормы проектирования при выборе электрооборудования для эксплуатации во взрывоопасных зонах устанавливают зависимость между уровнем и видами взрывозащиты оборудования и классом взрывоопасной зоны. При этом каждая зона характеризуется определенной взрывоопасной средой и для нормальной эксплуатации оборудования, а также снижения вероятности возникновения аварий крайне важно исключить перемещение горючих веществ между зонами разных классов. Учитывая возможные механические воздействия в процессе эксплуатации кабели для применения в пожаровзрывоопасных средах должны быть стойкими к ударным воздействиям с энергией удара не менее 10 Дж.
Для обеспечения современных требований безопасности применительно к кабельным изделиям для электроснабжения установок, эксплуатируемых в пожаровзрывоопасных средах, требуется ограничить скорость перемещения горючих веществ таким образом, чтобы в течение 5 секунд падение давления не превысило 0,15 кПа (ГОСТ IEC 60079-14-2013, Приложение Е) при испытаниях по ГОСТ Р 58342-2012. Учитывая специфику условий эксплуатации кабельных линий для питания электрооборудования, работающего в пожаровзрывоопасных средах, дополнительно к перечисленным требованиям по ограничению скорости перемещения горючих веществ кабели должны удовлетворять современному комплексу требований пожарной безопасности, установленному ГОСТ 31565-2012, а именно: требованию по нераспространению горения при групповой прокладке, требованию по дымообразованию, требованию по коррозионной активности продуктов дымогазовыделения.
Существующие кабели для общепромышленного применения на классы напряжения 6-35 кВ, соответствующие требованиям ГОСТ Р 55025, не удовлетворяют совокупности перечисленных выше требований, в том числе, из-за их конструктивного исполнения, допускающего наличие свободного пространства между элементами конструкции кабельного изделия.
Настоящая полезная модель основана на выборе конструкции кабельного изделия в сочетании с типом и материалами элементов конструкции, что в совокупности обеспечивает надежность энергоснабжения электроустановок для работы в пожаровзрывоопасных средах, в том числе, за счет ограничения скорости перемещения горючих веществ внутри кабельного изделия.
Силовой кабель содержит одну медную или алюминиевую  однопроволочную токопроводящую жилу 1, поверх которой последовательно наложены (например, методом экструзии) первый полимерный электропроводящий экран 2, изоляция 3 и второй полимерный электропроводящий экран 4. Токопроводящая жила 1 с наложенными на нее элементами 2, 3 и 4 образует сердечник кабеля.
Поверх сердечника расположены электропроводящий слой 5, металлический экран 6, внутренняя оболочка 7, которая заполняет промежутки между элементами металлического экрана для ограничения перемещения горючих веществ внутри кабеля при испытаниях по ГОСТ Р 58342-2012, и наружная оболочка 9.
Для обеспечения стабильного электрического контакта между элементами 4 и 6 – электропроводящий слой 5 может быть выполнен обмоткой с перекрытием или продольно с перекрытием из электропроводящей бумаги или из электропроводящей синтетической ленты или из электропроводящего нетканого полотна или из электропроводящей стеклоленты.
Для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик изоляция 3 может быть выполнена из сшитой полиэтиленовой композиции или из этиленпропиленовой резины.
Первый электропроводящий полимерный экран 2, изоляция 3, второй электропроводящий полимерный экран 4, внутренняя оболочка 7 и наружная оболочка 9 выполнены с возможностью выдерживать механический удар с энергией не менее 10 Дж при испытаниях по ГОСТ 30630.1.10-2013.
Для повышения стойкости к механическому удару поверх внутренней оболочки 7 дополнительно может быть наложена броня 8 в виде обмотки из металлических лент или в виде спирально наложенных металлических проволок, выполненных из немагнитного материала.
Для повышения стойкости кабеля к нераспространению горения при групповой прокладке, например при испытаниях по ГОСТ IEC 60332-3-22, поверх внутренней оболочки может быть наложена методом обмотки, по меньшей мере, одна стеклолента 10 или одна стеклослюдосодержащая лента.
2
2
Для снижения пожарной нагрузки помещений и повышения пожаробезопасных характеристик кабеля внутренняя оболочка 7 и наружная оболочка 9 могут быть выполнены из материалов, которые при горении под действием теплового потока 35 кВт/м выделяют тепло со скоростью не более 200 кВт/м при испытаниях пластин размером 100×100×3 мм по ISO 5660-1.
11
В зонах определенных классов для исключения накопления статических зарядов на поверхности кабеля с целью исключения возникновения искры наружная оболочка 9 может иметь в своем составе электропроводящий ингредиент, что обеспечивает ей удельное объёмное электрическое сопротивление не более 100 Ом·м и удельное поверхностное сопротивление не более 10 Ом.
Далее приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.
Токопроводящая жила 1 изготавливается из медной или алюминиевой катанки или проволоки, традиционной для электрических кабелей.
Наложение ленты из электропроводящего материала 5 и элементов металлического экрана 6 производят на стандартном крутильном оборудовании.
Наложение брони 8 осуществляется на бронировочных машинах, традиционно применяемых в кабельной промышленности.
Примененные для изготовления кабеля полимерные материалы для изоляции 3, электропроводящих экранов 2 и 4, внутренней оболочки 7 и наружной оболочки 9 выпускаются промышленно.
При изготовлении кабеля для наложения полимерных материалов используют традиционное экструзионное оборудование, применяемое в кабельной промышленности.