СИЛОВОЙ КАБЕЛЬ С ДВУХСЛОЙНОЙ БУМАЖНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям силовых кабелей, не распространяющим горение, с пропитанной бумажной изоляцией. Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электроустановках переменного тока. Полезная модель относится к конструкциям электрических силовых кабелей, предназначенных для эксплуатации в условиях повышенной пожароопасности, а также в зданиях и сооружениях с массовым пребыванием людей, в том числе в многофункциональных высотных зданиях и зданиях-комплексах.
Уровень техники
Наиболее близким аналогом (прототипом) является кабель силовой, содержащий токопроводящие жилы, изоляцию, пропиточный состав, металлическую оболочку и защитный покров, отличающийся тем, что изоляция выполнена из бумаги, покрытой микропористым полимерным слоем. (Патент RU № 188123 U1, МПК H01B9/00, опубликован 29.03.2019).
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в том, что кабель содержит токопроводящие жилы с изоляцией из пропитанной пропиточным составом бумажной основы, покрытой микропористым полимерным слоем, металлическую оболочку. Изоляция состоит из фазной и поясной. В частных случаях исполнения кабель содержит экран поверх изоляции из электропроводящего материала.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, заключается в выполнении известного кабеля с характеристиками материала наружной оболочки, не обеспечивающими достаточный уровень пожаробезопасности кабеля по нераспространению горения при групповой прокладке и требований по экологической безопасности. В известном техническом решении задачей прототипа являлась повышение электрической прочности изоляции. Поставленная задача достигалась применением бумажной изоляции кабеля, покрытой микропористым полимерным слоем и пропитанной вязким или нестекающим составом на основе масла. В то же время в известном техническом решении в качестве наружной оболочки использовались защитные покровы, предусмотренные для кабелей с обычной бумажной изоляцией, что не обеспечивает достаточный уровень пожаробезопасности кабеля по нераспространению горения при групповой прокладке. В заявляемой полезной модели полимерным материалом для наружной оболочки и для внутренней оболочки являются полимерные композиции, не содержащие галогенов с указанными характеристиками, обеспечивающие достаточный уровень пожарной и экологической безопасности.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке кабеля, соответствующего требованиям экологической и пожарной безопасности по нераспространению горения при групповой прокладке по категории «А» при длительно-допустимых токовых нагрузках на токопроводящих жилах.
2
Достигается поставленная задача тем, что кабель силовой, не распространяющий горение при групповой прокладке, содержит скрученные в сердечник токопроводящие жилы с фазной и поясной пропитанной бумажной изоляцией, выполненной из бумаги, покрытой микропористым полимерным слоем с длительно допустимой рабочей температурой не менее 100°С, пропитанной вязким нестекающим диэлектрическим составом с температурой каплепадания не менее 105°С и кинематической вязкостью не более 45 мм/сек, металлическую оболочку, внутреннюю и наружную оболочки, при этом наружная оболочка кабеля выполнена из полимерных композиций не содержащих галогенов с кислородным индексом не менее 31%, температурным индексом не менее 250°С, индексом токсичности не более 2, максимальной удельной оптическая плотностью дыма не более 250 Dm.
Техническим результатом выполнения кабеля в данном конструкторском решении, является получение силового кабеля с длительно-допустимыми токовыми нагрузками на токопроводящих жилах, удовлетворяющего требованиям по нераспространению горения при групповой прокладке по категории «А» за счёт совокупности свойств используемых материалов.
2
Применение в конструкции заявляемого силового кабеля изоляции на основе целлюлозной бумаги с многослойным микропористым полимерным покрытием с длительно допустимой рабочей температурой не менее 100°С, пропитанной нестекающим диэлектрическим составом с температурой каплепадания не менее 105°С и с кинематической вязкостью не более 45 мм/сек, позволяет обеспечить надёжную изоляцию токопроводящих жил кабеля при повышении нагрева токопроводящих жил до температуры не менее 90°С при длительно-допустимых нагрузках на токопроводящие жилы в течение длительного времени, которые возможно увеличить для силовых кабелей с указанной бумажной изоляцией на напряжение 1 и 6 кВ до 10%, для кабелей на напряжение 10 кВ и выше - до 15-20%. Применение термостойкой пропитанной кабельной бумаги с указанными характеристиками и с покрытием пленкой из полимерного материала вместо обычной пропитанной бумажной изоляции открывает возможность повышения напряженности электрического поля в изоляции. При этом наличие микропор на поверхности полимерного слоя обеспечивает проникновение пропиточного состава в слой бумаги. То есть, бумажная изоляция с использованием термостойкой бумажной основы, пропитанной вязким нестекающим диэлектрическим составом с указанными характеристиками и полимерного пористого слоя обладает увеличенной электрической прочностью за счёт повышения напряжённости электрического поля, происходит повышение электрического сопротивления изоляции кабеля на напряжение 6 и 10 кВ до 800 Мом/км, следовательно, при использовании данной изоляции исключается пожарная ситуация из-за пробоя изоляции, пробивное напряжение кабеля увеличивается в 1,5-2 раза. Бумажная изоляция с указанными характеристиками защищает конструкцию кабеля изнутри, повышая общую пожаробезопасность кабеля, т.к. пожаробезопасность кабеля зависит от материалов, применяемых в конструкции кабеля. Кроме того, для решения поставленной технической задачи необходимо обеспечить пожаробезопасность кабеля при работе в зонах с повышенной пожароопасностью (внешним воздействием пламени).
2
Экологическая и пожарная безопасность кабеля обеспечивается применяемыми материалами оболочек, выполнением требований пожарной безопасности по ГОСТ 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности». Для этого, наружная оболочка кабеля выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов с кислородным индексом не менее 31%. Кислородный индекс – одна из характеристик огнестойкости материала. Температурный индекс не менее 250 °С также свидетельствует о высокой температуре воспламенения, следовательно, о высокой степени пожаробезопасности. Об экологической безопасности кабеля свидетельствуют такие характеристики материала наружной оболочки как индекс токсичности: не более 2. Токсичность веществ, образующихся при сгорании, является нежелательным фактором для безопасности человека. Она тем меньше, чем меньше процент дыма и основных продуктов сгорания СО и СО. Низкие показатели процесса сопутствующего горению – выделение дыма при горении: максимальной удельной оптическая плотностью дыма не более 250 Dm свидетельствуют об экологической и пожарной безопасности силового кабеля с материалом наружной оболочки из полимерных композиций не содержащей галогенов с указанными характеристиками.
Испытания силового кабеля на требования пожарной безопасности показали что: при испытании по ГОСТ IEC 61034-2 на дымообразование при горении и тлении кабелей не приводит к снижению светопроницаемости в испытательной камере более чем на 40%. Значение показателей коррозионной активности продуктов дымогазовыделения при горении и тлении:
- количество выделяемых газов галогенных кислот в пересчёте на НСl, не более 5,0 мг/г;
- проводимость водного раствора с адсорбированными продуктами дымо- и газовыделения, мкСм/мм, не более 10,0;
- рН, не менее 4,3.
Эти данные удовлетворяют требованиям ГОСТ 31565 и определяют данные силовые кабели к классу пожарной опасности П1б.8.1.2.1, П1б8.1.2.2 для прокладки с учётом нагрузки кабелей во внутренних электроустановках, а также в зданиях и сооружениях с массовым пребыванием людей, в том числе в многофункциональных высотных зданиях и зданиях-комплексах.
Таким образом, использование в силовом кабеле фазной и поясной пропитанной изоляции, выполненной из бумаги, покрытой микропористым полимерным слоем с длительно допустимой рабочей температурой не менее 100°С, пропитанной вязким нестекающим диэлектрическим составом с указанными характеристиками в сочетании с наружной оболочкой кабеля, выполненной из полимерных композиций не содержащих галогенов с указанными характеристиками, приводит к получению силового кабеля соответствующего требованиям пожаробезопасности по нераспространению горения при групповой прокладке по категории «А» в соответствии с ГОСТом 31565-2012 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности» и к решению поставленной технической задачи.
Осуществление полезной модели
2
2
Кабель силовой, не распространяющий горение, на напряжение до 35кВ содержит три или четыре изолированные медные или алюминиевые токопроводящие жилы. Четырёхжильные кабели имеют все жилы равного сечения или одну жилу (нулевую) меньшего сечения. Токопроводящие жилы могут быть круглой или секторной формы, однопроволочные или многопроволочные. Для изготовления токопроводящей жилы кабеля используют медную или алюминиевую катанку. На токопроводящие жилы силовых кабелей напряжением выше 6 кВт дополнительно может быть наложен экран из электропроводящей кабельной бумаги с электропроводным покрытием на основе технического углерода и связующего для дополнительной защиты от помех. Фазную изоляцию на токопроводящие жилы накладывают методом обмотки. Наложение на токопроводящую жилу бумажной изоляции осуществляют на изолировочной машине. Изоляция выполнена из слоев электроизоляционного композиционного материала с длительно допустимой рабочей температурой 100°С, состоящего из бумажной основы и многослойного полимерного покрытия с электрической прочностью не менее 80 кВ/мм при переменном напряжении частотой 50 Гц, пропитанной нестекающим диэлектрическим составом с температурой каплепадения не менее 105°С и кинематической вязкостью не более 45 мм/сек, на основе электроизоляционного масла, пропитку изоляции осуществляют известным в кабельной промышленности способом. Затем заготовку подвергают сушке. Поверх фазной изоляции каждой жилы может быть наложен полупроводящий экран из электропроводящей кабельной бумаги с электропроводным покрытием на основе технического углерода и связующего. Затем изолированные (экранированные) жилы скручивают в сердечник с заполнением промежутков между жилами бумажными жгутами или жгутами из кабельной пряжи. Скрутку изолированных жил, бумажных жгутов, наложение поясной изоляции и экрана проводят на машине общей скрутки. На скрутку токопроводящих жил методом обмотки накладывается поясная изоляция из слоев электроизоляционного композиционного материала с длительно допустимой рабочей температурой 100°С, состоящего из бумажной основы и многослойного полимерного покрытия с электрической прочностью не менее 80 кВ/мм при переменном напряжении частотой 50 Гц, пропитанной нестекающим диэлектрическим составом с температурой каплепадения не менее 105°С и кинематической вязкостью не более 45 мм/сек, на основе электроизоляционного масла, пропитку изоляции осуществляют известным в кабельной промышленности способом. Затем заготовку подвергают сушке. Поверх поясной изоляции может быть наложен полупроводящий экран из электропроводящей кабельной бумаги с электропроводным покрытием на основе технического углерода и связующего. Затем на прессах проводят наложение металлической оболочки из алюминия или его сплавов или свинца или его сплавов или накладывают двухслойную металлическую оболочку, в которой внутренний слой изготавливается из алюминия или его сплавов, а наружный слой - из свинца или его сплавов. Металлическая оболочка защищает изоляцию кабеля от механических повреждений и от проникновения влаги, т.е. защищая изоляцию кабеля, обеспечивает внутреннюю защиту кабеля от электрического пробоя изоляции.
Поверх металлической оболочки может быть дополнительно наложен термический барьер путём обмотки стеклолентой, либо огнестойкий барьер путём обмотки слюдяной лентой на стандартном оборудовании, по стандартной технологии кабельной промышленности. Затем накладывается внутренняя оболочка из полимерной композиции, не содержащей галогенов, и далее на бронемашине на заготовку накладывают броню из двух стальных оцинкованных лент (при её наличии). Наружную оболочку накладывают из полимерной композиции, не содержащей галогенов с указанными характеристиками. Наложение внутренней оболочки и наружной оболочки производят на экструзионной линии.
Изготавливают кабель путем осуществления соответствующих технологических операций, последовательность которых определяется наличием и порядком расположения слоев материалов.
Конструкция кабеля успешно опробована в условиях производства.