КАБЕЛЬ МОНТАЖНЫЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНЫЙ, В ТОМ ЧИСЛЕ ДЛЯ ИСКРОБЕЗОПАСНЫХ ЦЕПЕЙ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно: к конструкциям монтажных многожильных кабелей, предназначенных для фиксированного межприборного монтажа электрических устройств промышленных предприятий, в том числе, во взрывоопасных зонах всех классов при использовании различных методов взрывозащиты, включая «искробезопасную электрическую цепь i» по ГОСТ Р 51330.10-99, ГОСТ Р 51330.13-99, ГОСТ Р 52350.11-2005, ГОСТ Р 52350.14-2005, ГОСТ Р МЭК 60079.11-2010, ГОСТ Р МЭК 60079.14-2008.
Для кабелей монтажных, преимущественно взрывопожаробезопасных, характерна по большей части прокладка внутри помещений, где предъявляются жесткие требования пожароопасности. Основными материалами, применяемыми для кабелей такого типа являются металлы, выполняющие функции токопроводящей среды, экранирования или бронирования, и полимерные материалы в качестве изоляционных слоев для изолирования токопроводящих элементов или влагозащиты кабеля в целом.
Пожарную опасность в кабелях создают полимерные материалы, поэтому разработчики материалов постоянно совершенствуют химический состав полимерных композиций, применяемых в конструкциях кабелей.
Согласно п.7.3.102 ПУЭ (Правила устройства электроустановок», «ДЕАН», С-Пб, 2004 г.) изоляция и оболочки кабелей, применяемых во взрывоопасных зонах, могут выполняться из резины или поливинилхлоридного пластиката. Поэтому одним из основных модернизируемых материалов является поливинилхлоридный пластикат.
Поливинилхлоридный пластикат, применяемый в кабельных изделиях, является многокомпонентным компаундом. Помимо основного полимера поливинилхлорида в него включают пластификатор, служащий для повышения эластичности и перерабатываемости, стабилизатор, служащий для повышения термостойкости пластиката. Остальные добавки имеют целевое назначение.
Например, согласно изобретению RU №2195729 «Электроизоляционная композиция», МПК Н01В 3/44, Н01В 7/295, C08L 27/06, в состав электроизоляционной композиции на основе поливинилхлоридного пластиката, предназначенной для изоляции и оболочек кабелей и проводов, эксплуатирующихся в условиях повышенной пожароопасности, входят следующие компоненты, мас.ч: суспензионный поливинилхлорид - 100, сложноэфирный пластификатор - 40-80, свинцовый стабилизатор - 3-7, карбонат кальция - 30-500, тригидрат окиси алюминия - 30-500, трехокись сурьмы - 4-7,5, окись цинка - 0,7-19, борная кислота - 0,4-0,6, ионол - 0,1-0,6, дифенилолпропан - 0,1-0,6. Составляющие имеют следующее условное предназначение: трехокись сурьмы, окись цинка, борная кислота, ионол, дифенилолпропан являются антипиренами, тригидрат окиси алюминия - дымоподавитель, карбонат кальция - поглотитель хлористого водорода. Условность предназначения заключается в том, что в комбинации эти вещества приводят к одновременному снижению всех показателей пожарной опасности. Так тригидрат окиси алюминия и карбонат кальция являются также хорошими антипиренами.
В ряде конструкций силовых и монтажных кабелей (в особенности применяемых во взрывоопасных зонах) имеется еще один элемент, состоящий из полимерных материалов - заполнитель.
Заполнитель накладывается под оболочку и обеспечивает кабелю круглую форму. («Кабели и провода. Основы кабельной техники под редакцией И.Б.Пешкова, М., «Энергоатомиздат», 2009).
Однако в области применения цитируемого изобретения RU №2195729 использование защищаемого материала в качестве заполнителя не предусмотрено. Материал заполнителя содержит значительное количество минерального наполнителя, например, карбоната кальция и/или карбоната магния. При этом карбонаты являются, в свою очередь, антипиренами (Дж.Саммерс, Ч.Уилки, Ч.Даниэлс «ПВХ (поливинилхлорид). Получение. Добавки и наполнители. Сополимеры. Свойства. Переработка», из-во «Профессия», С-Пб, 2007 г.). Основным свойством заполнителя является легкая счищаемость с изоляции при монтаже, что и обеспечивается за счет большого количества наполнителя.
Примером такого материала может быть материал заполнителя, описанный в полезной модели RU №125762 «Силовой кабель (варианты)». Он состоит из следующих компонентов, мас.ч: суспензионный поливинилхлорид - 100, сложноэфирный пластификатор - 15-80, фосфорсодержащий пластификатор - 5-40, комплексный кальций-цинковый термостабилизатор - 3-10, карбонат кальция - 50-500, карбонат магния - 0-100, окись цинка - 0,3-10, тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния или их двухкомпонентная смесь (в соотношении 0,25-1:1-0,25) - 25-200, трехокись сурьмы-0-5, борат цинка-0,5-15, борная кислота - 0,1-2, дифенилолпропан - 0,1-1, стеарат кальция или стеарат свинца - 0,3-5, кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10, броморганическое соединение - 0-15, лубрикант - 0,2-2. В этом составе поливинилхлорид, пластификаторы и стабилизатор являются основой поливинилхлоридного пластиката, карбонаты кальция и магния - наполнителями. Лубрикант и стеараты кальция и свинца служат для снижения коэффициента трения при экструдировании в связи с высокой адгезией поливинилхлоридного пластиката к металлическим поверхностям шнека и цилиндра экструдера и внутренним трением между молекулами. Остальные компоненты предназначены для уменьшения (улучшения) показателей пожарной опасности.
Такой материал заполнителя хорошо подходит для силовых кабелей обычного применения, но имеет серьезный недостаток для применения в монтажных кабелях, прокладываемых во взрывоопасных зонах. Монтажные кабели во взрывоопасных зонах подсоединяются к электрооборудованию с помощью «Ex - кабельных вводов». Согласно требований нормативной документации (ГОСТ Р МЭК 60079-0-2007 «Взрывоопасные среды. Часть 0. Оборудование. Общие требования», приложение А) в кабельном вводе производится уплотнение кабеля одним из трех способов:
- эластомерным уплотнительным кольцом;
- металлическим или составным уплотнительным кольцом;
- герметизирующим компаундом.
Герметизирующий компаунд применяется только в ограниченных случаях для неразборных вводов. Таким образом, для разборных вводов применяются кольца, создающие локальное радиальное обжатие элементов кабельной конструкции, начиная с оболочки.
Но если материал оболочки достаточно жесткий и обладает некоторой упругостью, то материал заполнителя упругостью не обладает, для него характерно свойство пластической текучести под воздействием незначительных радиальных усилий.
Введем понятие формоустойчивости: формоустойчивым называется такой полимерный элемент кабельной конструкции, который сохраняет первоначальную форму после длительного воздействия радиальных усилий в ограниченном диапазоне нагрузок.
Известна полезная модель RU №41914 «Многожильный электрический кабель», в которой для заполнителя применена следующая композиция поливинилхлоридного пластиката, мас.ч: ПВХ-композиция - 100, полиэтилен - 2-25, сэвилен - 5-40, тальк или мел-150-250.
В нее для обеспечения требуемых механических характеристик введен сэвилен. Однако предлагаемый состав не обеспечивает необходимых требований по пожаробезопасности.
В качестве прототипа выберем полезную модель RU №125762.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в создании кабеля монтажного, преимущественно взрывопожаробезопасного, в том числе для искробезопасных цепей, заполнитель которого выдерживает требование формоустойчивости при одновременном обеспечении кабелем требования по нераспространению горения и дымообразованию.
Технический результат достигается тем, что предлагается кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей, содержащий сердечник не менее чем из одной многопроволочной медной или медной луженой жилы изолированной полимером с кислородным индексом не менее 30 и пониженным дымогазовыделением или не менее чем из одной группы названных жил, предварительно скрученных между собой в пару или тройку, или четверку, заполнитель из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 28 с пониженным дымогазовыделением, выполненного в виде композиции, состоящей из суспензионного поливинилхлорида, сложноэфирного пластификатора, фосфорсодержащего пластификатора, комплексного кальций-цинкового термостабилизатора, карбоната кальция, карбоната магния, тригидрата окиси алюминия и/или гидроксида магния, трехокиси сурьмы, окиси цинка, борной кислоты, дифенилолпропана, стеарата кальция или стеарата свинца, бората цинка, оксида или гидрооксида кальция, броморганического соединения, смазки (лубриканта) при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч:
суспензионный поливинилхлорид - 100,
сложноэфирный пластификатор - 15-80,
фосфорсодержащий пластификатор - 5-40,
комплексный кальций-цинковый термостабилизатор - 3-10,
карбонат кальция - 50-500,
карбонат магния - 0-100,
окиси цинка - 0,3-10,
тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния, или их двухкомпонентная смесь (в соотношении 0,25-1:1-0,25) - 25-200,
трехокись сурьмы - 0-5,
борат цинка - 0,5-15,
борная кислота - 0,1-2,
дифенилолпропан - 0,1-1,
стеарат кальция или стеарат свинца - 0,3-5,
кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10,
броморганическое соединение - 0-15,
лубрикант - 0,2-2,
наложенный поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля, и влагозащитную оболочку из полимера с кислородным индексом не менее 35 и пониженным дымогазовыделением. А также введенный в состав композиции материала заполнителя эластификатор в мас.ч. - 5-40.
В соответствии с требованиями пожарной безопасности (ГОСТ Р 53315-2009 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний») к кабелям, имеющим изоляционные покрытия из поливинилхлоридного пластиката предъявляются требования по нераспространению горения при групповой прокладке (самая жесткая категория - А) длина обугленной части не более 2,5 м и показатель дымообразования при горении и тлении кабельного изделия - снижение светопроницаемости не более 50%. Для достижения перечисленных требований пожарной безопасности заполнитель должен содержать, мас.ч: карбонат кальция - 50-500, карбонат магния - 0-100, окись цинка - 0,3-10, тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния, или их двухкомпонентная смесь (в соотношении 0,25-1:1-0,25) - 25-200, трехокись сурьмы - 0-5, борат цинка - 0,5-15, борную кислоту - 0,1-2, дифенилолпропан - 0,1-1, кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10, лубрикант - 0,2-2, броморганическое соединение - 0-15. (Как доказано в полезной модели RU №125762). При этом возможны два варианта. Если для изоляции выбран специальный поливинилхлоридный пластикат с кислородным индексом не менее 30 с пониженным дымогазовыделением, а для влагозащитной оболочки - специальный поливинилхлоридный пластикат с кислородным индексом не менее 35 с пониженным дымогазовыделением, то кабель в целом обеспечивает выдерживание требований пожарной безопасности по ГОСТ Р 53315-2009 для кабеля с индексом «нг(A)-LS». Если для изоляции и влагозащитной оболочки используются другие материалы, то они должны быть подобраны с условием обеспечения в совокупности с заполнителем требований пожарной безопасности по ГОСТ Р 53315-2009, предъявленные к кабелю с индексом «нг(A)-LS» в целом, что обеспечивается требованиями по кислородному индексу и пониженному дымогазовыделению.
Наличие в структуре заполнителя полимерных молекул эластификатора в мас.ч - 5-40 позволяет после длительного воздействия незначительных радиальных усилий сохранять память об исходном состоянии и после снятия усилий восстанавливать первоначальную форму. В то же время при несколько превышающих растягивающих усилиях заполнитель легко отделяется от изоляции и отрывается от основной массы. Опытным путем показано, что введение эластификатора в мас.ч. - 5-40, не снижает свойств композиции в части обеспечения требований пожарной безопасности для кабелей типа «нг(A)-LS». Поэтому данная композиция, использованная для заполнителя обеспечивает заполнителю свойство формоустойчивости при одновременном выполнении требований пожарной безопасности для кабелей типа «нг(A)-LS».
Так как поливинилхлоридный пластикат является многокомпонентной композицией, обязательно включающей в себя пластификатор и стабилизатор, каждый из которых может быть выполнен с использованием разных материалов, обладающих различающимися свойствами, не влияющими на те, которые отражают сущность предлагаемой полезной модели, то полезная модель выполняется в виде вариантов. В данном случае варианты определяются различием в свойствах стабилизатора.
В первом варианте использован комплексный кальций-цинковый стабилизатор. Основным преимуществом кальций-цинковых стабилизаторов является их нетоксичность.
Для обеспечения компактности сердечника при числе жил или групп более одной целесообразно скрутить их между собой в сердечник.
Материалы изоляции, заполнителя и оболочки в совокупности должны обеспечивать соответствие кабеля требованиям ГОСТ Р 53315-2009 по нераспространению горения и показателю дымообразования для типа исполнения «нг(А)-LS».
Как правило, материалы изоляции, заполнителя полимерных оболочек и влагозащитной оболочки выбирают однотипными, руководствуясь, в первую очередь, требованиями пожарной безопасности.
Для обеспечения требований к кабелям типа «нг(A)-LS» для изоляции выбирают специальный поливинилхлоридный пластикат с кислородным индексом не менее 30 с пониженным дымогазовыделением (для заполнителя в соответствии с особенностями его химического состава, обусловленными большим количеством наполнителя, допускается не менее 28), для оболочек - не менее 35.
При предъявлении к кабелям требования огнестойкости дополнительно поверх токопроводящих жил целесообразно наложить не менее одной слюдинитовой ленты обмоткой по спирали с перекрытием, для формирования основного огнестойкого барьера.
Также поверх сердечника целесообразно наложить дополнительно обмотку не менее чем из одной слюдинитовой ленты по спирали с перекрытием слюдяным слоем внутрь, для формирования огнестойкого бандажа, сохраняющего структуру кабеля в условиях длительного воздействия открытого пламени с температурой не менее 750°С в течение 45-180 мин в соответствии с требованиями ГОСТ Р МЭК 60331-11-2003, ГОСТ Р 53315-2009.
При этом в обоих случаях слюдинитовая лента обычно представляет собой слоистую композицию из слюдяной бумаги с содержанием диоксида кремния (36,8 -45,1)% по массе и оксида алюминия (10,8 - 17,7)% по массе и электроизоляционной стеклоткани, пропитанных и склеенных между собой кремнийорганическим связующим.
Для обеспечения идентификации изолированных токопроводящих жил в группах и сердечнике, а также групп между собой целесообразно ввести индивидуальную расцветку изоляции, позволяющую однозначно определять каждую жилу в пределах группы и в сердечнике, а также групп между собой.
Исходя из требования помехозащищенности целесообразно установить при скрутке согласованные шаги у смежных групп (неравные и некратные), а также ограничить шаг скрутки жил в группы следующим образом: в группу из двух жил (в пару) - не более 0,1 м, из трех - не более 0,15 м, из четырех жил - не более 0,2 м.
С целью предупреждения возможного оплавления изоляции токопроводящих жил при наложении заполнителя на сердечник экструзионным способом целесообразно на каждую группу наложить обмотку не менее чем из одной полимерной ленты с перекрытием.
Поверх сердечника целесообразно наложить бандаж из диэлектрических лент, причем для выполнения функции скрепления сердечника и теплового барьера, предохраняющего изоляцию токопроводящих жил от расплавления при наложении заполнителя, поясная изоляция должна быть выполнена из полиэтилентерефталатной или поливинилхлоридной, или полиэтиленовой, или полиамидной ленты наложенной с перекрытием в виде обмотки по спирали или продольно.
С целью защиты от электромагнитных воздействий целесообразно выполнить кабель не менее чем с одним экраном. При этом для защиты от внутренних электромагнитных воздействий и с целью организации схем заземления по экранам целесообразно выполнить экраны индивидуальными, наложенными на отдельную токопроводящую жилу или групповыми, наложенными на отдельную группу. Для защиты от внешних электромагнитных воздействий целесообразно выполнить экран общим, наложенным на сердечник.
Для защиты от электромагнитных воздействий в диапазоне низких частот целесообразно изготавливать экран в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок.
Для защиты от электромагнитных воздействий в диапазоне высоких частот целесообразно изготавливать экран не менее чем из одной металлополимерной ленты, наложенной металлом внутрь с перекрытием обмоткой по спирали или продольно с проложенной под экраном экранной проволокой.
Для защиты от электромагнитных воздействий в широком диапазоне частот целесообразно изготавливать экран в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок, дополнительно проложив под оплетку или обмотку металлом кверху с перекрытием металлополимерную ленту продольно или обмоткой по спирали.
Преимущественно для искробезопасных кабелей на каждый индивидуальный или групповой экран целесообразно наложить экструзионным способом полимерную оболочку или поясную изоляцию в виде обмотки по спирали с перекрытием полимерной лентой, причем толщину названных полимерной оболочки и поясной изоляции по индивидуальным и групповым экранам выбрать такой, чтобы она выдерживала испытание электрическим напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными или групповыми, или общим экранами, что соответствует требованиям п.12.2.2.1 ГОСТ Р 51330.13-99 и п.12.2.2.1 ГОСТ Р МЭК 60079-14-2008.
В кабелях, предназначенных для взрывозащиты вида «взрывонепроницаемая оболочка d» целесообразно произвести частичную продольную герметизацию названных групп и сердечника за счет введения заполнителя в воздушные полости с целью значительного снижения распространения взрывоопасных газов и жидкостей по сердечнику кабеля.
При отсутствии в процессе эксплуатации воздействия на кабель значительных раздавливающих усилий (например: для кабелей, подвешиваемых вдоль стен зданий и заборов) с целью снижения массы кабеля и экономии материалов целесообразно изготавливать заполнитель вспененным.
С целью идентификации в процессе эксплуатации целесообразно оболочку кабелей для искробезопасных цепей окрашивать в синий цвет или накладывать синюю полосу.
С целью оптимизации взаимодействия с пластифицированным поливинилхлоридом в качестве эластификатора целесообразно применять тройные акрилонитрилбутадиенстирольные сополимеры. Для изменения температуры стеклования целесообразно применять в качестве эластификатора хлорированный полиэтилен, имеющий низкую температуру стеклования. С целью получения материалов с относительно низкой кристалличностью целесообразно в качестве эластификаторов применять этиленвинилацетатные сополимеры. Для обеспечения ступенчатого изменения свойств при эластификации поливинилхлорида целесообразно в качестве эластификатора применять МБС-полимеры, состоящие из сложных метакриловых эфиров, бутадиена и стирола. Для повышения температуры работоспособности конечного изделия целесообразно в качестве эластификатора применять силиконовый каучук или резины на его основе (Дж.Саммерс, Ч.Уилки, Ч.Даниэлс «ПВХ (поливинилхлорид). Получение. Добавки и наполнители. Сополимеры. Свойства. Переработка», из-во «Профессия», С-Пб, 2007 г.).
Согласно ПУЭ («Правила устройства электроустановок (ПУЭ)», шестое издание, С-Пб, из-во «ДЕАН», 2004 г.), открыто и неограниченно во взрывоопасных зонах прокладываются только бронированные кабели: они не требуют дополнительной защиты или каких-то упрощенных облегченных условий, поэтому имеют широкое применение.
При эксплуатации кабелей в условиях воздействия радиальных (раздавливающих) усилий целесообразно под влагозащитную оболочку наложить броню из стальных проволок обмоткой по спирали или в виде оплетки.
При эксплуатации кабелей в условиях воздействия продольных (растягивающих) усилий целесообразно под влагозащитную оболочку наложить броню из стальных лент обмоткой по спирали или продольно из предварительно гофрированной стальной ленты ламинированной полимером.
Технический результат во втором варианте достигается тем, что предлагается кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей, содержащий сердечник не менее чем из одной многопроволочной медной или медной луженой жилы изолированной полимером с кислородным индексом не менее 30 и пониженным дымогазовыделением или не менее чем из одной группы названных жил, предварительно скрученных между собой в пару или тройку, или четверку, заполнитель из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 28 с пониженным дымогазовыделением, выполненного в виде композиции, состоящей из суспензионного поливинилхлорида, сложноэфирного пластификатора, фосфорсодержащего пластификатора, свинцового стабилизатора, карбоната кальция, карбоната магния, окиси цинка, тригидрата окиси алюминия и/или гидроксида магния, трехокиси сурьмы, бората цинка, борной кислоты, дифенилолпропана, стеарата кальция или стеарата свинца, оксида или гидрооксида кальция, броморганического соединения, смазки (лубриканта) при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч:
суспензионный поливинилхлорид - 100,
сложноэфирный пластификатор - 15-80,
фосфорсодержащий пластификатор - 5-40,
свинцовый стабилизатор - 2-7,
карбонат кальция - 50-500,
карбонат магния - 0-100,
окись цинка - 0,3-10,
тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния, или их двухкомпонентная смесь (в соотношении 0,25-1:1-0,25) - 25-200,
трехокись сурьмы - 0-5,
борат цинка - 0,5-15,
борная кислота - 0,1-2,
дифенилолпропан - 0,1-1,
стеарат кальция или стеарат свинца - 0,3-5,
кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10,
броморганическое соединение - 0-15,
лубрикант - 0,2-2,
наложенный поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля, и влагозащитную оболочку из полимера с кислородным индексом не менее 35 и пониженным дымогазовыделением. А также введенный в состав композиции материала заполнителя эластификатор в мас.ч. - 5-40.
Как и в первом варианте, для достижения требований пожарной безопасности заполнитель должен содержать, мас.ч: карбонат кальция - 50-500, карбонат магния - 0-100, окись цинка- 0,3-10, тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния, или их двухкомпонентная смесь (в соотношении 0,25-1:1-0,25) - 25-200, трехокись сурьмы - 0-5, борат цинка - 0,5-15, борную кислоту - 0,1-2, дифенилолпропан - 0,1-1, кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10, броморганическое соединение - 0-15, при условии, что материалы изоляции и влагозащитной оболочки также удовлетворяют требованиям по кислородному индексу и пониженному дымогазовыделению.
Как и в первом варианте, наличие в структуре заполнителя полимерных молекул эластификатора в мас.ч - 4-50 позволяет сохранять формоустойчивость в течение всего времени эксплуатации кабеля при одноврененном обеспечении требований пожарной безопасности для кабелей типа «нг(A)-LS».
Отличие второго варианта от первого заключается в замене комплексного кальций-цинкового стабилизатора свинцовым. В ряде стран Европы и Америки применение свинцовых стабилизаторов законодательно ограничено из-за токсичности солей свинца.
Однако в России такого однозначного ограничения нет и поливинилхлоридный пластикат с свинцовым стабилизатором имеет очень широкое применение, так как он является самым дешевым из всех известных, хотя тенденции к этому просматриваются.
Как и в первом варианте, для обеспечения компактности сердечника при числе жил или групп более одной, целесообразно скрутить их между собой, для обеспечения требований пожарной безопасности к кабелям типа «нг(A)-LS» целесообразно выбрать для изоляции пластикат с кислородным индексом 30 с пониженным дымогазовыделением для полимерных оболочек и влагозащитной оболочки - с кислородным индексом - не менее 35, для обеспечения огнестойкости целесообразно наложить поверх токопроводящих жил обмотку не менее чем одной слюдинитовой лентой по спирали с перекрытием и бандажа по сердечнику обмоткой по спирали с перекрытием не менее чем из одной слюдинитовой ленты, для идентификации жил и групп в сердечнике целесообразно ввести индивидуальную расцветку, для обеспечения помехозащищенности целесообразно установить при скрутке согласованные шаги у смежных групп и ограничить шаги скрутки пар - не более 0,1 м, троек - не более 0,15 м, четверок - не более 0,2 м, для предупреждения возможного оплавления изоляции целесообразно наложить на группы обмотку не менее чем из одной полимерной ленты с перекрытием, для скрепления сердечника и создания теплового барьера поверх сердечника целесообразно наложить бандаж из диэлектрических лент, для защиты от электромагнитных воздействий кабель целесообразно выполнить не менее чем с одним экраном, причем для защиты от внутренних электромагнитных воздействий - с индивидуальным экраном, наложенным на одну изолированную жилу, или групповым, наложенным на группу, для защиты от внешних электромагнитных воздействий - общим, наложенным на сердечник, с целью защиты от воздействий в диапазоне низких частот - в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок, в диапазоне высоких частот - не менее чем из одной металлополимерной ленты, наложенной металлом внутрь с перекрытием обмоткой по спирали или продольно с проложенной под экраном экранной проволокой, в широком диапазоне частот - в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок и металлополимерной ленты, проложенной под оплетку или обмотку металлом кверху с перекрытием, преимущественно для искробезопасных кабелей целесообразно на каждый индивидуальный или групповой кабель наложить полимерную оболочку или поясную изоляцию в виде обмотки по спирали с перекрытием полимерной лентой толщиной, выдерживающей испытание электрическим напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, целесообразно ввести частичную герметизацию групп и сердечника за счет введения заполнителя в воздушные полости для снижения распространения взрывоопасных газов и жидкостей по кабелю, для подвесных кабелей с целью снижения веса целесообразно изготавливать заполнитель вспененным, преимущественно для искробезопасных кабелей для идентификации в процессе эксплуатации целесообразно оболочку окрашивать в синий цвет или наносить продольно синюю полосу, целесообразно в качестве эластификатора применять акрилонитрилбутадиенстирольные сополимеры - для оптимизации взаимодействия с пластифицированным поливинилхлоридом, хлорированный полиэтилен - для изменения температуры стеклования, этиленвинилацетатные сополимеры - для получения материалов с относительно низкой кристалличностью, МБСполимеры - для обеспечения ступенчатого изменения свойств, силиконовый каучук или резины на его основе для повышения температуры работоспособности пластиката, при эксплуатации в условиях радиальных воздействующих усилий целесообразно под влагозащитную оболочку наложить броню из стальных проволок обмоткой по спирали или в виде оплетки, при эксплуатации в условиях продольных воздействующих усилий целесообразно под влагозащитную оболочку наложить броню из стальных лент обмоткой по спирали или продольно из предварительно гофрированной стальной ленты ламинированной полимером.
Предлагаемая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, представленным чертежом поперечного сечения кабеля с жилами, скрученными в группы (пары).
Изображенный на чертеже кабель состоит из многопроволочных токопроводящих медных или медных луженых жил 1, изолированных специальным поливинилхлоридным пластикатом 2 с кислородным индексом не менее 30, в том числе с пониженным дымогазовыделением, скрученных между собой в три пары, а пары, в свою очередь, скручены в сердечник, наложенного поверх сердечника заполнителя 3 из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 28, в том числе с пониженным дымогазовыделением,, выполненный в виде композиции, состоящей из суспензионного поливинилхлорида, сложноэфирного и фосфорсодержащего пластификаторов, комплексного кальций-цинкового термостабилизатора, карбоната кальция, карбоната магния, окиси цинка, тригидрата окиси алюминия и/или гидрооксида магния, трехокиси сурьмы, бората цинка, борной кислоты, дифенилолпропана, стеарата кальция или стеарата свинца, оксида или гидрооксида кальция, броморганического соединения, смазки (лубриканта) при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч:
суспензионный поливинилхлорид - 100,
сложноэфирный пластификатор - 15-80,
фосфорсодержащий пластификатор - 5-40,
комплексный кальций-цинковый термостабилизатор - 3-10,
карбонат кальция - 50-500,
карбонат магния - 0-100,
окись цинка - 0,3-10,
тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния, или их двухкомпонентная смесь (в соотношении 0,25-1:1-0,25) - 25-200,
трехокись сурьмы - 0-5,
борат цинка - 0,5-15,
борная кислота - 0,1-2,
дифенилолпропан - 0,1-1,
стеарат кальция или стеарат свинца - 0,3-5,
кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10,
броморганическое соединение - 0-15,
лубрикант - 0,2-2,
наложенный поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля, и влагозащитной оболочкой 4 из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 35, в том числе с пониженным дымогазовыделением.
Технология изготовления кабелей согласно заявляемой полезной модели включает следующие операции.
Медные проволоки для токопроводящих жил 1 изготавливаются из медной проволоки «катанки», как правило, диаметром 8 мм методом волочения. В зависимости от диаметра готовой проволоки могут использоваться следующие операции: грубое и среднее волочение или грубое, среднее и тонкое волочение.
Для обеспечения мягкости проволоку подвергают отжигу в специальных печах отжига или на проход на операции волочения. Для получения луженых проволок отжиг не требуется. Лужение производится горячим способом, в результате чего проволока становится мягкой.
Токопроводящие жилы 1 скручиваются из необходимого количества проволок на крутильных машинах сигарного, рамочного или фонарного типа.
Изоляция 2 из специального поливинилхлоридного пластиката, наносится экструзионным способом на экструзионных линиях.
Скрутка изолированных жил в группы - пару, тройку или четверку производится обычно на машинах рамочного типа.
Электрический экран в виде оплетки или обмотки накладывается на оплеточных или обмоточных машинах. Предварительно возможна тростка (объединение) проволок в пучки на тростильных машинах.
Электрический экран из металлопластмассовой ленты накладывается обмоткой по спирали с перекрытием на обмоточных машинах или продольно с перекрытием на операции наложения влагозащитной оболочки. Экран накладывается металлом внутрь, а под него подпускают продольно медную луженую дренажную жилу. Возможно продольное наложение экрана из металлопластмассовой ленты металлом внутрь с подпуском медной луженой дренажной жилы при одновременном наложении заполнителя
При изготовлении комбинированного электрического экрана металлопластмассовую ленту подпускают продольно с перекрытием металлическим слоем кверху под оплетку или обмотку на оплеточной или обмоточной машине, соответственно.
Бандаж из диэлектрических лент изготавливается методом обмотки по спирали с перекрытием на обмоточных машинах или продольно с перекрытием с применением дополнительно нитеобмотчика или лентообмотчика для скрепления пучком нитей или узкой пластмассовой лентой по спирали.
Заполнитель 3 из специального поливинилхлоридного пластиката накладывается экструзионным способом на экструзионных линиях.
При этом заполнитель из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 28 с пониженным дымогазовыделением, выполненный в виде композиции, состоящей из суспензионного поливинилхлорида, сложноэфирного и фосфорсодержащего пластификаторов, комплексного кальций-цинкового термостабилизатора, карбоната кальция, карбоната магния, окиси цинка, тригидрата окиси алюминия и/или гидрооксида магния, трехокиси сурьмы, бората цинка, борной кислоты, дифенилолпропана, стеарата кальция или стеарата свинца, оксида или гидрооксида кальция, броморганического соединения, смазки (лубриканта) при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч:
суспензионный поливинилхлорид - 100,
сложноэфирный пластификатор - 15-80,
фосфорсодержащий пластификатор - 5-40,
комплексный кальций-цинковый термостабилизатор - 3-10,
карбонат кальция - 50-500,
карбонат магния - 0-100,
окись цинка - 0,3-10,
тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния, или их двухкомпонентная смесь (в соотношении 0,25-1:1-0,25) - 25-200,
трехокись сурьмы - 0-5,
борат цинка - 0,5-15,
борная кислота - 0,1-2,
дифенилолпропан - 0,1-1,
стеарат кальция или стеарат свинца - 0,3-5,
кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10,
броморганическое соединение - 0-15,
лубрикант - 0,2-2,
наложенный поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля.
Вспенивание материала заполнителя производится химическим или физическим способом. В первом случае к гранулам основного материала в бункер экструзионной линии добавляют гранулированный, вспенивающий реагент, во втором случае вводят неактивный газ (например: азот) в формирующийся заполнитель с помощью установки физического вспенивания.
Влагозащитную оболочку 4 накладывают экструзионным способом на экструзионных линиях при использовании специального поливинилхлоридного пластиката.
Броня из круглых стальных оцинкованных проволок накладывается в виде оплетки или обмотки на оплеточных или бронировочных машинах, из стальных лент - по методу обмотки по спирали с перекрытием на лентообмоточных бронировочных машинах. При использовании ламинированных стальных лент броню накладывают продольно с использованием специальной гофрирующей и свертывающей установки совместно с наложением влагозащитной оболочки.
С целью подтверждения технического результата были изготовлены две группы однопарных кабелей по три образца в каждой группе, длиной 1000 м каждый образец.
В первой группе кабелей (стандартные) изоляция была изготовлена из поливинилхлоридного пластиката марки И40-13А рецептуры 8/2, заполнитель - из поливинилхлоридного пластиката марки ОМ-150, влагозащитная оболочка из поливинилхлоридного пластиката марки 0-40.
Во второй группе кабелей изоляция была изготовлена из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности марки ППИ, влагозащитная оболочка - из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности марки ППО. Заполнитель выполнен из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 28, в том числе с пониженным дымогазовыделением, выполненный в виде композиции, состоящей из суспензионного поливинилхлорида, сложноэфирного и фосфорсодержащего пластификаторов, комплексного кальций-цинкового термостабилизатора, карбоната кальция, карбоната магния, окиси цинка, тригидрата окиси алюминия и/или гидрооксида магния, трехокиси сурьмы, бората цинка, борной кислоты, дифенилолпропана, стеарата кальция или стеарата свинца, оксида или гидрооксида кальция, броморганического соединения, смазки (лубриканта) при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч:
суспензионный поливинилхлорид - 100,
сложноэфирный пластификатор - 15-80,
фосфорсодержащий пластификатор - 5-40,
комплексный кальций-цинковый термостабилизатор - 3-10,
карбонат кальция - 50-500,
карбонат магния - 0-100,
окись цинка - 0,3-10,
тригидрат окиси алюминия или гидрооксид магния, или их двухкомпонентная смесь (в соотношении 0,25-1:1-0,25) - 25-200,
трехокись сурьмы - 0-5,
борат цинка - 0,5-15,
борная кислота - 0,1-2,
дифенилолпропан - 0,1-1,
стеарат кальция или стеарат свинца - 0,3-5,
кальция оксид или гидрооксид - 0,5-10,
броморганическое соединение - 0-15,
лубрикант - 0,2-2,
наложенный поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля.
От каждой длины кабеля было отобрано по одному образцу длиной 100 мм для проведения испытаний на формоустойчивость.
Испытание на формоустойчивость проводится следующим образом. По требованиям к Ех-вводам поверх влагозащитной оболочки на середине образца осаживается полимерное уплотнительное кольцо. Образцы подвешиваются в термостате с установившейся температурой плюс (70±2)°С.
При этом продольная ось образца должна лежать в горизонтальной плоскости, подвеска производиться за хомуты расположенные на краях образцов. После выдержки в течение 10 суток в термостате образцы извлекаются и в течение двух часов выдерживаются при нормальных климатических условиях.
По поверхности образца наносится прямая линия параллельная центральной оси. Затем уплотненные кольца удаляются.
В месте посадки уплотнительного кольца и возле одного из концов в радиальном сечении острым ножом влагозащитная оболочка и заполнитель прорезаются по окружности до сердечника, а потом отсекаются кольцевые образцы толщиной не более 1 мм. Кольцевые образцы снимаются с образца кабеля и кольцо влагозащитной оболочки удаляется. Внешний диаметр кольцевых образцов заполнителя измеряется на цифровом микроскопе по ГОСТ 12177-79 (ГОСТ 12177-79 «Кабели, провода и шнуры. Методы проверки конструкции»). Образцы считаются выдержавшими испытание, если диаметр по заполнителю в месте осаждения уплотнительного кольца не отличается от диаметра на краю образца более чем на 5%.
Длины кабелей испытаны на нераспространение горения при групповой прокладке по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005 (ГОСТ Р МЭК 60332-3-22 «Испытания электрических оптических кабелей в условиях воздействия пламени», категория А).
Стандартные кабели испытания на нераспространение горения при групповой прокладке не выдержали. Образцы кабелей с заполнителем по данной полезной модели испытания на нераспространение горения при групповой прокладке выдержали (длины обгоревшей части заключались в диапазоне от 0,92 до 1,49 м).
Результаты испытаний на формоустойчивостъ показали, что у стандартных образцов изменения диаметра по заполнителю в месте установки уплотнительного кольца уменьшилось более чем на 5% и образцы испытание не выдержали, а у образцов с заполнителем по данной полезной модели изменение диаметра по заполнителю в месте установки уплотнительного кольца уменьшилось менее чем на 5% и образцы испытание выдержали.
Проведенные испытания подтверждают достижение результата.