КАБЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ, СИГНАЛИЗАЦИИ, ИНФОРМАТИЗАЦИИ И СВЯЗИ ДЛЯ ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОН НА ПЛАВУЧИХ БУРОВЫХ УСТАНОВКАХ И МОРСКИХ СТАЦИОНАРНЫХ ПЛАТФОРМАХ

Полезная модель относится к кабельной технике и может быть использована в конструкциях кабелей управления, сигнализации, информатизации и связи для прокладки во взрывоопасных зонах на плавучих буровых установках и морских стационарных платформах.
Известны кабели марок КГВВ; КУГВВ; КУГВЭВ; КУГВВЭ (Н.И.Белоруссов, А.Е.Саакян; А.И.Яковлева «Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник», М., «Энергоиздат», 1987 г.). Кабели имеют гибкие токопроводящие жилы, изоляцию и оболочку из поливинилхлоридного (ПВХ) пластиката. В кабеле марки КУГВЭВ изолированные токопроводящие жилы имеют индивидуальный экран в виде оплетки из медной проволоки, однако отсутствуют требования к экрану и к изоляции экранов друг от друга, также отсутствует общий экран.
В кабеле марки КУГВВЭ имеется общий экран, выполненный в виде обмотки алюминиевой лентой толщиной 0,15-0,20 мм с проложенной под ней медной проволокой или медной многопроволочной жилой. Такой экран ухудшает гибкость кабеля, что немаловажно при условии прокладки в компактных помещениях плавучих буровых установок и морских стационарных платформ, а также, алюминий в виде ленты недолговечен при эксплуатации в условиях воздействия агрессивных сред.
Всем вышеперечисленным кабелям присущ еще один серьезный недостаток: в сердечнике кабеля имеются воздушные полости, по которым взрывоопасные газообразные смеси могут передаваться из взрывоопасных зон в невзрывоопасные зоны, создавая там аварийную ситуацию.
Недостатком такого кабеля является также то, что его нельзя использовать в условиях многократной прокладки (в общем случае: в условиях подвижного монтажа), а это оказывается необходимым в отдельных случаях эксплуатации.
В качестве прототипа выберем кабель типа КУГВЭВ.
Сущность предлагаемой полезной модели выражается в создании кабеля управления, сигнализации, информатизации и связи для взрывоопасных зон на плавучих буровых установках и морских стационарных платформах, препятствующего распространению взрывоопасных газообразных смесей по сердечнику кабеля из взрывоопасных зон в невзрывоопасные зоны, обеспечивающего требование к экранам кабелей для искробезопасных цепей по гибкости («Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ», 2006 г., п.16.5.1) и плотности («Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ», 2006 г., п.16.5.1), требования к наружным защитным покровам по нефтемаслобензостойкости, стойкости к морской воде и морскому туману. («Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ», 2006 г., п.п.2.3.2.1. и 16.8.1.5) и обеспечивающего возможность работы в условиях подвижного монтажа.
Технический результат достигается тем, что предлагается кабель управления сигнализации, информатизации и связи для взрывоопасных зон на плавучих буровых установках и морских стационарных платформах, состоящий из сердечника, включающего несколько токопроводящих жил скрученных из нескольких медных проволок каждая, изолированных полимером, скрученных между собой в сердечник, не менее, чем одного экрана, и полимерной влагозащитной оболочки. С целью предотвращения распространения взрывоопасных газообразных смесей по сердечнику кабеля воздушные полости в сердечнике кабеля заполнены полимерным заполнителем.
Для обеспечения возможности работы кабеля в условиях подвижного монтажа изоляция и влагозащитная оболочка должны быть выполнены из эластомерных материалов. Одним из основных представителей эластомеров являются резины («Справочник по электротехническим материалам» под редакцией Ю.В.Корицкого, В.В.Пасынкова, Б.Н.Тареева, т.2, третье издание, М., «Энергоатомиздат», 1987 г.) Для изоляции в данной полезной модели применяются этиленпропиленовая и кремнийорганическая резины, для оболочки - полихлоропреновая резина. Основным качеством резин является их эластичность, то есть возможность многократных растяжений с возвратом к первоначальному состоянию в пределах упругой деформации. Для влагозащитной оболочки применяется также хлорсульфированный полиэтилен. При модифицировании полиэтилена хлором и сернистым ангидридом он приобретает каучукоподобные свойства. (Справочник по электротехническим материалам» под редакцией Ю.В.Корицкого, В.В.Пасынкова, Б.Н.Тареева, т.1, третье издание, М., «Энергоатомиздат», 1987 г.). Так как между изоляцией и оболочкой в кабеле в процессе растяжения отсутствуют какие-либо физические или химические связи, то материалы изоляции и оболочки можно применять в любых сочетаниях.
По правилам построения искробезопасных цепей во взрывоопасных зонах применяемые кабели должны иметь один или несколько экранов для построения цепей заземления. Предъявляемые требования к экранам обеспечиваются: по гибкости - экран выполняется в виде оплетки из медных проволок, по плотности - плотность оплетки выбирается такой, чтобы ее масса была не меньше 90% массы медной трубки с тем же внутренним диаметром и толщиной равной диаметру проволоки оплетки.
По требованию нефтемаслобензостойкости, стойкости к морской воде и морскому туману наружных покровов влагозащитная оболочка выполнена из нефтемаслобензостойких, стойких к морской воде и морскому туману полихлоропреновой резины или хлорсульфированного полиэтилена, каждый из которых является эластомером. Материалы оболочки накладываются экструзионным способом под давлением, что обеспечивает проникновение полимеров в зазоры оплетки и снижает влагопроницаемость в продольном направлении.
Преимущественно, экран выполняют в виде оплетки из мягких медных проволок. При использовании кабеля в условиях воздействия агрессивных газов, в частности сероводорода, с целью защиты медных проволок от коррозии применяют экран, выполненный в виде оплетки из медных луженых проволок.
Экран в виде оплетки удовлетворительно работает в области низких частот и значительных амплитуд напряженностей электрического и магнитного полей (Н.И.Белорусов, И.И.Гроднев «Радиочастотные кабели», Госэнергоиздат, М-Л, 1959 г.). Если возникает необходимость защиты электрооборудования от высокочастотных внешних воздействий, то экран выполняют комбинированным: из последовательных слоев металлополимерной ленты металлом кверху с перекрытием и оплетки из медных или медных луженых проволок. Как правило, первый слой выполняют либо из алюмополимерной ленты, либо из меднополимерной ленты.
С целью защиты от коррозии в сочетании с алюмополимерным слоем используют только оплетку из медных луженых проволок. Меднополимерный экран имеет более эффективные экранирующие свойства, но он значительно дороже алюмополимерного, поэтому он применяется в экономически обусловленных случаях. В сочетании с меднополимерным экраном может равноценно применяться оплетка как из мягких медных, так и из медных луженых проволок.
В связи с особенностью управляемого объекта или принципа организации линии связи целесообразно скрутить жилы в группы, состоящие из двух, трех, или четырех жил, которые, в свою очередь, скручиваются в сердечник повивной скруткой.
По типу элементов, на которые накладывается экран, экраны подразделяются на:
индивидуальные, накладываемые на отдельные изолированные жилы, групповые, накладываемые на группы, или общие, накладываемые на сердечник кабеля.
Индивидуальные или групповые экраны применяют с целью снижения электромагнитных влияний между жилами и/или группами в сердечнике и для организации цепей заземления при использовании взрывозащиты вида «искробезопасная электрическая цепь i», общий экран преимущественно используется для защиты окружающей среды от электромагнитного излучения сердечника кабеля и сердечника кабеля от электромагнитных влияний извне, а также для организации цепей заземления.
Поверх индивидуального или группового экрана должна быть наложена полимерная оболочка, толщина которой выбирается исходя из условия испытания напряжением 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными экранами, и/или групповыми экранами, и/или общим экраном (ГОСТ Р 51330.13-99 п.12.2.2.1).
Оболочка поверх индивидуального или группового экрана может быть выполнена из любого эластомерного материала, гарантирующего в процессе эксплуатации целостность диэлектрической прослойки между любыми экранами, обеспечивающей выдерживание электрического напряжения 500 В переменного тока частотой 50 Гц.
Диэлектрическая прослойка между экранами может быть образована также за счет наложения на индивидуальные или групповые экраны поясной изоляции методом обмотки их полимерной лентой с перекрытием. За счет изменения шага спирали при изгибе кабеля лента может изгибаться без повреждения. Поэтому выбор материала ленты определяется только ее диэлектрическими свойствами.
С целью защиты от механических воздействий целесообразно на влагозащитную оболочку наложить броню в виде оплетки из стальных оцинкованных или стальных нержавеющих проволок, а поверх брони - влагозащитный шланг из нефтемаслобензостойких, стойких к морской воде и морскому туману полихлоропреновой резины или хлорсульфированного полиэтилена, каждый из которых является эластомером. Материалы оболочки накладываются экструзионным способом под давлением, что обеспечивает проникновение полимеров в зазоры оплетки и снижает влагопроницаемость в продольном направлении.
Для кабелей бронированных, прокладываемых в помещениях, которые могут подвергнуться затоплению, целесообразно под броню проложить водоблокирующий слой.
При условии ограниченного числа прокладок, преимущественно не более трех, для обеспечения повышенных требований по пожаробезопасности необходимо, чтобы заполнитель, оболочка, влагозащитная оболочка и влагозащитный шланг были выполнены из поливинилхлоридного пластиката или специального поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением и кислородным индексом не менее 28 или из безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 30, причем материалы для влагозащитной оболочки и влагозащитный шланг изготавливают из материалов нефтемаслобензостойких, стойких к морской воде и морскому туману.
В этом случае конкретный из перечисленных материалов выбирают в соответствии с требованиями пожарной безопасности: кислородному индексу и норме на дымовыделение или токсичности выделяемых газов. Кислородный индекс обычного поливинилхлоридного пластиката определяется конкретной маркой, но в целом находится в диапазоне (19-24).
Заполнитель может быть выполнен из любого разрешенного к применению в конструкциях кабелей для взрывоопасных зон на плавучих буровых установках и морских стационарных платформах полимерного материала: поливинилхлоридного пластиката или этиленпропиленовой, или кремнийорганической, или полихлоропреновой резин, или хлорсульфированного полиэтилена. К нему не предъявляется требование продольной целостности. В процессе деформации кабеля он может растрескиваться. Главная задача,
которую он выполняет заключается в вытеснении воздуха из свободных полостей в сердечнике, дополнительная - легкая счищаемость с изоляции при разделке кабеля.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения и прилагаемым чертежом, на котором изображено поперечное сечение бронированного кабеля управления, сигнализации, информатизации и связи с индивидуально экранированными жилами для взрывоопасных зон на плавучих буровых установках и морских стационарных платформах, состоящего из сердечника, включающего несколько медных многопроволочных токопроводящих жил 1, изолированных этиленпропиленовой или кремнийорганической резиной 2, с индивидуальными экранами 3 в виде оплетки из медных проволок с плотностью такой, что масса оплетки составляет не меньше 90% массы медной трубки с тем же внутренним диаметром и толщиной равной диаметру проволоки оплетки, с оболочками 4 из этиленпропиленовой резины, или кремнийорганической резины, или полихлоропреновой резины, или хлорсульфированного полиэтилена наложенными поверх индивидуальных экранов 3, скрученных между собой повивной скруткой, с заполнением воздушных полостей 5 в сердечнике полимерным заполнителем, общего экрана 6 в виде оплетки из медных проволок с плотностью такой, что масса оплетки составляет не меньше 90% массы медной трубки с тем же внутренним диаметром и толщиной равной диаметру проволоки оплетки, наложенного поверх сердечника, влагозащитной оболочкой 7 из нефтемаслобензостойких, стойких к морской воде и морскому туману полихлоропреновой резины, или хлорсульфированного полиэтилена, брони 8 в виде оплетки из стальных оцинкованных проволок и влагозащитного шланга 9 из нефтемаслобензостойких, стойких к морской воде и морскому туману полихлоропреновой резины, или хлорсульфированного полиэтилена.
Технология изготовления кабелей согласно заявляемой полезной модели включает следующие операции.
Медные проволоки для токопроводящих жил 1 изготавливают из медной проволоки «катанки» преимущественно диаметром 8 мм методом волочения. В зависимости от диаметра готовой проволоки применяют либо только грубое, либо грубое и среднее волочение. После чего проволоку отжигают либо в специальных печах отжига, либо в устройствах отжига на проход, встроенных в машины среднего волочения.
Токопроводящая жила 1 скручивается из отдельных проволок на машинах сигарного типа.
Изоляция 2 из этиленпропиленовой резины накладывается на специальных экструзионных линиях, из кремнийорганической - на агрегатах непрерывной вулканизации.
Оболочки 4, полимерный заполнитель 5, влагозащитная оболочка 7 и влагозащитный шланг 9 накладываются на экструзионных линиях или агрегатах непрерывной вулканизации компрессионным способом (под давлением).
Экраны 3 и 6 в виде оплеток из мягких медных проволок накладывают на оплеточных машинах. Плотность оплетки выбирают такой, чтобы ее масса была не меньше 90% массы медной трубки с тем же внутренним диаметром и толщиной равной диаметру проволоки оплетки.
Проволоку для оплетки изготавливают так же, как и проволоку для токопроводящей жилы, введя еще одну технологическую операцию - тонкого волочения. Для обеспечения требуемой плотности на тростильных машинах готовят пучки из нескольких проволок. Броню 8 из стальных оцинкованных или стальных нержавеющих проволок также накладывают на оплеточных машинах. Проволоку приобретают готовую. При необходимости также тростят пучки из нескольких проволок на тростильных машинах.
Для подтверждения технического результата были изготовлены три образца кабеля по данной полезной модели с тремя парами жил с изоляцией из
этиленпропиленовой резины, с групповыми экранами и оболочками из этиленпропиленовой резины по ним, наложенными на каждую пару, с полимерным заполнителем сердечника на основе поливинилхлоридного пластиката, общим экраном и влагозащитной оболочкой из полихлоропреновой резины и три образа кабеля по данной полезной модели с тремя парами токопроводящих жил с изоляцией из кремнийорганической резины, с групповыми экранами и оболочками из кремнийорганической резины по ним, наложенными на каждую пару, с полимерным заполнителем сердечника на основе поливинилхлоридного пластиката, общим экраном и влагозащитной оболочкой из хлорсульфированного полиэтилена. Также были изготовлены три образца кабеля с конструкцией прототипа: с тремя парами жил с изоляцией из поливинилхлоридного пластиката, с групповыми экранами и оболочкой из поливинилхлоридного пластиката по ним, наложенными на каждую пару, с полимерным заполнением сердечника на основе поливинилхлоридного пластиката, общим экраном и влагозащитной оболочкой из поливинилхлоридного пластиката.
Кабели испытывали переменным напряжением 2,5 кВ частотой 50 Гц, прикладываемым между токопроводящими жилами и между токопроводящими жилами и групповыми экранами и переменным напряжением 500 В частотой 50 Гц, прикладываемым между групповыми экранами, между групповыми экранами и общим экраном. Перед электрическими испытаниями произвели десятикратную перемотку кабелей с барабана на барабан, имитирующую десятикратную прокладку кабелей в условиях эксплуатации.
Все образцы кабелей по данной полезной модели перечисленные испытания выдержали. Один образец кабеля прототипа испытания напряжением между жилами не выдержал.
Результаты испытаний подтверждают достижение технического результата.