RU226414U1 - Взрывобезопасный кабель с герметизированным сердечником - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к конструкциям кабелей силовых взрывобезопасных, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии во взрывоопасных зонах. Технический результат заключается в получении силового взрывобезопасного кабеля. Технический результат достигается тем, что кабель силовой взрывобезопасный содержит герметизированные изолированные токопроводящие жилы, скрученные в сердечник с заполнителем, внутреннюю и наружную оболочки. Заполнитель сердечника содержит жгут из мягкого полимерного материала, нити и гидрофобный тиксотропный гель. 4 з.п. ф-лы.

Description

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям кабелей силовых взрывобезопасных, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии во взрывоопасных зонах всех классов (кабели с медными токопроводящими жилами) и классов 2, 20, 21 и 22 (кабели с алюминиевыми токопроводящими жилами).

Известен способ изготовления электрического кабеля, включающий предварительную герметизацию токопроводящей многопроволочной жилы, либо герметизацию токопроводящей многопроволочной жилы с наложением термического барьера, после чего накладывают изоляцию поверх жилы, далее формируют сердечник с герметизацией по внутренним повивам по меньшей мере из двух скрученных между собой изолированных токопроводящих жил, либо из по меньшей мере двух изолированных токопроводящих жил с наложением на них индивидуальных экранов и герметизацией под индивидуальным экраном, затем герметизируют наружные промежутки сердечника, далее накладывают общий экран, затем герметизируют воздушные промежутки над общим экраном при наложении разделительного слоя или наружной оболочки, затем накладывают броню, герметизируют броню с наложением на экструзионной линии наружной оболочки или защитного шланга, причём для герметизации используют трёхкомпонентный силиконовый компаунд на основе кремнийорганического каучука, состоящий из основы, смеси неорганических антипиренов и катализатора (Патент RU № 2797030, МПК H01B 7/285, H01B 13/32 опубликованный 31.05.2023).

Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в выполнении кабеля с токопроводящими многопроволочными герметизированными жилами, наличие изоляции, герметизированного сердечника, герметизированного металлического экрана, герметизированной брони, наружной оболочки или защитного шланга.

Отличием заявленной полезной модели от известного технического решения, является получение силового кабеля во взрывобезопасном исполнении с сердечником, герметизированным жгутом из мягкого полимерного материала, нитями и гидрофобным тиксотропным гелем.

Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в получении силового взрывобезопасного кабеля с герметизированным сердечником.

Техническим результатом является получение силового взрывобезопасного кабеля.

Технический результат достигается тем, что кабель силовой взрывобезопасный содержит герметизированные изолированные токопроводящие жилы, скрученные в сердечник с заполнителем, внутреннюю и наружную оболочки, при этом заполнитель сердечника содержит жгут из мягкого полимерного материала, нити и гидрофобный тиксотропный гель. Дополнительные конструктивные элементы силового кабеля в частных случаях изготовления (металлический экран, броня) также исполняются в герметизированном варианте. Предложенная герметизация сердечника может использоваться в кабелях на низкое и среднее напряжение. Силовой кабель на среднее напряжение дополнительно содержит внутренний электропроводящий экран по токопроводящей жиле и наружный электропроводящий экран по изоляции. В случае изготовления силового кабеля в огнестойком исполнении на токопроводящие жилы или на внутренний электропроводящий экран накладывается огнестойкий барьер.

Для выполнения требований ГОСТ Р 58342-2019 «Кабели силовые и контрольные для применения в электроустановках во взрывоопасных средах» все пустоты взрывобезопасного кабеля должны быть заполнены во избежание распространения взрывоопасных газовых смесей по кабелю. Таким образом, для того, чтобы изготовить силовой кабель, который возможно использовать во взрывоопасных зонах, прежде всего, необходимо обеспечить герметичность всех конструктивных элементов кабеля, исключающую распространение взрывоопасных воздушных смесей внутри кабеля. Для того, чтобы изготовить силовой кабель, который возможно использовать во взрывоопасных зонах, прежде всего, необходимо обеспечить герметичность всех конструктивных элементов кабеля, т.е. исключить наличие воздушных пустот в кабеле. Герметичность сердечника в прототипе (как и герметичность токопроводящих жил, металлических экранов, брони) обеспечивается заполнением пустот трёхкомпонентным силиконовым компаундом на основе кремнийорганического каучука, состоящего из основы, смеси неорганических антипиренов и катализатора.

Основной принцип работы полимерных каучуковых заполнителей заключается в контролируемом процессе полимеризации. Однако наряду с надёжной защитой, подобный заполнитель увеличивает вес кабеля и усложняет технологию производства в связи с необходимостью установления контроля за процессом полимеризации.

В настоящее время для герметизации кабеля и надёжного заполнения внутренних пустот используются различные гидрофобные заполнители.

В предлагаемом техническом решении проблема герметизации пустот в силовом взрывобезопасном кабеле решается за счёт гидрофобного тиксотропного геля с пенетрацией при 25 °С 265÷500 ед. и температурой каплепадения не менее 150 °С. Данный гидрофобный тиксотропный заполнитель предназначен для заполнения свободного пространства между элементами кабеля, в т.ч. межпроволочного и межфазного пространства, изготовлен на основе базовых минеральных и низкотемпературных синтетических масел. Заполнитель имеет высокую адгезию к элементам кабеля, высокую температуру каплепадения (150 °С), при этом, указанная пенетрация характеризует более точные данные консистенции геля по сравнению с вязкостью, описывающей текучесть смазочного материала. Число пенетрации характеризует густоту геля и его способность проникать в зазоры между поверхностями и удерживаться там. Число пенетрации является основой для определения индекса класса консистенции геля по NLGI. Таким образом, число пенетрации при 25 °С 265÷500 ед. соответствует классу консистенции NLGI от 2 (мягкая) до 000 (жидкая), т.е. по консистенции это очень мягкий и текучий заполнитель, который заполняет собой все имеющиеся воздушные полости и микропространства. Гидрофобность геля также имеет большое значение, т.к. при малейшем контакте с влагой гель разбухает, заполняя собой всё свободное пространство. Тиксотропия представляет собой обратимый процесс образования и разрушения студнеобразных коллоидных структур, это свойство материала менять структуру в зависимости от внешних условий, структура тиксотропных систем в значительной степени позволяет устранить явление стекания геля с поверхности, в том числе вертикальной, тем самым предотвращая стекание геля с поверхности элементов кабеля. При механическом воздействии на гель, он становится более жидким, позволяя хорошо заполнять и вытеснять все воздушные включения, после прекращения воздействия, гель восстанавливает свои характеристики, не позволяя заполнителю стекать с поверхности. Тиксотропность напрямую связана с пенетрацией геля. Высокая температура каплепадения (150 °С) показывает, что даже при нагревании кабеля до максимальной рабочей температуры жил 90 °С, заполнитель не будет вытекать и выделяться на поверхности.

Герметизации только гелем или нитями с гелем достаточно при небольших объёмах пустот, например, межпроволочных, но межфазные пустоты при скрутке токопроводящих жил (особенно крупных сечений) характеризуются гораздо большим объёмом, поэтому такой герметизации недостаточно для эффективного препятствования проникновению и продольному передвижению газовоздушных взрывоопасных смесей внутри кабеля по пустотам скрутки. Поэтому для герметизации сердечника силового кабеля при скрутке герметизированных изолированных токопроводящих жил предложена герметизация, сочетающая жгут из мягкого полимерного материала, который заполняет собой основные пустоты в центре при скрутке с нитями и гелем. Заполнитель (жгут) из мягкого полимерного материала проходит через ёмкость с гидрофобным гелем, при помощи выходных калибров регулируется толщина слоя гидрофобного геля. Далее на заполнитель с нанесённым гелем накладываются нити. Нити равномерно распределяются по периметру заполнителя, и вокруг полученного элемента осуществляется скрутка изолированных жил. В процессе скрутки за счёт обжатия жилами заполнителя гель распределяется в оставшиеся пустоты. Таким образом, мы получаем полностью герметизированный сердечник, который можно использовать в силовых кабелях, предназначенных для эксплуатации во взрывоопасных зонах.

Осуществляется заявляемая полезная модель следующим образом.

Герметизация токопроводящих жил осуществляется с использованием синтетических нитей, геля, либо иных межпроволочных заполнителей. В частном случае силовой кабель может быть выполнен в огнестойком исполнении с наложением поверх токопроводящей жилы или электропроводящего экрана по жиле огнестойкого барьера из слюдосодержащих лент. На токопроводящие жилы (или слюдяную ленту) методом экструзии накладывают полимерную изоляцию, служащую основным электроизоляционным элементом. Изоляция может быть выполнена из таких материалов как, например, этиленпропиленовая резина, сшитый полиэтилен, поливинилхлорид в пожаробезопасном исполнении, безгалогенные композиции. В частном случае изготовления силового взрывобезопасного кабеля на среднее напряжение дополнительно накладывают внутренний электропроводящий экран по токопроводящей жиле и наружный электропроводящий экран по изоляции, выполненные, например, из электропроводящей резины или электропроводящей полимерной, или резиновой композиции. В кабелях в огнестойком исполнении электропроводящий экран по жиле выполняют в виде обмотки из электропроводящих лент. Назначение экранов заключается в равномерном распределении напряжённости электрического поля на границе между токопроводящей жилой и изоляцией или между изоляцией и металлическим экраном. Изолированные жилы многожильных кабелей или изолированные экранированные металлической проволокой жилы скручиваются вокруг герметизированного жгута из мягкого полимерного материала, например, из невулканизированной резины. Заполнитель из невулканизированной резины (или другого мягкого полимерного материала) проходит через ёмкость с гидрофобным гелем. Нити равномерно распределяются по периметру заполнителя и вокруг полученного элемента осуществляется скрутка изолированных жил. В качестве нитей может использоваться, например, полимерный синтетический волокнистый заполнитель. В процессе скрутки за счёт обжатия жилами сердечника гидрофобный тиксотропный гель распределяетсяв пустоты и заполняет внутренние и частично наружные промежутки между изолированными жилами и проволоками экрана в экранированных кабелях с индивидуальным экраном жил.

Затем накладывают внутреннюю оболочку, выпрессованную с одновременным заполнением наружных промежутков между жилами для дополнительной герметизации. В экранированных кабелях с общим экраном поверх внутренней оболочки накладывают герметизированный металлический экран. В частных случаях возможно одновременное использование металлического экрана и брони через разделительный слой из полимерного материала, нанесённого экструзией и сочетающегося с материалом внутренней и наружной оболочек. Наличие разделительного слоя характерно для кабелей на низкое напряжение. Поверх внутренней оболочки накладывают герметизированный металлический экран из медных лент, наложенных с перекрытием или герметизированный металлический экран, выполненный в виде множества медных проволок, поверх которых наложена либо медная лента, выполненная в виде обмотки, либо пасьма из медных проволок, выполненная в виде обмотки, либо в виде множества проволок из алюминия или алюминиевого сплава, обмотанных лентой, выполненной из алюминия или алюминиевого сплава. В отдельных случаях металлический экран выполняется из медных лент, наложенных с перекрытием. Межпроволочные пустоты между проволоками металлического экрана герметизируются, например, волокнистым синтетическим заполнителем, пропитанным гидрофобным тиксотропным гелем. В качестве полимерного синтетического волокнистого заполнителя может использоваться, например, полипропиленовый безгалогенный заполнитель. Заполнитель накладывается одновременно с проволоками экрана. Основным назначением металлического экрана является защита от воздействия электромагнитных помех, а также отвод токов короткого замыкания.

Затем поверх экструдированного полимерного разделительного слоя или поверх внутренней оболочки накладывается герметизированная броня из стальных оцинкованных лент, проволок или проволок из алюминия или алюминиевого сплава. При наложении брони, её герметизируют. Герметизация брони производится путём нанесения, например, гидрофобного тиксотропного геля или иным способом. При герметизации брони данным способом дополнительных обмоток не требуется. В некоторых случаях производится герметизация ленточной брони. Принцип её герметизации аналогичен принципу герметизации проволочной брони.

Материалами внутренней и наружной оболочек могут быть этиленпропиленовая резина или резина, не содержащая галогенов, поливинилхлорид в пожаростойком или хладостойком исполнении, полимерные безгалогеновые композиции или любые другие полимерные композиции пониженной пожароопасности и т.д.

Таким образом, получаем взрывобезопасный кабель и выполняем поставленную техническую задачу.

Claims (5)

1. Кабель силовой взрывобезопасный, содержащий герметизированные изолированные токопроводящие жилы, скрученные в сердечник с заполнителем, внутреннюю и наружную оболочки, отличающийся тем, что заполнитель сердечника содержит жгут из мягкого полимерного материала, нити и гидрофобный тиксотропный гель.

2. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящие жилы герметизированы гидрофобным тиксотропным гелем или гидрофобным тиксотропным гелем с синтетическими нитями.

3. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что сердечник герметизирован гидрофобным тиксотропным гелем с пенетрацией при 25 °С 265÷500 ед. и температурой каплепадения не менее 150 °С.

4. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что содержит герметизированный металлический экран.

5. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что поверх внутренней оболочки или подушки под броню наложена герметизированная броня.