RU2535603C2 - Кабель электрический холодостойкий, преимущественно взрывопожаробезопасный, нераспространяющий горение, для искробезопасных цепей - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к конструкциям электрических многожильных холодостойких кабелей, не распространяющих горение, предназначенных для фиксированного межприборного монтажа электрических устройств промышленных предприятий, в том числе, во взрывоопасных зонах всех классов при использовании различных методов взрывозащиты. Кабель содержит сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной однопроволочной или многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы (1), или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару или тройку, или четверку, наложенный поверх сердечника заполнитель (3) и влагозащитную оболочку (6). При этом влагозащитная оболочка выполнена не менее чем из двух экструдированных полимерных слоев из специального поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением с кислородным индексом не менее 35, с проложенной между ними оплеткой или обмоткой с плотностью не менее 10% и не более 50% из прочных нитей (4,5), причем в промежутках между нитями названные слои сварены друг с другом, а изоляция и заполнитель выполнены из материала пониженной пожароопасности. Кабели могут применяться при минимальной температуре окружающей среды до минус 60°C при одновременном выполнении требований по нераспространению горения при групповой прокладке и ограничению дымогазовыделения, что позволит создать кабельные линии без разделения на кабели внутренней и внешней прокладки. 26 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к конструкциям электрических многожильных кабелей, холодостойких, нераспространяющих горение, 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.

Известен патент на полезную модель RU №109318, МПК: Н01В 7/04, «Кабель монтажный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе, для искробезопасных цепей (варианты)».

Кабель по этой полезной модели содержит сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы, или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару или тройку, или четверку, заполнитель и влагозащитную оболочку. В первом варианте заполнитель выполнен из вспененного материала и наложен поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля. Во втором варианте заполнитель выполнен из вспененного материала и введен в воздушные полости сердечника и названных групп, обеспечивая их частичную продольную герметизацию. В третьем варианте заполнитель выполнен из вспененного материала и наложен поверх сердечника с целью обеспечения круглой цилиндрической формы кабеля, а также введен в воздушные полости сердечника и названных групп, обеспечивая их частичную продольную герметизацию.

В последнее время проектные организации при проектировании кабельных сетей с применением монтажных кабелей для объектов нефтегазового и химического комплексов предъявляют к конструкциям монтажных кабелей одновременное выполнение трех требований: холодостойкость не выше температуры минус 60°С, нераспространение горения при групповой прокладке и ограничение дымообразования при горении и тлении кабелей, которое не должно приводить к снижению светопроницаемости более чем на 50%.

Для кабелей с полимерными изоляцией и оболочкой, прокладываемых во взрывоопасных зонах согласно ПУЭ («Правила устройства электроустановок», 6 издание, С-Пб, из-во «ДЕАН, 2004 г.) п. 7.3.102, могут применяться только кабели с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией и оболочкой. В патенте на полезную модель RU №109318 предусмотрена конструкция кабеля с изоляцией, заполнителем и оболочками из силиконовой резины. Однако в ряде случаев применение таких кабелей экономически нецелесообразно из-за высокой стоимости силиконовой резины.

В патенте RU №109318 предусмотрена также конструкция с изоляцией, заполнителем и оболочками из поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением и кислородным индексом не менее 30, которая обеспечивает выполнение требований по нераспространению горения при групповой прокладке и дымогазовыделению, но имеет температуру холодостойкости минус 30°С. Достижение температуры холодостойкости минус 60°С для указанного пластиката не представляется возможным, так как используемые антипирены и дымоподавители снижают до минимума электрическое сопротивление изоляции, снижение температуры холодостойкости производится за счет увеличения содержания пластификатора, который в свою очередь, снижает электрическое сопротивление изоляции. Совместное действие всех добавок приводит к тому, что кабель не соответствует требованию по электрическому сопротивлению изоляции. Отсутствие дешевого разрешенного материала, отвечающего одновременно требованиям по холодостойкости с температурой не выше минус 60°С и повышенной пожаробезопасности, является недостатком конструкций по патенту на полезную модель RU №109318.

Известен кабель по патенту на полезную модель RU №49342, Н01В 7/04, «Кабель морской грузонесущий». А также аналогичный ему кабель по патенту на полезную модель RU №52247, Н01В 7/00, «Гибкий грузонесущий кабель», отличающийся, по сути, только более конкретным исполнением сердечника.

Кабель состоит из медных токопроводящих жил, изолированных резиной, и двухслойной резиновой маслостойкой оболочки с экранированной сигнальной парой и вспомогательной жилой, причем между внутренней и наружной оболочкой расположены упрочняющие жгуты.

Однако упрочняющие жгуты предназначены для защиты всего кабеля от механических нагрузок: гидростатического давления до 1,96 МПа (20 кгс/см²) и номинального разрывного усилия до 200 кН, поэтому они воспринимают на себя всю нагрузку, и соединение между внутренней и наружной оболочкой с жгутами не требуется.

При изменении конструктивных размеров под воздействием низких температур упрочняющие жгуты и наружная оболочка по отдельности воспринимают возникающие механические усилия и жгуты не защищают наружную оболочку от растрескивания.

Кроме того, по условиям применения (морская вода), кабель имеет резиновые изоляцию и оболочку и не может обеспечить выполнение требований пониженной пожароопасности, указанные выше (нераспространение горения при групповой прокладке и ограничение дымообразования при горении и тлении кабелей, которое не должно приводить к снижению светопроницаемости более чем на 50%), что является недостатком данного кабеля с точки зрения эксплуатации во взрывоопасных зонах при температуре холодостойкости до минус 60°С.

Известен кабель по патенту на полезную модель RU №50041, Н01В 7/04, «Кабель морской грузонесущий».

Кабель содержит медные токопроводящие жилы, изолированные резиной, и двухслойную резиновую маслостойкую оболочку. Между внутренней и наружной оболочками расположена оплетка из синтетических нитей. С рассматриваемой точки зрения он имеет те же недостатки, что и кабель по патенту на полезную модель RU №49342, усугубляющиеся тем, что при прикладываемых механических нагрузках (радиальное гидростатическое давление до 1,96 МПа (20 кгс/см²) и напряжение при перемотках не менее 20 кгс), плотность оплетки должна быть близкой к 100%, что препятствует возможному сращиванию наружной и внутренней оболочек.

Известен провод по патенту на полезную модель RU №52514, Н01В 7/00 «Плавучий провод связи».

Провод содержит сердечник, скрученный из изолированных токопроводящих жил, поясную изоляцию, упрочняющий грузонесущий элемент и оболочку, при этом сердечник выполнен из четного числа изолированных полиэтиленом токопроводящих медных жил, скрученных в пары и/или четверки, оболочка выполнена из водопроницаемого полимерного материала с плотностью не более 0,70 г/см³, а упрочняющий грузонесущий элемент наложен на поясную изоляцию в виде повивов из синтетических нитей или жгутов нитей с удельной прочностью при разрыве не менее 1,8 Н/текс.

Недостатком этой конструкции является то, что оболочка (судя по плотности 0,70 г/см³) выполняется из вспененного материала, который при экструдировании и возможном контакте с поясной изоляцией имеет малую площадь соприкосновения и быстро остывает, что не обеспечит свариваемости, если грузонесущий элемент будет выполнен с такой плотностью обмотки, что возможно частичное соприкосновение между оболочкой и поясной изоляцией .Известен кабель по патенту на полезную модель RU №63553, G02B 6/44, «Подогреваемый волоконно-оптический кабель». Кабель состоит из не менее одного оптического модуля, включающего не менее одного оптического волокна в заполненной гидрофобным компаундом полимерной трубке, силового элемента и наружной полимерной защитной оболочки, по меньшей мере, с одним электропроводящим слоем под защитной оболочкой. В зависимом п.7 указано, что силовой элемент расположен под наружной оболочкой и выполнен из продольно уложенных высокомодульных технических волокон или нитей в виде кольцевого слоя. В зависимом п.10 указано, что все полимерные элементы выполнены из пожаростойкой самозатухающей полимерной композиции.

Известно (Замятин И.А., Ильин А.А., Ларин Ю.Т. «Кабели оптические», М., «Принт-Сервис», 2010), что силовой элемент в виде арамидных нитей под наружной оболочкой используется в самонесущих конструкциях, подвешиваемых на опорах связи или железнодорожных опорах на воздухе. Предъявляемые требования по разрывной прочности требуют использования большого количества прочных нитей, технология наложения которых препятствует соединению наружной и внутренней оболочек между собой, а также внедрению нитей в наружную оболочку. К кабелю не предъявляют требования пониженной пожарной опасности и оболочки изготавливают из полиэтилена. Требования пониженной пожароопасности предъявляются к кабелям внутриобъектовым, но в этом случае арамидные нити применяют не к защите кабеля, а к защите оптического волокна и прокладывают их непосредственно в сердечнике или в виде буферной защиты оптического волокна. В этом случае арамидные нити не защищают наружной оболочки от напряжений, возникающих при пониженной до минус 60°С температуре окружающей среды.

В качестве прототипа выберем конструкцию кабеля по патенту на полезную модель RU №109318.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в создании кабеля электрического холодостойкого, преимущественно взрывопожаробезопасного, нераспространяющего горение, в том числе, для искробезопасных цепей, обеспечивающего одновременно холодостойкость с температурой не выше минус 60°С с повышенными требованиями пожаробезопасности в виде нераспространения горения при групповой прокладке и снижения светопроницаемости не более чем на 50% в процессе дымообразования при горении и тлении кабелей.

Технический результат достигается тем, что предлагается кабель электрический холодостойкий, преимущественно взрывопожаробезопасный, нераспространяющий горение, в том числе для искробезопасных цепей, содержащий сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной однопроволочной или многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы, или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару или тройку, или четверку, наложенный поверх сердечника заполнитель и влагозащитную оболочку. При этом изоляция и заполнитель выполнены из материала пониженной пожароопасности, а влагозащитная оболочка выполнена не менее чем из двух экструдированных полимерных слоев из поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением с кислородным индексом не менее 35, с проложенной между ними оплеткой или обмоткой с плотностью не менее 10% и не более 50% из прочных нитей, причем в промежутках между нитями названные слои сварены друг с другом.

При охлаждении большинство полимеров, применяемых для изготовления изоляции и оболочек кабелей, уменьшаются в объеме и становятся хрупкими. При прокладке кабель, как правило, претерпевает изгибы. При этом часть наружной поверхности кабеля, лежащая ближе к центру изгиба, сжимается, а часть наружной поверхности, лежащая дальше от центра изгиба, наоборот растягивается. Снижение температуры приводит к дополнительному сжатию и удлинению соответствующих частей поверхности, и при некоторой температуре, как правило, силы растяжения превышают предельно допустимые и полимер растрескивается.

Известен способ борьбы с растрескиванием: для этого изготавливают композитный материал.

В полимерную матрицу (основу) вводят прочные нитеобразные или волокнистые материалы. Известно, что в стержне из армированного стекловолокном поливинилхлорида, содержащего 25 вес. % волокон боросиликатного стекла, 98% нагрузки воспринимается стекловолокном и только 2% - поливинилхлоридом (Л. Ван Флек «Теоретическое и прикладное материаловедение», М., Атомиздат, 1975 г.). При этом при воздействии на кабель окружающей среды с температурой не менее минус 60°С в статическом положении будет отсутствовать растрескивание полимерной матрицы.

Здесь следует учесть, что в кабеле нити или волокна нельзя прокладывать продольно (параллельно центральной оси кабеля). В этом случае они за счет меньшего относительного удлинения будут прорывать полимерную основу. Поэтому в кабеле армирующие нити в оболочке должны прокладываться в виде оплетки или обмотки.

При правильном подборе нитей (нераспространяющие горение стекловолокно или арамидные нити) требования пожарной безопасности будут определяться только полимерными элементами конструкции кабелей.

Если подобрать поливинилхлоридные пластикаты пониженной пожарной опасности: для изоляции - марки ППИ 30-30 с кислородным индексом 30, для заполнителя - ППВ 28 с кислородным индексом 28, для оболочки - ППО 30-35 с кислородным индексом 35, то кабель будет соответствовать исполнению «нг-LS» (по ГОСТ Р 53315-2009 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний»), характеризующимся нераспространением горения при групповой прокладке и снижением светопроницаемости при дымообразовании в процессе горения и тления кабельных изделий не более чем на 50% («Кабели и провода. Основы кабельной техники» под редакцией И.Б. Пешкова, М., Энергоатомиздат, 2009 г.). Таким образом, при подборе для изоляции и заполнителя материалов пониженной пожароопасности, выполнении влагозащитной оболочки в виде двух слоев из поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением с кислородным индексом не менее 35, с размещенной между ними оплеткой или обмоткой с плотностью не менее 10% и не более 50% из прочных нитей, причем в промежутках между нитями названные слои сварены друг с другом, будет осуществляться достижение технического результата.

Сваривание двух слоев влагозащитной оболочки между собой в местах отсутствия прочных нитей происходит самопроизвольно при экструзионном наложении внешнего слоя, за счет разогрева нижнего слоя при контакте с экструдируемой массой полимера внешнего слоя, имеющего температуру примерно 160-200°C (выполняется при использовании однородных материалов для обоих слоев влагозащитной оболочки).

Форма токопроводящей жилы (однопроволочная или многопроволочная) не влияет на достижение технического результата. Но в зависимости от угла, под которым жила подходит к соединительному устройству, однопроволочная жила может оказаться под избыточным механическим воздействием при наличии вибрации и треснуть в месте перегиба. Для повышения надежности токопроводящих жил при наличии вибрации их изготавливают многопроволочными, скрученными из нескольких проволок. Однако многопроволочная жила дороже, так как для ее изготовления требуется две дополнительные операции: тонкого волочения и скрутки проволок в жилу.

Для обеспечения компактности сердечника при числе жил или групп более одной целесообразно скрутить их между собой в сердечник.

При условии прокладки кабеля во взрывоопасных зонах в соответствии с требованиями п. 7.3.102 ПУЭ целесообразно изоляцию токопроводящих жил изготавливать из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 30 с пониженным дымогазовыделением.

При условии предъявления требования по ограничению выделения при горении и тлении кабеля галогенсодержащих кислот целесообразно изоляцию токопроводящих жил изготавливать из безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35.

Для условий прокладки кабелей при требовании повышенной гибкости для изоляции выбирают полиолефиновый или полиуретановый термопластичный эластомер с кислородным индексом не менее 29. При этом полиолефиновый термопластичный эластомер дешевле полиуретанового, но полиуретановый термопластичный эластомер выдерживает до 1 миллиона изгибов при температуре минус 30°С и может применяться в условиях подвижного монтажа при отрицательных температурах до минус 50°С с определенным числом изгибов в зависимости от температуры.

Для условий прокладки кабелей при требовании повышенной гибкости и работе в широком диапазоне температур для изоляции выбирают силиконовую резину. При предъявлении дополнительного требования огнестойкости выбирают керамизирующуюся силиконовую резину.

В случае обеспечения передачи по группам (парам) высокочастотных сигналов, с целью снижения коэффициента затухания, целесообразно выполнять изоляцию из сшитого полиэтилена, разрешенного к применению во взрывоопасных зонах техническим циркуляром Ассоциации «Росэлектромонтаж» №14/2006 от 16.10.2006 г. «О применении кабелей из сшитого полиэтилена в кабельных сооружениях, в том числе, во взрывоопасных зонах», одобренным Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор). В этом случае экструдированная поясная изоляция, заполнитель, влагозащитная оболочка выполняются из других материалов, отвечающих иным требованиям, например повышенным требованиям пожарной безопасности.

При предъявлении к кабелям требований 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 бандаж не менее чем из одной слюдинитовой ленты обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным слоем внутрь, для формирования огнестойкого крепления, 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 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 группы 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, он должен быть выполнен 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 не менее чем одной полимерной лентой, причем толщину названных полимерной оболочки и поясной изоляции по индивидуальным и групповым экранам выбрать такой, чтобы она выдерживала испытание 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.

Материал для экструдированной полимерной оболочки, по индивидуальным и групповым экранам, как правило, выбирают из тех же соображений, что и материал для изоляции и заполнителя.

Для кабелей, прокладываемых из взрывоопасной зоны в невзрывоопасную с целью обеспечения частичной продольной герметизации целесообразно заполнитель дополнительно ввести в воздушные полости сердечника и названных групп.

Для облегчения конструкции кабеля и снижения материалоемкости целесообразно заполнитель выполнить из вспененного материала.

Для обеспечения комплекса заявляемых свойств кабеля заполнитель целесообразно выполнять на основе материала, однородного с материалом изоляции.

Для обеспечения выполнения требований пониженной пожароопасности целесообразно использовать стеклянные или арамидные нити, выбор которых определяется допустимыми растягивающими усилиями. В указанном порядке увеличивается разрывная прочность и, одновременно, стоимость нитей.

При предъявлении к нитям дополнительного требования электропроводности в качестве нитей могут быть использованы металлические проволоки.

С целью идентификации в процессе эксплуатации целесообразно оболочку кабелей для искробезопасных цепей окрашивать в синий цвет.

Согласно ПУЭ (Правила устройства электроустановок), 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.

С целью предотвращения продольного распространения воды под броней в случае нарушения целостности влагозащитной оболочки при эксплуатации во влажной среде под броню целесообразно дополнительно проложить слой водоблокирующего материала.

Для улучшения технологии и предотвращения возможного разрушения заполнителя в момент наложения брони целесообразно под броню наложить экструзионным методом промежуточную оболочку из полимерного материала, однородного с материалом названной влагозащитной оболочки, или обмотку не менее чем одной полимерной лентой с перекрытием. Выбор между промежуточной оболочкой и обмоткой осуществляется на основании степени разрушающего воздействия брони в процессе наложения и из экономических соображений.

В диапазоне положительных температур есть критическая температура, при которой свойства обычных материалов резко меняются. Для ряда широко применяемых полимерных материалов такой температурой является плюс 80°С. В то же время существуют аварийные режимы, при которых кабель должен некоторое время оставаться работоспособным при повышенной температуре (например: плюс 100°С). Для того чтобы кабели отвечали такому требованию в полимеры вводят специальные добавки. В то же время полиолефиновые и полиуретановые термопластичные эластомеры выдерживают температуру плюс 125-150°С в обычном исполнении, а силиконовая резина - плюс (180-200)°С в обычном исполнении.

Кабели, эксплуатирующиеся в условиях возможности наступления аварийного режима с повышением температуры окружающей среды до 100°С, целесообразно выполнять из полимеров, имеющих температуру плавления не ниже 105°С.

Для условий прокладки кабелей с множественными изгибами на минимально допустимый радиус целесообразно изготовить изоляцию комбинированной, состоящей не менее чем из двух экструдированных полимерных слоев с проложенной между ними оплеткой или обмоткой с плотностью не менее 10% и не более 50% из прочных нитей, причем в промежутках между нитями названные слои сварены друг с другом.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером выполнения, представленным чертежом поперечного сечения трехжильного кабеля.

Изображенный на чертеже кабель электрический холодостойкий, преимущественно взрывопожаробезопасный, нераспространяющий горение, в том числе, для искробезопасных цепей, содержит сердечник, состоящий из трех скрученных между собой семипроволочных медных токопроводящих жил 1, изолированных 2 поливинилхлоридным пластикатом с кислородным индексом не менее 30, с пониженным дымогазовыделением, с наложенным поверх сердечника заполнителем 3, выполненным на основе поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 28 с пониженным дымогазовыделением и влагозащитной оболочкой, выполненной не менее чем из двух экструдированных полимерных слоев 4 и 6 из поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением с кислородным индексом не менее 35, с проложенной между ними оплеткой 5 с плотностью 25% из стеклопряжи.

Технология изготовления кабелей согласно заявляемому изобретению 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.

Многопроволочные токопроводящие жилы 1 скручиваются из необходимого количества проволок на крутильных машинах сигарного, рамочного или фонарного типа.

Изоляция 2 из поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера наносится экструзионным способом на экструзионных линиях и на линиях непрерывной вулканизации - при использовании сшитого полиэтилена или силиконовой резины.

Скрутка изолированных жил в группы - пару, тройку или четверку или в сердечник производится обычно на машинах рамочного или фонарного типов.

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 металлополимерной 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 металлополимерной ленты металлом внутрь с подпуском медной луженой дренажной жилы при одновременном наложении заполнителя из поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера на экструзионной линии или силиконовой резины на линии непрерывной вулканизации.

При изготовлении комбинированного электрического экрана металлополимерную ленту подпускают продольно с перекрытием металлическим слоем кверху под оплетку или обмотку на оплеточной или обмоточной машине, соответственно.

Обмотка и бандаж из полимерных и слюдинитовых лент изготавливаются методом наложения 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.

Оболочки по экранам накладывают из поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера на экструзионных линиях или силиконовой резины на линиях непрерывной вулканизации.

Заполнитель 3 из поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера накладывается экструзионным способом на экструзионных линиях и на линиях непрерывной вулканизации при использовании силиконовой резины. Введение заполнителя 8 в воздушные пустоты сердечника и групп производится послойным экструдированием сначала групп, затем каждого повива.

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.

Слои влагозащитной оболочки 4 и 6 накладывают экструзионным способом на экструзионных линиях из специального поливинилхлоридного пластиката.

Прочные нити в разделяющем слое 5 влагозащитной оболочки в виде оплетки накладывают на оплеточных машинах, в виде обмотки - на обмоточных машинах.

Водоблокирующий слой накладывается водоблокирующей лентой обмоткой по спирали на обмоточной машине.

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 проверки достижения технического результата был изготовлен опытный образец кабеля, соответствующий изображенному на чертеже, длиной 1 км. Кабель содержал сердечник, состоящий из трех скрученных между собой многопроволочных медных токопроводящих жил 1, с изоляцией 2 из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 30 с пониженным дымогазовыделением. Поверх сердечника был наложен заполнитель 3, выполненный на основе поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 28 с пониженным дымогазовыделением. Влагозащитная оболочка была выполнена в виде двух слоев 4 и 6 из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 35. Слой 5 из прочных нитей выполнен в виде оплетки плотностью 25% из стеклопряжи.

Испытание на воздействие температуры минус 60°С (холодостойкость) проводили по ГОСТ 20.57.406-81 (метод 203) на трех образцах длиной (2,0±0,2) м, навитых на цилиндры с минимально допустимым диаметром. Образцы помещали в камеру холода с заранее установленной температурой (минус 60°С±2°С) и выдерживали в течение 4 часов. После извлечения образцов из камеры и выдержки в течение 1 часа производили смотку с цилиндра и визуальный осмотр с целью проверки на наличие трещин.

Три образца кабеля длиной по (1,00±0,05) м были испытаны на дымообразование по ГОСТ Р МЭК 61034-2-2005. От оставшейся длины кабеля были отобраны образцы длиной по 3,5 м для образования пучка с объемом горючей массы 7 л на погонный метр и испытаны на нераспространение горения при групповой прокладке по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005.

Для оценки свариваемости наружного и внутреннего слоев влагозащитной оболочки 4 и 6 друг с другом получали тонкий цилиндрический срез влагозащитной оболочки и визуально рассматривали под микроскопом.

Результаты показали отсутствие трещин при испытании на холодостойкость, падение светопроницаемости в камере при дымообразовании (43-48) % при нормируемом значении не более 50% и подтвердили нераспространение горения при групповой прокладке (длина выгоревшей части составила 1,21 м при нормируемом значении не более 2,5 м).

Визуальный осмотр тонкого среза оболочки под микроскопом показал, что в ромбовидных ячейках оплетки между нитями наблюдалось сваривание наружного и внутреннего слоев влагозащитной оболочки друг с другом.

Образцы кабеля испытания выдержали, что подтверждает достижение технического результата.

Claims (27)

1. Кабель электрический холодостойкий, преимущественно взрывопожаробезопасный, нераспространяющий горение, в том числе, для искробезопасных цепей, содержащий сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной однопроволочной или многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы, или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару или тройку, или четверку, наложенный поверх сердечника заполнитель и влагозащитную оболочку, отличающийся тем, что изоляция и заполнитель выполнены из материала пониженной пожароопасности, а влагозащитная оболочка выполнена не менее чем из двух экструдированных полимерных слоев из поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением с кислородным индексом не менее 35, с проложенной между ними оплеткой или обмоткой с плотностью не менее 10% и не более 50% из прочных нитей, причем в промежутках между нитями названные слои сварены друг с другом.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что при числе названных жил или групп в сердечнике более одной жилы или группы скручены между собой в сердечник.

3. Кабель по п.1, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил выполнена экструзионным способом из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 30, с пониженным дымогазовыделением или безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35, или полиолефинового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или полиуретанового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или сшитой полиэтиленовой композиции, или силиконовой резины, в том числе, керамизирующейся в условиях воздействия пламени.

4. Кабель по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно поверх названных токопроводящих жил наложено не менее одной слюдинитовой ленты обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным слоем внутрь.

5. Кабель по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что названная изоляция названных токопроводящих жил имеет индивидуальную расцветку или цветовую маркировку, причем расцветка выполнена количеством однородных цветов, достаточным для обеспечения различия названных групп в сердечнике между собой по комбинации цветов названной изоляции или маркировки изоляции токопроводящих жил и для обеспечения различия этих жил между собой по цвету названной изоляции или цвету маркировки внутри каждой группы и в сердечнике, скрученном из отдельных изолированных токопроводящих жил.

6. Кабель по п.1, отличающийся тем, что смежные группы имеют согласованные шаги скрутки, причем шаг скрутки в группу двух названных токопроводящих жил не превышает 0,1 м, трех названных токопроводящих жил не превышает 0,15 м, четырех названных токопроводящих жил не превышает 0,2 м.

7. Кабель по п.1, отличающийся тем, что на каждую названную группу дополнительно наложена обмотка не менее чем из одной полимерной ленты с перекрытием.

8. Кабель по п.1, отличающийся тем, что поверх сердечника дополнительно наложен бандаж не менее чем из одной диэлектрической ленты с перекрытием обмоткой по спирали или продольно.

9. Кабель по п.8, отличающийся тем, что бандаж по сердечнику выполнен из полиэтилентерефталатной или поливинилхлоридной, или полиэтиленовой, или полиамидной ленты.

10. Кабель по п.8, отличающийся тем, что бандаж по сердечнику выполнен из слюдинитовой ленты слюдяным слоем внутрь.

11. Кабель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен не менее чем с одним экраном.

12. Кабель по п.11, отличающийся тем, что экран выполнен индивидуальным, наложенным на названную изолированную токопроводящую жилу, или групповым, наложенным на названную группу, или общим, наложенным поверх сердечника или бандажа сердечника, причем поверх каждого индивидуального или группового экрана наложена экструзионным способом полимерная оболочка или поясная изоляция в виде обмотки по спирали с перекрытием не менее чем одной полимерной лентой, а толщина названных оболочки или поясной изоляции по индивидуальным или групповым экранам выбрана такой, чтобы она выдерживала испытание напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными или групповыми, или общим экранами.

13. Кабель по п.11, отличающийся тем, что экран выполнен не менее чем одной металлополимерной лентой, наложенной металлом внутрь с перекрытием обмоткой по спирали или продольно с проложенной под ним экранной проволокой.

14. Кабель по п.11, отличающийся тем, что экран выполнен в виде обмотки или оплетки из медных или медных луженых проволок.

15. Кабель по п.14, отличающийся тем, что под экран в виде обмотки или оплетки дополнительно наложена металлом кверху с перекрытием металлополимерная лента продольно или обмоткой по спирали.

16. Кабель по п.12, отличающийся тем, что названная экструдированная полимерная оболочка поверх индивидуального или группового экрана выполнена из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 35 с пониженным дымогазовыделением или безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35, или полиолефинового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или полиуретанового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или силиконовой резины, в том числе керамизирующейся в условиях воздействия пламени.

17. Кабель по п.1, отличающийся тем, что заполнитель дополнительно введен в воздушные полости сердечника и названных групп, обеспечивая их частичную продольную герметизацию.

18. Кабель по любому из пп.1 или 17, отличающийся тем, что заполнитель выполнен из вспененного материала.

19. Кабель по любому из пп.1 или 17, отличающийся тем, что заполнитель выполнен на основе поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 28, с пониженным дымогазовыделением, или безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 28, или полиолефинового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 28, или полиуретанового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 28, или силиконовой резины, в том числе керамизирующейся в условиях воздействия пламени.

20. Кабель по п.1, отличающийся тем, что между названными полимерными слоями влагозащитной оболочки проложена оплетка или обмотка из стеклянных, или арамидных нитей.

21. Кабель по п.1, отличающийся тем, что между названными полимерными слоями влагозащитной оболочки проложена оплетка или обмотка из металлических проволок.

22. Кабель по п.1, отличающийся тем, что для искробезопасных кабелей влагозащитная оболочка выполнена синего цвета или с продольной синей полосой.

23. Кабель по п.1, отличающийся тем, что под влагозащитную оболочку дополнительно проложена броня из круглых стальных проволок обмоткой по спирали или в виде оплетки или не менее чем из одной стальной ленты обмоткой по спирали, или продольно из предварительно гофрированной стальной ленты, ламинированной полимером.

24. Кабель по п.23, отличающийся тем, что под броню дополнительно проложен слой водоблокирующего материала.

25. Кабель по п.23, отличающийся тем, что под броню дополнительно наложена экструзионным методом промежуточная оболочка из полимерного материала, однородного с материалом названной влагозащитной оболочки, или обмотка не менее чем одной полимерной лентой с перекрытием.

26. Кабель по п.1, отличающийся тем, что изоляция, промежуточная оболочка и влагозащитная оболочка выполнены из теплостойких материалов с температурой плавления не ниже 105°С.

27. Кабель по п.1, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил выполнена не менее чем из двух экструдированных полимерных слоев, с проложенной между ними оплеткой или обмоткой с плотностью не менее 10% и не более 50% из прочных нитей, причем в промежутках между нитями названные слои сварены друг с другом.