RU2795264C1

RU2795264C1 - Cable sealing method (options) and sealed cable

Info

Publication number: RU2795264C1
Application number: RU2023100464A
Authority: RU
Inventors: Иван Николаевич Жовтоног
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НПП МЕТРОМАТИКА"
Filing date: 2023-01-12
Publication date: 2023-05-02

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: method for sealing air gaps in cable products with plastic and rubber insulation. It is achieved by pre-fabricating on extrusion equipment an insulating cord, round in cross section, from non-vulcanized silicone rubber, including semi-conductive and flame retardant, then the insulating cord is talced and fed to the twisting line in the center of the cable between insulated conductive cores, while the insulated cores are compressed during twisting and press the insulating cord into the central gaps between the insulated cores.

EFFECT: increasing the longitudinal tightness to limit combustible substances along the cable.

9 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу герметизации воздушных промежутков в кабельных изделиях с пластмассовой и резиновой изоляцией, находящихся во взрывоопасных зонах всех классов для ограничения перемещения горючих веществ в виде газа, пара, тумана, пыли, волокон или летучих частиц, а также для увеличения продольной и радиальной герметичности при проникновении воды в кабель. The invention relates to the field of electrical engineering, and in particular to a method for sealing air gaps in cable products with plastic and rubber insulation located in explosive zones of all classes to limit the movement of combustible substances in the form of gas, vapor, fog, dust, fibers or flying particles, as well as to increase longitudinal and radial tightness when water penetrates into the cable.

Из уровня техники известны различные конструкции герметизированных кабелей и способов их изготовления. In the prior art, various designs of sealed cables and methods for their manufacture are known.

Из уровня техники известен способ герметизации кабеля по патенту РФ №89755 на полезную модель «Кабель силовой (Варианты)» (МПК H01B9/00). Данный способ включает изготовление центрального элемента в силовом кабеле в виде центрального профильного секционного элемента, в секции которого уложены покрытые изоляцией токопроводящие жилы, при этом центральный профильный секционный элемент и изоляция токопроводящих жил, внутренняя и наружная оболочки выполнены из полимерных материалов. Данный аналог имеет ряд недостатков, во-первых, технология изготовления центрального профильного секционного элемента достаточно сложная и требует изготовления технологического инструмента под каждый маркоразмер кабеля; во-вторых, у данного центрального элемента недостаточно плотное прилегание к изолированным жилам в силу отсутствия адгезии между центральным элементом и изолированными жилами, поэтому кабель не является достаточно герметичным во взрывоопасных средах и воде.The prior art method of sealing the cable according to the patent of the Russian Federation No. 89755 for the utility model "Power Cable (Variants)" (IPC H01B9/00). This method includes the manufacture of a central element in a power cable in the form of a central profile sectional element, in the sections of which conductive conductors covered with insulation are laid, while the central profile sectional element and the insulation of the conductive conductors, the inner and outer shells are made of polymeric materials. This analogue has a number of disadvantages, firstly, the manufacturing technology of the central profile sectional element is rather complicated and requires the manufacture of a technological tool for each cable size; secondly, this central element does not have a tight enough fit to the insulated cores due to the lack of adhesion between the central element and the insulated cores, so the cable is not sufficiently tight in explosive atmospheres and water.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является способ герметизации кабеля по патенту РФ № 203498 «Кабель силовой герметизированный на среднее и высокое напряжение» (МПК H01B 7/295). Данный способ включает изготовление центрального элемента в виде жгута из невулканизированной резины и скрутку изолированных жил вокруг данного жгута, жгут в сердечнике может быть выполнен с добавлением синтетических нитей. Данный аналог имеет ряд недостатков, во-первых, резина относится к третьему классу опасности из-за пожароопасного свойства — горючести (способности вещества или материала к распространению пламенного горения или тления), следовательно центральный элемент снижает пожаробезопасность кабеля; во-вторых, невулканизированная резина низкой плотности недостаточно обеспечивает стойкость к механическим ударам из-за высокой пластичности и деформации, в-третьих, обычная резина является диэлектрическим материалом и в кабелях на среднее или высокое напряжение вызывает неровности электрического поля.The closest analogue (prototype) of the claimed invention is a cable sealing method according to RF patent No. 203498 "Sealed power cable for medium and high voltage" (MPK H01B 7/295). This method includes manufacturing a central element in the form of a bundle of unvulcanized rubber and twisting insulated cores around this bundle; the bundle in the core can be made with the addition of synthetic threads. This analog has a number of disadvantages, firstly, rubber belongs to the third hazard class due to the fire hazardous property - combustibility (the ability of a substance or material to spread flame burning or smoldering), therefore the central element reduces the fire safety of the cable; secondly, low-density unvulcanized rubber does not sufficiently provide resistance to mechanical shocks due to high ductility and deformation; thirdly, ordinary rubber is a dielectric material and causes uneven electric field in cables for medium or high voltage.

Задача заявленного изобретения заключалась в разработке нового способа изготовления центрального элемента, обеспечивающего максимальную герметичность и пожаробезопасность кабеля во взрывоопасных зонах, в том числе стойкость к гидростатическому давлению и механическому удару. Технический результат заключается в увеличении продольной герметичности для ограничения горючих веществ по кабелю, повышение пожаробезопасности во взрывоопасных средах, стойкости к механическому удару и гидростатическому давлению. Данный технический результат достигается за счет всей совокупности существенных признаков.The objective of the claimed invention was to develop a new method for manufacturing a central element that provides maximum tightness and fire safety of the cable in explosive areas, including resistance to hydrostatic pressure and mechanical shock. The technical result consists in increasing the longitudinal tightness to limit combustible substances along the cable, increasing fire safety in explosive environments, resistance to mechanical shock and hydrostatic pressure. This technical result is achieved due to the totality of essential features.

Сущность изобретения состоит в том, что способ герметизации кабеля заключается в том, что предварительно изготавливают на экструзионном оборудовании круглый в сечении кордель из невулканизированной силиконовой резины, в том числе полупроводящей и не распространяющей горение, затем кордель талькируют и подают на линию скрутки в центр кабеля между изолированными токопроводящими жилами, при этом изолированные жилы при скрутке сжимают и вдавливают кордель в центральные промежутки между изолированными жилами. Также способ герметизации кабеля заключается в том, что предварительно изготавливают на экструзионном оборудовании круглый в сечении кордель из силиконовой резиновой смеси с предварительно добавленным вулканизирующим агентом, в том числе полупроводящей и не распространяющей горение, затем кордель талькируют и подают на линию скрутки в центр кабеля между изолированными токопроводящими жилами, при этом изолированные жилы при скрутке сжимают и вдавливают кордель в центральные промежутки между изолированными жилами, затем осуществляют вулканизацию или частичную подвулканизацию корделя путем выдерживания скрученной заготовки в среде горячего воздуха или пара. Кроме того, в центр которого добавляют стальную оцинкованную проволоку диаметром не менее 0,3 мм. А вулканизацию или частичную подвулканизацию корделя осуществляют путем подачи тока на стальную оцинкованную проволоку. Причем вулканизацию или частичную подвулканизацию корделя из полупроводящей силиконовой смеси осуществляют путем выдерживания скрученной заготовки в среде пара при температуре не ниже 90 ^оС и давлении не менее 6 бар. Вместе с тем диаметр корделя 1 подбирают таким образом, чтобы заполнить все внутренние промежутки между изолированными жилами. Кроме того, кордель талькируют и укладывают в контейнер либо наматывают спирально на специальную тарелку. Кроме того, кордель получают с помощью охлаждаемых экструдеров. А герметичный кабель, включает сердечник, выполненный из корделя с вдавленными в него изолированными токопроводящими жилами, изготовленный заявленным способом.The essence of the invention lies in the fact that the cable sealing method consists in the fact that a cordel, round in cross section, is preliminarily made on extrusion equipment from unvulcanized silicone rubber, including semi-conductive and flame retardant, then the cordel is talcated and fed to the twisting line in the center of the cable between insulated conductors, while the insulated conductors, when twisted, compress and press the cord into the central gaps between the insulated conductors. Also, the cable sealing method consists in the fact that a cordel, round in cross section, is preliminarily made on extrusion equipment from a silicone rubber mixture with a pre-added vulcanizing agent, including semi-conductive and flame retardant, then the cordel is talcated and fed to the twisting line in the center of the cable between the insulated conductive cores, while the insulated cores during twisting compress and press the cordel into the central gaps between the insulated cores, then the cordel is vulcanized or partially scorched by keeping the twisted billet in a hot air or steam environment. In addition, a galvanized steel wire with a diameter of at least 0.3 mm is added to the center of which. And the vulcanization or partial vulcanization of the cordel is carried out by applying current to a galvanized steel wire. Moreover, vulcanization or partial vulcanization of a cordel from a semi-conductive silicone mixture is carried out by keeping the twisted workpiece in a steam environment at a temperature of at least 90 ^° C and a pressure of at least 6 bar. At the same time, the diameter of the cordel 1 is selected in such a way as to fill all the internal gaps between the insulated cores. In addition, the cordel is talcated and placed in a container or wound spirally on a special plate. In addition, cordel is obtained using cooled extruders. A hermetic cable includes a core made of a cordel with insulated conductive cores pressed into it, manufactured by the claimed method.

Изобретение поясняется графически, гдеThe invention is illustrated graphically, where

на фиг. 1 схематично показан процесс экструзии корделя из невулканизированной силиконовой резиновой смеси;in fig. 1 schematically shows the process of extrusion of cordel from unvulcanized silicone rubber compound;

на фиг. 2 показан силовой кабель с сформированным центральным элементом.in fig. 2 shows a power cable with a central element formed.

Способ герметизации кабеля заключается в том, что предварительно на экструзионном оборудовании изготавливают круглый в сечении кордель 1 из невулканизированной силиконовой резины, не распространяющей горение. В качестве которой используют, например, невулканизированную силиконовую резину марки «Пентасил 9901», выпускаемую по ТУ 22.19.20-301-40245042-2017 или резину высокой плотности марки «Пента-505М» по ТУ 2512-299-40245042-2016 без добавления вулканизирующего агента. Диаметр корделя 1 подбирают таким образом, чтобы заполнить все внутренние промежутки между изолированными жилами 2. Затем кордель 1 талькируют и укладывают в контейнер, либо наматывают спирально на специальную тарелку. Далее контейнер либо тарелку с корделем 1 подают на линию скрутки изолированных жил 2, где кордель 1 используют в качестве центрального элемента сердечника. При этом, использование специальной тарелки предпочтительно, так как при установке на вращающийся стол, кордель 1 будет сматываться равномерно. Далее кордель 1 подают в центр силового кабеля между изолированными жилами 2, при этом изолированные жилы 2 при скрутке сжимают и вдавливают кордель в центральные промежутки между изолированными жилами, обеспечивая хорошую адгезию и герметичность центрального элемента. В силовых кабелях на среднее и высокое напряжение используют кордель 1, выполненный из полупроводящей невулканизированной силиконовой резины, например, марки «Пентасил 16703», выпускаемую по ТУ 2512-261-40245042-20120. Кордель 1, выполненный из полупроводящей силиконовой резины, выравнивает электрическое поле и обеспечивает его симметрию вокруг жил 2 кабеля в кабелях среднего и высокого напряжения.The cable sealing method consists in the fact that the cordel 1, round in cross section, is first made on extrusion equipment from non-vulcanized silicone rubber that does not spread combustion. As which is used, for example, unvulcanized silicone rubber brand "Pentasil 9901", produced according to TU 22.19.20-301-40245042-2017 or high-density rubber brand "Penta-505M" according to TU 2512-299-40245042-2016 without the addition of vulcanizing agent. The diameter of the cordel 1 is selected in such a way as to fill all the internal gaps between the insulated cores 2. Then the cordel 1 is talcified and placed in a container, or wound spirally on a special plate. Next, a container or a plate with cordel 1 is fed to the stranding line of insulated cores 2, where cordel 1 is used as the central element of the core. At the same time, the use of a special plate is preferable, since when installed on a rotating table, cordel 1 will be wound evenly. Next, the cordel 1 is fed into the center of the power cable between the insulated cores 2, while the insulated cores 2, when twisted, compress and press the cordel into the central gaps between the insulated cores, ensuring good adhesion and tightness of the central element. In power cables for medium and high voltage, cordel 1 is used, made of semi-conductive unvulcanized silicone rubber, for example, Pentasil 16703 brand, manufactured according to TU 2512-261-40245042-20120. Cordel 1, made of semi-conductive silicone rubber, equalizes the electric field and ensures its symmetry around cable cores 2 in medium and high voltage cables.

Также способ герметизации кабеля заключается в том, что предварительно на экструзионном оборудовании изготавливают круглый в сечении кордель 1 из силиконовой резиновой смеси с предварительно добавленным вулканизирующим агентом, например, перекись бис-(2,4-дихлорбензоила). При добавлении вулканагента в резиновую смесь сшивка силиконовой резины происходит под воздействием повышенной температуры. Условия вулканизации резины зависят от введенного вулканагента и его количества. Например, для силиконовой резиновой смеси марки «Пентасил 16703» подходит только перекись 2,5-диметил-2,5-ди-(трет-бутилперокси) гексана. Данный кордель 1 изготавливают на экструзионном оборудовании. Также при изготовлении корделя на экструзионном оборудовании в центр корделя 1 можно добавить стальную оцинкованную проволоку диаметром не менее 0,3 мм. Вулканизацию или частичную подвулканизацию центрального элемента из силиконовой резиновой смеси с добавленным вулканагентом осуществляют после деформации невулканизированной силиконовой резины при скрутке сердечника кабеля путем воздействия повышенной температуры воздуха не ниже 60 ^оС в специальной камере, либо путем подачи тока на стальную оцинкованную проволоку, находящуюся в центре корделя 1. Под воздействием тока проволока разогревается и осуществляет прогрев корделя 1, который под воздействием температуры вулканизируется. Диапазон тока, диаметр используемой проволоки и время выдержки подбирают в зависимости от размеров корделя 1. Вулканизацию или частичную подвулканизацию корделя 1 из полупроводящей силиконовой резиновой смеси осуществляют в специальной камере путем выдерживания скрученной заготовки в среде пара при температуре не ниже 90 ^оС и давлении не менее 6 бар. Продолжительность вулканизации и время пребывания должны быть отрегулированы в зависимости от сечения электрического кабеля и материала изоляции токопроводящих жил 2.Also, the cable sealing method consists in the fact that the cordel 1, round in cross section, is preliminarily made on extrusion equipment from a silicone rubber mixture with a preliminarily added vulcanizing agent, for example, bis-(2,4-dichlorobenzoyl) peroxide. When a vulcanizing agent is added to the rubber compound, the crosslinking of silicone rubber occurs under the influence of elevated temperature. Conditions for rubber vulcanization depend on the introduced vulcanizing agent and its quantity. For example, only 2,5-dimethyl-2,5-di-(tert-butylperoxy)hexane peroxide is suitable for Pentasil 16703 brand silicone rubber compound. This cordel 1 is made on extrusion equipment. Also, when manufacturing a cordel on extrusion equipment, galvanized steel wire with a diameter of at least 0.3 mm can be added to the center of cordel 1. Vulcanization or partial vulcanization of the central element of a silicone rubber compound with an added vulcanizing agent is carried out after deformation of the unvulcanized silicone rubber during twisting of the cable core by exposure to an elevated air temperature of at least 60 ^° C in a special chamber, or by applying current to a galvanized steel wire located in the center of the cordel 1. Under the influence of current, the wire heats up and warms up cordel 1, which vulcanizes under the influence of temperature. The current range, the diameter of the wire used and the exposure time are selected depending on the size of cordel 1. Vulcanization or partial vulcanization of cordel 1 from a semi-conductive silicone rubber mixture is carried out in a special chamber by keeping the twisted workpiece in a steam environment at a temperature of at least 90 ^° C and a pressure of at least 6 bar. The duration of vulcanization and residence time must be adjusted depending on the cross-section of the electrical cable and the insulation material of the conductors 2.

Центральный элемент в виде круглого корделя 1 из силиконовых резин получают с помощью охлаждаемых экструдеров. Это особенно важно в случаях, когда используют вулканизующий агент на основе перекиси, поскольку максимальная производительность при этом может быть достигнута только в условиях охлаждения цилиндра экструдера. В экструдер вводят готовые к применению смеси в виде резиновых лент, которые нарезают из поставляемых пластин, либо предварительно подготовленных рулонов с лентой. При использовании лент материал предварительно наматывают на специальную бобину, которая может быть установлена на вращающийся стол. Отсюда силиконовая резиновая лента втягивается автоматически. Для обеспечения равномерной подачи материала экструдер оборудуют подающим роликом. В целях увеличения компрессии применяют шнеки с уменьшающимся диаметром червяка и/или шагом резьбы. Наиболее оптимально применение шнеков с диаметром от 45 до 90 мм и отношением длины шнека к диаметру цилиндра экструдера от 10 до 20. Чем более крупными будут экструдер и шнек, тем меньшей будет скорость шнека и тем меньше, соответственно, будет производиться теплоты в результате трения. Подвулканизации силиконовой резины в головке экструдера можно избежать, если последняя будет иметь только минимальный дополнительный объем и не будет иметь мертвых пространств. Конечно же, головка экструдера тоже должна быть охлаждаемой. Для получения силиконовой резиновой смеси высокой степени чистоты применяют сетку (плетением приблизительно 100 микрон). Сетка также способствует увеличению обратного потока в экструдере, повышая эффективность гомогенизации и способствуя удалению пузырьков воздуха. The central element in the form of a round cordel 1 made of silicone rubber is produced using cooled extruders. This is especially important when a peroxide-based curing agent is used, since maximum productivity can only be achieved when the extruder barrel is cooled. Ready-to-use mixtures are introduced into the extruder in the form of rubber bands, which are cut from the supplied plates, or pre-prepared rolls with tape. When using tapes, the material is pre-wound on a special reel, which can be installed on a rotating table. From here, the silicone rubber band retracts automatically. To ensure a uniform supply of material, the extruder is equipped with a feed roller. In order to increase compression, screws with a decreasing screw diameter and/or thread pitch are used. The most optimal use of screws with a diameter of 45 to 90 mm and a ratio of the length of the screw to the diameter of the extruder barrel from 10 to 20. The larger the extruder and screw, the lower the speed of the screw and the less heat will be produced as a result of friction. Scorching of the silicone rubber in the die can be avoided if the die has only minimal additional volume and no dead spaces. Of course, the extruder head must also be cooled. A mesh (weave of approximately 100 microns) is used to obtain a high purity silicone rubber compound. The mesh also helps increase extruder backflow, improving homogenization efficiency and helping to remove air bubbles.

Преимущества силиконовой резиновой смеси: температура эксплуатации материала от –70 °C до +200 °C, не выделяет никаких агрессивных газов, поскольку не содержат галогеносодержащих веществ; применение силиконовой резиновой смеси с антипиренами повышает пожаробезопасность кабеля и позволяет применять ее в кабелях, не распространяющих горение по категории «А» ГОСТ 31565-2012, обеспечивает высокую адгезию с изолированными жилами кабеля, что максимально обеспечивает его герметичность. Применение центрального элемента, выполненного из резин с высокой плотностью или не распространяющих горение, в том числе вулканизированных позволяет увеличить стойкость кабеля к механическому удару.Advantages of the silicone rubber compound: operating temperature of the material from -70 °C to +200 °C, does not emit any aggressive gases, since it does not contain halogen-containing substances; the use of a silicone rubber compound with flame retardants increases the fire safety of the cable and allows it to be used in cables that do not spread combustion according to category "A" GOST 31565-2012, provides high adhesion with insulated cable cores, which ensures its tightness to the maximum. The use of a central element made of high-density or flame-retardant rubbers, including vulcanized ones, makes it possible to increase the resistance of the cable to mechanical shock.

Claims

1. A method for sealing a cable, which includes pre-fabrication on extrusion equipment of a cordel, round in cross section, made of unvulcanized silicone rubber, including semi-conductive and flame retardant, then the cordel is talcated and fed to the twisting line in the center of the cable between insulated conductive cores, while the insulated cores when twisting, the cordel is compressed and pressed into the central gaps between the insulated cores.

2. A method for sealing a cable, which includes the preliminary production of a round-section cordel from a silicone rubber mixture with a pre-added vulcanizing agent, including semi-conductive and flame-retardant, on extrusion equipment, then the cordel is talcated and fed to the twisting line in the center of the cable between insulated conductive cores , while the insulated cores during twisting compress and press the cordel into the central gaps between the insulated cores, then the cordel is vulcanized or partially scorched by keeping the twisted billet in a hot air or steam environment.

3. The method according to claim 2, characterized in that galvanized steel wire with a diameter of at least 0.3 mm is added to the center of the cordel.

4. The method according to p. 3, characterized in that the vulcanization or partial vulcanization of the cordel is carried out by applying current to a galvanized steel wire.

5. The method according to p. 2, characterized in that the vulcanization or partial scorch of a flame-retardant silicone rubber cord is carried out by keeping the twisted workpiece in hot air at a temperature of at least 60 ^° C.

6. The method according to claim 2, characterized in that the vulcanization or partial vulcanization of the semi-conductive silicone rubber cordel is carried out by keeping the twisted workpiece in a steam environment at a temperature of at least 90 ° C and a pressure of at least 6 bar.

7. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the diameter of the cordel 1 is selected in such a way as to fill all the internal gaps between the insulated cores.

8. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the cordel is talcated and placed in a container or wound spirally on a special plate.

9. Sealed cable, including a core made of cordel with insulated conductors pressed into it, made by the method according to any one of paragraphs. 1-8.