Силовой кабель

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкции многожильных кабелей с пластмассовой изоляцией, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии и электрических сигналов в стационарных установках на номинальное переменное напряжение до 1 кВ включительно при температуре окружающей среды от минус 50 до плюс 50ºС при относительной влажности до 98%. Техническим результатом патентуемого решения является упрощение производства и монтажных работ кабеля, увеличение стойкости кабеля к механическим воздействиям, а также повышение пожаробезопасности (снижение горючести, дымовыделения и выделения хлора в условиях пожара). Заявленный технический результат достигается за счет конструкции силового кабеля, содержащего скрученные в одном направлении токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией из поливинилхлоридного пластиката и расположенную поверх токопроводящих жил внешнюю оболочку, при этом в пространстве между токопроводящими жилами и оболочкой расположен заполнитель междужильного пространства на полиолефиновой основе, включающий, мас.ч.:

- полиолефиновая основа - 100,

- антипирен-дымоподавитель - 200÷470,

- не содержащий хлора ациклический углеводород - 0,1÷30

- карбонат кальция - 0,1÷190

- алифатическая карбоновая кислота - 0,1÷10

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкции многожильных кабелей с пластмассовой изоляцией, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии и электрических сигналов в стационарных установках на номинальное переменное напряжение до 1 кВ включительно при температуре окружающей среды от минус 50 до плюс 50ºС при относительной влажности до 98%.

В настоящее время известны различные конструкции силовых кабелей.

Так, из описания к патенту РФ 68172 (опубликован 10.11.2007) известен кабель силовой на напряжение 6 и 10 кВ, не распространяющий горение, содержащий три медные токопроводящие жилы и последовательно расположенные на каждой из них наложенные экструзией первый экран из электропроводящей сшитой композиции полиэтилена, изоляцию из сшитой композиции полиэтилена, второй экран из электропроводящей сшитой композиции полиэтилена, обмотку лентой из электропроводящего материала, металлический экран из медных проволок, скрепленных спирально наложенной медной лентой, жилы скручены в общий сердечник, межфазное заполнение и экструдированную наружную оболочку, при этом он дополнительно снабжен расположенным внутри сердечника центральным заполнением, выполненным из экструдированной полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 35, и последовательно наложенными поверх межфазного заполнения внутреннюю оболочку, выполненную из полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 35, и броню в виде обмотки из двух стальных оцинкованных лент, наложенных с перекрытием, при этом межфазное заполнение выполнено из полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 55, и наружная оболочка выполнена из полиолефиновой композиции, не содержащей галогенов, с кислородным индексом не менее 45.

Кроме этого, в патенте РФ 13516 (опубликован 20.04.2000) раскрыт кабель, содержащий скрученные в одном направлении токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией из полимерного материала, и расположенную поверх скрученных токопроводящих жил оболочку из поливинилхлоридного пластиката, при этом изоляция выполнена из термоэластопласта на основе полиэтилена высокого давления или блок-сополимера пропилена с этиленом.

Наиболее близким аналогом к заявленному решению является силовой кабель, известный из патента 20407 (опубликован 27.10.2001). Силовой кабель содержит скрученные в одном направлении токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией из поливинилхлоридного пластиката и расположенную поверх токопроводящих жил внешнюю оболочку из поливинилхлоридного пластиката, при этом изоляция и внешняя оболочка выполнена из поливинилхлоридного пластиката.

Недостатками известных кабелей является то, что при их изготовлении материалы изоляции, заполнения междужильного пространства и оболочки, в силу схожей природы применяемых материалов, часто слипаются между собой, что вызывает трудности при разделке кабельного изделия при монтажных работах, а также иногда требует применения специальных приспособлений. Кроме этого, известный кабель в условиях пожара выделяет хлористый водород, который, как известно, в условиях пожара является коррозионно-активным веществом.

Техническим результатом патентуемого решения является упрощение производства и монтажных работ кабеля, увеличение стойкости кабеля к механическим воздействиям, а также повышение пожаробезопасности (снижение горючести, дымовыделения и выделения хлора в условиях пожара).

Заявленный технический результат достигается за счет конструкции силового кабеля, содержащего скрученные в одном направлении токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией из поливинилхлоридного пластиката и расположенную поверх токопроводящих жил внешнюю оболочку, выполненную из ПВХ-пластиката пониженной пожароопасности, при этом в пространстве между токопроводящими жилами и оболочкой расположен заполнитель междужильного пространства на полиолефиновой основе, включающий, мас.ч.:

- полиолефиновая основа - 100,

- антипирен-дымоподавитель - 200÷470.

- не содержащий хлора ациклический углеводород - 0,1÷30

- карбонат кальция - 0,1÷190

- алифатическая карбоновая кислота - 0,1÷10

В качестве полиолефиновой основы, применяемой при производстве кабельного заполнителя, может использоваться полиэтилен высокого давления марки 11503-070 (ГОСТ 16337-77), сополимер этилена с винилацетатом марок Сэвилен 11507-070 или Сэвилен 11607-040, Сэвилен 11808-340.

В качестве антипирена-дымоподавителя может использоваться, в частности, гидроксид алюминия в сочетании с боратом цинка, при содержании бората цинка 0,1-50 мас.ч., антипирен марки Экопирен 3,5С, характеризующийся пламягасящими и противодымными свойствами. За счет того, что реакция термического разложения гидроксида алюминия и антипирена марки Экопирен 3,5С носит эндотермический характер, энергия горения полимера будет поглощаться и, соответственно, температура на горящей поверхности снизится. Кроме этого, вода, выделяющаяся при разложении антипирена, от температурного воздействия переходит в воздушную среду в виде водяного пара, что практически не влияет на светопропускание воздушной среды и не приводит к повышению задымленности окружающей среды.

Увеличенное, по сравнению с составом наиболее близкого аналога, содержание антипирена позволит существенно снизить дымовыделение при горении и тлениии полиолефиновой матрицы.

В качестве не содержащего хлора ациклического углеводорода может быть применен полиизобутилен (либо модификатор Пента 1006 ТУ 2257-204-40245042-2007), в качестве алифатической карбоновой кислоты может быть применена стеариновая кислота.

Карбонат кальция используется в композиции в качестве наполнителя для максимального снижения объема горючих компонентов в кабельном заполнителе, а также для улавливания хлористого водорода, выделяющегося при горении смежной поливинилхлоридной композиции.

Оболочка может быть изготовлена из полимерных композиций, исключающих миграцию пластификаторов из них наружу при контакте композиции с материалом заполнения при температурах до 70ºС. В частности, для придания кабелю требуемых свойств по пожаробезопасности, оболочка изготавливается из поливинилхлоридной композиции пониженной пожароопасности.

Поверх заполнителя междужильного пространства может быть нанесен защитный барьер, выполненный из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности марки ППО 30-35 (ТУ 2246-475-05761784-2004) либо аналогичных марок с физико-механическими и химическими показателями не ниже, чем у пластиката ППО 30-35. Поверх защитного барьера наносят слой брони. Броня представляет собой стальную оцинкованную ленту толщиной 0,3-0,5 мм.

Как показали проведенные испытания, использование комплекса перечисленных материалов позволит получить полимерную композицию заполнителя с низким дымовыделением, а также с кислородным индексом не менее 35.

Хорошая отделяемость всех элементов конструкции кабеля друг от друга достигается наличием в конструкции кабельного изделия слоя заполнителя, который совместим с поливинилхлоридными композициями и не вызывает миграции пластификаторов из конструктивно смежных материалов. При наложении заполнения отсутствует негативный эффект прилипания покровов между собой.

Далее приводятся сведения со ссылками на фигуры, подтверждающие возможность осуществления патентуемого решения.

На фигуре 1 представлено сечение кабеля;

На фигуре 2 - сечение кабеля, снабженного защитным барьером и броней.

Силовой кабель содержит скрученные в одном направлении токопроводящие жилы 1, покрытые изоляцией 2, поверх которой расположен заполнитель 3 междужильного пространства и оболочка 4.

Дополнительно кабель может быть снабжен броней 5, расположенной поверх защитного барьера 6. Токопроводящие жилы 1 изготавливаются из марок меди или алюминия, предназначенных для электротехнической промышленности.

Скрутка проволоки для многопроволочных жил производится на стандартном крутильном оборудовании. Затем на токопроводящие жилы 1 на экструзионном оборудовании наносится изоляция 2. Изолированные жилы скручивают в одну сторону на крутильном оборудовании. Поверх скрученных изолированных жил на экструзионном оборудовании наносят заполнитель 3 междужильного пространства, поверх которого на экструзионном оборудовании, расположенном последовательно за экструдером нанесения заполнения, накладывается, в зависимости от конструкции кабеля, либо защитный барьер 6, либо оболочка 4. В случае выполнения конструкции кабеля с защитным барьером наложение брони 5 производится на стандартном оборудовании - бронеобмотчике.

Далее полезная модель поясняется конкретными примерами.

Пример 1.

Силовой кабель был выполнен в виде скрученных в одном направлении токопроводящих медных жил, покрытых изоляцией из поливинилхлоридного пластиката, оболочка кабеля была изготовлена из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности марки ППО 30-35 (ТУ 2246-475-05761784-2004), а пространство между токопроводящими жилами и оболочкой было заполнено составом, содержащим, мас.ч.:

- полиэтилен высокого давления марки 11503-070 - 100,

- Экопирен 3,5С - 250,

- не содержащий хлора ациклический углеводород (полиизобутилен) - 25,

- карбонат кальция - 170,

- алифатическую карбоновую кислоту (стеариновую) - 8.

Пример 2.

Конструкция силового кабеля была аналогична конструкции, приведенной в примере 1. Состав заполнителя содержал, мас.ч.:

- сополимер этилена с винилацетатом марки Сэвилен 11808-340 - 100,

- антипирен-дымоподавитель (гидроксид алюминия в сочетании с боратом цинка, при содержании бората цинка 10 масс.ч) - 350

- не содержащий хлора ациклический углеводород (полиизобутилен) - 1,

- карбонат кальция - 70,

- алифатическая карбоновая кислота (стеариновая) - 10.

Пример 3.

Силовой кабель был выполнен в виде скрученных в одном направлении токопроводящих медных жил, покрытых изоляцией из поливинилхлоридного пластиката, поверх которых был наложен слой заполнителя, покрытый защитным барьером. Поверх защитного барьера располагался бронепокров, покрытый оболочкой. Защитный барьер и оболочка кабеля были изготовлены из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности марки ППО 30-35 (ТУ 2246-475-05761784-2004), а пространство между токопроводящими жилами и защитным барьером было заполнено составом, содержащим, мас.ч.:

- сополимер этилена с винилацетатом марки Сэвилен 11808-340 - 100,

- антипирен-дымоподавитель (гидроксид магния) - 350,

- не содержащий хлора ациклический углеводород (полиизобутилен) - 1,

- карбонат кальция - 70,

- алифатическая карбоновая кислота (стеариновая) - 10.

Пример 4.

Конструкция силового кабеля была аналогична конструкции, приведенной в примере 1. Состав заполнителя содержал, мас.ч.:

- сополимер этилена с винилацетатом марки Сэвилен 11607-040 - 100,

- антипирен-дымоподавитель (гидроксид магния в сочетании с боратом цинка, при содержании бората цинка 50 масс.ч) - 370,

- не содержащий хлора ациклический углеводород (полиизобутилен) - 1,

- карбонат кальция - 40,

- алифатическая карбоновая кислота (стеариновая) - 8.

Пример 5.

Конструкция силового кабеля была аналогична конструкции, приведенной в примере 1. Состав заполнителя содержал, мас.ч.:

- полиэтилен высокого давления марки 11503-070 - 100,

- антипирен-дымоподавитель (гидроксид алюминия в сочетании с боратом цинка, при содержании бората цинка 10 масс.ч) - 340,

- не содержащий хлора ациклический углеводород (Пента 1006) - 28,

- карбонат кальция - 80,

- алифатическая карбоновая кислота (стеариновая) - 5.

Образцы патентуемого кабеля, раскрытые в примерах 1-5, были испытаны на нераспространение горения при расположении пучком по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005, на дымовыделение при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 61034-2-2005 и на коррозионную активность продуктов дымогазовыделения при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 60754-2-99.

Для всех образцов получены результаты, которые приведены в таблице:

Характеристики кабелей
		Кабельное изделие
Наименование характеристики	Технические требования
		Кабель по патенту 20407	Предлагаемый кабель. Образцы 1-5
Нераспространение горения по ГОСТ Р МЭК 60332-3-22-2005	Длина выгоревшего участка не более 2,5 м	не более 1,5 м, соответствует	не более 1,5 м, соответствует
Дымовыделение при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 61034-2-2005	Сохранение светопроницаемости от 50 до 75%
42% не соответствует	57% соответствует
Коррозионная активность продуктов дымогазовыделения при горении и тлении по ГОСТ Р МЭК 60754-1-99 и ГОСТ Р МЭК 60754-2-99 (для категории ПКА1 ГОСТ Р 53315-2009):
- содержание газов галогенсодержащих кислот в пересчете на HCl
не более 5,0 мг/г	36,5	29,6
- проводимость водного раствора с адсорбированными продуктами дымовыделения
не более 10,0 мкСм/мм	13-20	10-11
- показатель рН (кислотное число)		2,1-2,5 не соответствует
не менее 4,3	4,5-4,9 соответствует

1. Силовой кабель, содержащий скрученные в одном направлении токопроводящие жилы, каждая из которых покрыта изоляцией из поливинилхлоридного пластиката и расположенную поверх токопроводящих жил внешнюю оболочку, отличающийся тем, что в пространстве между токопроводящими жилами и оболочкой расположен заполнитель междужильного пространства, включающий, мас.ч.:

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что в качестве полиолефиновой основы применяется сополимер этилена с винилацетатом.

3. Кабель по п.1, отличающийся тем, что кабель снабжен защитным барьером и расположенной поверх него броней.

4. Кабель по п.1, отличающийся тем, что в качестве антипирена-дымоподавителя применяется гидроксид магния в сочетании с боратом цинка при содержании бората цинка 0,1-50 мас.ч. или гидроксид алюминия в сочетании с боратом цинка при содержании бората цинка 0,1-50 мас.ч.

5. Кабель по п.1, отличающийся тем, что в качестве не содержащего хлора ациклического углеводорода применяется модификатор Пента 1006.