Огнестойкий кабель с изоляцией из кремнийорганической резины

 

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к кабелям, способным сохранять работоспособность в условиях, когда они подвергаются воздействию открытого огня. Огнестойкий кабель содержит заключенный во внешнюю оболочку сердечник, состоящий, по меньшей мере, из двух изолированных токопроводящих жил. Изолирующая оболочка каждой изолированной токопроводящей жилы выполнена из кремнийорганической резины, способной керамизироваться под воздействием пламени. Внешняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 14%, а его прочность на разрыв составляет не менее 10,5 МПА. Достигается повышение механической прочности огнестойкого кабеля при сохранении в целом его огнестойких свойств, а также упрощение технологии производства огнестойкого кабеля.

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к кабелям, способным сохранять работоспособность в условиях, когда они подвергаются воздействию открытого огня.

Из патентной публикации RU 53807U1, H01B 7/00, 27.05.2006 известен кабель, содержащий заключенные во внутреннюю и внешнюю оболочки изолированные токопроводящие жилы, каждая из которых содержит проводник, на который последовательно наложены огнеупорный барьер в виде обмотки из слюдосодержащей ленты и полимерная изоляция (далее - изолирующая оболочка). Изолирующие оболочки токопроводящих жил, а также внутренняя и внешняя оболочки выполнены из ПВХ-пластиката.

Слюдосодержащая лента, как правило, представляет собой основу из стекловолокна или полимера с закрепленным на ней слоем слюды. Обмотка, выполненная из слюдосодержащей ленты, позволяет известному кабелю выдерживать воздействие открытого огня в течение некоторого времени, в то время как полимерная изоляция токопроводящих жил и другие его внешние слои уничтожены огнем. Такое качество известного кабеля обеспечивается за счет слюды, не разрушающейся под воздействием высоких температур и создающей барьер между проводниками, когда их изолирующие оболочки перестают выполнять свои функции.

Использование ПВХ-пластиката в качестве материала для изолирующих оболочек и внешней оболочки позволяет обеспечить механическую прочность кабеля при обычных условиях эксплуатации, а также делает производство кабеля относительно простым и технологичным. Кроме того, выбор ПВХ-пластиката в качестве материала для оболочек обусловлен его способностью самостоятельно затухать при вынесении из пламени. Такое свойство ПВХ-пластиката предположительно объясняется наличием атомов хлора в структурной цепи ПВХ. При горении из ПВХ-пластиката выделяется хлористый водород, что приводит к снижению температуры в зоне горения и самозатуханию материала при прекращении воздействия открытого огня.

Однако известный кабель, хотя и имеет некоторые огнестойкие свойства, не удовлетворяет современному требованию к огнестойкости, выраженному в виде норматива к минимальному времени до наступления пробоя между проводниками под воздействием открытого огня. Данный факт объясняется тем, что ПВХ-пластикат при плавлении или горении образует вещества, которые при соединении с парами воды характеризуются высокой электропроводимостью, предположительно упомянутый ранее хлористый водород. При активном горении изолирующих оболочек его концентрация увеличивается, он проникает под обмотки из слюдосодержащих лент, и в результате происходит ускоренный электрический пробой между проводниками даже при сохранении целостности огнеупорного барьера.

Кроме того, хлористый водород, выделяющийся при горении ПВХ-пластикатов, является весьма токсичным веществом, чрезвычайно опасным для людей и при этом вызывающим ускоренную коррозию оборудования. Для решения данной проблемы были разработаны и предложены на рынке ПВХ-пластикаты, характеризующиеся пониженным газо- и дымовыделением, а также пониженной массовой долей выделяющегося хлористого водорода, например ПВХ-пластикаты типа «ПП». Огнестойкость кабелей с оболочками из ПВХ-пластикатов, имеющих такие свойства (исполнение кабеля - нг-LS), повышается, однако, не достигает требуемого уровня.

Из патентной публикации RU 99652U1, H01B 7/295, 20.11.2010 известен огнестойкий кабель, содержащий заключенные во внешнюю оболочку изолированные токопроводящие жилы, каждая из которых содержит проводник, снабженный изолирующей оболочкой. Изолирующие оболочки токопроводящих жил и внешняя оболочка выполнены из кремнийорганической резины. Данное решение выбрано в качестве прототипа полезной модели.

Кремнийорганические резины, применяемые для производства изолирующих оболочек кабелей, в нормальных условиях эксплуатации обеспечивают эффективную изоляцию токопроводящих жил, а при горении образуют плотный керамический слой, создающий огнеупорный барьер. Кроме того, кремнийорганические резины практически не содержат галогенов, а значит, при плавлении или горении не выделяют соединений, характеризующихся повышенной электропроводимостью. Далее, кремнийорганические резины относятся к материалам, не распространяющим горение и способным к самозатуханию. Таким образом, кабель, выбранный в качестве прототипа, значительно дольше сохраняет работоспособность в условиях воздействия открытого огня и в целом соответствует современным требованиям по пожарной безопасности.

Однако прототип имеет существенный недостаток. При всех достоинствах кремнийорганических резин, применяемых для изготовления внешних оболочек и повышающих пожарную безопасность кабелей, они характеризуются сравнительно низкой механической прочностью. Прочность на разрыв указанных кремнийорганических резин, составляет не более 9 МПа, в то время как у известных ПВХ-пластикатов, используемых для изготовления внешних оболочек, данный параметр превышает 10 МПа. Зачастую неудовлетворительным является и низкое сопротивление кремнийорганических резин раздиру, составляющее, как правило, менее 20 Н/мм, что вдвое меньше, чем у большинства ПВХ-пластикатов, используемых для изготовления внешних оболочек.

Задачей полезной модели является повышение механической прочности огнестойкого кабеля.

Для решения поставленной задачи предложен огнестойкий кабель, сердечник которого включает, по меньшей мере, две изолированные токопроводящие жилы. Каждая из изолированных токопроводящих жил содержит проводник, снабженный изолирующей оболочкой. Указанные изолирующие оболочки выполнены из кремнийорганической резины, способной керамизироваться под воздействием пламени. При этом сердечник заключен во внешнюю оболочку, выполненную из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 14%, а его прочность на разрыв составляет не менее 10,5 МПА.

В частном случае полезной модели внешняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката, прочность которого на разрыв составляет не менее 12 МПА.

В другом частном случае полезной модели внешняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 8%.

В предпочтительном случае полезной модели внешняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 10%, а его прочность на разрыв составляет не менее 11,5 МПА.

Сердечник огнестойкого кабеля может быть предварительно заключен во внутреннюю оболочку, выполненную из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 8%. При этом внутренняя оболочка может быть выполнена из ПВХ-пластиката, при горении которого указанный показатель составляет не более 5%.

В частном случае полезной модели на сердечник огнестойкого кабеля предварительно наложена обмотка из слюдосодержащей ленты.

В еще одном частном случае полезной модели на сердечник предварительно наложена обмотка из фольги или проволочная оплетка. При наличии обмотки из слюдосодержащей ленты обмотка из фольги или проволочная оплетка накладываются на нее.

При использовании полезной модели достигаются следующие технические результаты:

- повышение механической прочности огнестойкого кабеля при сохранении в целом его огнестойких свойств;

- упрощение технологии производства огнестойкого кабеля. Осуществление полезной модели будет пояснено ссылками на фигуру с изображением поперечного сечения предложенного огнестойкого кабеля. Конструкция данного огнестойкого кабеля приведена в качестве примера наилучшего использования полезной модели и не ограничивает объем охраняемых прав.

Огнестойкий кабель содержит сердечник 1, состоящий из четырех скрученных между собой изолированных токопроводящих жил 2. Каждая изолированная токопроводящая жила включает металлический проводник 3, как правило, состоящий из скрученных медных проволок. На проводник наложена изолирующая оболочка 4, выполненная из кремнийорганической резины. Данный материал характеризуется приемлемыми уровнями пластичности и электрического сопротивления и, таким образом, способен в нормальных условиях обеспечить эффективную изоляцию токопроводящей жилы.

Кремнийорганическая резина не поддерживает горение, однако, при повышении температуры горит с образованием твердого материала, похожего на керамику. При горении изолирующей оболочки, выполненной из кремнийорганической резины, она керамизируется, и на проводнике образуется твердый слой, способный выполнять функцию огнеупорного барьера. Указанный огнеупорный барьер предотвращает непосредственный контакт проводников, кроме того, изолирует их от электропроводящих веществ, выделяющихся в результате горения других элементов кабеля.

Сердечник заключен во внешнюю оболочку 5, защищающую кабель от влаги и механических воздействий. С целью обеспечения механической прочности кабеля внешняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката, прочность на разрыв которого составляет не менее 10,5 МПа, что существенно больше, чем у кремнийорганической резины, используемой для выполнения внешней оболочки в прототипе. Кроме того, ПВХ-пластикату присуще хорошее сопротивление раздиру, заметно превосходящее значения данного показателя для кремнийорганической резины.

Для того чтобы не ухудшить огнестойкость предложенного кабеля, используемый для выполнения его внешней оболочки ПВХ-пластикат обладает также следующим качеством: при его горении массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 14%.

Поскольку используемый для изготовления внешней оболочки предложенного кабеля ПВХ-пластикат характеризуется сравнительно малым количеством выделяемых при его горении электропроводящих соединений, то в области сердечника их концентрация оказывается недостаточной для возникновения электрического пробоя между жилами, защищенными огнеупорным барьером из керамизированной кремнийорганической резины. Таким образом, предложенный кабель сохраняет в целом огнестойкие свойства прототипа и при этом характеризуется существенно более высокой механической прочностью.

Следует отметить, что хотя основной галогенной кислотой, выделяющейся при горении ПВХ-пластиката, является хлористый водород, наравне с ним в небольших количествах могут выделяться и другие галогенные кислоты, образованные галогенами, содержащимися в пластификаторе и других добавках. Для упрощения их совокупной количественной оценки используется интегральный показатель - массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород. Одна из методик расчета указанного интегрального показателя приведена в ГОСТ Р МЭК 60754-1-99.

В случае если приоритетом является механическая прочность огнестойкого кабеля, его внешняя оболочка может быть выполнена из ПВХ-пластиката, прочность которого на разрыв составляет не менее 12 МПА, при этом массовая доля выделяющихся при горении данного ПВХ-пластиката галогенных кислот в пересчете на хлористый водород будет находиться вблизи 14%.

Если же приоритет отдается более высокой огнестойкости кабеля, то его внешняя оболочка может быть выполнена из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 8%, при этом прочность на разрыв данного ПВХ-пластиката будет находиться вблизи 10,5 МПа.

Оптимальный для большинства вариантов применения огнестойкого кабеля баланс между его механическими и огнестойкими свойствами достигается при выполнении его внешней оболочки из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 10%, а его прочность на разрыв составляет не менее 11,5 МПА.

В частном случае полезной модели огнестойкий кабель может быть снабжен внутренней оболочкой 6, обеспечивающей дополнительную механическую защиту токопроводящих жил и способствующей сохранению круглой формы поперечного сечения кабеля. Поскольку прочностные качества кабеля обеспечиваются внешней оболочкой, то требования к материалу внутренней оболочки, касающиеся его механических свойств, могут быть снижены.

Оптимальным вариантом представляется выполнение внутренней оболочки из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 8%. В этом случае при горении кабеля концентрация электропроводящих галогенных соединений в области сердечника будет еще более низкой. Следовательно, введение в конструкцию такой внутренней оболочки повышает огнестойкость предложенного кабеля.

Внутренняя оболочка может быть также выполнена из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 5%, что увеличит огнестойкие свойства кабеля при незначительном ухудшении его механических свойств.

Материалы, используемые согласно заявленной полезной модели для выполнения внешней и внутренней оболочек огнестойкого кабеля, известны из уровня техники. К ним относятся, например, ПВХ-пластикаты типа «ПП»: ППО и ППВ, которые предназначены для изготовления внешней и внутренней оболочек соответственно. Следует отметить, что массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород при горении обычного ПВХ-пластиката, составляет более 20%.

В другом частном случае полезной модели сердечник огнестойкого кабеля снабжен общим огнеупорным барьером 7, выполненном в виде обмотки слюдосодержащей лентой, наложенной с перекрытием. При горении внутренней и внешней оболочек кабеля общий огнеупорный барьер препятствует проникновению к изолированным токопроводящим жилам соединений с повышенной электропроводимостью. Применение общего огнеупорного барьера еще более снижает вероятность наступления электрического пробоя между проводниками и, таким образом, повышает огнестойкость кабеля. Обмотка из слюдосодержащей ленты может состоять из нескольких последовательно наложенных слюдосодержащих лент.

В еще одном частном случае полезной модели сердечник огнестойкого кабеля снабжен экраном 8, который при наличии общего огнеупорного барьера накладывается поверх него. Экран может быть выполнен в виде проволочной оплетки или обмотки из фольги, наложенной с перекрытием. Помимо функции экранирования электромагнитных полей такой экран способствует механической защите керамического слоя, образованного на проводниках при сгорании изолирующих оболочек и отличающегося некоторой хрупкостью. Таким образом, применение металлического экрана также способствует повышению огнестойких свойств предложенного кабеля.

Использование ПВХ-пластикатов для выполнения внутренней и внешней оболочек позволяет одновременно получить и другой технический результат - повышение производительности производства огнестойкого кабеля относительно прототипа. Скорость наложения оболочек из ПВХ-пластиката заметно выше, чем аналогичный показатель для кремнийорганической резины, поскольку для ее вулканизации требуется длительная выдержка изделия при высокой температуре. Кроме того, наложение оболочек из ПВХ-пластиката не требует использования сложного оборудования, необходимого для вулканизации кремнийорганической резины, в том числе нагревательных устройств большой протяженности, что в свою очередь снижает энергоемкость производства.

1. Огнестойкий кабель, сердечник которого включает, по меньшей мере, две изолированные токопроводящие жилы, каждая из которых содержит проводник, снабженный изолирующей оболочкой, выполненной из кремнийорганической резины, способной керамизироваться под воздействием пламени, при этом

сердечник заключен во внешнюю оболочку, выполненную из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 14%, а его прочность на разрыв составляет не менее 10,5 МПа.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что внешняя оболочка, выполнена из ПВХ-пластиката, прочность которого на разрыв составляет не менее 12 МПа.

3. Кабель по п.1, отличающийся тем, что внешняя оболочка, выполнена из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 8%.

4. Кабель по п.1, отличающийся тем, что внешняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 10%, а его прочность на разрыв составляет не менее 11,5 МПа.

5. Кабель по п.1, отличающийся тем, что сердечник предварительно заключен во внутреннюю оболочку, выполненную из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 8%.

6. Кабель по п.5, отличающийся тем, что внутренняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката, при горении которого массовая доля выделяющихся галогенных кислот в пересчете на хлористый водород составляет не более 5%.

7. Кабель по п.1 или 5, отличающийся тем, что на сердечник предварительно наложена обмотка из слюдосодержащей ленты.

8. Кабель по п.1 или 5, отличающийся тем, что на сердечник предварительно наложена обмотка из фольги или проволочная оплетка.

9. Кабель по п.6, отличающийся тем, что на обмотку из слюдосодержащей ленты наложена обмотка из фольги или проволочная оплетка.



 

Наверх