Силовой кабель

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкции 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, к которым предъявляются требования сохранения работоспособности в условиях пожара в течение не менее 90 минут. Кабели допускается эксплуатировать при температуре окружающей среды от минус 30 до плюс 50°С при относительной влажности до 98%. Техническим результатом патентуемого решения является обеспечение разделения элементов кабеля (жил) без применения специальных приспособлений и прикладывания больших усилий, 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, включающий, мас.ч.:

полиолефиновая основа 100,

антипирен-дымоподавитель 200÷470,

безгалогенный ациклический углеводород 0,1÷30,

карбонат кальция 0,1÷190,

алифатическая карбоновая кислота 0,1÷10,

борат цинка - 0,1-50,

антиоксидант - 0,1-2.

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкции 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, к которым предъявляются требования сохранения работоспособности в условиях пожара в течение не менее 90 минут. Кабели допускается эксплуатировать при температуре окружающей среды от минус 30 до плюс 50°С при относительной влажности до 98%.

В настоящее время известны различные конструкции силовых кабелей.

Так, из описания к патенту РФ 2449395 (опубликован 27.04.2012) известен Высокочастотный коаксиальный кабель состоит из внутреннего проводника с тонкостенным, увеличенным, внешним слоем изоляции и внешнего проводника с оболочкой. Тонкостенный слой изоляции выполнен из сырых каландрированных лент из политетрафторэтилена, увеличенный слой изоляции выполнен из лент пористого политетрафторэтилена. Внешний слой изоляции наложен с обжатием на увеличенный слой изоляции путем экструзии и выполнен из политетрафторэтилена или его сополимеров. Оболочка внешнего проводника выполнена из политетрафторэтилена или его сополимеров. При этом между увеличенным и внешним слоем изоляции расположена изоляция, состоящая из слюдинитовой ленты, которая может быть наложена путем обмотки. Кроме того, между внешним проводником и оболочкой может быть расположена изоляция, состоящая из слюдинитовой ленты, которая может быть наложена путем обмотки.

Кроме этого, в патенте РФ 113063 (опубликован 27.01.2012) раскрыт кабель повышенной пожаробезопасности, который содержит четыре токопроводящие жилы из медных луженых проволок, по каждой токопроводящей жиле имеется огнестойкий барьер в виде обмотки из двух слоев слюдосодержащих лент, поверх огнестойкого барьера наложена изоляция из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности или полимерной композиции, не содержащей галогенов. Изолированные жилы скручены в сердечник вокруг жгута из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности. Поверх сердечника кабеля наложена внутренняя оболочка из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности, броня из стальных оцинкованных стальных лент и защитный шланг из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности.

Наиболее близким аналогом к заявленному решению является силовой кабель, известный из патента РФ 109317 (опубликован 10.10.2011). Силовой кабель содержащий 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, 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.

Недостатком этих кабелей является пониженная стойкость к механическим воздействиям в условиях монтажа, а также плохое разделение элементов кабеля без использования специальных приспособлений. Также недостатками известных решений являются то, что при их изготовлении материалы изоляции, заполнения междужильного пространства и оболочки, в силу схожей природы применяемых материалов, часто свариваются (слипаются) между собой, что вызывает трудности при разделке кабельного изделия при монтажных работах, а также иногда требует применения специальных приспособлений. Для сведения до минимума этого эффекта в настоящее время применяется опудривание заготовок тальком, введение в конструкцию кабельного изделия разделительного слоя и т.п., что является технически затруднительным и в конечном итоге приводит к увеличению затрат на производство кабельного изделия. Кроме того, применение для изоляции поливинилхлоридного пластиката повышенной пожаробезопасности пониженного дымовыделения приводит к снижению эксплуатационных характеристика кабелей, поскольку данные пластикаты имеют низкую температуру хрупкости, вследствие чего температурный диапазон их применения оказывается более узким.

Задачей патентуемого решения является устранение указанных недостатков.

Техническим результатом патентуемого решения является обеспечение разделения элементов кабеля (жил) без применения специальных приспособлений и прикладывания больших усилий, 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, включающий, мас.ч.:

полиолефиновая основа 100,

антипирен-дымоподавитель 200÷470,

безгалогенный ациклический углеводород 0,1÷30,

карбонат кальция 0,1÷190,

алифатическая карбоновая кислота 0,1÷10,

борат цинка - 0,1-50,

антиоксидант - 0,1-2.

Заполнитель должен придавать кабелю в сечении круглую форму.

Поверх слоя заполнителя накладывается оболочка из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности марок с кислородным индексом не менее 35, и удовлетворяющих требованиям п.5.2.5.2 (таблица 12) ГОСТ Р 53769-2010, а именно:

Наименование характеристики	Значение для наружной оболочки и защитного шланга
	из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности	из поливинилхлоридного пластиката и поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести	из полиэтилена	из полимерной композиции, не содержащей галогенов
1 До старения
1.1 Прочность при разрыве, Н/мм2, не менее	10,0	12,5	12,5	9,0
1.2 Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	150	150	300	125
2 После старения
2.1 Прочность при разрыве, Н/мм2, не менее	10,0	12,5	-	9,0
Отклонение* значения прочности при разрыве, %, не более	+-25	+-25	-	+-40
2.2 Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	125	150	300	100
Отклонение* значения относительного удлинения при разрыве, %, не более	+-25	+-25	-	+-40
3 Усадка, %, не более	-	3	-
4 Продавливание при высокой температуре
4.1 Глубина продавливания, %, не более	50	-	50

5 Водопоглощение 5.1 Увеличение массы, мг/см2, не более	-	10
6 Потеря массы, мг/см2, не более	1,5	-
7 Стойкость к воздействию низкой температуры
7.1 Относительное удлинение при разрыве, %, не менее	20	-	20
* Отклонение - разность между средним значением, полученным после старения, и средним значением, полученным до старения, выраженная в процентах последнего.

Хорошее разделение всех элементов конструкции (жил) кабельного изделия друг от друга достигается обязательным наличием в конструкции кабельного изделия слоя заполнителя патентуемого состава. Данный заполнитель совместим с поливинилхлоридными композициями и не вызывает миграции пластификаторов из конструктивно смежных материалов. При наложении заполнения отсутствует негативный эффект слипания покровов между собой.

Слой заполнителя улучшает свойства кабеля по пожаробезопасности за счет того, что при горении слой заполнителя междужильного пространства коксуется, образуя дополнительной термический барьер, который не отделяется от изолированных жил без посторонних механических воздействий и затрудняет свободный доступ кислорода к скрученным изолированным жилам, а также затрудняет выход дыма в результате термического разложения материала изоляции токопроводящих жил.

Силовой кабель может быть также снабжен броней, расположенной поверх защитного барьера, наложенного на заполнитель междужильного пространства и выполненного из поливинилхлоридного пластиката повышенной пожаробезопасности пониженного дымовыделения. Броня представляет собой две стальных оцинкованных ленты толщиной 0,2-0,3 мм, наложенных по спирали на кабельную заготовку.

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.

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

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

В качестве антиоксиданта может использоваться широко применяемый в полимерной промышленности антиоксидант марки Irganox 1010, Chinox 1010, Richnox 1010.

Кроме этого, каждая жила содержит перед изоляцией обмотку, выполненную из, по меньшей мере, одной ламинированной полимерной пленкой слюдосодержащей ленты с поверхностной плотностью 150 г/м². Обмотка может быть выполнена по спирали двумя лентами. Обмотка лентами необходима для придания кабелю необходимой огнестойкости - способности кабеля сохранять работоспособность в условиях воздействия пламени.

Достигаемый результат предлагаемого технического решения заключается в снижении удельного содержания поливинилхлорида в кабеле по сравнению с известными аналогами на 10-15%, что положительно влияет на токсичность продуктов горения кабелей без снижения показателей по дымообразованию.

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 70°С. 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.

В качестве безгалогенного ациклического углеводорода применяется модификатор Пента 1006.

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

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 (фиг.1) содержит скрученные в одном направлении токопроводящие жилы 1, каждая из которых обмотана по спирали двумя ламинированными слюдосодержащими лентами 2 (ламинированных лент отечественного производства не найдено, имеются зарубежные образцы марок FPG-6, FPG-8) с поверхностной плотностью не менее 150 г/м² , покрытые слоем изоляционного пластиката общепромышленного применения 3, поверх которой нанесен слой безгалогенного заполнителя междужильного пространства 4 и оболочка 5.

Дополнительно кабель может быть снабжен броней 7, нанесенной поверх защитного барьера 6 (фиг.2).

Предлагаемые материалы для изоляции, защитного барьера и оболочки кабелей выпускаются промышленностью, а материалы, применяемые для изготовления заполнителя междужильного пространства выпускаются и широко применяются в промышленности и не являются дефицитными и дорогими.

Токопроводящие жилы изготавливаются из марок меди, предназначенных для электротехнической промышленности. Скрутка проволоки, в случае изготовления многопроволочных жил, производится на обычном крутильном оборудовании, после чего может происходить уплотнение скрученных проволок с образованием уплотненной токопроводящей жилы. Затем на токопроводящие жилы 1 на лентообмоточном оборудовании горизонтального или вертикального типа наносятся две ламинированные слюдосодержащие ленты, сверху на которые на экструзионном оборудовании накладывают изоляцию 2. Изолированные таким образом жилы скручивают в одну сторону на крутильном оборудовании. Поверх скрученных изолированных жил на экструзионном оборудовании накладывается безгалогенный заполнитель междужильного пространства, поверх которого на экструзионном оборудовании, расположенном последовательно за экструдером наложения заполнения, накладывается в зависимости от конструкции кабеля либо защитный барьер 6 (внутренняя оболочка), либо оболочка 4. Наложение брони 7 производится на бронеобмотчике.

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 медных токопроводящих жил, на каждую из которых был нанесен слой из двух ламинированных слюдосодержащих лент наложенных по спирали без зазора, покрытых сверху слоем изоляции из поливинилхлоридного пластиката марки И40-13А, рецептура 8/2 ГОСТ 5960. Поверх скрученных изолированных жил был наложен заполнитель междужильного пространства, содержащий, масс.ч.:

- полиэтилен высокого давления марки 11503-070 - 100,

- антипирен-дымоподавитель марки Экопирен 3,5С - 250,

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

- карбонат кальция - 170,

- алифатическую карбоновую кислоту (стеариновую) - 8.

- борат цинка - 5

- антиоксидант марки Chinox 1010 - 1

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 марки ТГА) - 350;

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

- карбонат кальция - 70;

- алифатическая карбоновая кислота (стеариновая) - 10;

- борат цинка - 10;

- антиоксидант марки Chinox 1010 - 2.

Пример 3.

Силовой кабель был выполнен в виде скрученных в одном направлении медных токопроводящих жил, на каждую из которых был нанесен слой из двух ламинированных слюдосодержащих лент наложенных по спирали без зазора, покрытых сверху слоем изоляции из поливинилхлоридного пластиката марки И40-13А, рецептура 8/2 ГОСТ 5960, поверх которых был наложен слой заполнителя, покрытый защитным барьером (внутренней оболочкой). Поверх защитного барьера располагался бронепокров, выполненный из двух стальных оцинкованных лент толщиной 0,3 мм, наложенных поверх внутренней оболочки с зазором таким образом, что виток верхней ленты перекрывает зазор между витками нижней ленты, покрытый оболочкой из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности. 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 (Экопирен 3,5С) - 350;

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

- карбонат кальция - 70;

- алифатическая карбоновая кислота (стеариновая) - 10;

- борат цинка - 40;

- антиоксидант марки Chinox 1010 - 2.

Образцы патентуемого кабеля, раскрытые в примерах 1-3, 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:

1. Силовой кабель, характеризующийся тем, что содержит 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, включающий, мас.ч.:

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

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

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

5. Кабель по п.1, характеризующийся тем, что в качестве безгалогенного ациклического углеводорода применяется модификатор Пента 1006.

6. Кабель по п.1, характеризующийся тем, что каждая жила содержит перед изоляцией обмотку, выполненную из, по меньшей мере, одной ламинированной полимерной пленкой слюдосодержащей ленты с поверхностной плотностью 150 г/м ².

7. Кабель по п.6, характеризующийся тем, что обмотка выполнена по спирали двумя лентами.