Взрывобезопасный электрический кабель

Сердечник кабеля скручивается из изолированных многопроволочных медных или медных луженых токопроводящих жил. Жилы одиночные или предварительно скрученные в группы: пары, или тройки, или четверки. На одиночные жилы или группы наложены экраны, поверх которых наложена поясная изоляция из диэлектрических лент или в виде сплошного экструдированного слоя. Воздушные полости в кабеле заполнены полимерным заполнителем, поверх него наложена влагозащитная оболочка. Изоляция токопроводящих жил, экструдированный слой поясной изоляции, заполнитель и влагозащитная оболочка выполняются из ПВХ пластиката или резины.

Предусмотрены варианты холодостойкого, теплостойкого и не поддерживающего горения с низким дымовыделением исполнений. Предложена бронированная конструкция кабеля.

Кабель выдерживает давление воздуха 250 кПа, приложенное к поперечному сечению в течение не менее 3 мин. Кабель также выдерживает испытательное напряжение 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенное между экранами одиночных жил и групп по методу «каждый экран с каждым экраном».

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно: к монтажным многожильным кабелям с полимерными изоляцией и оболочкой, в частности, для фиксированного межприборного монтажа электрических устройств, работающих при номинальном переменном напряжении до 500 В частоты до 1 МГц или постоянном напряжении до 750 В, в том числе, во взрывоопасных зонах.

Известно несколько полезных моделей, разработанных для применения в похожих условиях:

- электрический монтажный кабель RU №51781 от 22.09.2005 г. МКИ Н01В 7/04;

- электрический кабель RU №54458 от 21.02.2006 г., МКИ Н01В 7/00.

Перечисленные полезные модели обеспечивают выполнение ряда требований, предъявляемых к кабелям, прокладываемым во взрывоопасных зонах. Однако они имеют и некоторые недостатки.

На экраны групп в этих полезных моделях наложена поясная изоляция с целью обеспечения защиты от случайного контакта с трубопроводами или оборудованием, содержащим горючие газы, пары или жидкости, после разделки кабеля и разведения экранированных групп (ГОСТ Р 51330. 13-99 «Электрооборудование взрывозащищенное, п.9.1.7.). Но если произойдет электрический пробой изоляции одной из жил группы на экран, то между экранами возникнет разность потенциалов, которую имеющаяся изоляция может не выдержать, произойдет электрический пробой изоляции между экранами, и экран другой группы перестанет выполнять свою функцию.

Поэтому к изоляции экрана должно быть предъявлено требование выдерживания электрического напряжения не менее 500 В.

Однако попадание влаги в воздушные полости в кабеле может резко ухудшить электрические свойства изолирующих материалов. Водоблокирующие материалы предотвращают распространение влаги по кабелю, но на расстоянии нескольких метров вода остается в связанном виде, а даже в этом случае она ухудшает электрические свойства диэлектриков.

Поэтому все воздушные полости должны быть заполнены полимерным заполнителем, а экраны групп защищены комбинированным диэлектрическим слоем, состоящим из поясной изоляции и заполнителя.

Заполнитель выполняет также другую функцию: при непосредственном введении кабеля во взрывонепроницаемую оболочку используют модель ввода с уплотнительными кольцами.

(ГОСТ Р 51330. 13-99 «Электрооборудование взрывозащищенное», п.10.3.2.)

В этом случае поперечное сечение кабеля должно иметь симметричную круглую форму и быть сплошным, чтобы не происходило местного продавливания и нарушения герметичности ввода.

В качестве прототипа выберем полезную модель по патенту RU №59879 от 20.04.2006 г., МКИ Н01В 7/04. В ней накладывается полимерный заполнитель, но не во всех воздушных пустотах, а только поверх экрана.

Технической задачей предложенной полезной модели является создание электрического кабеля, в отличие от прототипа выдерживающего напряжение 500 В переменного тока частотой 50 Гц, прикладываемого между экранами одиночных жил или групп, и предназначенного для ввода во взрывонепроницаемую оболочку с уплотнительным кольцом.

Техническая задача решается тем, что предлагается электрический кабель, содержащий сердечник, скрученный из изолированных многопроволочных токопроводящих медных или медных луженых жил, одиночных или предварительно

скрученных в группы - пары, тройки или четверки, снабженных, соответственно, индивидуальными или групповыми экранами с наложенной поверх них поясной изоляцией, заполнитель и влагозащитную оболочку. Поясную изоляцию накладывают одним из двух способов: лентами из диэлектрического материала, продольно или обмоткой по спирали, или в виде сплошного слоя, экструзионным способом. Изоляция токопроводящих жил, экструдированный слой поясной изоляции, заполнитель и влагозащитная оболочка выполнены из поливинилхлоридного пластиката или резины. Заполнитель введен во все свободные полости кабеля так, что обеспечивает сплошное круглое поперечное сечение, а экранированные жилы или группы разделены между собой комбинированным диэлектрическим слоем из диэлектрических лент или сплошного экструдированного слоя, и заполнителя.

В случае, когда необходимо получить кабель с меньшим значением коэффициента затухания, целесообразно изоляцию изготавливать из сшитого полиэтилена.

Для упрощения разборки кабеля в процессе монтажа изоляция токопроводящих жил снабжена индивидуальной расцветкой, причем расцветка изоляции выполнена количеством однородных цветов, достаточным для обеспечения различия групп между собой по комбинации цветов изоляции жил и для различия жил между собой в пределах одной группы.

В случае необходимости прокладки кабеля в условиях повышенных электромагнитных воздействий целесообразно изготавливать кабель с общим электрическим экраном, накладываемым непосредственно на сердечник.

Для эксплуатации в условиях воздействия на кабель раздавливающих усилий с целью обеспечения радиальной прочности кабель изготавливают бронированным стальными круглыми проволоками или лентами, под броней прокладывают водоблокирующий слой, а поверх брони - влагозащитный шланг из ПВХ или резины.

В случае необходимости прокладки бронированного кабеля непосредственно в грунт, влагозащитный шланг изготавливают из полиэтиленовой композиции.

Для использования кабелей в районах Крайнего Севера целесообразно изготавливать изоляцию токопроводящих жил, экструдированный слой поясной изоляции, заполнитель, влагозащитную оболочку и шланг из холодостойких материалов, обеспечивающих работоспособность кабеля в диапазоне рабочих температур от минус 60°С до плюс 50°С.

Для использования кабелей в условиях повышенной температуры окружающей среды целесообразно изготавливать изоляцию токопроводящих жил, экструдированный слой поясной изоляции, заполнитель, влагозащитную оболочку и влагозащитный шланг из теплостойких материалов, обеспечивающих работоспособность кабеля в диапазоне - рабочих температур от минус 40°С до плюс 105°С.

Для использования кабелей в условиях повышенных требований к пожароопасности целесообразно изготавливать изоляцию токопроводящих жил, экструдированный слой поясной изоляции, влагозащитную оболочку и шланг из ПВХ или резины, не поддерживающих горение с пониженным дымовыделением.

При условии предъявления требования по предотвращению смещения отдельных элементов конструкций друг относительно друга целесообразно взамен водоблокирующего слоя под броню нанести слой полимерного клея, а также нанести слой полимерного клея над броней, под и над экранами.

Предлагаемая полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, представленным на фиг.1 чертежом поперечного сечения бронированного электрического кабеля с жилами, скрученными в тройки.

Электрический кабель (фиг.1) состоит из многопроволочных токопроводящих жил 1, скрученных из нескольких медных или медных луженых проволок, изолированных ПВХ или резиной 2, скрученных между собой в тройку, с заполнением пустот заполнителем из ПВХ или резины 3, наложенным поверх скрутки с заполнителем

электрическим экраном 4, поясной изоляции 5 из ПВХ или резины, тройки скручены между собой в сердечник с заполнением пустот заполнителем из ПВХ или резины 6, наложенной поверх сердечника общей оболочки 7, из ПВХ или резины водоблокирующего слоя 8, брони 9 и влагозащитного шланга из ПВХ или резины 10.

Технология изготовления кабелей согласно заявляемой полезной модели 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.

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

Изоляция 2 из ПВХ или резины наносится экструзионным способом на экструзионных линиях при использовании ПВХ и на линиях непрерывной вулканизации - при использовании резины.

Скрутка изолированных жил в пару, тройку или четверку производится обычно на машинах рамочного типа.

Заполнение 3 и 6 из ПВХ или резины производится экструзионным способом на экструзионных линиях при использовании ПВХ и на линиях непрерывной вулканизации при использовании резины.

Электрический экран 4 в виде оплетки или обмотки накладывается на оплеточных или обмоточных машинах. Предварительно возможна тростка (объединение) проволок в пучки на тростильных машинах.

Электрический экран 4 из металлопластмассовой 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 проволоку. Возможно продольное наложение экрана 4 из металлопластмассовой ленты металлом внутрь с подпуском медной луженой дренажной проволоки при одновременном наложении экструдированного слоя поясной изоляции из ПВХ на экструзионной линии или резины на линии непрерывной вулканизации.

При изготовлении комбинированного электрического экрана 4 металлопластмассовую ленту подпускают продольно с перекрытием металлическим слоем кверху под оплетку или обмотку на оплеточной или обмоточной машине, соответственно.

Поясная изоляция 5 из диэлектрических лент изготавливается методом обмотки 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.

Пояснуя изоляцию 5 в виде экструдированного слоя накладывают из ПВХ на экструзионных линиях или из резины на линиях непрерывной вулканизации.

Влагозащитную оболочку 7 и влагозащитный шланг 10 накладывают экструзионным способом на экструзионных линиях при использовании ПВХ и на линиях непрерывной вулканизации при использовании резины.

Водоблокирующий слой 8 накладывается водоблокирующей лентой обмоткой по спирали на обмоточной машине.

Броня 9 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 влагозащитного шланга.

Были изготовлены четыре группы кабелей по три образца в каждой группе.

В первой группе объединены кабели с тремя гибкими медными токопроводящими жилами с ПВХ изоляцией, индивидуально экранированными, экструдированной поясной изоляцией поверх экрана и заполнителем сердечника из ПВХ, влагозащитной оболочкой из ПВХ.

Во второй группе объединены кабели с тремя парами гибких медных токопроводящих жил с ПВХ изоляцией, попарно экранированными, с экструдированной поясной изоляцией поверх экрана и заполнителем пар и сердечника из ПВХ, влагозащитной оболочкой из ПВХ.

В третьей группе объединены кабели с тремя тройками гибких медных токопроводящих жил с ПВХ изоляцией, каждая тройка экранирована, с экструдированной поясной изоляцией поверх экрана и заполнителем троек и сердечника из ПВХ, влагозащитной оболочкой из ПВХ.

В четвертой группе объединены кабели с тремя четверками гибких медных токопроводящих жил с ПВХ изоляцией, каждая четверка экранирована, с экструдированной поясной изоляцией поверх экрана и заполнителем четверок и сердечника из ПВХ, влагозащитной оболочкой из ПВХ.

Образцы кабелей длиной 5 м каждый были подвергнуты испытанию избыточным давлением 2,5 атм 250 кПА (п.7.3.107 ПУЭ), приложенным к сердечнику кабеля с одного конца. Манометр, устанавливаемый на дальнем конце каждого образца, изменения давления ни в одном образце не показал.

Все образцы выдержали испытание в течение 3-х часов.

Было проведено испытание электрическим напряжением 500 В переменного тока частотой 50 Гц комбинированного диэлектрического слоя между экранами жил, пар, троек, четверок по методу «каждый экран с каждым экраном». Комбинированная электрическая изоляция всех экранов испытание напряжением выдержала.

1. Электрический кабель, содержащий сердечник, скрученный из изолированных многопроволочных токопроводящих медных или медных луженых жил, одиночных или предварительно скрученных в группы - пары, тройки или четверки, снабженных, соответственно, индивидуальными или групповыми экранами с поясной изоляцией поверх них, выполненной из диэлектрических лент с перекрытием или в виде экструдированного сплошного слоя, заполнитель, влагозащитную оболочку, в котором изоляция токопроводящих жил, экструдированный слой поясной изоляции, заполнитель и влагозащитная оболочка выполнены из поливинилхлоридного пластиката или резины, отличающийся тем, что заполнитель введен во все свободные полости кабеля и обеспечивает сплошное круглое поперечное сечение, а экранированные жилы или группы разделены между собой комбинированным диэлектрическим слоем, состоящим из диэлектрических лент или сплошного экструдированного слоя, и заполнителя.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что изоляция выполнена из сшитого полиэтилена.

3. Кабель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил имеет индивидуальную расцветку, причем расцветка изоляции выполнена количеством однородных цветов, достаточным для различия групп между собой по комбинации цветов изоляции жил и для различия жил между собой по цвету изоляции внутри каждой группы.

4. Кабель по п.1, отличающийся тем, что поверх сердечника дополнительно наложен электромагнитный экран.

5. Кабель по пп.1 и 4, отличающийся тем, что под экранами и поверх экранов наложены слои полимерного клея, обеспечивающие адгезию между соприкасающимися поверхностями.

6. Кабель по п.1, отличающийся тем, что поверх общей влагозащитной оболочки наложены водоблокирующий слой, броня из круглых стальных оцинкованных проволок или из стальных лент, или из стальных лент с полимерным подслоем и влагозащитный шланг из поливинилхлоридного пластиката или резины.

7. Кабель по п.6, отличающийся тем, что влагозащитный шланг выполнен из полиэтиленовой композиции.

8. Кабель по пп.1 и 6, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил, экструдированный слой поясной изоляции, заполнитель, влагозащитные оболочка и шланг выполнены из холодостойких поливинилхлоридного пластиката или резины.

9. Кабель по пп.1 и 6, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил, экструдированный слой поясной изоляции, заполнитель, влагозащитные оболочка и шланг выполнены из теплостойких поливинилхлоридного пластиката или резины.

10. Кабель по пп.1 и 6, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил, экструдированный слой поясной изоляции, заполнитель, влагозащитные оболочка и шланг выполнены из поливинилхлоридного пластиката или резины, не поддерживающих горение с пониженным дымовыделением.

11. Кабель по п.6, отличающийся тем, что функцию водоблокирующего слоя выполняет слой полимерного клея, а также слои полимерного клея наложены поверх брони, под экранами и поверх экранов, обеспечивающие адгезию между соприкасающимися слоями.