Трибоэлектрический кабель

Полезная модель относится к кабелям для систем охраны периметра на базе вибрационных извещателей с кабельными чувствительными элементами.

Кабель состоит из нескольких изолированных металлических токопроводящих жил, скрученных в пары, из которых скручен сердечник. По сердечнику наложен слой из одной или нескольких полиэтилентерефталатных лент, поверх них имеется первый цилиндрический проводник из алюмополиэтиленовой ленты с перекрытием металлом внутрь, под которым проложена медная луженая контактная проволока.

На первый цилиндрический проводник наложен комбинированный диэлектрик, состоящий из первого рельефного слоя и второго слоя из одной или нескольких полиэтилентерефталатных лент.Следом наложены: второй цилиндрический проводник из алюмополиэтиленовой ленты с перекрытием металлом внутрь с медной луженой контактной проволокой под ним и влагонепроницаемая оболочка.

Предусмотрен бронированный вариант конструкции.

Предлагаемая конструкция позволяет применять его в качестве чувствительного элемента для систем охраны периметра.

Полезная модель относится к кабельной промышленности и может быть использована в конструкциях кабелей, применяемых в системах охраны периметра на базе вибрационных извещателей с чувствительными кабельными элементами.

Известны кабели, применяемые в качестве чувствительных элементов: микрофонный кабель коаксиальной конструкции, комбинированный коаксиальный кабель с встроенной в изоляцию парой токопроводящих жил, низкочастотный городской телефонный кабель с экранированным сердечником (типа ТППэп 10×2×0,32 или аналогичный ему с большим диаметром токопроводящих жил).

Микрофонный кабель и комбинированный кабель (статья Б.С. Введенского «Системы охраны периметров на выставке IFSEC 2004» в журнале «Системы безопасности» №4 (58) за август-сентябрь 2004 г.) работают в системе охраны периметра при обязательном подключении источника сигналов или питания, то есть в активном режиме. Для систем охраны периметра с пассивными чувствительными кабельными элементами они применяться не могут.

В кабеле типа ТППэп с десятью парами токопроводящих жил информационный сигнал образуется между двумя токопроводящими элементами, в качестве одного из них выступает экран, а в качестве второго - все токопроводящие жилы, соединенные вместе на обоих концах кабеля, на участке преодоления нарушителем охраняемой части периметра за счет электризации наружного проводника (экрана) (Статья А.И.Ларина «Вибрационные извещатели с кабельным чувствительным элементом» в журнале «Системы безопасности» №4 (58) за август-сентябрь 2004 г.). Недостатком этого кабеля является то, что он разрабатывался как кабель связи и у него нормируется только максимальный наружный диаметр (Н.И.Белоруссов; А.Е.Саакян; А.И.Яковлева «Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник» М., «Энергоатомиздат», 1987 г.), в связи с чем электрическая емкость между всеми жилами, соединенными вместе, и экраном меняется от образца к образцу, и приемный прибор приходится настраивать на каждый конкретный образец. Кроме того, в вибромагнитометрических системах используется два чувствительных элемента, для чего в случае кабеля типа ТППэп приходится прокладывать два отдельных кабеля, что усложняет прокладку, монтаж и эксплуатацию системы.

В качестве прототипа выберем специальный кабель, описанный в изобретении №2210116 от 10.08.2003 г. Кабель, содержащий несколько изолированных внутренних проводников, поверх которых концентрично

наложен наружный проводник, на который намотан полимерный спиралевидный шнур (кордель), на который концентрично нанесен слой специального изолятора (например, пленка из электрета, пьезокомпозита), обладающий способностью к образованию зарядов при механических деформациях, на который наложен экранирующий проводник, закрытый сверху герметичной оболочкой. Здесь под наружным и экранирующим проводниками понимаются два токопроводящих элемента цилиндрической формы, поэтому в дальнейшем будем называть их цилиндрическими проводниками.

Недостатком прототипа является то, что в процессе намотки корделя не обеспечивается строгое постоянство шага спирали, что приводит к неравномерности чувствительного элемента по длине и ухудшает работоспособность всей системы в целом. Этот же недостаток проявляется и в процессе эксплуатации, когда под воздействием вибрации почвы происходит перемещение витков спирали друг к другу в отдельных местах, что также изменяет чувствительность кабельного элемента по длине.

Еще одним недостатком прототипа является отсутствие ограничения электрической емкости между первым и вторым цилиндрическими проводниками, при неограниченном увеличении которой, шумы начинают подавлять полезные сигналы.

Технической задачей предложенной полезной модели является создание трибоэлектрического кабеля с многопарным сердечником, двумя чувствительными элементами, способными образовывать электрические заряды при механических деформациях, с равномерной по длине кабеля чувствительностью наружного чувствительного элемента и нормируемой помехоустойчивостью.

Техническая задача решается тем, что предлагается трибоэлектрический кабель, состоящий из нескольких металлических токопроводящих жил, изолированных полимерной композицией, скрученных в пары, которые, в свою очередь, скручены в сердечник, покрытых слоем из одной или нескольких полиэтилентерефталатных лент, наложенных поверх них: первого цилиндрического проводника из алюмополиэтиленовой ленты продольно или спирально с перекрытием металлом внутрь, медной луженой контактной проволоки под первым цилиндрическим проводником, комбинированного диэлектрика, состоящего из первого рельефного слоя из полимерных материалов и второго слоя из одной или нескольких полиэтилентерефталатных лент, второго цилиндрического проводника из алюмополиэтиленовой ленты продольно или спирально с перекрытием металлом внутрь, медной луженой контактной проволоки под вторым цилиндрическим проводником, влагозащитной оболочки из полиэтиленовой композиции.

Первый чувствительный элемент образуется из всех токопроводящих жил, соединенных вместе, слоя полиэтилентерефталатных лент и первого

цилиндрического проводника, второй - из первого цилиндрического проводника, комбинированного диэлектрика и второго цилиндрического проводника.

Равномерность чувствительности наружного чувствительного элемента обеспечивается технологически. Допустим, первый слой комбинированного диэлектрика мы будем изготавливать из двухслойного материала, состоящего из предварительно приклеенного вдоль центральной оси полиэтилентерефталатной ленты полимерного корделя. Тогда можно подобрать такие параметры операции обмотки, что край ленты будет ложиться под кордель, а это обеспечит равномерность шага спирали по длине кабеля в процессе изготовления и под воздействием вибрации при эксплуатации.

Требование нормируемой помехоустойчивости будет выполняться при условии обеспечения электрической емкости между первым и вторым цилиндрическими проводниками не более 300 нФ на длине 1 км.

Так как монтаж описываемых кабелей производится в распределительных коробках в воздушной среде с влажностью достигающей 98% при температуре до 35°С, что при изменении температуры может привести к конденсации влаги на изоляции жил с дальнейшим снижением электрических параметров, то в качестве изоляции целесообразно использовать полиэтиленовую или вспененную полиэтиленовую композицию, причем изоляцию из вспененной полиэтиленовой композиции целесообразно изготавливать пленко-пористой, то есть снаружи поверхность изоляции должна быть пленкой из сплошного полиэтилена. Возможно изготовление пленко-пористо-пленочной изоляции. Например: в соответствии с патентом на полезную модель «Кабель для структурированных кабельных систем связи» №27962 от 12.08.2002 г. В этом случае внутренняя поверхность изоляции также выполнена в виде сплошного (плёночного) слоя для улучшения адгезии изоляции к токопроводящей жиле.

С целью упрощения технологии изготовления первого слоя комбинированного диэлектрика целесообразно изготавливать его экструзионным способом.

Для прокладки кабеля в районах зараженных грызунами целесообразно изготавливать кабель в бронированном варианте. При этом на влагозащитную оболочку накладывают слой водоблокирующего материала, броню из круглых проволок и влагозащитный шланг из полиэтиленовой композиции.

Предлагаемая полезная модель поясняется конкретными примерами выполнения и чертежом, на котором на Фиг.1 представлено схематическое изображение бронированного трибоэлектрического кабеля.

Бронированный трибоэлектрический кабель Фиг.1, состоит из нескольких металлических токопроводящих жил 1, изолированных

полимерной композицией 2, скрученных в пары 3, которые, в свою очередь, скручены в сердечник 4, поверх которого наложены слой 5 из одной или нескольких полиэтилентерефталатных лент, первый цилиндрический проводник 6 из алюмополиэтиленовой ленты, проложенная под первым цилиндрическим проводником 6 контактная проволока 7, первый рельефный слой 8 комбинированного диэлектрика, второй слой 9 комбинированного диэлектрика из одной или нескольких полиэтилентерефталатных лент, второй цилиндрический проводник 10 из алюмополиэтиленовой ленты, проложенная под вторым цилиндрическим проводником контактная проволока 11, влагозащитная оболочка 12 из полиэтиленовой композиции, слой водоблокирующего материала 13, броня из круглых стальных проволок 14 и влагозащитный шланг 15 из полиэтиленовой композиции.

Технология изготовления кабелей согласно заявляемой полезной модели включает следующие операции.

Токопроводящие жилы 1 изготавливаются преимущественно мягкими медными. Жилы в этом случае изготавливаются из медной проволоки «катанки», имеющей диаметр, как правило, 8 мм, методом волочения. Волочение проводится в две операции: грубое и среднее волочение.

Токопроводящие жилы 1 могут быть луженые и нелуженые, однопроволочные и многопроволочные.

Однопроволочные нелуженые жилы подвергают отжигу в специальных печах отжига. Для получения луженых жил отжиг не требуется: лужение производится горячим способом, в результате чего жила становится мягкой.

Для многопроволочных жил по той же технологии изготавливается в требуемом количестве проволока соответствующего диаметра, которая затем скручивается в нужном сочетании на машинах сигарного, рамочного или фонарного типов.

Если применяется токопроводящая жила из других металлов, например: стальная, то проволока требуемого диаметра покупается готовой.

Изоляция 2 на Токопроводящие жилы 1 наносится методом экструзии из гранулированных полимеров. Для изолирования целесообразно применять высокоскоростные автоматические экструзионные линии, совмещающие три операции: среднего волочения, отжига и изолирования за один проход.

Вспененную изоляцию можно накладывать одним из двух способов: химическим или физическим. При химическом способе к гранулам полимера подмешивают порообразователь, который при выходе из головки экструдера вспенивается и в изоляции образуются пузырьки воздуха сферической формы. При физическом способе в линию перед эктрудером устанавливается установка физического вспенивания, которая в горячую массу полимера вводит дозированное количество азота, образующего пузырьки сферической формы.

При изготовлении многослойной изоляции (например: пленко-пористо-пленочной) в линию встраивается количество экструдеров численно равное количеству слоев изоляции.

Скрутка изолированных жил в пару 3 производится обычно на машинах рамочного типа. Скрутка пар 3 в сердечник 4 производится, как правило, на машинах фонарного типа. Целесообразно применение машин с совмещением скрутки изолированных жил в пару 3 и пар 3 в сердечник 4 за один проход. Одновременно со скруткой с помощью совмещенного обмоточного устройства должна наматываться полиэтилентерефталатная лента 5. Полиэтилентерефталатная лента 5 может также накладываться продольно на следующей технологической операции. Несколько полиэтилентерефталатных лент могут накладываться на отдельной операции, на обмоточной машине.

Первый цилиндрический проводник 6 накладывается преимущественно продольно с перекрытием металлом внутрь, контактная проволока 7 подпускается под него также продольно. Если первый рельефный слой 8 комбинированного диэлектрика накладывается экструзионным способом, то одна или несколько полиэтилентерефталатных лент 5, первый цилиндрический проводник 6, контактная проволока 7 и первый рельефный слой 8 комбинированного диэлектрика накладываются в процессе одной операции на проход.

Если первый цилиндрический проводник 6 накладывается спирально, то используется обмоточная машина, а контактную проволоку 7 подпускают продольно.

Если первый рельефный слой 8 комбинированного диэлектрика накладывается не экструзионным способом и имеются скрепляющие элементы, или он сам накладывается по спирали, то используется обмоточная машина.

Второй слой 9 комбинированного диэлектрика накладывается обмоткой по спирали на обмоточной машине или продольно. В последнем случае это производится на операции наложения влагозащитной оболочки 12 методом экструзии с совмещением операций продольного наложения второго слоя 9 комбинированного диэлектрика и продольного наложения второго цилиндрического проводника 10 с подпуском контактной проволоки 11.

Если используются раздельные операции, то второй цилиндрический проводник 10 накладывается обмоткой по спирали с перекрытием металлом внутрь с подпуском контактной проволоки 11 на обмоточной машине.

Влагозащитная оболочка 12 накладывается экструзионным способом на экструзионной линии.

Водоблокирующий слой 13 преимущественно накладывают обмоткой по спирали водоблокирующей лентой на обмоточной машине. Также водоблокирующая лента может подпускаться продольно под броню 14 на операции бронирования кабеля.

Наложение брони 14 может осуществляться в виде оплетки стальными оцинкованными проволоками на оплеточной машине или обмоткой по спирали (повивом) на бронировочной машине.

Наложение влагозащитного шланга 15 из полиэтиленовой композиции производится экструзионным способом на экструзионной линии.

Для подтверждения технического результата были изготовлены три образца не бронированного трибоэлектрического кабеля и три образца бронированного трибоэлектрического кабеля.

У кабелей была измерена электрическая емкость между первым и вторым проводниками. Также были проведены натурные испытания на обнаружение передвигающегося в направлении действия системы человека массой 82,5 кг, в этом случае регистрировался уровень сигнала, поступающего на сейсмический анализатор. Анализатор регистрирует сигналы пяти уровней. Положительным результатом считается регистрация сигналов, имеющих уровни 1; 2; 3. Результаты испытаний сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, электрическая емкость между первым и вторым цилиндрическими проводниками соответствует норме, а уровень принимаемых сигналов близок к максимальному значению.

1. Трибоэлектрический кабель, состоящий из нескольких металлических токопроводящих жил, изолированных полимерной композицией, скрученных в пары, которые, в свою очередь, скручены в сердечник, покрытый слоем из одной или нескольких полиэтилентерефталатных лент, наложенных поверх них первого цилиндрического проводника из алюмополиэтиленовой ленты продольно или спирально с перекрытием металлом внутрь, медной луженой контактной проволоки под первым цилиндрическим проводником, комбинированного диэлектрика, состоящего из первого рельефного слоя из полимерных материалов и второго слоя из одной или нескольких полиэтилентерефталатных лент, второго цилиндрического проводника из алюмополиэтиленовой ленты, наложенного продольно или спирально с перекрытием металлом внутрь, медной луженой контактной проволоки под вторым цилиндрическим проводником, влагозащитной оболочки из полиэтиленовой композиции, отличающийся тем, что названный первый рельефный слой выполнен так, что он обеспечивает однородность геометрических размеров по длине кабеля и минимизацию относительной диэлектрической проницаемости комбинированного диэлектрика, а конструктивные размеры первого и второго цилиндрических проводников и комбинированного диэлектрика выбраны такими, что электрическая емкость между первым и вторым цилиндрическими проводниками не превышает 300 нФ на длине 1 км.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил выполнена из полиэтиленовой или вспененной полиэтиленовой композиции.

3. Кабель по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно содержит наложенные на названную влагозащитную оболочку слой водоблокирующего материала, броню из металлических проволок и влагозащитный шланг из полиэтиленовой композиции.

4. Кабель по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что первый рельефный слой комбинированного диэлектрика выполнен экструзионным способом из полиэтиленовой или вспененной полиэтиленовой композиции.

5. Кабель по п.4, отличающийся тем, что дополнительно содержит наложенные на названную влагозащитную оболочку слой водоблокирующего материала, броню из металлических проволок и влагозащитный шланг из полиэтиленовой композиции.