МАТЕРИАЛ ЗАЩИТНЫЙ КАБЕЛЬНЫЙ Российский патент 2007 года по МПК D06M13/02 H01B3/20 H01B3/28 

Изобретение относится к области производства защитных и антикоррозионных материалов, получаемых путем пропитки кабельной пряжи антисептическими и антикоррозионными составами и предназначенных для защиты кабелей.

В наружном покрове бронированных электрических кабелей используется материал защитный кабельный на основе штапелированной стеклопряжи по ТУ 6-48-23-89, год ввода 1990.

Основные характеристики стеклопряжи:

Линейная плотность, текс2900Разрушающее усилие, кгс, не менее14

За характеристику линейной плотности пряжи принята условная единица текс, определяемая по ГОСТ 6611.1-73, год ввода 1973, как отношение массы точечной пробы пряжи в граммах к длине этой точечной пробы (50 м), умноженное на 1000.

Наружный защитный покров получают путем наложения стеклопряжи на кабель поверх брони по спирали сплошным рукавом и пропитки его битумом.

Недостатки стеклопряжи:

- низкая прочность при минусовой температуре, при которой стеклопряжа и защитные покровы из нее разрушаются, особенно при хранении кабеля в барабанах и его прокладке по трассе;

- слабая адгезия между витками и броней, что приводит к оголению брони при прокладке кабеля;

- загрязнение воздуха в производственном помещении стеклянной пылью 2 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76, год ввода 1976, при наложении стеклопряжи на кабель.

Отсутствие биокоррозионнозащитных составов в стеклопряже приводит к ускоренному разрушению битума, входящего в состав защитного покрова кабеля.

Наиболее близким, принятым за прототип, является материал защитный кабельный на основе кабельной пряжи по ОСТ 17-05-047-2001, год ввода 2001, пропитанной смазкой по ГОСТ 15037-69, год ввода 1970.

Кабельная пряжа по прототипу изготавливается из коротких лубяных волокон (лен, пенька, кенаф, джут или их смеси) по способу короткого прядения и пропитывается раствором антисептика (нафтената меди) в вязких нефтепродуктах (минеральное масло, загущенное твердыми углеводородами). Пропитка проводится в котлах при температуре состава 120-130°С в течение 3-5 часов с отжимом излишков состава на центрифуге. При этом содержание пропиточного состава в пряже составляет не менее 35% по массе.

Основные характеристики пропитанной кабельной пряжи по прототипу при номинальной линейной плотности 2900 текс:

Разрывная нагрузка, кгс, не менее12Число кручений на 1 м пряжи, не менее60

В сечении пряжа имеет круглый профиль.

Недостатки прототипа:

- пониженная укрывистость круглой пряжи (наличие оголении брони) и повышенный расход в защитных покровах кабеля (на 20-30% больше, чем у стеклопряжи);

- повышенная коррозионная активность нафтената меди, содержащегося в пряже, по отношению к алюминиевой или свинцовой оболочке и стальной броне кабеля;

- низкая технологичность при наложении пряжи в защитных покровах кабеля, наличие бурых масляных пятен и подтеков на наружной поверхности меловой окраски кабеля (плохой внешний вид кабеля) и недостаточная адгезия между витками пропитанной битумом пряжи из-за повышенного содержания нефтяного масла.

Технической задачей изобретения является разработка материала защитного кабельного на волокнистой основе для внутренних (подушка) и наружных покровов кабеля, пропитанного противогнилостным составом, не уступающего прототипу по прочности и грибостойкости, но с большей укрывистостью, защитой металлической оболочки и брони кабеля от коррозии, меньшим содержанием антисептика и пропиточного состава, высокой технологичностью и хорошим внешним видом кабеля, обеспечивающего получение высококачественных защитных покровов кабеля на его основе при минимальных затратах сырья, энергии, трудовых затрат и отсутствии отходов.

Технический результат достигается тем, что в качестве волокнистой основы используют малокрученую пряжу плоского сечения с числом кручений 20-50 на 1 метр и линейной плотностью 1500-3500 текс, изготавливаемую из лубяных или смесевых волокон, армированную высокопрочной нитью из синтетических волокон линейной плотностью 60-120 текс или лубяных волокон линейной плотностью 200-600 текс с разрывной нагрузкой, составляющей 30-60% от разрывной нагрузки пряжи, пропитанной составом, включающим жидкий нелетучий или малолетучий низковязкий нефтепродукт и антисептик - АСКМ-1А - продукт взаимодействия ароматических углеводородов с изобутиленом, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкий нелетучий или малолетучий низковязкий нефтепродукт12-28Антисептик0,2-1,5ПряжаОстальное

Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются: наличие волокнистой основы (пряжи), пропитанной раствором антисептика в нефтепродуктах.

В то же время предложенный материал отличается от известного конструкцией волокнистой основы, армированной высокопрочной нитью из синтетических или лубяных волокон, использованием нелетучего или малолетучего низковязкого нефтепродукта и нового антисептика.

Преимущества нового материала:

- повышенная укрывистость и малый расход пряжи в защитных покровах кабелей;

- высокая механическая прочность;

- высокие эксплуатационные характеристики и грибостойкость материала;

- отсутствие коррозионной активности;

- высокое качество пропитки при низком содержании антисептика и нефтепродукта;

- высокая технологичность;

- минимальные затраты на пропитку материала при высокой производительности;

- отсутствие отходов;

- низкая стоимость;

- хороший внешний вид кабеля.

Пряжа может быть изготовлена из растительных (лен, джут, пенька, кенаф, хлопок и т.д.) или смесевых (с добавкой синтетических) волокон.

Ограничения на выбор состава волокна пряжи для защитного кабельного материала накладывают марка и назначение кабеля, условия эксплуатации кабеля, характеристики защитного материала: прочность и долговечность, пропитываемость, стоимость и т.д., технологические параметры изготовления пряжи и защитного покрова, а также характеристики защитного покрова кабеля: толщина, прочность, сплошность покрытия, морозостойкость, влагостойкость, биокоррозионностойкость, адгезия к металлической оболочке и броне и т.д.

Для бронированных кабелей всем этим требованиям отвечает пряжа из лубяных волокон: лен, джут, пенька, кенаф или их смеси, в том числе с синтетическими волокнами.

Использование других материалов для кабельной пряжи ухудшает ее технологичность и снижает качество защитных покровов кабеля.

Максимальное качество защитных покровов кабелей достигается за счет использования пряжи из джутовых волокон, которая имеет достаточно высокую пористость, необходимую для качественной пропитки противогнилостным составом, хорошую адгезию к металлической оболочке кабеля и броне, высокую удельную прочность, морозостойкость, биостойкость, влагостойкость, долговечность и низкую стоимость.

Оптимальная линейная плотность пряжи определяется параметрами защитного покрова кабеля: толщиной покрова, количеством слоев пряжи, толщиной и прочностью пряжи, расходом пряжи на единицу длины кабеля, а также технологическими возможностями прядильных станков и пряжеобмотчиков, и составляет 1500-3500 текс.

Уменьшение линейной плотности приводит к улучшению качества пропитки пряжи, но при этом снижается разрывная нагрузка, приводящая к частым обрывам, и технологичность. Увеличение линейной плотности пряжи ухудшает качество ее пропитки, приводит к перерасходу пряжи в защитных покровах кабеля, увеличению диаметра и массы кабеля.

Конструкция нового материала выбиралась из условия обеспечения максимальной укрывистости и прочности пряжи, необходимых для улучшения качества защитных покровов, при ее минимальном расходе на единицу длины кабеля.

Учитывались также при выборе конструкции пряжи минимальная усадка по толщине при ее намотке на кабель и простота изготовления, хороший внешний вид защитных покровов, отсутствие пропусков в защитном покрове. Всем этим требованиям удовлетворяет малокрученая пряжа плоского сечения с числом кручений 20-50 на 1 метр. Уменьшение числа кручений приводит к снижению разрывной нагрузки и обрывам пряжи при ее изготовлении и наложении на кабель, снижению технологичности при изготовлении пряжи.

Увеличение числа кручений приводит к снижению укрывистости пряжи, увеличению расхода пряжи и диаметра кабеля, ухудшению внешнего вида защитных покровов кабеля (пропуски между витками пряжи, бугристость).

Плоское сечение пряжи обеспечивает максимальную укрывистость, минимальный диаметр кабеля и хороший внешний вид защитных покровов.

Для сохранения разрывной нагрузки малокрученой пряжи на уровне обычной крученой кабельной пряжи предлагается армировать новую пряжу высокопрочной нитью из синтетических волокон (полиэфирных, полиамидных и др.) линейной плотностью 60-120 текс или лубяных волокон (лен, джут, кенаф) линейной плотностью 200-800 текс с разрывной нагрузкой, составляющей 30-60% от разрывной нагрузки пряжи.

Уменьшение линейной плотности и разрывной нагрузки армирующей нити приводит к снижению разрывной нагрузки пряжи и ее обрывам в процессе изготовления и использования.

Увеличение линейной плотности и разрывной нагрузки нити приводит к увеличению толщины пряжи и ее стоимости.

В качестве армирующей нити в наибольшей степени (характеристики, стоимость) подходит высокопрочная нить из полиамидного волокна.

В качестве одного из компонентов противогнилостного пропиточного состава предлагается использовать жидкие нелетучие или малолетучие низковязкие (в отличие от прототипа) нефтепродукты: низковязкие минеральные масла, керосин, дизельное топливо, печное топливо и т.д.

Из масел могут быть использованы индустриальные масла марки И-5А, И-8А по ГОСТ 20799-88, год ввода 1988, трансформаторное масло по ГОСТ 10121-76, год ввода 1976, конденсаторное масло по ГОСТ 5775-85, год ввода 1985, веретенное масло по ГОСТ 1642-75, год ввода 1975, их смеси и отработанные масла после их очистки и обезвоживания. Ограничения на выбор нефтепродукта накладывают растворимость в нем антисептика, вязкость, токсичность, кислотность, летучесть, стоимость.

Основной характеристикой нефтепродукта является его вязкость.

За характеристику вязкости нефтепродукта принята условная вязкость, определяемая в соответствии с ГОСТ 8420-74, год ввода 1974, Россия, с замером времени непрерывного истечения в секундах определенного объема продукта через калибровочное сопло диаметром 4 мм вискозиметра типа ВЗ-246.

Для ускорения и облегчения процесса пропитки нефтепродукт должен иметь условную вязкость не более 15 с при (20±0,5)°С по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм, минимальную летучесть при температуре до 80°С, должен быть недорогим, нейтральным (рН≈7), нетоксичным, без резкого запаха, должен хорошо растворять антисептик, не изменяя его свойств.

В наибольшей степени всем этим требованиям соответствует трансформаторное масло до и после отработки, широко используемое в электротехнической промышленности.

В качестве добавок в пропиточный состав предлагается использовать антисептики для придания волокнистому материалу и защитным покровам кабеля грибостойкости, ингибиторы коррозии для защиты металлической оболочки и брони кабеля от коррозии и антиоксиданты для предохранения пропитанной пряжи и битума от окисления.

Ограничения на выбор антисептика накладывают его степень антимикробной и антигрибковой защиты кабеля, совместимость с пропиточным составом и битумом (растворимость), токсичность, стойкость к вымыванию в воде, химическая нейтральность по отношению к пряже, нефтепродукту, другим добавкам, а также к элементам кабеля, стоимость. Антисептик должен обеспечивать грибостойкость пряжи и защитных покровов кабеля на ее основе. При этом степень биологического обрастания грибами пропитанной пряжи не должна превышать двух баллов по ГОСТ 9.048-89, год ввода 1989. Антисептик не должен вызывать или поддерживать коррозию металлической оболочки кабеля и брони.

Исследованиями ОАО «ВНИИКП» установлено, что наиболее известный антисептик в кабельной промышленности - нафтенат меди, используемый при изготовлении пропитанной кабельной пряжи по ОСТ 17-05-047-2001, при определенных условиях может вызывать или усиливать коррозию металлической оболочки кабеля (алюминий и свинец) и брони, поэтому применение данного антисептика для пропитки элементов защитных покровов кабелей запрещено Решением Ассоциации «Электрокабель» и Госстандарта России от 01.07.98 г. К тому же нафтенат меди является высокотоксичным и дорогостоящим продуктом, который не производится в России. Нафтенат меди выпадает в осадок при длительном хранении и использовании пропиточного состава (нафтенат меди 15% + кабельное масло 75%) в варочных котлах, существенно увеличивает вязкость пропиточного состава. По этим причинам нафтенат меди не может быть использован в новом защитном материале.

Существуют также безметальные антисептики щелочного типа, к которым относятся антисептики: АС-2 по ТУ 2416-007-05773103-98, год ввода 1998, АСК-1 по ТУ 84-07509103.489-98, год ввода 1998.

Данные антисептики на основе производных амина являются опасными веществами (от 2 до 3 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76, год ввода 1976).

При этом грибостойкость защитных волокнистых материалов обеспечивается только при повышенном содержании таких антисептиков (более 5% по массе).

Антисептики аминного типа частично вымываются в воде, окисляются и со временем теряют эффективность.

Авторами изобретения предложено использовать в качестве антисептиков для пропитанной кабельной пряжи новые высокоэффективные, малоопасные вещества, к которым относятся продукты взаимодействия ароматических углеводородов (мета-крезол, орто-крезол, пара-крезол, фенол и др.) с изобутиленом.

Данные антисептики обеспечивают защитному материалу длительную грибостойкость, не вымываются в воде, хорошо растворяются в нефтепродуктах и дополнительно проявляют свойства антиоксидантов и ингибиторов коррозии.

Наиболее изученным и эффективным продуктом взаимодействия ароматических углеводородов с изобутиленом является состав биокоррозионно-защитный кабельный по ТУ 2439-006-50289046-2003, год ввода 2003, марки АСКМ-1А - малоопасный продукт 4 класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76.

Антисептик АСКМ-1А разработан авторами изобретения и изготавливается из недефицитного и недорогого отечественного сырья.

Предлагаемый авторами защитный кабельный материал изготавливается по следующей технологии.

Волокнистая основа в виде малокрученой армированной пряжи изготавливается на прядильных машинах по способу короткого прядения, используемому для прядения лубяных волокон.

Готовая пряжа перематывается на крестомотальных машинах с катушек на втулки в плотные бобины цилиндрической формы. Далее пряжа в бобинах пропитывается раствором антисептика в жидких нефтепродуктах путем погружения бобин пряжи в емкость с горячим пропиточным составом на определенное время и отжимается на центрифуге.

Содержание пропиточного состава в готовом материале доводится с помощью отжима до 12,2-29,5% по массе. Нижняя граница содержания пропиточного состава определяется технологическими возможностями отжима. Увеличение содержания пропиточного состава в материале выше верхней границы приводит к существенному ухудшению эксплуатационных характеристик материала и защитного покрова кабеля из-за разжижения битумной прослойки покрова маслом и снижения адгезии между витками пряжи и броней кабеля. При этом ухудшается внешний вид кабеля.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером.

В таблице приведены варианты составов нескольких образцов кабельного защитного материала, включая состав материала по прототипу, а также их основные характеристики.

Для изготовления защитного материала по прототипу использовалась пенько-джутовая крученая пряжа с линейной плотностью 2200 текс, пропитанная раствором нафтената меди в кабельном масле.

Для изготовления образцов нового защитного материала использовалась джутовая малокрученая пряжа с линейной плотностью 2200 текс, армированная капроновой нитью с линейной плотностью 96 текс и пропитанная раствором антисептика АСКМ-1А в трансформаторном масле.

Расход пропитанной пряжи по прототипу и образцов нового защитного материала по данному изобретению проверяли на одном и том же виде кабеля марки ААБл 3×120 10 кВ с пропитанной бумажной изоляцией.

Как видно из таблицы, при равной прочности и грибостойкости новый материал существенно превосходит прототип по его расходу на единицу длины кабеля и технологичности.

При этом оптимальное содержание компонентов в материале, мас.%:

Жидкий нелетучий или малолетучий низковязкий нефтепродукт12-28Антисептик0,2-1,5ПряжаОстальное

Уменьшение содержания нефтепродукта затруднительно по технологическим соображениям. Увеличение содержания нефтепродукта приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и технологичности материала.

Уменьшение содержания антисептика приводит к снижению грибостойкости материала, а увеличение содержания антисептика приводит к снижению технологичности пропиточного состава и удорожанию материала.

Опытным путем также установлено несущественное влияние марок жидкого нелетучего или малолетучего низковязкого нефтепродукта на основные характеристики материала.

Новый защитный кабельный материал с антисептиком АСКМ-1А прошел всесторонние испытания в ОАО «Камкабель». Получено разрешение ОАО «ВНИИ КП» и технического комитета по стандартизации ТК 46 «Кабельные изделия» на применение нового материала в бронированных кабелях.

Налажен выпуск данного материала.

ТаблицаВарианты образцов материалаСодержание компонентов, мас.%Характеристики пропитанного материалаПримечаниеНефтепродуктАнтисептикПряжаЛинейная плотность, тексРазрывная нагрузка, кгсЧисло кручений на 1 мГрибостойкость, баллРасход на 1 км кабеля, кгПо прототипу355,060,0310014,5760160Материал сырой, нетехнологичный, низкая укрывистость1120,287,8260015422110Материал технологичный2140,185,9265014,5384116Неудовлетворительная грибостойкость3180,481,6270016441112Материал технологичный

Продолжение таблицыВарианты образцов материалаСодержание компонентов, мас.%Характеристики пропитанного материалаПримечаниеНефтепродуктАнтисептикПряжаЛинейная плотность, тексРазрывная нагрузка, кгсЧисло кручений на 1 мГрибостойкость, баллРасход на 1 км кабеля, кг4200,679,4270011151-Материал нетехнологичный, обрывы при наложении на кабель5190,580,5270013,5201105Материал технологичный6210,578,5275014,5431115Материал технологичный7200,779,3270014500120Материал технологичный

Продолжение таблицыВарианты образцов материалаСодержание компонентов, мас.%Характеристики пропитанного материалаПримечаниеНефтепродуктАнтисептикПряжаЛинейная плотность, тексРазрывная нагрузка, кгсЧисло кручений на 1 мГрибостойкость, баллРасход на 1 км кабеля, кг8230,976,1280015580145Материал нетехнологичный, низкая укрывистость9251,273,8280014450120Материал технологичный10281,570,5290014,8421116Материал технологичный11341,564,5300015,5461130Материал сырой, нетехнологичный

Изобретение относится к области производства защитных и антикоррозионных материалов, получаемых путем пропитки волокнистой основы антисептическими и антикоррозионными составами и предназначенных для защиты кабелей. Материал выполнен в виде малокрученой пряжи плоского сечения из лубяных или смесевых волокон линейной плотностью 1500-3500 текс и числом кручений 20-50 на 1 метр. Пряжа армирована высокопрочной нитью из синтетических волокон линейной плотностью 60-120 текс или лубяных волокон линейной плотностью 200-600 текс. Разрывная нагрузка армирующей нити составляет 30-60% от разрывной нагрузки пряжи. Материал также пропитан составом, включающим 12-28 мас.% жидких нелетучих или малолетучих низковязких нефтепродуктов в качестве наполнителя, 0,2-1,5 мас.% продукта взаимодействия ароматических углеводородов с изобутиленом в качестве антисептика. Полученный материал высокотехнологичен и обладает повышенной укрывистостью, грибостойкостью и прочностью особенно при использовании джутового волокна и капроновой нити, а также пропиточного состава на основе трансформаторного масла и антисептика АСКМ-1А. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Материал защитный кабельный, выполненный в виде малокрученой пряжи плоского сечения с числом кручений 20-50 на 1 м и линейной плотностью 1500-3500 текс, изготавливаемой из лубяных или смесевых волокон, армированной высокопрочной нитью из синтетических волокон линейной плотностью 60-120 текс или лубяных волокон линейной плотностью 200-600 текс с разрывной нагрузкой, составляющей 30-60% от разрывной нагрузки пряжи, пропитанной составом, включающим жидкий нелетучий или малолетучий низковязкий нефтепродукт и антисептик - АСКМ-1А - продукт взаимодействия ароматических углеводородов с изобутиленом при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Жидкий нелетучий или малолетучий низковязкий нефтепродукт12-28Антисептик0,2-1,5ПряжаОстальное