КАБЕЛЬ МОНТАЖНЫЙ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЙ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК H01B7/29 

Изобретение относится к кабельной технике и может быть использовано в конструкциях кабелей, применяемых в высокоскоростных системах автоматики промышленного производства, например, под наименованием RS-485, преимущественно для использования во взрывоопасных зонах.

В современном производстве все чаще встает вопрос об увеличении скорости обмена информацией между различными объектами, что выражается в увеличении скорости передачи в системе и, соответственно, диапазона частот передачи сигналов. Это привело к разработке систем промышленной автоматики RS-485, описываемых американским стандартом «Приложение к руководству для TIA/EIA-485-А». Система основана на использовании одной пары изолированных токопроводящих жил в качестве основной линии передачи сигналов (шины), на которую параллельно подключаются одно управляющее устройство (ведущее) и до 32 управляемых (ведомых).

Особенностью данных систем является то, что шина с обоих концов должна быть замкнута на специальное сопротивление (терминатор), равное волновому сопротивлению шины (кабеля). Хотя номинал волнового сопротивления данным стандартом не нормируется. В качестве примера приведены кабели с волновыми сопротивлениями 120 Ом, 100 Ом и 60 Ом. Скорость передачи цифровых сигналов в подобных системах нормируется до 10 Мбит/с. Разработаны под этот стандарт и серийно выпускаются кабели марок КИПЭВ сечением 0,22 мм² и КИПЭВ сечением 0,35 мм² производства ЗАО НПП «Спецкабель», №9841-9844 сечением 0,22 мм², №5340FT и №6340FT сечением 1,0 мм² и №3105А сечением 0,5 мм² производства фирмы «Belden» США, P/N9FY7FILXXX и P/N9822702101 сечением 0,22 мм² и 9392102ХХХ сечением 0,35 мм² производства фирмы «Teldor» Израиль. Изоляция из сплошного полиэтилена или комбинированная из чередующихся слоев сплошного и пористого полиэтилена. Номинальное значение волнового сопротивления перечисленных кабелей равно 100 или 120 Ом.

Дальнейшее совершенствование систем автоматики привело к появлению публикации МЭК 61158-2 (май 2003 г.), в которой были сформулированы требования к низкоскоростной системе (до 76,8 кбит/с, RS-485 тип 4) и высокоскоростной системе (до 5 Мбит/с, RS-485 тип 6). Причем требования к кабелям содержат диапазон допустимых значений волнового сопротивления: для низкоскоростных систем волновое сопротивление должно быть в диапазоне от 100 до 120 Ом на частоте 1 МГц при минимальном сечении токопроводящих жил 0,22 мм², для высокоскоростных систем волновое сопротивление должно быть в диапазоне от 135 до 165 Ом при частотах от 3 до 20 МГц и минимальном сечении токопроводящих жил 0,34 мм². Волновое сопротивление однозначно связано с диаметром (сечением) токопроводящих жил и толщиной изоляции, при заданном значении диэлектрической постоянной изоляции. Поэтому при выбранном сечении и требуемом волновом сопротивлении номинальная толщина изоляции оказывается заданной. При этом допустимый разброс отклонений от номинальной толщины изоляции является параметром неоднозначным, зависящим от многих факторов.

Кабели для низкоскоростных систем при одинаковых сечениях токопроводящих жил и одинаковых материалах изоляции имеют меньшую среднюю толщину изоляции, меньшие конструктивные размеры и материалоемкость, чем кабели для высокоскоростных систем, и, соответственно, более экономичны. Однако кабели высокоскоростных систем выгоднее при больших потоках информации. Таким образом, кабели для низкоскоростных систем и кабели для высокоскоростных систем имеют разные области применения, определяемые экономическими составляющими конкретных объектов. Далее речь пойдет только о кабелях для высокоскоростных систем.

Из каталога фирмы «LEONI KERPEN», представленного на интернет-сайте, известен кабель для высокоскоростных систем автоматики, соответствующий требованиям публикации МЭК 61158-2. Кабель содержит одну пару скрученных между собой изолированных токопроводящих жил.

Токопроводящие жилы могут быть выполнены однопроволочными диаметром 0,64 мм (сечения 0,32 мм²) или многопроволочными из медных луженых проволок, изоляция выполнена комбинированной из чередующихся слоев сплошного и пористого полиэтилена. Пара экранирована металлополимерным экраном с дренажной жилой под металлическим слоем. Оболочки могут быть выполнены из светостабилизированных поливинилхлоридного пластиката или из композиции полиэтилена. Известна также бронированная конструкция с броней, выполненной из стальных оцинкованных проволок с влагозащитным шлангом из поливинилхлоридного пластиката. Номинальное значение волнового сопротивления равно 150 Ом.

В системах автоматики, так называемые, ведомые устройства, помимо информационной функции зачастую выполняют исполнительную функцию. Например, задвижка (или клапан), которая имеет информационный блок с датчиками контролируемых параметров, выполняет кроме того функцию перекрывания потока газа под давлением или нефтепродуктов в трубах, требующих значительных механических усилий, а значит и потребляемой электроэнергии.

Недостаток вышеуказанных кабелей заключается в том, что они служат только для передачи информационных сигналов. При этом передача электроэнергии производится по другим кабелям.

Из теории связи (Ю.С.Шинаков, Ю.М.Колодяжный. «Теория передачи сигналов электросвязи». М.: Радио и связь, 1989 г.) известно, что по одной паре проводов сигналы разных частот могут передаваться одновременно, а на другом конце линии разделяться с помощью фильтров. В компьютерных сетях подача электропитания по информационным кабелям осуществляется в настоящее время. Однако так как потребляемая мощность компьютерами в подобных сетях невелика, то передача электропитания производится по информационному кабелю без внесения в него конструктивных изменений.

В системах автоматики потребляемая исполнительными устройствами мощность значительно различается и достаточно велика, поэтому требуется конструктивное изменение информационных кабелей. Из теории силовых кабелей (Ю.Т.Ларина. Силовые кабели и кабельные линии. М.: Энергоатомиздат, 1984 г.) известно, что передаваемая мощность определяется током, протекающим по кабелю, а ток определяется конструктивными параметрами токопроводящих жил и материалом изоляции, ограничивающими ток (за счет выделяющегося в жилах тепла) максимально допустимым тепловым режимом.

Так, например, при использовании изоляции из поливинилхлоридного пластиката максимально допустимая в длительном режиме температура токопроводящей жилы составляет 80°C. Поэтому при необходимости увеличения передаваемой мощности по кабелю используют кабель с токопроводящими жилами большего сечения. Ряд таких сечений стандартизован в ГОСТ 22483-77 «Жилы токопроводящие медные и алюминиевые для кабелей, проводов и шнуров. Основные параметры, технические требования».

Таким образом, для использования в системах автоматики RS-485 появляется ряд кабелей, для которых к нормируемому сечению токопроводящих жил должна быть подобрана соответствующая толщина изоляции с некоторыми предельно допустимыми отклонениями от нее, чтобы выполнялось требование одновременной передачи электропитания и информационных сигналов, в том числе в цифровой форме.

Сущность предлагаемого изобретения выражается в создании кабеля монтажного преимущественно взрывобезопасного для высокоскоростных систем автоматики, обеспечивающего возможность одновременной передачи электрической энергии (разного уровня) с передачей информационных сигналов в системах автоматики RS-485 типа 6 в соответствии с публикацией МЭК 61158-2.

Технический результат достигается тем, что предлагается кабель монтажный преимущественно взрывобезопасный для высокоскоростных систем автоматики, состоящий из сердечника с четным числом изолированных полимером однопроволочных или многопроволочных медных или медных луженых токопроводящих жил, попарно скрученных между собой, общего экрана, наложенного поверх сердечника, и экструдированной полимерной влагозащитной оболочки.

Отличие заключается в том, что в зависимости от типа изоляционного полимера, а также от наличия индивидуального экрана, ограничивающего электромагнитное поле вблизи рабочих пар жил (жил скрученных между собой в пару), что, в особенности на высоких частотах, значительно влияет на электрические параметры, для каждого из ряда значений сечений токопроводящих жил выбран допустимый диапазон толщин изоляции, который обеспечивает для данного кабеля попадание значения волнового сопротивления в диапазон от 135 до 165 Ом в диапазоне частот от 3-20 МГц.

В связи с тем, что применяется два типа изоляционных полимеров и два типа конструкций с индивидуальными экранами и без них, заявка на изобретение представлена в виде четырех вариантов.

В первом варианте изоляция выполнена комбинированной из чередующихся слоев из сплошного и пористого полиэтилена и индивидуальные экраны отсутствуют. Применение изоляции из чередующихся слоев сплошного и пористого полиэтилена целесообразно при прокладке кабелей в зонах, расположенных на открытой местности, где не предъявляются требования пожарной безопасности (например, для подключения датчиков исполнительных устройств вдоль трубопроводов). Кабель с такой изоляцией имеет минимальный коэффициент затухания, что позволяет прокладывать его на участках большей длины. Сечение токопроводящих жил выбрано из ряда 0,35 или 0,5, или 0,75, или 1,0, или 1,2, или 1,5 мм². Причем сечению 0,35 мм² соответствует диапазон допустимых значений толщин изоляции от 0,25 до 1,2 мм, сечению 0,5 мм² - диапазон толщин от 0,25 до 1,3 мм, сечению 0,75 мм² - диапазон толщин от 0,25 до 1,5 мм, сечению 1,0 мм² - диапазон толщин от 0,3 до 1.6 мм, сечению 1,2 мм² - диапазон толщин от 0,3 до 1,8 мм, сечению 1,5 мм - диапазон толщин от 0,35 до 2,0 мм.

С целью предотвращения распространения влаги по сердечнику в случае повреждения влагозащитных наружных покровов целесообразно в воздушные промежутки сердечника ввести водоблокирующие нити.

С целью предотвращения оплавления изоляции при наложении влагозащитной оболочки на каждую пару и на сердечник целесообразно наложить поясную изоляцию в виде обмотки полимерной лентой с перекрытием.

Для предотвращения распространения влаги под поясной изоляцией пар в случае повреждения влагозащитных наружных покровов целесообразно в пространство, ограниченное поясной изоляцией пар ввести дополнительно водоблокирующие нити.

С целью защиты от внешних электромагнитных воздействий преимущественно в диапазоне высоких частот общий экран целесообразно выполнять из металлополимерной ленты, наложенной продольно или в виде обмотки с перекрытием металлом внутрь с проложенной под экраном дренажной жилой из медных или медных луженых проволок.

С целью защиты от внешних электромагнитных воздействий преимущественно в диапазоне низких частот общий экран целесообразно выполнять в виде оплетки из медных или медных луженых проволок.

С целью защиты от внешних электромагнитных воздействий в широком диапазоне частот, охватывающем и низкие и высокие частоты, общий экран целесообразно выполнять в виде оплетки из медных или медных луженых проволок, а под оплетку дополнительно проложить слой из металлополимерной ленты продольно или обмоткой с перекрытием металлом кверху.

С целью компактности формирования сердечника и улучшения технологичности конструкции при числе пар более одной пары в сердечнике целесообразно скрутить между собой, причем с целью дополнительной защищенности от взаимных электромагнитных влияний пар в сердечнике друг на друга шаги скрутки в соседних парах выполнить взаимно неравными и взаимно некратными. С той же целью шаги скрутки пар ограничены длиной - не более 100 мм.

С целью защиты от влаги при прокладке на открытой местности в кабельных коробах и при подвеске вдоль сооружений, а также от солнечного излучения, целесообразно оболочку кабеля изготавливать из светостабилизированных полиэтилена или полиуретана. Причем кабель с оболочкой из светостабилизированного полиуретана целесообразно применять в случае подвески при наличии ветровых нагрузок.

Для предотвращения распространения влаги под влагозащитной оболочкой в случае нарушения ее целостности целесообразно под оболочкой проложить водоблокирующий слой.

Для эксплуатации в условиях воздействия на кабель раздавливающих усилий с целью обеспечения радиальной прочности целесообразно поверх влагозащитной оболочки проложить броню в виде оплетки из круглых стальных оцинкованных или нержавеющих проволок или продольно из металлополимерной гофрированной ленты с перекрытием, а для защиты брони - поверх нее влагозащитный шланг из материала однородного с материалом влагозащитной оболочки.

Для предотвращения распространения влаги под броней в случае нарушения целостности влагозащитного шланга целесообразно под броней проложить водоблокирующий слой

Во втором варианте изоляция выполнена комбинированной из чередующихся слоев из сплошного и пористого полиэтилена и на каждую пару наложен индивидуальный экран. Применение такой изоляции целесообразно при прокладке кабеля в зонах, расположенных на открытой местности, где не предъявляются требования пожарной безопасности (например, датчики и исполнительные устройства вдоль трубопроводов). При этом наличие индивидуального экрана позволяет организовать схемы заземления по экрану каждой пары, широко применяемые в автоматике при использовании взрывозащиты вида «искробезопасная электрическая цепь i» по ГОСТ 51330.13-99.

Кабель с такой изоляцией имеет минимальный коэффициент затухания, позволяет прокладывать его на участках большей длины. Сечение токопроводящих жил выбрано из ряда 0,35 или 0,5, или 0,75 мм². Причем сечению 0,35 мм² соответствует диапазон допустимых значений толщин изоляции от 0,3 до 1,5 мм, сечению 0,5 мм² - диапазон толщин от 0,35 до 1,7 мм, сечению 0,75 мм² - диапазон толщин от 0,35 до 1,9 мм. Использование токопроводящих жил с сечением более 0,75 мм² экономически нецелесообразно, так как толщина изоляции возрастает настолько, что применение таких кабелей становится экономически не приемлемо.

Как и в первом варианте, целесообразно использование водоблокирующих нитей во всех воздушных полостях сердечника, поясной изоляции по паре и сердечнику, с целью защиты от внешних и внутренних электромагнитных воздействий в зависимости от их диапазона частот изготавливать экраны из металлополимерной ленты, в виде оплетки из медных или медных луженых проволок или комбинированными из оплетки и проложенной под ней металлополимерной ленты, целесообразно изготавливать влагозащитные оболочки из светостабилизированных полиэтилена или технического полиуретана, с броней в виде оплетки из круглых стальных оцинкованных или стальных нержавеющих проволок, или продольно наложенной металлополимерной гофрированной ленты с перекрытием, а для защиты брони - наложить влагозащитный шланг из материала однородного с материалом влагозащитной оболочки, а под влагозащитную оболочку и броню - водоблокирующие слои.

Для изолирования индивидуальных экранов между собой поверх каждого из них целесообразно наложить экструдированную полимерную оболочку или поясную изоляцию обмоткой полимерной лентой с перекрытием. Причем толщину оболочки и поясной изоляции по индивидуальному экрану целесообразно выбрать такой, чтобы она выдерживала испытание напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными и между любыми индивидуальными и общим экранами, с целью обеспечения требования для искробезопасных цепей по ГОСТ 51330.13-99.

В третьем варианте изоляция выполнена из сшитого полиэтилена, разрешенного к применению во взрывоопасных зонах техническим циркуляром Ассоциации «Росэлектромонтаж» №14/2006 от 16.10.2006 г. «О применении кабелей из сшитого полиэтилена в кабельных сооружениях, в том числе и во взрывоопасных зонах», одобренном Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) и индивидуальные экраны отсутствуют. Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена целесообразно использовать во взрывоопасных зонах, территориально расположенных в производственных помещениях или на открытой местности непосредственно в местах нефте- и газодобычи. Сечение токопроводящих жил выбрано из ряда 0,35 или 0,5, или 0,75, или 1,0, или 1,2, или 1,5 мм². Причем, сечению 0,35 мм² соответствует диапазон допустимых значений толщин от 0,3 до 1,3 мм, сечению 0,5 мм² - диапазон толщин от 0,3 до 1,4 мм, сечению 0,75 мм² - диапазон толщин от 0,3 до 1,6 мм, сечению 1,0 мм - диапазон толщин от 0,35 до 1,7 мм, сечению 1,2 мм - диапазон толщин от 0,35 до 1,9 мм, сечению 1,5 мм - диапазон толщин от 0,4 до 2,1 мм.

Как и в первом варианте, целесообразно использование водоблокирующих нитей во всех воздушных полостях сердечника, поясной изоляции по паре и сердечнику, с целью защиты от внешних электромагнитных воздействий в зависимости от диапазона частот изготавливать экран из металлополимерной ленты, в виде оплетки из медных или медных луженых проволок или комбинированным из оплетки и проложенной под ней металлополимерной ленты, с броней в виде оплетки из круглых стальных оцинкованных или стальных нержавеющих проволок или продольно наложенной металлополимерной гофрированной ленты с перекрытием, а для защиты брони - наложить влагозащитный шланг из материала однородного с материалом влагозащитной оболочки, а под влагозащитную оболочку и броню - водоблокирующие слои.

В связи с условиями прокладки кабелей во внутренних помещениях взрывоопасных зон или на открытой местности, непосредственно в местах нефте- и газодобычи, с целью обеспечения повышенных требований пожарной безопасности по нераспространению горения при прокладке в пучке, пониженному дымогазовыделению и коррозионной активности выделяющихся газов при горении и тлении полимеров, входящих в конструкцию кабелей, целесообразно изготавливать влагозащитные оболочку и шланг из светостабилизированных безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35 или специального технического полиуретана с кислородным индексом не менее 29.

В четвертом варианте изоляция выполнена из сшитого полиэтилена, разрешенного к применению во взрывоопасных зонах циркуляром Ассоциации «Росэлектромонтаж» и на каждую пару скрученных между собой токопроводящих жил наложен индивидуальный экран.

Кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена целесообразно использовать во взрывоопасных зонах, территориально расположенных в производственных помещениях или на открытой местности непосредственно в местах нефте- и газодобычи, а наличие индивидуальных экранов обеспечивает возможность организации схем заземления по экрану каждой пары. Сечение токопроводящих сил выбрано из ряда 0,35 или 0,5 мм². Причем, сечению 0,35 мм² соответствует диапазон допустимых значений толщин от 0,4 до 1,7 мм, сечению 0,5 мм² - диапазон толщин от 0,4 до 2,1 мм. Использование токопроводящих жил с сечением более 0,5 мм² экономически нецелесообразно, так как толщина изоляции возрастает настолько, что применение таких кабелей экономически не приемлемо.

Как и в первом варианте, целесообразно использование водоблокирующих нитей во всех воздушных полостях сердечника, поясной изоляции по паре и сердечнику, с целью защиты от внешних и внутренних электромагнитных воздействий в зависимости от их диапазона частот изготавливать экраны из металлополимерной ленты, в виде оплетки из медных или медных луженых проволок или комбинированными из оплетки и проложенной под ней металлополимерной ленты, с броней в виде оплетки из круглых стальных оцинкованных или стальных нержавеющих проволок или продольно наложенной металлополимерной гофрированной ленты с перекрытием, а для защиты брони - наложить влагозащитный шланг из материала однородного с материалом влагозащитной оболочки, а под влагозащитную оболочку и броню - водоблокирующие слои.

В связи с условиями прокладки кабелей во внутренних помещениях взрывоопасных зон или на открытой местности, непосредственно в местах нефте- и газодобычи, с целью обеспечения повышенных требований пожарной безопасности по нераспространению горения при прокладке в пучке, пониженному дымогазовыделению и коррозионной активности выделяющихся газов при горении и тлении полимеров, входящих в конструкцию кабелей, целесообразно изготавливать влагозащитные оболочку и шланг из светостабилизированных безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35 или специального технического полиуретана с кислородным индексом не менее 29.

Для изолирования индивидуальных экранов между собой поверх каждого из них целесообразно наложить экструдированную полимерную оболочку или поясную изоляцию обмоткой полимерной лентой с перекрытием. Причем толщину оболочки или поясной изоляции по индивидуальному экрану целесообразно выбрать такой, чтобы она выдерживала испытание напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными и между любыми индивидуальными и общим экранами, с целью обеспечения требования для искробезопасных цепей по ГОСТ 51330.13-99.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером выполнения, представленным чертежом (Фиг.1) поперечного сечения кабеля монтажного преимущественно взрывобезопасного для высокоскоростных систем автоматики промышленных производств с двумя индивидуально экранированными парами и общим экраном.

Кабель состоит из двух пар многопроволочных медных луженых токопроводящих жил 1, изолированных сшитым полиэтиленом 2. Сечение токопроводящих жил выбрано из ряда 0,35 или 0,5 мм². Причем сечению 0,35 мм² соответствует диапазон допустимых значений толщин изоляции от 0,4 до 1,7 мм, сечению 0,5 мм² - диапазон толщин от 0,4 до 2,1 мм. Изолированные жилы скручены между собой попарно. Поверх каждой пары полимерной лентой обмоткой с перекрытием наложена поясная изоляция 4.

В воздушных промежутках под поясной изоляцией пар 4 и между парами проложены водоблокирующие нити 3.

Поверх поясной изоляции пар 4 обмоткой с перекрытием металлом внутрь наложен алюмополиэтилентерефталатный индивидуальный экран 5, а под ним подпущена дренажная жила (не показана).

Поверх индивидуальных экранов 5 обмоткой по спирали с перекрытием наложена поясная изоляция из полиэтилентерефталатной ленты 6. Толщина ленты выбрана такой, чтобы она выдерживала испытание напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными и между любыми индивидуальными и общим экранами.

Экранированные пары с поясной изоляцией по экранам скручены между собой в сердечник (вместе с водоблокирующими нитями).

Поверх сердечника обмоткой с перекрытием наложена поясная изоляция 7 из полиэтилентерефталатной ленты.

На поясную изоляцию 7 обмоткой с перекрытием металлом внутрь наложен общий экран 8 из алюмополиэтилентерефталатной ленты, а под экран подпущена дренажная жила (не показана).

Поверх общего экрана 8 экструзионным способом наложена влагозащитная оболочка 9 из светостабилизированной безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35.

Технология изготовления кабелей, согласно заявляемому изобретению, включает следующие операции.

Медные проволоки для токопроводящих и дренажных жил 1 и экранов 5 и 8 в виде оплеток изготавливаются из медной проволоки «катанки», как правило, диаметром 8 мм методом волочения. Для изготовления жил основных размеров кабелей по данной полезной модели применяют последовательно три операции волочения: грубое, среднее и тонкое.

Для обеспечения мягкости проволоку подвергают отжигу в специальных печах или на проход в специальных устройствах, совмещенных с одной из операций волочения.

Для изготовления луженых жил медные проволоки покрывают тонким слоем олова в лудильных установках горячим способом, при этом проволоку предварительно не отжигают.

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

Полиэтиленовую изоляцию 2 накладывают на экструзионых линиях. При этом для наложения комбинированной изоляции из сплошных и пористых слоев накладывают на линии, скомплектованной с количеством экструдеров, равным количеству слоев. Для получения пористых слоев в линию встраиваются установки физического вспенивания, впрыскивающие азот или двуокись углерода.

Получение сшитого полиэтилена может осуществляться одним из двух способов: радиационным или химическим. При радиационном методе изолированную жилу перематывают с одного барабана на другой в потоке электронов, получаемом с помощью специального ускорителя.

Химическая сшивка осуществляется также одним из двух методов: пероксидным или силанольным. Для пероксидной сшивки экструзионная линия должна быть оборудована специальной вулканизационной камерой и сшивка производится на проход, а силанольная сшивка производится в отдельной камере, в которой размещается барабан с изолированной жилой.

Скрутка изолированных жил в пары производится обычно на крутильных машинах рамочного типа.

Экраны 5 и 8 в виде оплетки накладываются на оплеточных машинах. Проволоки оплетки выбираются, преимущественно, в диапазоне от 0,1 до 0,2 мм. Для обеспечения необходимой плотности оплетки проволоки группируют в пасьму из нескольких проволок на операции трощения, осуществляемой на тростильных машинах.

Экраны 5 и 8 в виде обмотки накладываются преимущественно алюмополиэтилентерефталатными лентами на лентообмоточных машинах.

При изготовлении комбинированных экранов 5 и 8 алюмополиэтилентерефталатные ленты преимущественно подпускают продольно на операции оплетки алюминиевым слоем кверху.

Скрутку пар в сердечник производят преимущественно на машинах фонарного типа вместе с водоблокирующими нитями.

Поясную изоляцию 4, 6, 7 из полимерных лент накладывают преимущественно обмоткой по спирали на лентообмоточных машинах.

Влагозащитную оболочку 9 и влагозащитный шланг из полиэтилена и технического полиуретана, а также из безгалогенной полимерной композиции накладывают на экструзионных линиях.

Броня в виде оплетки из преимущественно круглых стальных оцинкованных или стальных нержавеющих проволок накладывается на оплеточных машинах на кабели, как правило, с наружным диметром под броней, не превышающим 30 мм. Проволоки обычно используются с диаметром 0,25 мм или 0,30 мм. При необходимости достижения заданной плотности оплетки проволоки группируют в пасьму из нескольких проволок на операции трощения, осуществляемой на тростильных машинах.

При бронировании кабелей с наружным диаметром под броней, превышающим 30 мм, броня накладывается на повивных бронировочных машинах. Проволоки при этом используются с диаметром 0,6 мм и более.

Ленточная гофрированная броня накладывается на проход на операции наложения влагозащитного шланга. Гофрирующее и свертывающее устройство устанавливаются перед экструзионной линией. Лента подается продольно, гофрируется, свертывается вокруг заготовки во влагозащитной оболочке и заготовка с броней поступает в головку экструдера, где накладывается влагозащитный шланг.

Водоблокирующие ленты под влагозащитную оболочку и броню накладываются обмоткой на лентообмоточных машинах или продольно на операции наложения влагозащитной оболочки и брони.

Для подтверждения достижения технического результата были изготовлены восемь групп двухпарных кабелей по три образца в каждой сечениями 0,35 мм² и 1,5 мм² для кабелей без индивидуальных экранов и 0,35 мм² и 0,5 мм² для кабелей с индивидуальным экраном длиной по 100 м.

Образцы первой группы имели по четыре токопроводящие жилы сечением 0,35 мм², скрученные из семи медных луженых проволок, изолированные комбинированной изоляцией из двух слоев - из пористого и сплошного полиэтилена с номинальной толщиной изоляции 0,6 мм, попарно скрученные между собой, пары скручены в сердечник, общий экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном и влагозащитную оболочку из светостабилизированного полиэтилена.

Образцы второй группы имели по четыре токопроводящие жилы сечением 1,5 мм², скрученные из семи медных луженых проволок, изолированные комбинированной изоляцией из двух слоев - из пористого и сплошного полиэтилена с номинальной толщиной изоляции 1,25 мм, попарно скрученные между собой, пары скручены в сердечник, общий экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном и влагозащитную оболочку из светостабилизированного полиэтилена.

Образцы третьей группы имели по четыре токопроводящие жилы сечением 0,35 мм², скрученные из семи медных луженых проволок, изолированные комбинированной изоляцией из двух слоев - из пористого и сплошного полиэтилена с номинальной толщиной изоляции 1,10 мм, попарно скрученные между собой, на каждую пару наложен индивидуальный экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном, поясную изоляцию поверх каждого индивидуального экрана из двух полиэтилентерефталатных лент, наложенных обмоткой с перекрытием, экранированные пары скручены в сердечник, общий экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном и влагозащитную оболочку из светостабилизированного полиэтилена.

Образцы четвертой группы имели по четыре токопроводящие жилы делением 0,5 мм², скрученные из семи медных луженых проволок, изолированные комбинированной изоляцией из двух слоев - из пористого и сплошного полиэтилена с номинальной толщиной изоляции 1,35 мм, попарно скрученные между собой, на каждую пару наложен индивидуальный экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном, поясную изоляцию поверх каждого индивидуального экрана из двух полиэтилентерефталатных лент, наложенных обмоткой с перекрытием, экранированные пары скручены в сердечник, общий экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном, и влагозащитную оболочку из светостабилизированного полиэтилена.

Образцы пятой группы имели по четыре токопроводящие жилы сечением 0,35 мм², скрученные из семи медных луженых проволок, изолированные сшитым полиэтиленом толщиной 0,7 мм, попарно скрученные между собой, пары скручены в сердечник, общий экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном и влагозащитную оболочку из безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35.

Образцы шестой группы имели по четыре токопроводящие жилы сечением 1,5 мм², скрученные из семи медных луженых проволок, изолированные сшитым полиэтиленом толщиной 1,6 мм, попарно скрученные между собой, пары скручены в сердечник, общий экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном и влагозащитную оболочку из безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35.

Образцы седьмой группы имели по четыре токопроводящие жилы сечением 0,35 мм², скрученные из семи медных луженых проволок, изолированные сшитым полиэтиленом толщиной 1,35 мм, попарно скрученные между собой, на каждую пару наложен индивидуальный экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном, поясную изоляцию поверх каждого индивидуального экрана из двух полиэтилентерефталатных лент, наложенных обмоткой с перекрытием, экранированные пары скручены в сердечник, общий экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном и влагозащитную оболочку из безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35.

Образцы восьмой группы имели по четыре токопроводящие жилы сечением 0,5 мм², скрученные из семи медных луженых проволок, изолированные сшитым полиэтиленом толщиной 1,7 мм, попарно скрученные между собой, на каждую пару наложен индивидуальный экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном, поясную изоляцию поверх каждого индивидуального экрана из двух полиэтилентерефталатных лент, наложенных обмоткой с перекрытием, экранированные пары скручены в сердечник, общий экран из алюмополиэтилентерефталатной ленты, металлом внутрь с перекрытием, дренажную жилу под экраном, и влагозащитную оболочку из безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35.

У перечисленных образцов были проведены измерения волнового сопротивления на частотах 3 и 20 МГц.

Результаты измерений сведены в таблицу 1.

На схеме Фиг.2 представлены: источник электропитания 10 и передатчик информационных сигналов 11 подсоединяются к кабелю 14 через сплиттер 12. На дальнем конце кабеля 14 установлен второй сплиттер 13, с которого информационные сигналы поступают на приемник 15, а силовая составляющая на нагрузку (исполнительное устройство) 16. На вводе в сплиттер 13 измеряли температуру токопроводящих жил, а на нагрузке 16 - выделяющуюся мощность. Результаты измерений свели в таблицу 2.

Как видно из результатов, представленных в таблице 1, волновое сопротивление всех образцов в диапазоне частот от 3 до 20 МГц находится в пределах допустимых значений от 135 до 165 Ом.

А как следует из таблицы 2 температура на всех жилах не превысила 70°C при передаче значительно различающейся мощности при токопроводящих жилах сечениями 0,35 мм² и 1,5 мм² в кабелях без индивидуальных экранов пар и 0, 35 мм² и 0,5 мм² в кабелях с индивидуальными экранами пар для образцов с комбинированной изоляцией из чередующихся слоев сплошного и пористого полиэтилена, и 90°C при передаче значительно различающейся мощности при токопроводящих жилах сечениями 0,35 мм² и 1,5 мм² в кабелях без индивидуальных экранах пар и 0,35 мм² и 0,5 мм² в кабелях с индивидуальными экранами пар для образцов с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Проведенные испытания подтверждают достижения технического результата.

Изобретение относится к кабелям монтажным преимущественно взрывобезопасным предназначенным для высокоскоростных систем автоматики. Сердечник кабеля включает четное число изолированных однопроволочных или многопроволочных медных или медных луженых токопроводящих жил. По сердечнику наложены общий экран и экструдированная полимерная влагозащитная оболочка. По материалу изоляции и наличию индивидуальных экранов представлено четыре варианта с изоляцией из чередующихся слоев из сплошного и пористого полиэтилена и из сшитого полиэтилена. В каждом из вариантов выбран соответствущий сечениям жил диапазон допустимых значений толщин изоляции. Применение кабелей позволяет организовать цифровую передачу сигналов автоматики во взрывоопасных зонах промышленных производств с одновременной передачей по каждой паре информационных сигналов и электропитания для исполнительных устройств со скоростью передачи информации, значительно превышающей существующую. 4 н. и 50 и з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Кабель монтажный преимущественно взрывобезопасный для высокоскоростных систем автоматики, состоящий из сердечника, включающего четное число изолированных полимером однопроволочных или многопроволочных медных или медных луженых токопроводящих жил, попарно скрученных между собой, общего экрана, наложенного поверх сердечника, и экструдированной полимерной влагозащитной оболочки, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил выполнена комбинированной из чередующихся слоев, из сплошного и пористого полиэтилена, а сечение токопроводящих жил выбрано из ряда 0,35, или 0,5, или 0,75, или 1,0, или 1,2, или 1,5 мм², причем сечению 0,35 мм² соответствует диапазон допустимых значений толщин изоляции от 0,25 до 1,2 мм, сечению 0,5 мм² - диапазон толщин от 0,25 до 1,3 мм, сечению 0,75 мм² - диапазон толщин от 0,25 до 1,5 мм, сечению 1,0 мм² - диапазон толщин от 0,3 до 1,6 мм, сечению 1,2 мм² - диапазон толщин, от 0,3 до 1,8 мм, сечению 1,5 мм² - диапазон толщин от 0,35 до 2,0 мм.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что в воздушные промежутки сердечника дополнительно введены водоблокирующие нити.

3. Кабель по п.1, отличающийся тем, что на каждую пару и на сердечник дополнительно наложена поясная изоляция в виде обмотки полимерной лентой с перекрытием.

4. Кабель по п.3, отличающийся тем, что в воздушные промежутки под поясной изоляцией каждой пары дополнительно введены водоблокирующие нити.

5. Кабель по п.1, отличающийся тем, что общий экран выполнен из металлополимерной ленты, наложенной продольно или в виде обмотки с перекрытием металлом внутрь с проложенной под экраном дренажной жилой из медных или медных луженых проволок.

6. Кабель по п.1, отличающийся тем, что общий экран выполнен в виде оплетки из медных или медных луженых проволок.

7. Кабель по п.6, отличающийся тем, что под оплеткой дополнительно наложен слой из металлополимерной ленты продольно или обмоткой с перекрытием металлом кверху.

8. Кабель по п.1, отличающийся тем, что при числе пар более одной пары в сердечнике дополнительно скручены между собой, причем шаги скрутки жил в соседних парах выполнены взаимно неравными и взаимно некратными.

9. Кабель по п.8, отличающийся тем, что пары скручены с шагом не более 100 мм.

10. Кабель по любому из пп.1 или 8, отличающийся тем, что названная влагозащитная оболочка выполнена из светостабилизированных композиций полиэтилена или технического полиуретана.

11. Кабель по п.10, отличающийся тем, что под названную влагозащитную оболочку дополнительно проложен водоблокирующий слой.

12. Кабель по любому из пп.1 или 8, отличающийся тем, что поверх названной влагозащитной оболочки наложена броня в виде оплетки или обмотки из круглых стальных оцинкованных или нержавеющих проволок или продольно из металлополимерной гофрированной ленты с перекрытием и влагозащитный шланг из материала, однородного с материалом влагозащитной оболочки.

13. Кабель по п.12, отличающийся тем, что под броню дополнительно проложен водоблокирующий слой.

14. Кабель монтажный преимущественно взрывобезопасный для высокоскоростных систем автоматики, состоящий из сердечника, включающего четное число изолированных полимером однопроволочных или многопроволочных медных или медных луженых токопроводящих жил, попарно скрученных между собой, общего экрана, наложенного поверх сердечника, и экструдированной полимерной влагозащитной оболочки, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил выполнена комбинированной из чередующихся слоев, из сплошного и пористого полиэтилена, на пары скрученных между собой жил при числе пар более одной наложены индивидуальные экраны, а сечение токопроводящих жил выбрано из ряда 0,35, или 0,5, или 0,75 мм², причем сечению 0,35 мм² соответствует диапазон допустимых значений толщин изоляции от 0,35 до 1,5 мм, сечению 0,5 мм² - диапазон толщин от 0,35 до 1,7 мм, сечению 0,75 мм² - диапазон толщин от 0,35 до 1,9 мм.

15. Кабель по п.14, отличающийся тем, что в воздушные промежутки сердечника дополнительно введены водоблокирующие нити.

16. Кабель по п.14, отличающийся тем, что на каждую пару и на сердечник дополнительно наложена поясная изоляция в виде обмотки полимерной лентой с перекрытием.

17. Кабель по п.16, отличающийся тем, что в воздушные промежутки под поясной изоляцией каждой пары дополнительно введены водоблокирующие нити.

18. Кабель по п.14, отличающийся тем, что поверх каждого индивидуального экрана наложена экструдированная полимерная оболочка или поясная изоляция обмоткой полимерной лентой с перекрытием, причем толщина оболочки или поясной изоляции по индивидуальному экрану выбрана такой, чтобы она выдерживала испытание напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными или между любыми индивидуальными и общим экранами.

19. Кабель по п.14, отличающийся тем, что общий и индивидуальный экраны выполнены из металлополимерной ленты, наложенной продольно или в виде обмотки с перекрытием металлом внутрь с проложенной под экраном дренажной жилой из медной или медной луженой проволоки.

20. Кабель по п.14, отличающийся тем, что общий и индивидуальные экраны выполнены в виде оплетки из медных или медных луженых проволок.

21. Кабель по п.20, отличающийся тем, что под оплеткой дополнительно наложен слой из металлополимерной ленты продольно или обмоткой с перекрытием металлом кверху.

22. Кабель по п.14, отличающийся тем, что при числе пар более одной, пары в сердечнике дополнительно скручены между собой, причем шаги скрутки жил в соседних парах выполнены взаимно неравными и взаимно некратными.

23. Кабель по п.22, отличающийся тем, что пары скручены с шагом не более 100 мм.

24. Кабель по любому из пп.14 или 22, отличающийся тем, что названная влагозащитная оболочка выполнена из светостабилизированных композиций полиэтилена или технического полиуретана.

25. Кабель по п.24, отличающийся тем, что под названную влагозащитную оболочку дополнительно проложен водоблокирующий слой.

26. Кабель по любому из пп.14 или 22, отличающийся тем, что поверх названной влагозащитной оболочки наложена броня в виде оплетки или обмотки из круглых стальных оцинкованных или нержавеющих проволок или продольно из металлополимерной гофрированной ленты с перекрытием и влагозащитный шланг из материала, однородного с материалом влагозащитной оболочки.

27. Кабель по п.26, отличающийся тем, что под броню дополнительно проложен водоблокирующий слой.

28. Кабель монтажный преимущественно взрывобезопасный для высокоскоростных систем автоматики, состоящий из сердечника, включающего четное число изолированных полимером однопроволочных или многопроволочных медных или медных луженых токопроводящих жил, попарно скрученных между собой, общего экрана, наложенного поверх сердечника, и экструдированной полимерной влагозащитной оболочки, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил выполнена из сшитого полиэтилена, а сечение токопроводящих жил выбрано из ряда 0,35, или 0,5, или 0,75, или 1,0, или 1,2, или 1,5 мм², причем сечению 0,35 мм² соответствует диапазон допустимых значений толщин изоляции от 0,3 до 1,3 мм, сечению 0,5 мм² - диапазон толщин от 0,3 до 1,4 мм, сечению 0,75 мм² - диапазон толщин от 0,3 до 1,6 мм, сечению 1,0 мм² - диапазон толщин от 0,35 до 1,7 мм, сечению 1,2 мм² - диапазон толщин от 0,35 до 1,9 мм, сечению 1,5 мм² - диапазон толщин от 0,4 до 2,1 мм.

29. Кабель по п.28, отличающийся тем, что в воздушные промежутки сердечника дополнительно введены водоблокирующие нити.

30. Кабель по п.28, отличающийся тем, что на каждую пару и на сердечник дополнительно наложена поясная изоляция в виде обмотки полимерной лентой с перекрытием.

31. Кабель по п.30, отличающийся тем, что в воздушные промежутки под поясной изоляцией каждой пары дополнительно введены водоблокирующие нити.

32. Кабель по п.28, отличающийся тем, что общий экран выполнен из металлополимерной ленты, наложенной продольно или в виде обмотки с перекрытием металлом внутрь с проложенной под экраном дренажной жилой из медных или медных луженых проволок.

33. Кабель по п.28, отличающийся тем, что общий экран выполнен в виде оплетки из медных или медных луженых проволок.

34. Кабель по п.33, отличающийся тем, что под оплеткой дополнительно наложен слой из металлополимерной ленты продольно или обмоткой с перекрытием металлом кверху.

35. Кабель по п.28, отличающийся тем, что при числе пар более одной пары в сердечнике дополнительно скручены между собой, причем шаги скрутки жил в соседних парах выполнены взаимно неравными и взаимно некратными.

36. Кабель по п.35, отличающийся тем, что пары скручены с шагом не более 100 мм.

37. Кабель по любому из пп.28 или 35, отличающийся тем, что названная влагозащитная оболочка выполнена из светостабилизированных безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35 или специального технического полиуретана с кислородным индексом не менее 29.

38. Кабель по п.37, отличающийся тем, что под названную влагозащитную оболочку дополнительно проложен водоблокирующий слой.

39. Кабель по любому из пп.28 или 35, отличающийся тем, что поверх названной влагозащитной оболочки наложена броня в виде оплетки или обмотки из круглых стальных оцинкованных или нержавеющих проволок или продольно из металлополимерной гофрированной ленты с перекрытием и влагозащитный шланг из материала, однородного с материалом влагозащитной оболочки.

40. Кабель по п.39, отличающийся тем, что под броню дополнительно проложен водоблокирующий слой.

41. Кабель монтажный преимущественно взрывобезопасный для высокоскоростных систем автоматики, состоящий из сердечника, включающего четное число изолированных полимером однопроволочных или многопроволочных медных или медных луженых токопроводящих жил, попарно скрученных между собой, общего экрана, наложенного поверх сердечника, и экструдированной полимерной влагозащитной оболочки, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил выполнена из сшитого полиэтилена, на пары скрученных между собой жил при числе пар более одной наложены индивидуальные экраны, а сечение токопроводящих жил выбрано из ряда 0,35 или 0,5 мм, причем сечению 0,35 мм² соответствует диапазон допустимых значений толщин изоляции от 0,4 до 1,7 мм, сечению 0,5 мм² - диапазон толщин от 0,4 до 2,1 мм.

42. Кабель по п.41, отличающийся тем, что в воздушные промежутки сердечника дополнительно введены водоблокирующие нити.

43. Кабель по п.41, отличающийся тем, что на каждую пару и на сердечник дополнительно наложена поясная изоляция в виде обмотки полимерной лентой с перекрытием.

44. Кабель по п.43, отличающийся тем, что в воздушные промежутки под поясной изоляцией каждой пары дополнительно введены водоблокирующие нити.

45. Кабель по п.41, отличающийся тем, что поверх каждого индивидуального экрана наложена экструдированная полимерная оболочка или поясная изоляция обмоткой полимерной лентой с перекрытием, причем толщина оболочки или поясной изоляции по индивидуальному экрану выбрана такой, чтобы она выдерживала испытание напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными или между любыми индивидуальными и общим экранами.

46. Кабель по п.41, отличающийся тем, что общий и индивидуальный экраны выполнены из металлополимерной ленты, наложенной продольно или в виде обмотки с перекрытием металлом внутрь с проложенной под экраном дренажной жилой из медных или медных луженых проволок.

47. Кабель по п.41, отличающийся тем, что общий и индивидуальный экраны выполнены в виде оплетки из медных или медных луженых проволок.

48. Кабель по п.47, отличающийся тем, что под оплеткой дополнительно наложен слой из металлополимерной ленты продольно или обмоткой с перекрытием металлом кверху.

49. Кабель по п.41, отличающийся тем, что при числе пар более одной, пары в сердечнике дополнительно скручены между собой, причем шаги скрутки жил в соседних парах выполнены взаимно неравными и взаимно некратными.

50. Кабель по п.49, отличающийся тем, что пары скручены с шагом не более 100 мм.

51. Кабель по любому из пп.41 или 49, отличающийся тем, что названная влагозащитная оболочка выполнена из светостабилизированных безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35 или специального технического полиуретана с кислородным индексом не менее 29.

52. Кабель по п.51, отличающийся тем, что под названную влагозащитную оболочку дополнительно проложен водоблокирующий слой.

53. Кабель по любому из пп.41 или 49, отличающийся тем, что поверх названной влагозащитной оболочки наложена броня в виде оплетки из круглых стальных оцинкованных или нержавеющих проволок или продольно из металлополимерной гофрированной ленты с перекрытием и влагозащитный шланг из материала, однородного с материалом влагозащитной оболочки.

54. Кабель по п.53, отличающийся тем, что под броню дополнительно проложен водоблокирующий слой.