КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОГНЕСТОЙКИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ВЗРЫВОПОЖАРОБЕЗОПАСНЫЙ, НЕ РАСПРОСТРАНЯЮЩИЙ ГОРЕНИЕ, ДЛЯ ИСКРОБЕЗОПАСНЫХ ЦЕПЕЙ Российский патент 2015 года по МПК H01B7/295 

Область техники.

Изобретение относится к кабельной технике, а именно: к конструкциям электрических многожильных кабелей, работоспособных нормируемое ограниченное время в условиях пожара под прямым воздействием пламени, не распространяющих горение, предназначенных для фиксированного межприборного монтажа электрических устройств промышленных предприятий, в том числе во взрывоопасных зонах всех классов при использовании различных методов взрывозащиты, включая «искробезопасную электрическую цепь i» по ГОСТ Р 51330-10-99, ГОСТ Р 51330-13-99, ГОСТ Р 52350-14-2005, ГОСТ Р МЭК 60079-11-2010, ГОСТ IEC 60079-14-2011.

Достигнутый уровень техники

К началу двадцать первого века служба пожарной охраны Российской Федерации приняла международную модель нормирования требований пожарной безопасности к кабелям и методы испытаний на подтверждение этих требований. С этой целью был разработан и внедрен ряд стандартов типа ГОСТ Р МЭК с текстами, аутентичными соответствующим публикациям МЭК. В их число вошли стандарты ГОСТ IEC 60331-21-2011 «Испытания электрических и оптических кабелей в условиях воздействия пламени. Сохранение работоспособности. Часть 21. Проведение испытаний и требования к ним. Кабели на номинальное напряжение до 0,6/1,0 кВ», ГОСТ IEC 60331-23-2011 «Испытания электрических и оптических кабелей в условиях воздействия пламени. Сохранение работоспособности. Часть 23. Проведение испытаний и требования к ним. Кабели электрические для передачи данных», ГОСТ IEC 60331-25-2011 «Испытания электрических и оптических кабелей в условиях воздействия пламени. Сохранение работоспособности. Часть 25. Проведение испытаний и требования к ним. Кабели оптические».

Перечисленные стандарты предъявляют требования к кабелям огнестойким.

Огнестойкими называются кабели, сохраняющие работоспособность (выдерживающие рабочее напряжение или обеспечивающие передачу электромагнитных сигналов) при прямом воздействии пламени. Согласно ГОСТ Р 53315-2009 «Кабельные изделия. Требования пожарной безопасности. Методы испытаний», огнестойкие кабели предназначены для одиночной и групповой прокладки (с учетом объема горючей загрузки) цепей питания электроприемников систем противопожарной защиты, систем пожарной сигнализации, систем оповещения о пожарной опасности, операционных и реанимационно-анестезионного оборудования больниц и стационаров, а также других электроприемников, которые должны сохранять работоспособность в условиях пожара.

Был разработан ряд огнестойких конструкций электрических кабелей различных типов по патентам на полезные модели RU №27732, RU №29610, RU №39968, RU №40523, RU №47131, RU №53492, RU №56059, RU №56062, RU №56663, RU №68759, RU №69306, RU №70405, RU №80270, RU №83874, RU №83875, RU №103662, RU №105522, RU №105523, RU №106432, RU №125386, отличающихся тем, что огнестойкая жила выполнялась двухслойной комбинированной. Первый слой состоял не менее чем из одной слюдинитовой ленты, наложенной обмоткой по спирали с перекрытием. Второй слой выполнялся экструдированным полимерным, конкретный вид полимера выбирали исходя из дополнительных требований, например, по объему выделяющихся при пожаре галогенсодержащих кислот.

Под воздействием пламени полимерное покрытие выгорает, но обмотка из слюдинитовой ленты сохраняет диэлектрические свойства при температуре не менее чем 750°C (минимальная температура испытания по ГОСТ IEC 60331-21-2011) и выдерживает испытание на огнестойкость при приложении к токопроводящим жилам электрического напряжения до 1,0 кВ, что определяется, как сохранение работоспособности. Однако это испытание является несколько идеализированным: оно характеризует пожар как саморазвивающееся явление, без учета влияния человека. Другими словами, оно не учитывает воздействие на испытуемый объект средств пожаротушения.

Недостатком данных полезных моделей является то, что при тушении пожара водой она будет просачиваться через негерметичность обмотки в месте перекрытия, в результате чего произойдет электрический пробой между токопроводящими жилами кабеля, что является невыполнением требования сохранения работоспособности.

С некоторым сдвигом по времени был разработан другой ряд огнестойких конструкций электрических кабелей различных типов по патентам на полезные модели RU №44862, RU №49340, RU №53806, RU №53809, RU №57953, RU №57961, RU №58777, RU №67294, RU №77492, RU №88840, RU №89277, RU №89754, RU №90254, RU №97001, RU №98627, RU №99652, RU №102836, RU №106763, RU №111339, RU №124977 и патентам на изобретения RU №2249869, RU №2285306, RU №2370839, отличающихся тем, что огнестойкая жила выполнена с изоляцией из керамизирующейся силиконовой резины или резины на основе смеси каучуков с использованием метилсилоксанового каучука, наложенных экструзионным способом с последующим сшиванием.

Под воздействием пламени происходит керамизация изоляции. Образующийся на токопроводящей жиле керамический слой имеет несколько меньшую толщину по сравнению с исходной изоляцией, выдерживает электрическое напряжение до 1,0 кВ при прямом воздействии пламени с температурой не менее чем 750°C, а следовательно, обеспечивает работоспособность по ГОСТ IEC 60331-21-2011. Причем при определенной толщине керамика может выдерживать приложенное напряжение и при попадании воды на изолированные керамикой токопроводящие жилы при пожаре.

Однако при тушении пожара кроме воздействия воды возможны механические удары. Проверку кабелей на работоспособность при воздействии пламени с температурой не менее чем 830°C одновременно с механическим ударом производят по ГОСТ Р МЭК 60331-31-2007 «Испытания электрических кабелей в условиях воздействия пламени. Сохранение работоспособности. Часть 31. Проведение испытаний и требования к ним при воздействии пламени одновременно с механическим ударом. Кабели на номинальное напряжение до 0,6/1,0 кВ включительно».

Недостатком огнестойких кабелей с керамизирующейся силиконовой изоляцией является то, что образующаяся под воздействием пламени керамика имеет недостаточную механическую прочность и не во всех случаях выдерживает возникающие в процессе пожара механические удары.

В ряде патентов на полезные модели, таких как RU №53807, RU №63111, RU №91463, RU №96692, RU №96693, используются оба вышеуказанные варианта выполнения огнестойкой жилы с теми же самыми недостатками.

Известны также патенты на полезные модели RU №47131, RU №57958, в которых огнестойкость обеспечивается наложением одной или двух слюдинитовых лент, причем каждая обмотка дополнительно содержит слой кремнийорганического материала в виде невысыхающей пасты, в общем виде - герметизирующего состава. Однако это решение не дает положительного результата при пожаре, так как герметизирующий состав не является керамизирующимся, под воздействием огня выгорит и откроет доступ воде к токопроводящим жилам.

Известен высокочастотный огнестойкий коаксиальный кабель по патенту на изобретение RU №2449395, МПК: H01B 11/18.

Кабель состоит из внутреннего проводника с четырьмя последовательно наложенными слоями изоляции: тонкостенным, увеличенным, слюденитовым и внешним. Поверх внешнего слоя изоляции наложен внешний проводник с оболочкой. При этом тонкостенный слой изоляции выполнен из сырых каландрированных лент из политетрафторэтилена, увеличенный слой изоляции выполнен из лент пористого политетрафторэтилена, слюдинитовой изоляции - из слюдинитовой ленты, внешний слой изоляции выполнен из политетрафторэтилена или его сополимеров методом экструзии с обжатием.

Недостатком этой конструкции является то, что при длительной экспозиции кабеля в пламени (от 30 до 180 минут, как этого требует ГОСТ Р 53315-2009) слои изоляции из политетрафторэтилена выгорят, обмотка из слюдинитовой ленты, не имеющая под собой прочной основы, под динамическим воздействием пламени деформируется, в результате чего будет растрескиваться слюдинитовое покрытие и оголится токопроводящая жила, что приведет к электрическому пробою. Таким образом, кабель не обеспечит требование работоспособности под прямым воздействием пламени при экспозиции от 30 до 180 минут.

В полезной модели RU №91463 предусмотрен также вариант двухслойной комбинированной изоляции. В ней первый слой выполнен в виде обмотки с перекрытием не менее чем из одной слюдинитовой ленты, а второй - экструдированным из керамизирующейся силиконовой резины.

Такая конструкция также имеет недостатки: под воздействием механических ударов образовавшаяся в пламени керамика будет разрушаться, а попадающая на место осыпавшейся керамики вода проникнет между слоями обмотки слюдинитовых лент, и произойдет замыкание между токопроводящими жилами.

Наиболее близкой можно считать конструкцию кабеля по патенту на полезную модель RU №49340 от 08.02.2005, МПК H01B 7/02. В ней описан пожаростойкий гибкий электрический кабель, включающий одну или несколько многопроволочных гибких токопроводящих жил с огнестойкой изоляцией из кремнийорганической резины, двухслойный скрепляющий элемент, выполненный в виде обмотки из стеклослюдоленты по каждой токопроводящей жиле и из стеклоленты поверх изоляции каждой жилы с перекрытием, и оболочку из поливинилхлоридного пластиката или резины пониженной пожароопасности.

Согласно описанию задачей этой полезной модели является создание такой конструкции гибкого пожаростойкого кабеля, в которой была бы устранена зависимость огнестойкости от эксплуатационных механических воздействий (изгибы, вибрация, удар, механическая нагрузка).

В этой конструкции кремнийорганическая резина при воздействии температуры пламени (от 600 до 900°C) сгорает с образованием при этом слоя диоксида кремния (кремнийорганической смолы), являющегося диэлектриком и препятствующего немедленному электрическому пробою изоляции. Объем образующегося диоксида кремния значительно меньше объема, занимаемого исходным материалом, - кремнийорганической резины. Кроме того, диоксид кремния получается в форме сыпучего материала (наподобие мелкого песка). И хотя диоксид кремния локализуется в пределах пространства, ограниченного обмоткой стеклолентой, под действием силы тяжести он может перераспределиться в пределах этого пространства и в зависимости от пространственного расположения кабеля токопроводящая жила окажется оголенной. Так как стеклолента, не защищенная слоем слюды (в самом общем виде, как указано в описании патента), под воздействием пламени резко теряет свои прочностные свойства и трескается, вода, попадающая на кабель в процессе пожаротушения, проникает под обмотку стеклолентой, и возникает короткое замыкание между разными токопроводящими жилами. Указанный недостаток не позволяет гарантированно применять подобную конструкцию в условиях возможности возникновения пожара с последующим тушением с применением воды.

В качестве прототипа выберем конструкцию кабеля огнестойкого по патенту на полезную модель RU №49340.

Сущность изобретения

Сущность предлагаемого изобретения заключается в создании кабеля электрического огнестойкого, преимущественно взрывопожаробезопасного, не распространяющего горение, в том числе для искробезопасных цепей, работоспособного во время пожара с механическими ударами по основанию крепления кабеля, по окончании заливаемого водой.

Технический результат

Технический результат достигается тем, что предлагается кабель электрический огнестойкий, преимущественно взрывопожаробезопасный, не распространяющий горение, в том числе для искробезопасных цепей, содержащий сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной однопроволочной или многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы, или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару, или тройку, или четверку, и влагозащитную оболочку, изоляция названных токопроводящих жил выполнена двухслойной комбинированной, первый слой, прилегающий к названной токопроводящей жиле, выполнен экструдированным из силиконовой резины, керамизирующейся в условиях воздействия пламени, второй слой выполнен не менее чем одной слюдинитовой лентой наложенной обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь, с натяжением ленты при обмотке не менее 7 H, с целью идентификации поверх обмотки слюдинитовой лентой на каждую названную изолированную жилу нанесен контрастными чернилами или краской индивидуальный номер, а поверх сердечника наложен бандаж не менее чем одной слюдинитовой лентой обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь.

Пожары представляют собой широкий спектр техногенных и природных явлений характеризующихся различием горючей массы и ее способностью к горению, скоростью и интенсивностью горения, выделяющейся энергией, доступом к тушению и другими конкретными параметрами, в соответствии с чем пожарам присваивается категория сложности. Разработать общие требования для конкретных изделий на соответствие всем категориям сложности не представляется возможным.

В международной стандартизации был принят подход постепенного усиления требований. Первый уровень был заключен в таких публикациях, как ГОСТ IEC 60331-21-2011, ГОСТ IEC 60331-23-2011, ГОСТ IEC 60331-25-2011 (аутентичные издания международных стандартов). Изложенное в них испытание проводится воздействием на кабель пламени с температурой 750°C под рабочим напряжением.

Следующий уровень был заложен в публикации ГОСТ Р МЭК 60331-31-2007 (аутентичная публикация международного стандарта). Согласно этому стандарту испытание проводится при температуре не менее 830°C с периодическим напряжением ударов по основанию крепления кабеля (периодичность составляет один удар через каждые пять минут). Среди международных стандартов эти требования являются самыми жесткими.

В ряде национальных стандартов применены более жесткие требования, как, например, в британских стандартах BS 6387, BS 8434 или в европейских стандартах EN 50200 PH30 и EN 50200 PH120.

Согласно BS 6387 испытания подразделяются натри категории: категория «C» при температуре 950°C в течение 3 часов, категория «W» при температуре 650°C в течение 15 минут, затем еще 15 минут при температуре 650°C в сочетании с орошением водой; категория «Z» при температуре 950°C в течение 15 минут, затем еще 15 минут при температуре 950°C в сочетании с механическим ударом.

Согласно BS 8434 существует два варианта испытания: первый - при температуре 830°C в течение 15 минут, затем еще 15 минут при температуре 830°C в сочетании с механическим ударом и орошением водой одновременно, второй - при температуре 930°C в течение 15 минут, затем еще 15 минут при температуре 930°C в сочетании с механическим ударом и орошением водой одновременно.

Согласно EN 50200 PH30 испытания проводят при температуре 830°C в течение 15 минут, затем еще 15 минут при температуре 830°C в сочетании с механическим ударом и орошением водой одновременно.

Согласно EN 50200 PH120 испытания проводят при температуре 930°C в течение 15 минут, затем еще 15 минут при температуре 930°C в сочетании с механическим ударом и орошением водой одновременно.

Примененный в вышеперечисленных стандартах способ орошения водой является имитацией тушения пожара с помощью спринклерных устройств пожаротушения (разбрызгивателей). Спринклерные устройства устанавливаются, как правило, в небольших помещениях. В то время, как для взрывоопасных зон характерны значительные геометрические размеры взрывоопасных объектов, что требует иного подхода при пожаротушении.

Пожаротушение взрывоопасных объектов, а также в значительной мере охлаждение взрывоопасных объектов, стоящих рядом с горящим, производится в ряде случаев компактными водяными струями из ручных и лафетных стволов под давлением от насосов и насосных станций. Для имитации этого случая вода должна литься на кабель потоком.

Для подтверждения работоспособности взрывопожаробезопасного кабеля в условиях пожара при применении средств пожаротушения выберем наиболее широко применяемый в мире ГОСТ Р МЭК 60331-31-2007. При этом испытании на кабель, находящийся под рабочим напряжением, одновременно воздействуют пламя с температурой не менее 830°C и механические удары по основанию крепления кабеля с периодичностью 1 удар через каждые пять минут.

Время экспозиции должно быть равно 180 минутам, максимальному значению, регламентируемому ГОСТ Р 53315-2009. По истечении требуемого времени горелка выключается, удары прекращаются, а на среднюю часть кабеля длиной 400 мм (побывавшую в огне) медленно (многими струйками) выливается 5 л воды.

Данная методика имитирует реальный случай, когда в кабельный канал, где проложен огнестойкий кабель, попадает горящая жидкость (из категории легковоспламеняющихся жидкостей), а потом ее вытесняет вода. Объем воды 5 л выбран, исходя из условия покрытия водой среднего размера кабеля, находящегося в кабельном канале.

Оба слоя изоляции обеспечивают огнестойкость по ГОСТ IEC 60331-21-2011 без дополнительных воздействий, что подтверждается многократными испытаниями во всем мире. Но частичное выгорание слоя керамизирующейся силиконовой резины приводит к некоторой свободе токопроводящей жилы в керамической изоляции внутри слюдинитовой обмотки, становящейся жесткой под воздействием пламени. Механические удары по основе приводят к встряхиванию кабеля и биениям токопроводящей жилы в керамической изоляции внутри слюдинитовой обмотки, что может привести к разрушению керамической изоляции. С целью исключения этого явления обмотка накладывается с натяжением не менее 7 H, что приводит к дополнительному уплотнению керамизирующейся силиконовой изоляции и при выгорании части изоляции под воздействием пламени позволяет обеспечить непрерывность обжатия керамической изоляции слюдинитовой обмоткой в процессе воздействия пламени и повысить устойчивость к механическим сотрясениям (ударам по основе крепления).

Как правило, вода для тушения пожаров применяется с температурой, соответствующей нормальным климатическим условиям (20±15)°C. Возможностью ее нагрева в процессе тушения пожара пренебрежем. Попадание воды с такой температурой на раскаленную поверхность изоляции токопроводящих жил с температурой не менее 830°C приводит к взрывному характеру протекания физических процессов с возможностью механического повреждения изоляции. Во избежание механического повреждения изоляции на сердечник целесообразно наложить обмотку не менее чем из одной слюдинитовой ленты с перекрытием. При этом основной удар примет на себя обмотка сердечника, а вода, проникающая внутрь сердечника, будет иметь температуру, близкую к температуре испарения, и не будет приводить к значительным механическим повреждениям изоляции.

Обеспечение свойства огнестойкости одновременно является подтверждением взрывопожаробезопасности, так как отсутствие электрического пробоя при рабочем напряжении означает отсутствие образования искр, способных поджечь взрывоопасный газ, наличие которого характерно для взрывоопасных зон.

Свойство кабеля, определяемое как нераспространение горения, обеспечивается показателем «кислородный индекс». Для обеспечения наиболее жесткого требования «нераспространение горения при групповой прокладке» входящие в конструкцию полимерные материалы должны иметь кислородный индекс не ниже 28. Так как слюдинитовые ленты и керамизирующаяся силиконовая резина являются материалами, не распространяющими горение, а остальные полимерные материалы конструкции имеют кислородный индекс не ниже 28, то кабель в целом является не распространяющим горение при групповой прокладке.

Требование соответствия искробезопасных цепей определяется толщиной изоляции безотносительно к ее химическому составу. При правильном выборе толщины и рабочего напряжения (по ГОСТ Р МЭК 60079-11-2011, таблица 5) огнестойкий кабель будет применим для искробезопасных цепей.

Технический результат заключается в обеспечении работоспособности предлагаемого кабеля во время пожара с температурой не ниже 830°С с механическими ударами по основанию крепления кабеля с периодичностью один удар через каждые пять минут в течение 180 минут с последующим постепенным выливанием на среднюю часть кабеля длиной 400 мм, побывавшую в огне, воды в объеме 5 л.

С целью идентификации поверх слюдинитовой ленты на каждую изолированную жилу нанесен контрольными чернилами или краской индивидуальный номер.

Для обеспечения компактности сердечника при числе жил или групп более одной целесообразно скрутить их между собой в сердечник.

С целью защиты от возможного падения на кабель технологического оборудования в процессе пожара и передавливания изоляции целесообразно под названную изоляцию дополнительно наложить слой не менее чем из одной слюдинитовой ленты обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь.

С целью защиты от обдирания при перемотках на технологических операциях целесообразно поверх названной изолированной жилы дополнительно наложить обмоткой по спирали с перекрытием защитную полимерную ленту, поверх которой нанесен контрастными чернилами или краской индивидуальный номер изолированной жилы.

Для случая расположения технологического оборудования во влажной атмосфере целесообразно поверх названной изолированной жилы дополнительно наложить экструдированный слой силиконовой резины, керамизирующейся в условиях воздействия пламени, поверх которого нанести контрольными чернилами или краской индивидуальный номер изолированной жилы.

В случае проведения монтажа кабеля в условиях плохой видимости экструдированный слой силиконовой резины, накладываемый дополнительно поверх изолированной жилы, целесообразно индивидуально окрашивать в массе в процессе экструдирования, обеспечивая индивидуальную расцветку, достаточную для обеспечения различия названных групп в сердечнике, жил между собой в группе и в сердечнике, скрученном из одиночных жил.

Исходя из требования помехозащищенности целесообразно установить при скрутке согласованные шаги у смежных групп (неравные и некратные), а также ограничить шаг скрутки жил в группы следующим образом: в группу из двух жил (в пару) - не более 0,1 м, из трех - не более 0,15 м, из четырех жил - не более 0,2 м.

С целью защиты от электромагнитных воздействий целесообразно выполнить кабель не менее чем с одним экраном. При этом для защиты от внутренних электромагнитных воздействий и с целью организации схем заземления по экранам целесообразно выполнить экраны индивидуальными, наложенными на отдельную токопроводящую жилу или групповыми, наложенными на отдельную группу. Для защиты от внешних электромагнитных воздействий целесообразно выполнить экран общим, наложенным на сердечник или поверх бандажа.

Преимущественно для искробезопасных кабелей на каждый индивидуальный или групповой экран целесообразно наложить экструзионным способом полимерную оболочку или поясную изоляцию в виде обмотки по спирали с перекрытием не менее чем одной полимерной лентой, причем толщину названных полимерной оболочки и поясной изоляции по индивидуальным и групповым экранам выбрать такой, чтобы она выдерживала испытание напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными, или групповыми, или общим экранами, что соответствует требованиям п.12.2.2.1 ГОСТ Р 51330-13-99 и п.12.2.2.1 ГОСТ IEC 60079-14-2011.

Для защиты от электромагнитных воздействий в диапазоне низких частот целесообразно изготавливать экран в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок.

Для защиты от электромагнитных воздействий в диапазоне высоких частот целесообразно изготавливать экран не менее чем из одной металлополимерной ленты, наложенной металлом внутрь с перекрытием обмоткой по спирали или продольно с проложенной под экраном экранной проволокой.

Для защиты от электромагнитных воздействий в широком диапазоне частот целесообразно изготавливать экран в виде оплетки или обмотки из медных или медных луженых проволок, дополнительно проложив под оплетку или обмотку металлом кверху с перекрытием металлополимерную ленту продольно или обмоткой по спирали.

В соответствии со статьей 82 Федерального Закона РФ от 22.07.08. №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» в промышленных помещениях при открытой прокладке должны применяться кабели, не распространяющие горение. В связи с этим при условии групповой прокладки материалы для оболочек, заполнителя, влагозащитной оболочки должны выбираться из ряда: специальный поливинилхлоридный пластикат с кислородным индексом не менее 35 с пониженным дымогазовыделением, или безгалогенная полимерная композиция с кислородным индексом не менее 35, или полиолефиновый термопластичный эластомер с кислородным индексом не менее 29, или полиуретановый термопластичный эластомер с кислородным индексом не менее 29, или силиконовая резина с кислородным индексом не менее 29, в том числе керамизирующаяся в условиях воздействия пламени (для заполнителя кислородный индекс должен быть не менее 28 при использовании любого материала, так как он содержит большое количество минерального наполнителя).

Для обеспечения круглой формы кабеля поверх сердечника целесообразно наложить экструдированным концентрическим слоем полимерный заполнитель.

Для кабелей, прокладываемых из взрывоопасной зоны в невзрывоопасную с целью обеспечения частичной продольной герметизации, целесообразно заполнитель дополнительно ввести в воздушные полости сердечника и названных групп.

Для облегчения конструкции кабеля и снижения материалоемкости целесообразно заполнитель выполнить из вспененного материала.

Для обеспечения комплекса заявляемых свойств кабеля заполнитель целесообразно выполнять на основе материала, однородного с материалом оболочек.

С целью идентификации в процессе эксплуатации целесообразно оболочку кабелей для искробезопасных цепей окрашивать в синий цвет или отдельно накладывать на основной цвет синюю полосу.

Согласно ПУЭ (Правила устройства электроустановок) открыто и неограниченно во взрывоопасных зонах прокладываются только бронированные кабели: они не требуют дополнительной защиты или каких-то упрощенных облегченных условий, поэтому имеют широкое применение.

При эксплуатации кабелей в условиях воздействия радиальных (раздавливающих) усилий целесообразно под влагозащитную оболочку наложить броню из стальных проволок обмоткой по спирали или в виде оплетки.

При эксплуатации кабелей в условиях воздействия продольных (растягивающих) усилий целесообразно под влагозащитную оболочку наложить броню из стальных лент обмоткой по спирали или продольно из предварительно гофрированной стальной ленты, ламинированной полимером.

С целью предотвращения продольного распространения воды под броней в случае нарушения целостности влагозащитной оболочки при эксплуатации во влажной среде под броню целесообразно дополнительно проложить слой водоблокирующего материала.

Для улучшения технологии и предотвращения возможного разрушения заполнителя в момент наложения брони целесообразно под броню наложить экструзионным способом промежуточную оболочку из полимерного материала, однородного с материалом названной влагозащитной оболочки, или обмотку не менее чем одной полимерной лентой с перекрытием. Выбор между промежуточной оболочкой и обмоткой осуществляется на основании степени разрушающего воздействия брони в процессе наложения и из экономических соображений.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером выполнения, представленным чертежом поперечного сечения трехжильного кабеля.

Изображенный на чертеже кабель 1 электрический огнестойкий, преимущественно взрывопожаробезопасный, не распространяющий горение, в том числе для искробезонасных цепей, содержащий сердечник, состоящий из трех токопроводящих жил 2, изолированных двухслойной комбинированной изоляцией каждая, первый слой 3, прилегающий к названной токопроводящей жиле, выполнен экструдированным из силиконовой резины, керамизирующейся в условиях воздействия пламени, второй слой 4 выполнен не менее чем одной слюдинитовой лентой наложенной обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь, с натяжением ленты при обмотке не менее 7 H, с целью идентификации поверх обмотки слюдинитовой лентой на каждую токопроводящую жилу нанесен контрастными чернилами или краской индивидуальный номер, жилы скручены между собой в сердечник, поверх которого наложен бандаж 5 не менее чем одной слюдинитовой лентой обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь, и влагозащитная оболочка 6, выполненная экструзионным способом из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 35 с пониженным дымогазовыделением, или безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35, или полиолефинового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или полиуретанового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или силиконовой резины с кислородным индексом не менее 29, в том числе керамизирующейся в условиях воздействия пламени.

Описание технологии изготовления

Технология изготовления кабелей согласно заявляемому изобретению включает следующие операции.

Медные проволоки для токопроводящих жил 2 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.

Многопроволочные токопроводящие жилы 2 скручиваются из необходимого количества проволок на крутильных машинах сигарного, рамочного или фонарного типа.

Первый слой 3 двухслойной комбинированной изоляции накладывают из керамизирующейся силиконовой резины на агрегатах непрерывной вулканизации. Второй слой 4 в виде обмотки слюдинитовыми лентами слюдяным покрытием внутрь накладывают на лентообмоточных машинах с натяжением не менее 7H. Цифровую маркировку наносят с помощью чернильного принтера на проход.

Скрутка изолированных жил в группы - пару, тройку или четверку или в сердечник производится обычно на машинах рамочного или фонарного типов.

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

Электрический экран из металлополимерной 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 жилу. Возможно продольное наложение экрана из металлополимерной ленты металлом внутрь с подпуском медной луженой дренажной жилы при одновременном наложении заполнителя из специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера на экструзионной линии или силиконовой резины на линии непрерывной вулканизации.

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

Бандаж из слюдинитовых лент изготавливают методом наложения по спирали с перекрытием на обмоточных машинах.

Оболочки по экранам накладывают из специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера на экструзионных линиях, или силиконовой резины на линиях непрерывной вулканизации.

Заполнитель из специального поливинилхлоридного пластиката, или безгалогенной полимерной композиции, или термопластичного эластомера накладывается экструзионным способом на экструзионных линиях и на линиях непрерывной вулканизации при использовании силиконовой резины. Введение заполнителя в воздушные пустоты сердечника и групп производится послойным экструдированием сначала для групп, затем для каждого повива.

Вспенивание материала заполнителя производится химическим или физическим способом. В первом случае к гранулам основного материала в бункер экструзионной линии добавляют гранулированный, вспенивающий реагент, во втором случае вводят неактивный газ (например, азот) в формирующийся заполнитель с помощью установки физического вспенивания. Физический метод целесообразно применять при наличии на сердечнике ленточной обмотки.

Влагозащитную оболочку из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 35 с пониженным дымогазовыделением или безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35, или полиолефинового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или полиуретанового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, накладывают на экструзионных линиях, из силиконовой резины с кислородным индексом не менее 29, в том числе керамизирующейся в условиях воздействия пламени, на агрегатах непрерывной вулканизации.

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

Броня 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 влагозащитной оболочки.

Экспериментальное подтверждение

С целью проверки достижения технического результата был изготовлен опытный образец кабеля, соответствующий изображенному на чертеже, длиной 1 км.

Кабель 1 содержит сердечник из трех скрученных между собой многопроволочных медных токопроводящих жил 2, с двухслойной комбинированной изоляцией с первым слоем 3 в виде экструдированной керамизирующейся силиконовой резины и вторым слоем 4 в виде обмотки одной слюдинитовой лентой с перекрытием 40% слюдяным покрытием внутрь, с бандажем 5 поверх сердечника из одной слюдинитовой ленты с перекрытием 40% слюдинитовым покрытием внутрь и влагозащитную оболочку 6 из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 35 с пониженным дымогазовыделением.

От образца кабеля отобраны три образца кабеля длиной по 1 м каждый. Образцы подвергнуты испытанию на работоспособность под воздействием пламени с температурой 850°C одновременно с механическими ударами под рабочим напряжением 660 В в течение 180 мин по ГОСТ Р МЭК 60331-31-2007. Через 180 минут под воздействием пламени и 36 ударов по стальной лестнице, на которой был закреплен каждый образец в процессе испытания, все образцы испытания выдержали, то есть электрический пробой изоляции отсутствовал, а на нагрузку подавалось напряжение 660 В. После этого на побывавшую в огне часть кабеля длиной 400 мм тонкими струйками вылили 5 л воды. После воздействия воды образцы испытания выдержали: пробой изоляции отсутствовал, а па нагрузке было напряжение 660 В.

Тем самым подтверждается достижение технического результата.

Изобретение относится к конструкциям электрических многожильных огнестойких кабелей, не распространяющих горение, предназначенных для фиксированного межприборного монтажа электрических устройств промышленных предприятий, в том числе во взрывоопасных зонах всех классов при использовании различных методов взрывозащиты. Кабель содержит сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной однопроволочной или многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару, или тройку, или четверку. Огнестойкие жилы выполнены с двухслойной комбинированной изоляцией, первый слой, прилегающий к токопроводящей жиле, выполнен экструдированным из силиконовой резины, керамизирующейся в условиях воздействия пламени, второй слой выполнен не менее чем одной слюдинитовой лентой наложенной обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь, с натяжением ленты при обмотке не менее 7 H. Для идентификации поверх обмотки слюдинитовой лентой на каждую изолированную жилу нанесен контрастными чернилами или краской индивидуальный номер. Поверх сердечника наложен бандаж не менее чем одной слюдинитовой лентой обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь. Технический результат заключается в обеспечении работоспособности предлагаемого кабеля во время пожара с температурой не ниже 830°C с механическими ударами по основанию крепления кабеля. 21 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Кабель электрический огнестойкий, преимущественно взрывопожаробезопасный, не распространяющий горение, в том числе для искробезопасных цепей, содержащий сердечник, состоящий не менее чем из одной изолированной однопроволочной или многопроволочной токопроводящей медной или медной луженой жилы или не менее чем из одной группы названных жил, скрученных в пару, или тройку, или четверку, и влагозащитную оболочку, отличающийся тем, что изоляция названных токопроводящих жил выполнена двухслойной комбинированной, первый слой, прилегающий к названной токопроводящей жиле, выполнен экструдированным из силиконовой резины, керамизирующейся в условиях воздействия пламени, второй слой выполнен не менее чем одной слюдинитовой лентой наложенной обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь, с натяжением ленты при обмотке не менее 7H, с целью идентификации поверх обмотки слюдинитовой лентой на каждую названную изолированную жилу нанесен контрастными чернилами или краской индивидуальный номер, а поверх сердечника наложен бандаж не менее чем одной слюдинитовой лентой обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что при числе названных изолированных жил или групп в сердечнике более одной жилы или группы скручены между собой в сердечник.

3. Кабель по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что под названную изоляцию дополнительно наложен слой не менее чем из одной слюдинитовой ленты обмоткой по спирали с перекрытием слюдяным покрытием внутрь.

4. Кабель по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что поверх названной изолированной жилы дополнительно наложена обмоткой по спирали с перекрытием защитная полимерная лента, поверх которой нанесен контрастными чернилами или краской индивидуальный номер изолированной жилы.

5. Кабель по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что поверх названной изолированной жилы дополнительно наложен экструдированный слой силиконовой резины, керамизирующейся в условиях воздействия пламени, поверх которого нанесен контрастными чернилами или краской индивидуальный номер изолированной жилы.

6. Кабель по п.5, отличающийся тем, что дополнительно наложенный слой силиконовой резины названной изоляции названных токопроводящих жил имеет индивидуальную расцветку или цветовую маркировку, причем расцветка выполнена количеством однородных цветов, достаточным для обеспечения различия названных групп в сердечнике между собой по комбинации цветов названной изоляции или маркировки изоляции токопроводящих жил и для обеспечения различия этих жил между собой по цвету названной изоляции или цвету маркировки внутри каждой группы и в сердечнике, скрученном из отдельных изолированных токопроводящих жил.

7. Кабель по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что смежные группы имеют согласованные шаги скрутки, причем шаг скрутки в группу двух названных изолированных жил не превышает 0,1 м, трех названных изолированных жил не превышает 0,15 м, четырех названных изолированных жил не превышает 0,2 м.

8. Кабель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен не менее чем с одним экраном.

9. Кабель по п.8, отличающийся тем, что экран выполнен индивидуальным, наложенным на названную изолированную токопроводящую жилу, или групповым, наложенным на названную группу, или общим, наложенным поверх сердечника или бандажа сердечника, причем поверх каждого индивидуального или группового экрана наложена экструзионным способом полимерная оболочка или поясная изоляция в виде обмотки по спирали с перекрытием не менее чем одной полимерной лентой, а толщина названных оболочки или поясной изоляции по индивидуальным или групповым экранам выбрана такой, чтобы она выдерживала испытание напряжением не менее 500 В переменного тока частотой 50 Гц, приложенным между любыми индивидуальными, или групповыми, или общим экранами.

10. Кабель по п.8, отличающийся тем, что экран выполнен не менее чем одной металлополимерной лентой, наложенной металлом внутрь с перекрытием обмоткой по спирали или продольно с проложенной под ним экранной проволокой.

11. Кабель по п.8, отличающийся тем, что экран выполнен в виде обмотки и оплетки из медных или медных луженых проволок.

12. Кабель по п.11, отличающийся тем, что под экран в виде обмотки или оплетки дополнительно наложена металлом кверху с перекрытием металлополимерная лента продольно или обмоткой по спирали.

13. Кабель по п.9, отличающийся тем, что названная полимерная оболочка поверх индивидуального или группового экрана выполнена из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 35 с пониженным дымогазовыделением, или безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35, или полиолефинового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или полиуретанового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или силиконовой резины с кислородным индексом не менее 29, в том числе керамизирующейся в условиях воздействия пламени.

14. Кабель по п.1, отличающийся тем, что поверх сердечника концентрическим слоем наложен полимерный заполнитель.

15. Кабель по п.14, отличающийся тем, что заполнитель дополнительно введен в воздушные полости сердечника и названных групп, обеспечивая их частичную продольную герметизацию.

16. Кабель по п.14, отличающийся тем, что заполнитель выполнен из вспененного материала.

17. Кабель по п.14, отличающийся тем, что заполнитель выполнен на основе специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 28, с пониженным дымогазовыделением, или безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 28, или полиолефинового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 28, или полиуретанового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 28, или силиконовой резины с кислородным индексом не менее 28, в том числе керамизирующейся в условиях воздействия пламени.

18. Кабель по п.1, отличающийся тем, что влагозащитная оболочка выполнена экструзионным способом из специального поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом не менее 35, с пониженным дымогазовыделением, или безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35, или полиолефинового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или полиуретанового термопластичного эластомера с кислородным индексом не менее 29, или силиконовой резины с кислородным индексом не менее 29, в том числе керамизирующейся в условиях воздействия пламени.

19. Кабель по п.1, отличающийся тем, что для искробензопасных кабелей влагозащитная оболочка выполнена синего цвета или с продольной синей полосой.

20. Кабель по п.1, отличающийся тем, что под влагозащитную оболочку дополнительно проложена броня из круглых стальных проволок обмоткой по спирали, или в виде оплетки, или не менее чем из одной стальной ленты обмотки по спирали, или продольно из предварительно гофрированной стальной ленты, ламинированной полимером.

21. Кабель по п.20, отличающийся тем, что под броню дополнительно проложен слой водоблокирующего материала.

22. Кабель по п.20, отличающийся тем, что под броню дополнительно наложена экструзионным методом промежуточная оболочка из полимерного материала, однородного с материалом названной влагозащитной оболочки, или обмотка не менее чем одной полимерной лентой с перекрытием.