ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ СИММЕТРИЧНЫЙ ОГНЕСТОЙКИЙ ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫЙ КАБЕЛЬ Российский патент 2016 года по МПК H01B11/02 H01B7/295 

Изобретение относится к одной из отраслей электротехнической промышленности - кабельной технике, а именно к симметричным высокочастотным герметизированным экранированным кабелям для передачи данных. Изобретение может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется сохранение работоспособности кабелей в условиях воздействия открытого пламени, механического удара одиночного действия, синусоидальной вибрации, продольного и радиального гидростатического давления воды.

Из «Уровня техники» известен герметизированный, огнестойкий кабель, включающий: одну или несколько токопроводящих жил с изоляцией из резины с дополнительным огнестойким барьером в виде обмотки с перекрытием одной или двумя слюдяными лентами, герметизированными вулканизующимся диэлектрическим составом, который заполняет все пустоты под и между лентами, а также места перекрытия лент; заполнители для междупроволочных, подизоляционных и междужильных пустот; оболочку из резины; общий экран (RU 57958 U1, 17.01.2006). Огнестойкость кабеля обеспечивается за счет введения термического барьера слюдяными лентами дополнительно к рабочей электрической изоляции. Известный кабель сохраняет способность передачи электрической энергии при воздействии пламени во время пожара. Герметичность может быть обеспечена за счет заполнения всех пустот в кабеле специальными герметизирующими составами, имеющими высокую адгезию к конструктивным элементам кабеля.

Недостатками известного устройства являются:

- конструкция кабеля не обеспечивает высокочастотную передачу данных из-за отсутствия симметричных изолированных пар;

- низкая стойкость кабеля к воздействию механических нагрузок (синусоидальной вибрации и механическому удару одиночного действия) в условиях пожара и после окончания его воздействия.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, является герметизированный огнестойкий кабель, содержащий: токопроводящие многопроволочные жилы с обмоткой каждой из них слюдяной лентой и наложением изоляции из полиэтилена высокой плотности; термореактивный герметизирующий состав, заполняющий пространство между всеми конструктивными элементами изолированной токопроводящей жилы и внутренние пустоты между изолированными токопроводящими жилами; поясную изоляцию из поливинилхлоридной пленки; общий экран в виде оплетки из медных луженых проволок и наружную оболчку из поливинилхлоридного пластиката (ТУ 0293-005-07537654-2008, ОАО «СПО «Арктика», СМПЭВГО-40 [1]. Известный кабель обеспечивает сохранение работоспособности кабеля при воздействии пламени (800±50)°C в течение не менее 180 мин., а также стойкость к продольному и радиальному гидростатическому давлению до 4 МПа (40 кгс/см²).

Недостатками известного устройства являются:

- конструкция кабеля не обеспечивает высокочастотную передачу данных на частоте до 250 МГц из-за отсутствия симметричных изолированных пар;

- низкая стойкость кабеля к воздействию механических нагрузок (синусоидальной вибрации и механическому удару одиночного действия) в условиях пожара и после окончания его воздействия;

- пониженная стойкость к продольному и радиальному гидростатическому давлению до 4 МПа (40 кгс/см²) при требованиях не менее 6 МПа (60 кгс/см²);

- отсутствие возможности групповой прокладки кабеля;

- стекание герметизирующего заполнителя кабеля при его вертикальной прокладке при предельно допустимой температуре эксплуатации;

- ограниченный диапазон изменения рабочих температур эксплуатации кабеля от минус 50°C до плюс 70°C.

Задача заявленного изобретения заключатся в создании конструкции высокочастотного симметричного огнестойкого герметизированного кабеля, сохраняющего высокие физико-механические характеристики в условиях воздействия гидростатического продольного и радиального давления силой 15,18 МПа (150 кгс/см) при горизонтальной и вертикальной прокладке, а также в сохранении работоспособности (параметров передачи данных на частоте до 250 МГц) кабеля в условиях воздействия открытого пламени до 850°C и одиночного механического удара многократного действия в течение не менее 2-х часов, в ходе остывания до температуры 400°C в течение 1,5 часов и после воздействия открытого пламени в течение 300 часов, при воздействии синусоидальной вибрации.

Технический результат заключается в повышении стойкости и прочности кабеля к воздействию продольного и радиального гидростатического давления воды, с действием открытого пламени одновременно с механическими нагрузками и сохранением высокочастотных характеристик передачи данных до 250 МГц во время и после воздействия пламени.

Достижение технического результата обеспечивает высокочастотный симметричный огнестойкий герметизированный кабель, содержащий изолированные огнестойкой изоляцией токопроводящие жилы, экран, герметизирующее заполнение между конструктивными элементами кабеля, а также наружную оболочку, при этом токопроводящие жилы изолированы огнестойкой кремнийорганической резиной и скручены, по крайней мере, в две симметричные пары, при этом на каждую пару наложен двухслойный экран, состоящий из ламинированной алюминиевой фольги, наложенной на пару с перекрытием кромок металлическим слоем наружу и оплетки из медных луженых проволок, причем герметизирующее заполнение между парой и экраном выполнено из волокнистого водоблокирующего материала, а между скрученными в сердечник индивидуально экранированными парами и наружной оболочкой - из низкомолекулярного кремнийорганического компаунда, причем оболочка выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов.

Согласно заявленному изобретению сердечник кабеля скручен из четырех индивидуально экранированных пар.

Наличие корделя из водоблокирущих нитей в составе пары скрученных изолированных токопроводящих жил уменьшают диэлектрическую проницаемость среды передачи электрического сигнала и, как следствие, позволяет уменьшить коэффициент затухания пар. Применение в конструкции кабеля экранированных пар с использованием сплошного экрана из ламинированной алюминиевой фольги исключает проникновение герметизирующего заполнителя внутрь пары и обеспечивает параметры передачи данных на частотах до 250 МГц. Попадание компаунда внутрь экранированной пары может привести к снижению электрического сопротивления изоляции токопроводящих жил из кремнийорганической резины на два порядка. Стойкость и прочность кабеля к продольному и радиальному гидростатическому давлению воды до 15,18 МПа (150 атм) достигается за счет использования в конструкции двух видов герметизирующих материалов: нитей из волокнистого водоблокирующего материала и низкомолекулярного кремнийорганического компаунда. Водоблокирующие нити обеспечивают герметизацию пространства между изолированными токопроводящими жилами экранированной пары, компаунд заполняет внутреннее пространство сердечника между скрученными экранированными парами. За счет адгезии герметизирующего компаунда к внутренней части оболочки кабеля исключается выдавливание сердечника под действием гидростатического давления воды. Сохранение работоспособности кабеля (параметров передачи данных) и стойкости к механическим воздействиям обусловлено за счет взаимодействия экрана в виде оплетки из медных луженых проволок с изоляцией из кремнийорганической резины, скрученных в пары токопроводящих жил, при воздействии на него отрытого пламени и после его окончания. При выгорании горючих веществ изоляции из кремнийорганической резины (резиновой силиконовой смеси), она преобразуется в хрупкий огнеупорный керамический слой, который армируется оплеткой из медных луженых проволок и полученный армированный керамический изоляционный слой позволяет сохранять работоспособность кабеля и параметры передачи данных, как в условиях пожара, так и после него, при одновременном воздействии механических нагрузок.

Техническая сущность изобретения поясняется следующими иллюстрациями:

фиг. 1 - вид поперечного сечения кабеля;

фиг. 2 - вид продольно сечения кабеля.

Кабель включает токопроводящие жилы 1 из круглой медной проволоки, отдельно изолированные кремнийорганической резиной 2 (например, смесь силиконовая резиновая ЮНИСИЛ Профф PC 20-8465). Изолированные токопроводящие жилы попарно скручены совместно с корделями из водоблокирующих нитей 3 (например, нить водоблокирующая GTA-20). Изолированные токопроводящие жилы в паре имеют отличительную цветовую маркировку смежных изолированных жил для обеспечения четкой идентификации каждой пары. Поверх попарно скрученных изолированных жил наложен экран из ламинированной алюминиевой фольги 4 (например, ламинированная алюминиевая фольга Алюмофлекс) с перекрытием кромок слоем металла наружу и оплетки из медных луженых проволок 5, наложенной равномерно поверх ламинированной алюминиевой фольги. Экранированные пары кабеля числом пар 2 или 4 скручены в сердечник. Поверх сердечника наложена герметичная оболочка 7 из не содержащего галогенов, не распространяющего горение полимерного материала (например, безгалогенная полимерная композиция ConGuard S-6645) с герметизирующим заполнителем 6 (например, двухкомпонентный компаунд кремнийорганический ПК-68 ВИКСИНТ, состоящий из смеси на основе синтетического термостойкого низкомолекулярного каучука СКТН и катализатора №68).

Токопроводящие жилы 1 изготавливают из медной круглой проволоки. На каждую токопроводящую жилу 1 накладывают изоляцию 2 из огнестойкой кремнийорганической резины, методом экструдирования, совмещенного с процессом вулканизации на кабельных линиях непрерывной вулканизации. Изолированные жилы 2 совместно с корделями из водоблокирующих нитей 3 попарно скручивают на машинах скрутки. Гидрофильные водоблокирующие нити обладают высоким уровнем гибкости и отличной впитывающей способностью, за счет чего обеспечена высокая степень водоблокирования без образования остатков порошковых водоблокирующих материалов. Занимая первоначально незначительный объем, при взаимодействии с водой они увеличиваются в объеме в несколько десятков раз, образуя гелеобразную пробку, которая заполняет все свободное пространство между изолированными токопроводящими жилами экранированной пары и, таким образом, препятствует дальнейшему продольному распространению воды в экранированной паре. Водоблокирующие нити GTA-20 выполнены из полиэфирного нетканого материала с нанесенным на него слоем водоблокирующего порошка и водорастворимого связующего и имеют следующие преимущества: малый диаметр, стабильность характеристик водоблокирования в течение всего срока службы кабеля, высокую прочность на разрыв, плотность геля, обеспечивающего надежное запирание пространства между токопроводящими изолированными жилами от проникновения воды. Поверх скрученной пары накладывают экран, выполненный из ламинированной алюминиевой фольги 4 с перекрытием кромок, наложенной слоем металла наружу и оплетки из медных луженых проволок 5. При выгорании горючих веществ изоляции из кремнийорганической резины (резиновой силиконовой смеси) она преобразуется в хрупкий огнеупорный керамический слой, который армируется оплеткой из медных луженых проволок, и полученный армированный керамический изоляционный слой позволяет сохранять работоспособность кабеля и параметры передачи данных в условиях пожара, так после него, при одновременном воздействии механических нагрузок.

Экранированные пары кабеля числом пар 2 или 4 скручивают в сердечник. Одновременно с наложением оболочки 7 из полимерного материала, не содержащего галогенов, через дозатор в сердечник кабеля подается заранее подготовленный герметизирующий компаунд 6 (например, двухкомпонентный компаунд кремнийорганический ПК-68 ВИКСИНТ, состоящий из смеси на основе синтетического термостойкого низкомолекулярного каучука СКТН и катализатора №68).

Полученная конструкция кабеля характеризуется следующими свойствами: сохранение работоспособности (параметров передачи данных) в условиях пожара и после него при одновременном обеспечении стойкости к механическим нагрузкам; стойкость кабеля противостоять продольному гидростатическому давлению воды силой 15,18 МПа (150 кгс/см²); нераспространение горения при групповой прокладке; низкое дымо- и газовыделение; отсутствие в продуктах горения кабеля опасных для жизни концентраций галогенов.

В результате проведенных испытаний выявлено следующее.

Кабель сохраняет работоспособность при воздействии открытого пламени с температурой 800±50°C в течение 15 минут, в ходе остывания до температуры 400°C в течение 1,5 часа и после воздействия открытого пламени, остывания в течение 300 часов при воздействии синусоидальной вибрации. Параметры передачи данных кабелей (коэффициент затухания, волновое сопротивление) увеличиваются до 7% при повреждении открытым огнем 2% общей длины проложенного кабеля. Кабели могут работать:

-при наружной прокладке при температуре окружающей среды от -60° до +70°, при наличии защиты от прямого воздействия солнечного излучения;

- в воде, в том числе морской, при температуре от +2°C до +35°C на глубине до 1500 м в течение не менее 2 часов;

- при вертикальной прокладке с неограниченной разностью уровней.

Литература

[1] ТУ 0293-005-07537654-2008. Кабели судовые герметизированные огнестойкие. Технические условия, ОАО «СПО «Арктика», СМПЭВГО-40, г.Северодвинск, 2008 г., 55 л.

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к симметричным высокочастотным герметизированным огнестойким кабелям для передачи данных. Кабель включает токопроводящие жилы из круглой медной проволоки с изоляцией из огнестойкой кремнийорганической резины, которые попарно скручены совместно с корделями из водоблокирующих нитей, поверх которых наложен экран из ламинированной алюминиевой фольги слоем металла наружу и оплетки из медных луженых проволок, наложенной равномерно поверх ламинированной алюминиевой фольги. Экранированные пары кабеля числом пар 2 или 4 скручены в сердечник. Внутреннее пространство сердечника кабеля заполнено герметизирующим компаундом и заключен в оболочку из полимерной композиции, не содержащей галогенов. Изобретение обеспечивает повышение стойкости кабеля к воздействию открытого пламени при механическом ударе одиночного действия, в сохранении работоспособности кабеля после ликвидации пожара при продолжительном воздействии на него синусоидальной вибрации, в увеличении способности кабеля противостоять действию продольного гидростатического давления воды. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Высокочастотный симметричный огнестойкий герметизированный кабель, содержащий изолированные огнестойкой изоляцией токопроводящие жилы, экран, герметизирующее заполнение между конструктивными элементами кабеля, а также наружную оболочку, отличающийся тем, что токопроводящие жилы изолированы огнестойкой кремнийорганической резиной и скручены, по крайней мере, в две симметричные пары, при этом на каждую пару наложен двухслойный экран, состоящий из ламинированной алюминиевой фольги, наложенной на пару с перекрытием кромок металлическим слоем наружу, и оплётки из медных луженых проволок, причём герметизирующее заполнение между парой и экраном выполнено из волокнистого водоблокирующего материала, а между скрученными в сердечник индивидуально экранированными парами и наружной оболочкой - из низкомолекулярного кремнийорганического компаунда, причем оболочка выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов.

2. Высокочастотный симметричный огнестойкий герметизированный кабель по п. 1, отличающийся тем, что сердечник скручен из четырех индивидуально экранированных пар.