СИЛОВОЙ КАБЕЛЬ СО СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЙ ОБОЛОЧКОЙ Российский патент 2023 года по МПК H01B9/02 

Изобретение относится к области получения люминесцентных материалов и области изготовления кабелей со светоизлучающим слоем, содержащим люминофор, и может найти применение при изготовлении силовых кабелей, предназначенных для нетрадиционной прокладки (воздушной или шахтной), требующей постоянного или периодического визуального контроля положения кабеля в пространстве.

Известен силовой кабель, включающий медные токопроводящие жилы с изоляционным покрытием из сшитой этиленпропиленовой резины, жилу заземления, которые заключены во внутреннюю оболочку из термопластичного эластомера, поверх которой последовательно размещены обмотка из водоблокирующей ленты, комбинированная броня и наружная оболочка из термопластичного полиуретанового эластомера, и поверх термопластичного полиуретанового эластомера наложена обмотка из светоотражающей ленты и защитный шланг из прозрачного термопластичного полиуретанового эластомера (RU 200413, Н01В 7/18, Н01В 9/02, опубликовано 22.10.2020).

Недостатком известного силового кабеля является необходимость намотки светоотражающей ленты, обеспечение ее качественной адгезии к наружной оболочке кабеля и защитному шлангу, что усложняет технологию изготовления кабеля, а также достаточно низкая отражающая способность ленты при использовании люминофора при ее изготовлении.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является светящийся шахтный кабель, включающий токопроводящие медные жилы, покрытые изолирующим слоем полиэтиленовой пленки, на которые нанесен слой обмотки из полиэфирной пленки, поверх которого выполнена экструзией внешняя защитная оболочка из поливинилхлорида, покрытая светоизлучающим люминесцентным слоем, содержащим люминесцентный порошок алюмината редкоземельного элемента (CN 2833805, C09K 11/77, Н01В 3/42, Н01В 7/02, Н01В 7/17, Н01В 7/295, Н01В 7/36, опубликовано 01.11.2006).

Недостатком известного технического решения является недостаточный уровень яркости и времени послесвечения после прекращения воздействия на кабель видимого и/или УФ излучения, а также отсутствие свечения оболочки в видимом диапазоне под воздействием облучения ближнего ИК излучения.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, и техническим результатом, который обеспечивается при его использовании, является повышение заметности кабеля в условиях недостаточной освещенности, например при аварийном отключении освещения в шахтах, за счет повышения яркости и увеличения времени послесвечения оболочки кабеля, а также возможности свечения кабеля при воздействии ближнего ИК излучения. Повышение заметности кабеля снижает вероятность его повреждения в условиях недостаточной освещенности, а также упрощает обнаружение и обслуживание кабельных линий.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в силовом кабеле со светоизлучающей оболочкой, включающем токопроводящие жилы, покрытые изолирующим покрытием, на которые нанесены экранирующий слой и защитная светоизлучающая оболочка, содержащая люминесцентный порошок, упомянутая защитная оболочка выполнена толщиной 1,2-1,5 мм из прозрачного поливинилхлоридного пластиката, содержащего 1-15 мас. % люминесцентного порошка, полученного при соотношении оксидов алюминия, европия, магния, меди, карбоната стронция и перборной кислоты в сухой смеси люминесцентного порошка, мас. %: Al₂O₃ - 12,0-15,0, Eu₂O₃ - 21,0-26,0, MgO - 4,0-8,0, Cu₂O - 4,0-8,0, Sr₂CO₃ - 43,0-47,0, НВО₃ - 4,0-8,0.

Технический результат также достигают тем, что под защитной оболочкой размещен дополнительный светоизлучающий слой толщиной 0,4-0,8 мм, выполненный из прозрачного поливинилхлорида, содержащего 1-10 мас. % люминесцентного порошка, полученного при соотношении оксидов алюминия, европия, магния, туллия, меди, карбоната стронция и перборной кислоты в сухой смеси люминесцентного порошка, мас. %: Al₂O₃ - 12,0-16,0, Eu₂O₃ - 20,0-24,0, MgO - 3,0-7,0, Tm₂O₃ - 3,0-7,0, Cu₂O - 3,0-7,0, Sr₂CO₃ - 42,0-46,0, НВО₃ - 3,0-7,0; кабель дополнительно снабжен вспомогательной жилой, покрытой изолирующим слоем; над экранирующим слоем расположен слой брони, выполненной из стальных оцинкованных лент или проволок; изолирующее покрытие токопроводящих жил выполнено из высокомодульной этиленпропиленовой резины, цветного поливинилхлоридного пластиката или сшитого полиэтилена; токопроводящие и вспомогательные жилы выполнены из меди или алюминия сплошными или скрученными из проволок.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где:

1 - токопроводящая жила;

2 - изолирующее покрытие;

3 - экранирующий слой;

4 - защитная светоизлучающая оболочка;

5 - дополнительный светоизлучающий слой;

6 - вспомогательная жила.

Силовой кабель с защитной светоизлучающей оболочкой изготавливают с использованием известных способов формирования кабеля с термопластичным покрытием на токопроводящих и вспомогательных жилах. На 3-6 токопроводящих жилах 1, а также на вспомогательной жиле 6 экструзией формируют изолирующее покрытие толщиной 1-3 мм из высокомодульной этиленпропиленовой резины, цветного поливинилхлоридного пластиката или сшитого полиэтилена. Жилы выполнены из меди или алюминия сплошными или скрученными из проволок.

Затем токопроводящие жилы 1 и вспомогательную жилу 6 собирают в пучок, на котором экструзией формируют экранирующий слой 3 толщиной 2-8 мм. В качестве материала для экранирующего слоя используют высокомодульную этиленпропиленовую резину, цветной поливинилхлоридный пластикат или сшитый полиэтилен. Поверх экранирующего слоя 3 в зависимости от назначения кабеля может быть сформирован слой брони толщиной до 0,5 мм, выполненный из стальной оцинкованной ленты (не показан).

После этого формируют защитную светоизлучающую оболочку 4, в которой распределен светоизлучающий материал - люминесцентный порошок, содержащий оксиды алюминия, европия, магния, меди, карбонат стронция и соединение бора, полученный в виде смеси коммерчески доступных порошков Al₂O₃, Eu₂O₃, MgO, Cu₂O, Sr₂CO₃, HBO₃.

Люминесцентный порошок со средним размером частиц 0,01-0,8 мкм также может быть получен известной для специалистов технологией путем взаимодействия оксидов или пероксидов металлов с перборной кислотой при температурах 900-1400°С в окислительной, нейтральной или восстановительной газовой среде с последующим помолом до получения частиц требуемого размера.

Защитную светоизлучающую оболочку 4 толщиной 1,2-1,5 мм формируют из прозрачного поливинилхлоридного пластиката, в который введено 1-15 мас. % люминесцентного порошка, полученного при следующем соотношении оксидов алюминия, европия, магния, меди, карбоната стронция и перборной кислоты в сухой смеси люминесцентного порошка, мас. %: Al₂O₃ - 12,0-15,0, Eu₂O₃ - 21,0-26,0, MgO - 4,0-8,0, Cu₂O - 4,0-8,0, Sr₂CO₃ - 43,0-47,0, НВО₃ - 4,0-8,0. При указанных соотношениях компонентов достигается максимальная яркость и наибольшее время послесвечения данного люминесцентного порошка. Люминесцентный порошок и гранулы поливинилхлоридного пластиката замешивают в бункере подачи в экструдер. Затем при прохождении смеси через безбарьерный экструдер с нагревом до 185°С происходит плавление полимерных гранул и тщательное однородное перемешивание полимерной матрицы и частиц порошка шнеком экструдера. Готовая высокооднородная смесь экструдируется в гранулы, которые используют для формирования защитной светоизлучающей оболочки кабеля.

Для повышения заметности посредством обеспечения светимости кабеля при воздействии ИК излучения, энергии фотонов которых недостаточно для возбуждения люминесцентных добавок первой защитной оболочки, под защитной светоизлучающей оболочкой формируют дополнительный светоизлучающий слой 5 толщиной 0,4-0,8 мм из прозрачного поливинилхлорида, в который введено 1-10 мас. % люминесцентного порошка, полученного при соотношении оксидов алюминия, европия, магния, туллия, меди, карбоната стронция и перборной кислоты в сухой смеси люминесцентного порошка, мас. %: Al₂O₃ - 12,0-16,0, Eu₂O₃ - 20,0-24,0, MgO - 3,0-7,0, Tm₂O₃ - 3,0-7,0, Cu₂O - 3,0-7,0, Sr₂CO₃ - 42,0-46,0, НВО₃ - 3,0-7,0. Добавка оксида туллия повышает восприимчивость кабеля к ИК излучению и дает возможность получать излучение в видимом диапазоне (синий 470-490 нм на переходе 1G4 → 3Н6) при поглощении ближнего инфракрасного излучения за счет эффекта ап-конверсии в ионах Tm³⁺. То есть кабель светится синим при падении на него ближнего ИК излучения. Кроме того, ап-конверсионное свечение ионов туллия в свою очередь частично поглощается люминофором, который обеспечивает долгое послесвечение. Таким образом, кабель получает свойство послесвечения при воздействии на него не только УФ или видимого диапазона, но и ближнего ИК излучения. Технология получения люминесцентного порошка с оксидом туллия аналогична известным технологиям, основанным на высокотемпературном взаимодействии оксидов или пероксидов металлов с перборной кислотой в окислительной, нейтральной или восстановительной газовой среде.

Толщины светоизлучающей оболочки и светоизлучающего дополнительного слоя в сочетании с заявленными содержаниями в них люминесцентного порошка являются оптимальными. При выходе за заявленные пределы толщин слоев и содержания люминесцентного порошка, а также соотношения компонентов в сухой смеси люминесцентного порошка яркость и время послесвечения оболочки кабеля заметно уменьшается.

Пример.

Формирование светоизлучающей оболочки и дополнительного светоизлучающего слоя на кабеле типа КШВЭПБШНГ-LS-6 (кабель силовой шахтный) осуществляют следующим образом. Кабель содержит гибкие медные жилы и вспомогательную жилу с изоляцией из цветного поливинилхлоридного пластиката, экранирующий слой из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности и броню из стальных оцинкованных проволок. На слой брони способом экструзии при температуре 175-185°С наносят дополнительный светоизлучающий слой толщиной 0,7-0,8 мм из прозрачного поливинилхлорида, содержащий 6 мас. % люминесцентного порошка, полученного при соотношении оксидов алюминия, европия, магния, туллия, меди, карбоната стронция и перборной кислоты в сухой смеси люминесцентного порошка, мас. %: Al₂O₃ - 14,0, Eu₂O₃ - 22,0, MgO - 5,0, Tm₂O₃ - 5,0, Cu₂O - 5,0, Sr₂CO₃ - 44,0, НВО₃ - 5,0. После остывания дополнительного слоя до температуры 70-80°С на него наносят основной светоизлучающий слой толщиной 1,2-1,3 мм защитной оболочки из прозрачного поливинилхлоридного пластиката, содержащего 8 мас. % люминесцентного порошка, полученного при соотношении оксидов алюминия, европия, магния, меди, карбоната стронция и перборной кислоты в сухой смеси люминесцентного порошка, мас. %: Al₂O₃ - 14,0, Eu₂O₃ - 23,0, MgO - 6,0, Cu₂O - 6,0, Sr₂CO₃ - 45,0, НВО₃ - 6,0.

Предложенный силовой кабель при использовании обеспечивает повышение яркости и времени послесвечения оболочки кабеля, причем выполнение дополнительного светоизлучающего слоя также обеспечивает возможность светиться при воздействии ближнего ИК излучения. Таким образом, достигается повышение заметности кабеля в условиях недостаточной освещенности, упрощается его обнаружение, что исключает вероятность повреждения, например при аварийном отключении освещения, и также обеспечивается обслуживание кабельных линий в условиях недостаточной освещенности.

Изобретение относится к области получения люминесцентных материалов и области изготовления кабелей со светоизлучающим слоем, содержащим люминофор, и может найти применение при изготовлении силовых кабелей, предназначенных для нетрадиционной прокладки (воздушной или шахтной), требующей постоянного или периодического визуального контроля положения кабеля в пространстве. Cиловой кабель со светоизлучающей оболочкой включает токопроводящие жилы, покрытые изолирующим покрытием, на которые нанесены экранирующий слой и защитная светоизлучающая оболочка, содержащая люминесцентный порошок. Защитная оболочка имеет толщину 1,2-1,5 мм и выполнена из прозрачного поливинилхлоридного пластиката, содержащего 1-15 мас. % люминесцентного порошка. Сухая смесь люминесцентного порошка содержит, мас. %: Al₂O₃ - 12,0-15,0, Eu₂O₃ - 21,0-26,0, MgO - 4,0-8,0, Cu₂O - 4,0-8,0, Sr₂CO₃ - 43,0-47,0, НВО₃ - 4,0-8,0. Изобретение позволяет повысить заметность кабеля в условиях недостаточной освещенности. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Силовой кабель со светоизлучающей оболочкой, включающий токопроводящие жилы, покрытые изолирующим покрытием, на которые нанесены экранирующий слой и защитная светоизлучающая оболочка, содержащая люминесцентный порошок, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена толщиной 1,2-1,5 мм из прозрачного поливинилхлоридного пластиката, содержащего 1-15 мас. % люминесцентного порошка, полученного при следующем соотношении оксидов алюминия, европия, магния, меди, карбоната стронция и перборной кислоты в сухой смеси люминесцентного порошка, мас. %: Al₂O₃ - 12,0-15,0, Eu₂O₃ - 21,0-26,0, MgO - 4,0-8,0, Cu₂O - 4,0-8,0, Sr₂CO₃ - 43,0-47,0, НВО₃ - 4,0-8,0.

2. Силовой кабель по п. 1, отличающийся тем, что под защитной оболочкой размещен дополнительный светоизлучающий слой толщиной 0,4-0,8 мм, выполненный из прозрачного поливинилхлорида, содержащего 1-10 мас. % люминесцентного порошка, полученного при следующем соотношении оксидов алюминия, европия, магния, туллия, меди, карбоната стронция и перборной кислоты в сухой смеси люминесцентного порошка, мас. %: Al₂O₃ - 12,0-16,0, Eu₂O₃ - 20,0-24,0, MgO - 3,0-7,0, Tm₂O₃ - 3,0-7,0, Cu₂O - 3,0-7,0, Sr₂CO₃ - 42,0-46,0, НВО₃ - 3,0-7,0.

3. Силовой кабель по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вспомогательной жилой, покрытой изолирующим слоем.

4. Силовой кабель по п. 1, отличающийся тем, что над экранирующим слоем расположен слой брони, выполненной из стальных оцинкованных лент или проволок.

5. Силовой кабель по п. 1, отличающийся тем, что изолирующее покрытие токопроводящих жил выполнено из высокомодульной этиленпропиленовой резины, цветного поливинилхлоридного пластиката или сшитого полиэтилена.

6. Силовой кабель по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящие жилы выполнены из меди или алюминия сплошными или скрученными из проволок.

7. Силовой кабель по п. 3, отличающийся тем, что вспомогательная жила выполнена из меди или алюминия сплошной или скрученной из проволок.