Способ изготовления электрического кабеля и кабель, изготавливаемый данным способом Российский патент 2023 года по МПК H01B7/285 H01B13/32 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу герметизации воздушных промежутков в кабельных изделиях с пластмассовой и резиновой изоляцией, находящихся во взрывоопасных зонах всех классов для ограничения перемещения горючих веществ в виде газа, пара, тумана, пыли, волокон или летучих частиц, а также для увеличения продольной и радиальной герметичности при проникновении воды в кабель.

Из уровня техники известны различные конструкции герметизированных кабелей и способов их изготовления.

Из уровня техники известен способ изготовления электрического кабеля по патенту РФ № 2658308 от 23.07.2015 на изобретение «Кабель монтажный бронированный, преимущественно взрывопожаробезопасный, в том числе для искробезопасных цепей» (МПК H01B11/02). Данный способ включает изготовление кабеля, состоящего не менее чем из одной изолированной токопроводящей жилы или группы названных жил, предварительно скрученных между собой в пару или тройку, или четверку, поверх сердечника наложен заполнитель, броня и полимерная влагозащитная оболочка, причем броня выполнена в виде оплетки или обмотки из биметаллических сталемедных проволок и одновременно является общим экраном, а сталемедная проволока имеет стальную сердцевину, на которую наложен медный слой с площадью в поперечном сечении, не превышающей 60%. Данный аналог имеет ряд недостатков, во-первых, отсутствует герметизация многопроволочной токопроводящей жилы. Отсутствие герметизации в многопроволочной токопроводящей жиле не может гарантированно обеспечить стойкость к проникновению и продольному перемещению горючих газов и воды высокого давления, вследствие наличия воздушных пустот и отсутствия адгезии между конструктивными элементами токопроводящей жилы. Во-вторых, заполнитель выполнен на основе поливинилхлоридного пластиката или поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности с кислородным индексом не менее 28, с пониженным дымогазовыделением, или полимерной композиции, не содержащей галогенов 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. Заполнение, выполненное из поливинилхлоридного пластиката или поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности, с пониженным дымогазовыделением, или полимерной композиции, не содержащей галогенов, или полиолефинового термопластичного эластомера, или полиуретанового термопластичного эластомера при монтаже кабеля плохо отделяется от экрана, особенно выполненного в виде обмотки или оплетки из проволок, и вызывает повреждение экрана. В-третьих, заполнение производится экструзионным способом поверх групп жил и сердечника на экструзионных линиях. Заполнение экструзионным способом не обеспечивает полноценное заполнение воздушных промежутков в кабеле, особенно выполненном из более семи изолированных пар, троек или четверок, так как данный способ не позволяет заполнить внутренние промежутки внутри повивов. В-четвертых, под броню дополнительно проложен слой водоблокирующего материала. Водоблокирующие материалы применяемые для герметизации брони являются горючими, ухудшают пожаробезопасные свойства кабеля. Данное техническое решение, т.е. применение гигроскопичных заполнителей, запрещено использовать в кабелях, предназначенных для применения во взрывоопасных зонах классов 0 и 1 (статья 19 №123-ФЗ), а также для питания оборудования групп I и II по ГОСТ 31610.0 (ГОСТ IEC 60079-14).

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного изобретения является способ изготовления электрического кабеля по патенту РФ
№ 2732282 от 26.03.2020 на изобретение «Симметричный высокочастотный герметичный кабель пониженной пожароопасности» (МПК H01B11/02). Данный способ подразумевает изготовление симметричного высокочастотного герметичного кабеля пониженной пожароопасности, включающего сердечник, сформированный из по меньшей мере из одной пары скрученных между собой изолированных токопроводящих жил и заполненный герметизирующим заполнителем на основе низкомолекулярного каучука, при этом сердечник заключают в общий металлический экран, а также внешнюю защитную оболочку, причем герметизирующий заполнитель формируют композицией из низкомолекулярного каучука СКТН 100 мас. ч., катализатора 3-5 мас. ч. и смеси минеральных антипиренов 30-100 мас. ч. Данный аналог имеет ряд недостатков, во-первых, отсутствует герметизация многопроволочной токопроводящей жилы. Отсутствие герметизации в токопроводящей жиле не может гарантированно обеспечить стойкость к проникновению и продольному перемещению горючих газов и воды высокого давления, вследствие наличия воздушных пустот и отсутствия адгезии между конструктивными элементами токопроводящей жилы. Во-вторых, практическая реализация изобретения при производстве предполагает нанесение компаунда только на сердечник, пропуская его через емкость с компаундом, при этом герметизация экрана данным способом не предусматривается. В-третьих, конструкция кабеля не предусматривает герметизацию брони в виде лент или проволок, что обеспечивает проникновение газов в кабель.

Задача заявленного изобретения заключалась в разработке нового способа изготовления электрического кабеля, обеспечивающего улучшенные показатели стойкости кабеля к воздействию внешних факторов, лишенного недостатков прототипа. Технический результат заключается в увеличении продольной герметичности электрического кабеля для ограничения горючих веществ по электрическому кабелю, повышение пожаробезопасности во взрывоопасных средах, стойкости к механическому удару и гидростатическому давлению. Данный технический результат достигается за счет всей совокупности существенных признаков.

Сущность изобретения состоит в том, что способ изготовления электрического кабеля заключается в том, что предварительно герметизируют токопроводящую многопроволочную жилу, либо токопроводящую многопроволочную жилу с наложением термического барьера после чего накладывают изоляцию поверх жилы, далее формируют сердечник с герметизацией по внутренним повивам по меньшей мере из двух скрученных между собой изолированных токопроводящих жил, либо из по меньшей мере двух изолированных токопроводящих жил с наложением на них индивидуальных экранов и герметизацией под индивидуальным экраном, затем герметизируют наружные промежутки сердечника, далее накладывают общий экран, затем герметизируют воздушные промежутки над общим экраном при наложении разделительного слоя или наружной оболочки, затем накладывают броню, герметизируют броню с наложением на экструзионной линии наружной оболочки или защитного шланга, причем для герметизации используют трехкомпонентный силиконовый компаунд на основе кремнийорганического каучука, состоящий из основы, смеси неорганических антипиренов и катализатора. Вместе с тем, накладывают термический барьер из слюдосодержащих лент. Кроме того, поверх жилы накладывают изоляцию, выполненную из ПВХ пластиката, либо полиэтилена, либо сшитого полиэтилена, либо безгалогенной композиции, либо сшитой безгалогенной композиции, либо термоэластопласта, либо кремнийорганической резины. Также формируют сердечник по меньшей мере из двух скрученных между собой пар, или троек, или четверок изолированных токопроводящих жил. Кроме того, накладывают индивидуальные экраны в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным проводником, либо в виде оплетки или повива из металлических проволок, либо в виде комбинированного экрана, выполненного из металлополимерной ленты и повива или оплетки из металлических проволок. Вместе с тем, после герметизации сердечника по внутренним повивам на него накладывают с обжатием внутреннюю или наружную оболочку. Кроме того, герметизируют наружные промежутки сердечника. Также накладывают общий экран в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным проводником, либо в виде оплетки или повива из металлических проволок, либо комбинированный экран в виде обмотки металлополимерной ленты и повива или оплетки из металлических проволок. Помимо прочего, после наложения общего экрана формируют наружную оболочку или разделительный слой. Кроме того, герметизируют воздушные промежутки над общим экраном. Вместе с тем, накладывают броню из стальных оцинкованных лент, либо в виде повива или оплетки из стальных оцинкованных проволок, либо гофрированную броню в виде оболочки из стальной нержавеющей ленты, или алюминиевой ленты или трубки. Также в качестве основы трехкомпонентного силиконового компаунда используют однородную жидкую вязко-текучую массу. Кроме того, в качестве катализатора применяют прозрачную желтую жидкость. Также в качестве смеси неорганических антипиренов применяют мелкодисперсный порошок, размером не более 3,5 мкм, состоящий из гидроксида алюминия Al(ОН)₃ и гидроксида магния Mg(OH)₂. Вместе с тем, предварительно готовят трехкомпонентный силиконовый компаунд путем механического равномерного перемешивания основы в количестве 100 мас.ч и смеси антипиренов в количестве от 40 до 100 мас.ч, затем смешивают с катализатором до однородного цвета при температуре окружающей среды не выше 35 ℃, после чего смесь отверждается до состояния эластичной резины. А электрический кабель включает сердечник состоящий по меньшей мере из двух скрученных между собой изолированных токопроводящих жил, либо из по меньшей мере двух изолированных токопроводящих жил с наложением на них индивидуальных экранов и заполненный герметизирующим заполнителем на основе кремнийорганического каучука, состоящего из основы, смеси неорганических антипиренов и катализатора, при этом сердечник заключен в общий экран и броню, заполненные герметизирующим заполнителем, а также внешнюю наружную оболочку или защитный шланг, наложенные на экструзионной линии, изготовленный заявленным способом.

Изобретение поясняется графически, где

на фиг. 1 – схематично показан узел герметизации электрического кабеля из жидкой силиконовой резиновой смеси.

Способ изготовления электрического кабеля включает следующие этапы: герметизация токопроводящей многопроволочной жилы, либо герметизация токопроводящей многопроволочной жилы с наложением термического барьера из слюдосодержащих лент; наложение изоляции поверх жилы, причем изоляция выполнена из ПВХ пластиката либо полиэтилена, либо в том числе сшитого полиэтилена, либо безгалогенной композиции, в том числе сшитой, либо термоэластопласта, либо кремнийорганической резины; формирование сердечника по меньшей мере из двух скрученных между собой изолированных токопроводящих жил, либо формирование сердечника из по меньшей мере двух изолированных токопроводящих жил, или скрученных пар, или троек, или четверок, с наложением на них индивидуальных экранов в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным проводником, либо в виде оплетки или повива из металлических проволок, либо в виде комбинированного экрана, выполненного из металлополимерной ленты и повива или оплетки из проволок; герметизация скрученных пар, или троек, или четверок под индивидуальным экраном; герметизация сердечника по внутренним повивам; герметизация наружных промежутков сердечника при наложении внутренней или наружной оболочки; наложение общего экрана в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным проводником, либо в виде оплетки или повива из металлических проволок, или комбинированного экрана в виде обмотки металлополимерной ленты и повива или оплетки из проволок; герметизация воздушных промежутков под общим экраном и/или над экраном при наложении наружной оболочки или разделительного слоя; наложение брони; герметизация брони с наложением наружной оболочки или защитного шланга. Вначале предварительно формируют токопроводящую жилу в спиральной конфигурации и контакте друг с другом из по меньшей мере шести металлических проволок, из которых, как минимум одна металлическая проволока с покрытием, а остальные без покрытия. Проволока имеет предварительно нанесенное покрытие из полимерного термопластичного материала или силиконового компаунда на основе кремнийорганического каучука толщиной от 0,10 до 0,20 мм. Причем проволоку располагают в центре токопроводящей жилы. А при выполнении токопроводящей жилы с несколькими проволоками, их чередуют с проволоками между собой внутри токопроводящей жилы и формируют токопроводящую жилу с верхним повивом проволок без покрытия. Далее поверх верхнего повива проволок без покрытия, для герметизации наружных промежутков между проволоками, накладывают методом экструзии под давлением общее покрытие из полимерного термопластичного материала или силиконового компаунда на основе кремнийорганического каучука толщиной от 0,10 до 0,30 мм или изоляцию токопроводящей жилы толщиной, нормируемой по нормативной документации. Полимерное покрытие проволоки и общее полимерное покрытие токопроводящей жилы может быть выполнено из поливинилхлоридного пластиката, полиэтилена, полимерной композиции, не содержащий галогенов, электропроводящей композиции, термоэластопласта, силиконового компаунда на основе кремнийорганического каучука или другого полимерного термопластичного материала. Изоляция токопроводящей жилы может быть выполнена из любого вида термопластичного полимерного материала, любого вида сшиваемого полимерного материала, любого вида резины или термоэластопласта. При наложении общего покрытия из термопластичного материла или изоляции, используют предварительный подогрев токопроводящей жилы до температуры плавления термопластичного материала покрытия примерно от 100 до 160 °С, при котором покрытие проволок расплавляется и заполняет промежутки между отдельными проволоками внутри токопроводящей жилы, обеспечиваю ее газо- и паронепроницаемость и водопроницаемость. Далее для герметизации сердечника из скрученных изолированных жил, или пар, или троек, или четверок, или других элементов кабеля используют трехкомпонентный силиконовый компаунд на основе кремнийорганического каучука, который состоит из основы, смеси неорганических антипиренов и катализатора. Основа представляет собой однородную жидкую вязко-текучую массу, например, силиконовый компаунд на основе кремнийорганического каучука марки «Пентэласт-712А» ТУ 2513-121-40245042-2006. Катализатор – прозрачную желтую жидкость, например, марки «Пента-68О» ТУ 2513-121-40245042-2006. Смесь неорганических антипиренов, затрудняющих воспламенение и снижающих скорость распространения пламени, представляет собой мелкодисперсный порошок, размером не более 3,5 мкм, состоящий из гидроксида алюминия Al(ОН)₃ и гидроксида магния Mg(OH)₂. Перед использованием заполнителя, его предварительно готовят путем механического равномерного перемешивания основы в количестве 100 мас.ч и смеси антипиренов в количестве от 40 до 100 мас.ч по всему объёму, в зависимости от конструкции кабеля. Затем необходимое количество весовых частей подготовленной смеси смешивают с необходимым количеством весовых частей катализатора (точное соотношение указано в паспорте качества на конкретную партию компаунда, обычно от 3 до 6 мас.ч. на 100 мас.ч основы). Смешение производят механически устройством типа дрелей с насадкой с невысокой скоростью в течение 5-7 минут до однородного цвета при температуре окружающей среды не выше 35 °С. Возможно применение специальной механической мешалки. После смешения основы с антипиренами и катализатора смесь отверждается до состояния эластичной резины примерно в течение 24 часов, жизнеспособность смеси при температуре (15-30) °С от 0,5 до 6,0 ч после смешения. Конечные механические свойства достигаются через 72 часа. Поэтому после смешения готовую жидкую смесь необходимо сразу залить в узел герметизации силиконовым компаундом. Принципиальная схема наложения силиконового компаунда представлена на фиг. 1. Узел герметизации силиконовым компаундом может быть установлен: перед экструзионной головкой экструзионной линии при наложении наружной или внутренней оболочки; либо при герметизации сердечника кабеля или после наложения экрана или брони из проволок перед лентообмоточной головкой с последующим нанесением лент из полиэтилентерефталатной пленки или другим типом лент, в том числе возможно нанесение компаунда перед наложением бронелент; либо перед оплеточной головкой с последующим нанесением оплетки из проволок; либо в крутильной машине между фонарями при скрутке многоповивного сердечника с последующим наложением верхнего повива изолированных проволок; либо при герметизации токопроводящей жилы или термического барьера с последующим наложением изоляции. Силиконовый компаунд подают в узел герметизации и заполняют воздушные промежутки в элементов электрического кабеля, при этом в выходном калибре формируют круглую форму. Для устранения утечки компаунда на пол узел герметизации содержит металлическую трубку. В узле герметизации устанавливается дополнительная расширительная емкость, которая предназначена для удаления воздуха из узла и элементов кабеля. При работе данная расширительная емкость служит ограничителем давления в системе и может служить воздухоотводчиком. Для фиксации невулканизированного компаунда рекомендуется одновременное наложение оболочки из полимерного материала, либо обмотка любым типом ленты в соответствии с конструкцией кабеля, либо наложение повива или оплетки из проволок. Дополнительно для ускорения вулканизации силиконового компаунда сразу после выхода заготовки из узла герметизации, он может быть подвергнут термошоку при температуре около 600 °C в укороченном горизонтальном нагревательном канале. При этом выходной калибр узла герметизации должен охлаждаться и быть защищен от теплоты, исходящей из зоны термошока. Силиконовый компаунд после вулканизации легко хорошо отделяется от элементов кабеля, при этом имеется хорошая адгезия к ним. Экраны в виде лент изготавливают на обмоточных, в виде проволок на крутильных или оплеточных машинах. Броню из стальных оцинкованных лент наносят на обмоточных машинах, стальных оцинкованных проволок, выполненных в виде повива на крутильных машинах, в виде оплетки наносят на оплеточных машинах. Гофрированную броню в виде оболочки изготавливают на специальном оборудовании из стальной или алюминиевой ленты, которую формируют из нержавеющей или алюминиевой ленты в сварную оболочку и затем производят кольцеобразный или спиралевидный гофр. Гофрированная броня в виде оболочки из алюминия может быть изготовлена методом прессования и последующего гофрирования. Затем броню герметизируют и накладывают наружную оболочку, либо защитный шланг. Наружную оболочку или защитный шланг из полимерных материалов накладывают на экструзионной линии. Все вышеназванные материалы, применяемые для токоведущих жил, термического барьера, изоляции, экранов, разделительного слоя, брони, внутренней и наружной оболочки соответствуют технической документации на них и выпускаются промышленно.

Затраты на изготовление узла герметизации и подготовительных работ для приготовления компаунда минимальны, оборудование занимает мало места и может быть встроено в действующую линию. Трехкомпонентный силиконовый компаунд обладают великолепной эластичностью, т. е. способен многократно растягиваться без разрывов, а после снятия нагрузки возвращаться к прежней форме. Данный силиконовый компаунд, предназначен для герметизации изделий, эксплуатирующихся в среде воздуха и в условиях повышенной влажности при температурах от -70°С до +250°С. Изобретение может быть применено при производстве кабелей силовых, контрольных, управления, монтажных, инструментальных и других, имеющих пластмассовую или резиновую изоляцию. Техническая новизна заключается в упрощении процесса приготовления герметизирующей смеси путем исключения преждевременной активации герметизирующей смеси и мер по устранению оседанию исходного состава, за счет того, что активация смешанной предварительно с антипиренами герметизирующей смеси начинается только после ввода катализатора. Применение силиконового компаунда с антипиренами повышает пожаробезопасность кабеля и позволяет применять ее в кабелях, не распространяющих горение по категории «А» ГОСТ 31565-2012. Силиконовый компаунд после отверждения становится упругим и обеспечивает стойкость электрического кабеля к механическим ударам. Герметизация силиконовым компаундом металлических элементов в электрическом кабеле обеспечивает хорошую адгезию и замедляет процесс коррозии металлов в агрессивных средах. Другим важным свойством трехкомпонентного силиконового компаунда является его совместимость с полимерными материалами изоляции и наружной оболочки, а также с различными марками кабельных резин.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу герметизации воздушных промежутков в кабельных изделиях. Технический результат заключается в увеличении продольной герметичности электрического кабеля, повышении пожаробезопасности во взрывоопасных средах, стойкости к механическому удару и гидростатическому давлению. Результат заключается тем, что накладывают изоляцию поверх жилы, далее формируют сердечник с герметизацией по внутренним повивам по меньшей мере двух изолированных токопроводящих жил с наложением на них индивидуальных экранов и герметизацией под индивидуальным экраном, затем герметизируют наружные промежутки сердечника, далее накладывают общий экран, затем герметизируют воздушные промежутки над общим экраном, затем накладывают броню, герметизируют броню с наложением на экструзионной линии наружной оболочки, причем для герметизации используют трехкомпонентный силиконовый компаунд на основе кремнийорганического каучука, состоящий из основы, смеси неорганических антипиренов и катализатора. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления электрического кабеля, включающий предварительную герметизацию токопроводящей многопроволочной жилы либо герметизацию токопроводящей многопроволочной жилы с наложением термического барьера, после чего накладывают изоляцию поверх жилы, далее формируют сердечник с герметизацией по внутренним повивам по меньшей мере из двух скрученных между собой изолированных токопроводящих жил, либо из по меньшей мере двух изолированных токопроводящих жил с наложением на них индивидуальных экранов и герметизацией под индивидуальным экраном, затем герметизируют наружные промежутки сердечника, далее накладывают общий экран, затем герметизируют воздушные промежутки над общим экраном при наложении разделительного слоя или наружной оболочки, затем накладывают броню, герметизируют броню с наложением на экструзионной линии наружной оболочки или защитного шланга, причем для герметизации используют трехкомпонентный силиконовый компаунд на основе кремнийорганического каучука, состоящий из основы, смеси неорганических антипиренов и катализатора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что накладывают термический барьер из слюдосодержащих лент.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверх жилы накладывают изоляцию, выполненную из ПВХ пластиката, либо полиэтилена, либо сшитого полиэтилена, либо безгалогенной композиции, либо сшитой безгалогенной композиции, либо термоэластопласта, либо кремнийорганической резины.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формируют сердечник по меньшей мере из двух скрученных между собой пар, или троек, или четверок изолированных токопроводящих жил.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что накладывают индивидуальные экраны в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным проводником, либо в виде оплетки или повива из металлических проволок, либо в виде комбинированного экрана, выполненного из металлополимерной ленты и повива или оплетки из металлических проволок.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после герметизации сердечника по внутренним повивам на него накладывают с обжатием внутреннюю или наружную оболочку.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что герметизируют наружные промежутки сердечника.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что накладывают общий экран в виде обмотки из металлополимерной ленты с контактным проводником, либо в виде оплетки или повива из металлических проволок, либо комбинированный экран в виде обмотки металлополимерной ленты и повива или оплетки из металлических проволок.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после наложения общего экрана формируют наружную оболочку или разделительный слой.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что герметизируют воздушные промежутки над общим экраном.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что накладывают броню из стальных оцинкованных лент, либо в виде повива или оплетки из стальных оцинкованных проволок, либо гофрированную броню в виде оболочки из стальной нержавеющей ленты, или алюминиевой ленты или трубки.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве основы трехкомпонентного силиконового компаунда используют однородную жидкую вязкотекучую массу.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве катализатора применяют прозрачную желтую жидкость.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве смеси неорганических антипиренов применяют мелкодисперсный порошок, размером не более 3,5 мкм, состоящий из гидроксида алюминия Al(ОН)₃ и гидроксида магния Mg(OH)₂.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительно готовят трехкомпонентный силиконовый компаунд путем механического равномерного перемешивания основы в количестве 100 мас.ч и смеси антипиренов в количестве от 40 до 100 мас.ч, затем смешивают с катализатором до однородного цвета при температуре окружающей среды не выше 35 °С, после чего смесь отверждается до состояния эластичной резины.

16. Электрический кабель, включающий сердечник, состоящий по меньшей мере из двух скрученных между собой изолированных токопроводящих жил, либо из по меньшей мере двух изолированных токопроводящих жил с наложением на них индивидуальных экранов и заполненный герметизирующим заполнителем на основе кремнийорганического каучука, состоящего из основы, смеси неорганических антипиренов и катализатора, при этом сердечник заключен в общий экран и броню, заполненные герметизирующим заполнителем, а также внешнюю наружную оболочку или защитный шланг, наложенные на экструзионной линии, изготовленный способом по любому из пп. 1-15.