Вибростойкий кабель с изоляцией из огнестойкой кремнийорганической резины
Владельцы патента RU 2577519:
Общество с ограниченной ответственностью НПП "Спецкабель" (RU)
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Кабель содержит сердечник, включающий, по меньшей мере, одну токопроводящую жилу или пару, тройку скрученных токопроводящих жил (1), на каждую из которых наложена изоляция (2) из кремнийорганической резины с усиливающим наполнителем, а также внешнюю оболочку, в которую заключен сердечник. При этом на изолированную токопроводящую жилу или пару, тройку скрученных токопроводящих жил наложена оплетка из металлических или неметаллических материалов с температурой плавления или разложения свыше 850°C. Оплетка армирует защитный керамический слой, образующийся при выгорании горючих материалов, входящих в состав конструкционных элементов кабеля. Оплетка накладывается также на сердечник в целом и наружную оболочку. Технический результат заключается в обеспечении вибростойкости кабеля в условиях воздействию открытого пламени и в сохранении его работоспособности после ликвидации пожара с одновременным воздействием механических нагрузок. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется применение электрических кабелей и проводов. Изобретение обеспечивает сохранение работоспособности кабелей и проводов в условиях пожара и после него в условиях воздействия вибрации и ударных нагрузок.
Из «Уровня техники» известен кабель огнестойкий, содержащий заключенные во внутреннюю и внешнюю оболочки изолированные многопроволочные токопроводящие жилы, изоляция которых состоит из последовательно наложенного огнеупорного барьера в виде обмотки слюдосодержащей лентой и полимерного пластиката. Изоляция токопроводящих жил и оболочки кабеля выполнены из поливинилхлоридного пластиката (RU 53807 U1, 27.05.2006).
Недостатками известного устройства являются:
- существенное снижение сопротивления изоляции токопроводящих жил, состоящей из обмотки из слюдосодержащей ленты, при пожаре после выгорания слоя изоляции из поливинилхлоридного пластиката;
- высокая трудоемкость и стоимость наложения обмотки на токопроводящую жилу слюдосодержащей ленты;
- низкая стойкость кабеля к воздействию механических и вибрационных нагрузок в условиях пожара и после окончания его воздействия.
Из «Уровня техники» известен кабель огнестойкий, содержащий сердечник, включающий скрученную пару изолированных кремнийорганической резиной проводников, поверх сердечника наложен защитный слой из полиэтилентерефталатной пленки, на которую нанесен экран из медных проволок, заключенный в оболочку из кремнийорганической резины (RU 99652 U1, 20.11.2010).
Недостатками известного устройства являются - низкое сопротивление разрыву, синусоидальным вибрациям или удару хрупкого защитного керамического слоя, образующегося при пожаре по мере выгорания горючих веществ, входящих в состав огнестойкой кремнийорганической резины.
К наиболее близкому аналогу для заявленного изобретения относится кабель, который содержит заключенный во внешнюю оболочку сердечник, состоящий, по меньшей мере, из двух изолированных токопроводящих жил. Изолирующая оболочка каждой изолированной токопроводящей жилы выполнена из кремнийорганической резины, способной керамизироваться под воздействием пламени. Внешняя оболочка выполнена из ПВХ-пластиката (RU 120506 U1, 20.09.2012). На сердечник огнестойкого кабеля может быть наложена обмотка из слюдосодержащей ленты, фольги или проволочная оплетка. Сердечник огнестойкого кабеля может быть предварительно заключен во внутреннюю оболочку, выполненную из ПВХ-пластиката.
Недостатками известного устройства являются - отсутствие стойкости к вибрационным нагрузкам и снижение работоспособности кабеля в условиях воздействия пламени и после ликвидации последствий пожара.
Технический результат заключается в обеспечении вибрационной стойкости и прочности кабеля при сохранении его работоспособности в условиях воздействия открытого пламени с температурой до 850°C с одиночным механическим ударом многократного действия в течение не менее 2-х часов и после окончания пожара в течение не менее 300 часов и одновременном воздействии синусоидальной вибрации.
Достижение технического результата обеспечивает вибростойкий кабель с изоляцией из огнестойкой кремнийорганической резины, содержащий сердечник, включающий одну или более токопроводящих жил, снабженных изоляцией из кремнийорганической резины, а также внешнюю оболочку, в которую заключен сердечник, отличающийся тем, что изоляция одной или более токопроводящих жил укреплена армирующим слоем с температурой плавления или разложения свыше 850°C, а внешняя оболочка выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов, при этом в состав изоляции из кремнийорганической резины для повышения зольной когезии введен усиливающий наполнитель при следующем соотношении мас. ч.:
| кремнийорганическая резина | 100 |
| усиливающий наполнитель | 4-16 |
при этом в состав усиливающего наполнителя входят:
| полиорганосилоксаны | 50% |
| титановая слюда | 20% |
| оксиды титана | 20% |
| соли церия | 10% |
Согласно заявленному изобретению армирующий слой наложен поверх изоляции из кремнийорганической резины одной или нескольких токопроводящих жил.
Согласно заявленному изобретению армирующий слой расположен поверх поясной изоляции, наложенной на одну или несколько изолированных токопроводящих жил.
Согласно заявленному изобретению сердечник включает, по крайней мере, пару скрученных токопроводящих жил.
Согласно заявленному изобретению сердечник включает, по крайней мере, тройку скрученных токопроводящих жил.
Согласно заявленному изобретению сердечник состоит из скрученных пар токопроводящих жил.
Согласно заявленному изобретению сердечник состоит из скрученных троек токопроводящих жил.
Согласно заявленному изобретению изоляция каждой токопроводящей жилы индивидуально укреплена армирующим слоем.
Согласно заявленному изобретению изоляция токопроводящих жил, скрученных в сердечник, укреплена общим армирующим слоем.
Согласно заявленному изобретению армирующий слой выполнен из металлической или неметаллической оплетки или из их комбинации.
Согласно заявленному изобретению токопроводящие жилы выполнены из однопроволочных или многопроволочных проводников с температурой плавления свыше 850°C.
Согласно заявленному изобретению на внешнюю оболочку наложена металлическая или неметаллическая оплетка или комбинированная оплетка с температурой плавления или разложения свыше 850°C.
За счет армирующего слоя, укрепляющего изоляцию из кремнийорганической резины токопроводящей жилы или пары, тройки, или изоляцию жил, скрученных в сердечник, увеличивается вибрационная стойкость и механическая прочность кабеля. В условиях пожара за счет взаимодействия армирующего слоя с изоляцией из кремнийорганической резины, по мере выгорания горючих конструкционных материалов кабеля, образовавшийся хрупкий керамический слой изоляции армируется металлической или неметаллической оплеткой, в которую заключены скрученные изолированные токопроводящие жилы. Причем за счет добавления в керамообразующую резиновую смесь усиливающего наполнителя обеспечивается синергический эффект в образовании керамоподобного изоляционного слоя.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами:
фиг. 1 - вид поперечного сечения провода;
фиг. 2 - вид поперечного сечения кабеля;
фиг. 3 - вид продольного сечения кабеля;
фиг. 4 - вид поперечного сечения кабеля;
фиг. 5 - вид продольного сечения кабеля.
Кабель включает сердечник, состоящий либо из одной изолированной токопроводящей жилы, либо пары, тройки скрученных изолированных жил, каждая из которых содержит многопроволочный или однопроволочный проводник 1. Поверх проводника 1 наложена изоляция 2 из кремнийорганической резины. В зависимости от варианта реализации изобретения армирующий слой 3 из металлических или неметаллических материалов наложен непосредственно на изоляцию 2 жилы (см. фиг. 1) или на поясную изоляцию 4 каждой жилы (см. фиг. 4-5) или на общую поясную изоляцию нескольких жил (не показано), расположенную между изоляцией 2 и армирующим слоем 3. При этом армирующим слоем 3 может быть индивидуально укреплена изоляция 2 каждой токопроводящей жилы сердечника или изоляция токопроводящих жил, скрученных в пары, тройки, которые затем скручены в сердечник (фиг. 4). Также изоляция токопроводящих жил, скрученных в сердечник, может быть укреплена общим армирующим слоем (фиг. 2). Сердечник, состоящий из одной или нескольких скрученных токопроводящих жил, изоляция которых укреплена армирующим слоем 3, заключен во внешнюю оболочку 5. Согласно одному из вариантов заявленного изобретения на оболочку 5 наложена оплетка 6.
Технология изготовления кабеля согласно заявленному изобретению включает следующие операции.
Осуществляют изготовление однопроволочных или многопроволочных токопроводящих жил 1 (например, из медной круглой проволоки), при этом многопроволочные жилы предварительно скручиваются на крутильной машине. На токопроводящую жилу 1 накладывают изоляцию 2 из кремнийорганической резины (например, смесь силиконовая резиновая ЮНИСИЛ Профф PC 20-8465), в которую предварительно введен усиливающий наполнитель (например, RHODORSIL НАС 5) при следующем соотношении мас. ч.:
| кремнийорганическая резина | 100 |
| усиливающий наполнитель | 4-16 |
В состав усиливающего наполнителя входят:
| Полиорганосилоксаны | 50% |
| титановая слюда | 20% |
| оксиды титана | 20% |
| соли церия | 10% |
Добавление в состав кремнийорганической резины усиливающего наполнителя обеспечивает повышение зольной когезии при спекании и керамообразовании изоляции токопроводящих жил, а также повышает огнестойкость силиконовых эластомеров под воздействием теплоты.
Изоляция накладывается методом экструдирования, совмещенным с процессом вулканизации. Скрутка изолированных жил 1 производится на крутильной машине. Поверх изолированного проводника, скрученных пар, троек или сердечника, состоящего из скрученных пар или троек, накладывают армирующий слой 3, выполненный из металлических или неметаллических материалов, с температурой плавления или разложения свыше 850°C (например, металлический материал - медная луженая проволока или неметаллический материал - кремнеземная нить К11-С6-180). Оплетка, из которой состоит армирующий слой 3, может включать комбинацию из металлической проволоки и кремнеземных нитей. Согласно одному из вариантов реализации изобретения между армирующим слоем 3 и изоляцией из кремнийорганической резины 2 расположена поясная изоляция 4 из полимерных материалов (например, безгалогенная полимерная композиция ConGuard S-6645). Поясная изоляция 4 может быть наложена поверх изоляции 2 одной жилы или скрученных в пару, тройку жил или в виде общей оболочки поверх сердечника. Поверх армирующего слоя 3 пар, троек или сердечника в целом на экструзионной линии накладывают оболочку 5 из полимерных материалов, не содержащих галогенов (например, безгалогенная полимерная композиция ConGuard S-6645). Согласно одному из вариантов заявленного изобретения поверх оболочки 5 накладывают металлическую или неметаллическую оплетку или комбинированную оплетку 6.
В условиях воздействия открытого пламени по мере выгорания горючих веществ изоляция из кремнийорганической резины (резиновой силиконовой смеси) преобразуется в защитный керамический слой, который укрепляется армирующим слоем, в результате чего полученный армированный керамический слой обеспечивает вибростойкость в условиях воздействия отрытого пламени и после окончания его воздействия.
Проведенные испытания по оценке сохранения работоспособности и частотных характеристик кабеля в условиях воздействия пламени (температура 860±20°C), механического удара (1 раз в 5 минут) и вибрации (с ускорением 3,3×10-2 g и частотой 6,4 Гц) показали, что кабель сохраняет работоспособность в течение требуемого времени (300 часов). При этом волновое сопротивление пар снижается не более чем на 1,23%, коэффициент затухания пар, пересчитанный на длину 100 м кабеля, на частоте 100 МГц увеличивается на 11,84%, а на частоте 250 МГц увеличивается на 6,04%, что позволяет кабелю длительное время обеспечивать передачу высокочастотных сигналов даже в условиях пожара (Протокол №003-13ПБ от 28.01.2013 г. испытаний макетного образца кабеля на огнестойкость с механическим ударом. Протокол исследовательских испытаний кабеля №038-12ВП от 27.12.2012 г. по оценке сохранения частотных характеристик в условиях воздействия пламени, механического удара и вибрации).
1. Вибростойкий кабель с изоляцией из огнестойкой кремнийорганической резины, содержащий сердечник, включающий одну или более токопроводящих жил, снабженных изоляцией из кремнийорганической резины, а также внешнюю оболочку, в которую заключен сердечник, отличающийся тем, что изоляция одной или более токопроводящих жил укреплена армирующим слоем с температурой плавления или разложения свыше 850°C, а внешняя оболочка выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов, при этом в состав изоляции из кремнийорганической резины введен усиливающий наполнитель при следующем соотношении мас. ч.:
| кремнийорганическая резина | 100 |
| усиливающий наполнитель | 4-16 |
причем в состав усиливающего наполнителя входят:
| полиорганосилоксаны | 50% |
| титановая слюда | 20% |
| оксиды титана | 20% |
| соли церия | 10% |
2. Вибростойкий кабель по п. 1, отличающийся тем, что армирующий слой наложен поверх изоляции одной или нескольких токопроводящих жил.
3. Вибростойкий кабель по п. 1, отличающийся тем, что армирующий слой расположен поверх поясной изоляции, наложенной на одну или несколько изолированных токопроводящих жил.
4. Вибростойкий кабель по п. 1, отличающийся тем, что сердечник включает, по крайней мере, пару скрученных токопроводящих жил.
5. Вибростойкий кабель по п. 1, отличающийся тем, что сердечник включает, по крайней мере, тройку скрученных токопроводящих жил.
6. Вибростойкий кабель по п. 4, отличающийся тем, что сердечник состоит из скрученных пар токопроводящих жил.
7. Вибростоикий кабель по п. 5, отличающийся тем, что сердечник состоит из скрученных троек токопроводящих жил.
8. Вибростойкий кабель по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что изоляция каждой токопроводящей жилы индивидуально укреплена армирующим слоем.
9. Вибростойкий кабель по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что изоляция токопроводящих жил, скрученных в сердечник, укреплена общим армирующим слоем.
10. Вибростойкий кабель по п. 8, отличающийся тем, что армирующий слой выполнен из металлической или неметаллической оплетки или из их комбинации.
11. Вибростойкий кабель по п. 9, отличающийся тем, что армирующий слой выполнен из металлической или неметаллической оплетки или из их комбинации.
12. Вибростойкий кабель по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что токопроводящие жилы выполнены из однопроволочных или многопроволочных проводников с температурой плавления или разложения свыше 850°C.
13. Вибростойкий кабель по п. 1, отличающийся тем, что на внешнюю оболочку наложена металлическая или неметаллическая оплетка или комбинированная оплетка.
