3. Разработка конструкции кабелей со сшитой изоляцией, не распространяющей горение

В данной работе мои предложения, по поводу разработки конструкции кабеля со сшитой изоляцией, не распространяющей горение, сводятся к применению известного материала ПВДФ. Он обладает повышенным тангенсом диэлектрических потерь tgδпо сравнению со сшитым полиэтиленом, в связи с чем поливинилиденфторид не пригоден в качестве изоляции для кабельных конструкций на 6 кВ и выше, так как при расчете изоляции получаются несоизмеримые размеры. Однако он пригоден для силовых кабелей до 3 кВ включительно. Рекомендации по конструкции указаны в стандартом на кабели с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66, 1 и 3 кВ (ГОСТ Р 53769-2010).

Рис. 3.1.1. Общая конструкция кабелей серии с ПВДФ-изоляцией на номинальное напряжение до 3 кВ

Условные обозначения:

1. Токопроводящая жила (ТПЖ) – медные, многопроволочные, круглые;

2. Экран – электропроводящая сшитая композиция полиэтилена;

3. Изоляция – поливинилиденфторид;

4. Экран – электропроводящий сшитый полиэтилен;

5. Разделительный слой – для марок КВ и АКВ – электропроводящая полимерная лента. Для марок КП2г и АКП2г – электропроводящая водоблокирующая лента;

6. Экран – медные проволоки с обмоткой медной лентой;

7. Разделительный слой – для марок КП2г и АКП2г – ламинированная алюмополимерная лента, а поверх полиэтилен; для марок КВ, АКВ – внутренняя выпрессованная оболочка из поливинилхлоридного пластиката;

8. Броня – круглые проволоки из алюминиевого сплава;

9. Оболочка – для марок КП2г, АКП2г – полиэтилен высокой плотности; для марок КВ, АКВ – поливинилхлоридный пластикат.

3.1 Определение геометрических параметров

Номинальные сечения токопроводящих жил кабелей (ТПЖ) указаны в таблице 3.1.1, они соответствуют классу 1 или 2 ГОСТ 22483.

Таблица 3.1.1

Наименование жилы	Номинальное сечение жилы, мм^2
	Круглой		Секторной (сегментной)
	Медной	Алюминиевой	Медной	Алюминиевой
Однопроволочная	1,5-50	2,5-300	-	35-400
Многопроволочная	16-1000	25-1000	25-400	25-400

ТПЖ огнестойких кабелей должны быть медными. Изоляцию экструдирует (выпресовывают), плотно прилегают к ТПЖ и отделяют от неё без повреждения, в том числе самой изоляции.

Номинальная толщина изоляции жил указана в таблице 3.1.2.

Таблица 3.1.2

Конструктивные размеры элементов кабелей

Номинальное напряжение, кВ	Номинальное сечение жилы, мм^2	Номинальная толщина изоляции, мм
0,66	1,5 и 2,5	0,6
	4 и 6	0,7
	10 и 16	0,9
	25 и 35	1,1
	50	1,3
1	1,5 и 2,5	0,8
	4 – 16	1,0
	25 и 35	1,2
	50	1,4
	70	1,4
	95	1,6
	120	1,6
	150	1,8
	185	2,0
	240	2,2
	300	2,4
	400	2,8
	500	2,8
	625 и 630
	800
	1000	3,0
3	10 – 240	2,2
	300	2,4
	400	2,6
	500	2,8
	625 и 630
	800
	100	3,0

Изолированные жилы номинальным сечением до 16 мм²включительно скручивают без заполнения внутреннего промежутка между ними.

В кабелях на номинальное напряжение 3 кВ поверх внутренней оболочки или обмотки лентами сердечника многожильных кабелей или поверх изоляции одножильных кабелей наложен экран из медных проволок.

В экра­нированных бронированных кабелях поверх медного экрана накладывают экструзией разделительный слой. Толщина слоя полимерных лент 0,5 мм при D_{ск =} 40 мм и 0,6 мм - приD_ск = 45 мм. Толщина экструдированного разделительного слоя соответствует приведенной в таблице 3.1.3.

Таблица 3.1.3

Диаметры скрутки изолированных жил Dск, мм	Толщины экструдированной внутренней оболочки, мм
20	1,0
25 35	1,2
35 45	1,4
45 60	1,6
60 80	1,8
85	2,0

Поверх внутренней оболочки или обмотки лентами сердечника или поверх медного экра­на небронированных кабелей должна быть наложена экструзией наружная оболочка из поливинилхлоридного пластиката или поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести, или поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности, или из полимерной композиции, не содержащей галогенов.

Толщина наружной оболочки из поливинилхлоридного пластиката пониженной горючести должна соответствует категории Обп-2 по ГОСТ 23286, значение толщины оболочки одножильных кабелей 1,4 мм, многожильных — 1,8 мм.

В одножильных кабелях броня наложена на предварительно наложенную поверх изо­ляции подушку. Подушка выполнена в виде экструдированного полимерного слоя толщиной 1,0 мм.

Применение стальных лент для бронирования одножильных кабелей, предназначенных для экс­плуатации в электрических сетях переменного напряжения, не допускается.

Диаметр круглых проволок брони соответствует указаному в таблице 3.1.4.

Таблица 3.1.4

Расчетный диаметр кабеля под броней, мм	Диаметр проволоки для брони, мм
7	0,80
10	1,25
15	1,60
25	2,00
40	2,50
60	3,15

Характеристики изоляции соответствует указанным в таблице 3.1.5.

Таблица 3.1.5

Наименование характеристики	Значение для изоляции
1. До старения
Прочность при разрыве, Н/мм^2	50-60
Относительное удлинение при разрыве, %	>30
2. После старения
Прочность при разрыве. Н/мм^2, не менее	50-60
Отклонение' значения прочности при разрыве, % не более	30
Относительное удлинение при разрыве, % не менее	>30
Отклонение* значения относительно­го удлинения при разрыве, % не более	30
3. Продавливание при высокой темпе­ратуре
Твердость	80
4. Тепловая деформация
Относительное удлинение под нагрузкой, %	70
Остаточное относительное удлинение после снятия нагрузки и охлаждения, %	15
5. Водопоглащение
В нормальных условиях, %	<0,05
До насыщения, %	<0,05
*Отклонение – разность между средним значением, полученным псоле старения, и средним значением, полученным до старения, выраженная в процентах последнего.

По требованиям безопасности кабелей (ГОСТ 12.2.007.14) значения показателей коррозионной активности продуктов дымо- и газовыделения при горении и тлении материалов изоляции, оболочки и защитного шланга кабелей соответствуют указанным в таблице 3.1.6.

Таблица 3.1.6

Наименование показателя	Значение
Количество выделяемых газов галогенных кислот в пересчете на HCI. мг/r, не более	5,0
Проводимость водного раствора с адсорби­рованными продуктами дымо- и газовыделения. мкСм/мм, не более	10.0
рн(кислотное число), не менее	4.3

В существующей серии силовых кабелей марок АПв/Пв до 3 кВ предлагается заменить изоляционный материал на указанный ранее, ПВДФ, в целях понижения пожароопасности в кабельных сооружениях наружных электроустановок. По проведенным теоретическим и испытательным анализам можно сделать вывод о возможности такой замены, опираясь на подходящие физико-механические, термически, и электрические характеристики изоляции, которые удовлетворяют требованиям в стандарте на кабели с пластмассовой изоляцией на номинальное напряжение 0,66; 1 и 3 кВ (ГОСТ Р 53769-2010). Эта замена повлечет за собой увеличение массы кабельной конструкции на единицу длины (приблизительно в 2 раза тяжелее при таком же радиусе изоляции (таблица 3.1.7)), а также на её расход производства и стоимости.

Таблица 3.1.7

Плотность материалов

Изоляционный материал	Значение плотности , г/см³
СПЭ	0,90- 0,96
ПВДФ	1,731-1,781

Такие конструкции кабелей позволяют использовать их для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках при переменном напряжении 1 кВ частотой 50 Гц в сетях с изолированной или заземленной нейтралью. Климатическое исполнение УХЛ и Т, категория размещения 1, 5 по ГОСТ 15150-69, включая прокладку в земле. Учитывая превосходство предложенной изоляции, серия кабелей рассчитана на рабочую температуру до 140 ˚C.