RU2848536C1 - Кабель - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к кабельным изделиям, а именно к кабелю, обеспечивающему самоподавление процесса горения (самотушащему кабелю) как при внутреннем возгорании, например вследствие короткого замыкания, так и в случае внешних пожаров. Технический результат обеспечивает самоподавление процесса горения изнутри при возникновении внутреннего возгорания или внешнего пожара. Результат достигается тем, что в кабеле, который включает изолированные жилы, наружную и внутреннюю оболочки, пространство между жилами заполнено микрокапсулами с фторкетоном или его производными соединениями, при этом внутренняя оболочка также содержит микрокапсулы с фторкетоном. Кроме того, изолированные жилы также могут быть обмотаны вместе или по отдельности материалом, содержащим или нанесенным на него материал, содержащий фторкетон (его производные соединения).

Description

Изобретение относится к кабельным изделиям, а именно к кабелю, обеспечивающему самоподавление процесса горения (самотушащему кабелю) как при внутреннем возгорании, например, вследствие короткого замыкания, так и в случае внешних пожаров. Такой кабель может использоваться при монтаже распределительных и силовых сетей, передаче данных в сетях пожарной безопасности, управлении и контроле, электроснабжения на объектах, где отмечается высокий риск возникновения возгорания, а также иных любых объектах, шахтах, открытых площадках и других местах, где необходима прокладка кабеля для подачи электричества.

Благодаря предложенной конструкции, в условиях возгорания кабель сохраняет свои технические характеристики за счет самоподавления процесса горения.

Одной из актуальным проблем при использовании кабелей является их работоспособность, то есть способность кабельного изделия продолжать выполнять заданные функции в случае внутреннего возгорания вследствие короткого замыкания или же в случае внешнего пожара.

Пожаробезопасные кабели бывают различных типов и стандартов. Их можно охарактеризовать двумя показателями: предел распространения горения и предел пожаростойкости. Предел распространения горения - максимальное расстояние от источника горения в зоне действия пламени, а предел пожаростойкости - время, в течение которого кабель должен функционировать под воздействием пламени.

Согласно ГОСТ 31565-2012 кабельные изделия подразделяются по показателям пожарной опасности на 10 видов исполнения, которые проверяются по нескольким основным параметрам: нераспространения горения (одиночная прокладка, в пучке), содержание дыма, отсутствие галогенов, токсичности продуктов горения.

Структурные характеристики пожаробезопасных кабелей основываются на свойствах проводника (как правило, это медь с температурой плавления 1083,4°C) и изоляционных слоёв - термически устойчивых и не распространяющих горение специальных защитных лент из алюминия, майлара, слюды, кремния, полиолефинов, ПВХ с антипиренами и т.д. При пожаре обычная изоляция из ПВХ не горит, но плавится, испуская густой черный дым с ядовитым хлором и парами соляной кислоты, затрудняя эвакуацию людей, спасательные операции и пожаротушение из-за плохой видимости и токсичного характера дыма. Содержащийся в нём хлороводород вредит не только людям, но и дорогостоящему оборудованию, находящемуся рядом, и даже разъедает стальную арматуру, в связи с чем наносится обширный ущерб собственности.

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке кабеля, обеспечивающего самоподавление процесса горения (самотушащего кабеля), способного выполнять заданные функции даже в условиях при коротком замыкании или пожаре.

Исходя из данной задачи проведены патентные исследования и выявлены наиболее релевантные документы.

Известен источник US2024249858А1 (опуб. 25.07.2024 г., МПК C08L27/12; C08L27/18; C08L27/20; H01B3/44; H01B7/295), раскрывающий огнестойкий кабель. Согласно изобретению, огнестойкий кабель содержит защитный изоляционный слой, один или более фторполимеров или продукт реакции одного или более фторполимеров. В основу решения положено использование фторполимеров, общее распространённое название фторопласт. Этот материал используется в кабельной промышленности для высокотемпературных кабелей с рабочей температурой 200-300 градусов.

Недостаток этого решения - невозможность потушить уже возникшее возгорание, например, из-за замыкания. Характеристики такого кабеля не обеспечивают самотушение возгорания.

Также известен патент KR102120381B1 (опуб. 08.06.2020 г., МПК A62C3/16; A62C5/00; A62D1/00; A62D1/06; C09J7/00; H02B1/28). Изобретение относится к устройству преобразования энергии, оснащенному автоматическим средством пожаротушения линейного типа и огнетушащей изоляционной лентой, способной тушить пожар на ранней стадии и предотвращать распространение огня, а также обеспечивать функцию автоматического пожаротушения в случае пожара в устройстве преобразования энергии. В устройстве преобразования электроэнергии, каждая проводка защищена на случай пожара. Устройство преобразования энергии включается на ранней стадии пожара для быстрого тушения пожара. Предотвращается распространение огня внутри устройства преобразования энергии и по проводам или кабелям, подсоединенным к устройству преобразования.

Особенностью данного решения является использование фторкетона для тушения возгорания. Однако недостатком данного решения является, то, что оно представляет собой отдельное устройство в виде трубки, оснащенное фторкетоном, которое размещается вовне. При возгорании внутри кабеля использование такого решения неэффективно, так как теряется ценное время на тушение огня, и реакция фторкетона происходит с большой задержкой, что может быть фатальным.

В качестве ближайшего аналога выбрано решение CN114569916A (опуб. 03.06.2022 г., МПК A62C3/16; A62C35/10; A62C37/00), в котором раскрыт огнетушащий кабель. Настоящее изобретение представляет собой систему пожаротушения, применяемую на кабельном трубопроводе, включающую модуль пожаротушения кабеля и модуль контроля температуры: модуль пожаротушения кабеля состоит из слоя пожаротушения капсулы, кабеля датчика температуры и оболочки и используется для функций пожаротушения и контроля температуры; модуль контроля температуры состоит из терминала получения сигнала температуры, шлюза обработки измерения температуры и облачной платформы Интернета вещей и используется для раннего обнаружения и определения мест возгорания.

Огнетушащий кабель по известному изобретению изготавливается с использованием процесса микрокапсулирования или процесса упаковки жидкость-твердое тело. Жидкие и твердые огнетушащие вещества инкапсулируются во внешнюю оболочку, и может использоваться процесс вакуумного заполнения.

Благодаря указанному изобретению можно не только определять температуру кабеля в режиме реального времени, но и активно тушить пожар и подтверждать место возгорания, что обеспечивает удобство для последующего аварийного ремонта.

Вместе с тем недостатком аналога является его конструктивное исполнение, а именно размещение кабеля в цилиндрической конструкции, которая усложняет монтаж и возможности использования изобретения, так как теряется гибкость самого кабеля и вариативность соединения с другими системами. Более того, модуль с тушащим составом размещен вне (сбоку) от самого кабеля, что не обеспечивает самотушение возгорание внутри кабеля.

При решении указанной задачи и использовании настоящего изобретения достигается технический результат, обеспечивающий самоподавление процесса горения изнутри при возникновении внутреннего возгорания или внешнего пожара.

Результат достигается тем, что в кабеле, который включает изолированные жилы, наружную и внутреннюю оболочки, пространство между жилами заполнено микрокапсулами с фторкетоном или его производными соединениями, при этом внутренняя оболочка также содержит микрокапсулы с фторкетоном.

Кроме того, изолированные жилы также могут быть обмотаны вместе или по отдельности материалом, содержащим или нанесенным на него материал, содержащий фторкетон (его производные соединения).

Принципы определения пожаробезопасности кабелей по ГОСТ 31565-2012 направлены на борьбу с последствием горения кабельно-проводниковой продукции, тогда как предлагаемое изобретение предлагает решение проблемы борьбы с первопричиной, а именно с возгоранием и последствиями этого - распространением огня по кабелю. Данное изобретение приводит к изменению квалификаций безопасности КПП, необходимости ведению нового показателя пожаробезопасности, развитие нового вида кабельно-проводниковой продукции повышенной безопасности.

Предлагаемое решение отличается от известных тем, что при внешнем или внутреннем возгорании кабель способен подавить возгорание и продолжить работу за счет того, что оснащен капсулами с огнетушащим веществом - фторкетоном.

Изобретение поясняется следующими иллюстрирующими материалами.

Фиг. 1 - поперечное сечение четырехжильного кабеля;

Фиг. 2 - вариант выполнение четырехжильного кабеля, когда дополнительно жилы обмотаны материалом с фторкетоном.

Кабель, обеспечивающий самоподавление процесса горения состоит из токопроводящих жил 1 с нанесенным изоляционным слоем 2 (фиг.1). Пучок из изолированных жил защищен внутренней оболочкой 3, поверх которой находится наружная оболочка 4. В скрутке кабельных жил 1 возникает пустое пространство 5, которое заполняется капсулами с фторкетоном или его производными соединениями. Для усиления защиты кабеля от возгорания капсулы с фторкетоном могут быть расположены также во внутренней оболочке 3 и в пустотах между внутренней оболочкой 3 и жилами 1. Кроме того, изолированные жилы могут быть обмотаны вместе или по отдельности материалом, содержащим или нанесенным на него материалом, содержащим фторкетон или его производные соединения (фиг. 2).

Наружная оболочка 4 - это внешний защитный слой силового кабеля, который предохраняет его от механических повреждений и воздействия внешней среды.

Внутренняя 3 и наружная 4 оболочки выполнены из материалов, используемых при производстве кабельно-проводниковой продукции типа: ПВХ, полиуретана, резина, безгалогенных композиций, полиэтилена и других материалов.

Отличительным признаком заявленного изобретения является использование в качестве наполнителя микрокапсул фторкетона или его производные соединения. Фторкетон (хладон ФК-5-1-12, Novec 1230) - газовое огнетушащее вещество, которое при комнатной температуре представляет собой жидкость, визуально похожую на воду, но по свойствам сильно отличающуюся от неё. Из-за этого вещество часто называют «сухая вода». Химическая формула - CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂ (перфтор(этил-изопропилкетон), шестиуглеродное вещество, разряд фторированный кетон (названия кетонов R¹-CO-R² по правилам радикально-функциональной номенклатуры строят, перечисляя названия радикалов R¹ и R² в алфавитном порядке перед словом «кетон»).

Фторкетон обладает следующими свойствами: переход в газообразное состояние фторкетона происходит без нагрева, вещество превращается в газ даже при низких температурах. Не реагирует с металлами, пластмассами и другими материалами, поэтому не наносит вреда имуществу. Является диэлектриком, подходит для тушения техники под напряжением. После распыления быстро испаряется. В исходном виде нетоксично, имеет крайне низкую растворимость в воде.

Свойства фторкетона как жидкого огнетушашего вещества известны ранее, однако реализация настоящего изобретения стала возможной после капсулирования огнегасящего элемента. Такие капсулы представляют собой герметичные шарики из желатина, заполненные фторкетоном ФК-5-1-12, диаметр капсулы от 17 до 18 мм, толщина оболочки составляет 0,7-0,8 мм, масса капсулы не менее 4 г и не более 4,5 г. (см. RU203897U1).

Использование изобретения осуществляют следующим образом.

В результате короткого замыкания происходит возгорание внутри кабеля. Под действием высокой температуры полимерная оболочка каждой капсулы разрушается. Полимерная оболочка может быть выполнена из одного из полимеров, выбранного из группы, включающей желатин, полистирол, полиуретан, полиэтилен, поливинилхлорид, полимочевину, полиэпоксид, полинитрил, полиакрилат, полиамид, либо из их смесей или продуктов их сополимеризации.

Соединения фторкетона переходят в газообразное состояние, вытесняя тем самым кислород. За счет этого происходит тушение возгорания, поскольку в безкислородной среде горение не поддерживается. В свою очередь за счет того, что жидкая среда, как и газообразная являются диэлектриком, это приводит к «восстановлению» изоляции, то есть временному созданию изоляционной среды в месте пробоя, и прекращению электрического пробоя между жилами, что приводит к прекращению короткого замыкания с выделением тепла. Возгорание уменьшается. Появляется дополнительное время реагирования на возгорание и эвакуацию людей.

Пример реализации изобретения.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение четырехжильного кабеля. На токопроводящую жилу 1 из токопроводящего материала наносят методом экструзии (обмотки) изоляционный слой 2 из материала, имеющего изоляционные свойства. Токопроводящая жила 1 может быть монолитной или многопроволочной, скрученной в пучок. Токопроводящие жилы выполнены из меди, алюминия или других материалов, или сплавов. Возможна обмотка токопроводящей жилы слюдолентой(-ами), для придания огнестойкости кабелю. В качестве изоляции используют ПВХ, полиэтилен, компауд, резину, полиуретан или другие материалы с похожими свойствами.

Изолированные жилы скручивают в пучок, накладывают внутреннюю оболочку 3. В центральном пространстве 5 скрученных жил 1 располагаются микрокапсулы с фторкетоном или его производными соединениями. Наружная оболочка 4 выполнена из материалов, используемых при производстве кабельно-проводниковой продукции типа: ПВХ, полиуретана, резина, безгалогенных композиций, полиэтилена и других материалов.

Для защиты от электромагнитных помех кабеля, поверх изоляции 2 может быть предусмотрен экран из медной или алюминиевой ленты, или проволок. Так же над внутренней оболочкой 3 может располагаться слой брони, выполненной из стальных оцинкованных (алюминиевых или алюминиевого сплава) лент или проволок.

Кроме того, возможен вариант обмотки скрученных изолированных жил 1 лентой 6 фиг. 2, содержащей фторкетон, нанесенной сверху внутренней оболочкой 3, поверх которой нанесена наружная оболочка 4.

Кабель изготавливают традиционным способом - методом волочения проволоки, термопластического нанесения изоляции (оболочки) и скрутки.

Таким образом, предложенный кабель имеет преимущества за счет того, что не распространяет горение, обладает высокой термической устойчивостью при коротком замыкании, обладает низким газо- и дымо-выделением, обеспечивает самотушение возгорания изнутри и самовосстановление, то есть возможность функционирования после возгорания.

Claims (2)

1. Кабель, включающий изолированные жилы, наружную и внутреннюю оболочки, отличающийся тем, что пространство между жилами заполнено капсулами с фторкетоном или его производными соединениями, при этом внутренняя оболочка также содержит капсулы с фторкетоном.

2. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что изолированные жилы обмотаны вместе или по отдельности материалом, содержащим или нанесенным на него материалом, содержащим фторкетон или его производные соединения.