СИЛОВОЙ КАБЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ЭКРАНОМ
POWER CABLE WITH ELECTROMAGNETIC SCREEN

Изобретение относится к силовым кабелям с экранами, а также к экранированию аппаратов или их деталей от магнитных полей и может применяться для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) силовых кабелей в различных отраслях промышленности, а также для защиты биологических объектов от негативного воздействия магнитных полей.
Исследования, проводимые в течение уже многих лет, однозначно доказывают, что магнитные поля являются неблагоприятным экологическим фактором, который оказывает негативное влияние на работу электрических и магнитных устройств, а также на здоровье и работоспособность людей. Одним из наиболее распространенных и трудно контролируемых источников избыточного магнитного фона являются кабельные трассы силовых источников электроснабжения [1, 2].
Известны конструкции силовых кабелей, изложенных в полезной модели к патенту №77721, №75096, №78602, а также конструкция высокочастотного кабеля, защищенная российским патентом №2273904. Общим недостатком этих конструкций является то, что они не обеспечивают эффективного подавления избыточного магнитного поля, возникающего в процессе эксплуатации силового кабеля.
С точки зрения воздействия электромагнитного поля на технические средства и, особенно, на биологические объекты, наиболее «вредными» следует считать именно магнитные поля вследствие их большой проникающей способности [3, 4].
Для снижения магнитного поля, возникающего при работе кабеля, до значений, удовлетворяющих действующим нормативным документам [5, 6] необходимо использовать силовой кабель с электромагнитным экраном.
Наиболее близкой по технической сущности является выбранная в качестве прототипа конструкция силового кабеля по полезной модели к патенту №77721 [7]. В данной конструкции в качестве экрана используется оплетка из медной проволоки, которая эффективно подавляет электрические наводки, создаваемые работающим силовым кабелем. Однако вследствие наличия магнитных «дыр» в таком экране из-за сетчатой конструкции оплетки не может быть обеспечен требуемый уровень подавления магнитных полей.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка новой конструкции силового кабеля, содержащей электромагнитный экран, эффективно подавляющий негативное действие магнитных полей.
Технический результат достигается за счет того, что силовой кабель дополнительно содержит многослойный экран, выполненный из материалов с высокими магнитными свойствами.
Конструкция экранированного кабеля представлена на Фиг.1. Кабель состоит из: 1 - жилы, 2 - экранирующий материал, 3 - внешняя защитная оболочка.
3
В качестве экранирующего материала используются ленты аморфных и/или нанокристаллических магнитомягких сплавов на основе железа и/или кобальта с начальной магнитной проницаемостью не ниже 10·10.
Существенная новизна заключается в том, что в конструкции экрана исключено присутствие магнитных «дыр» за счет того, что ленты располагаются внахлест. Помимо этого, в конструкции экрана для достижения необходимого уровня экранирования применен многослойный экран, в котором чередуются слои из сплавов с различными магнитными свойствами.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Внутренние слои экранирующего материала, обладающие высокой индукцией насыщения, поглощают основную часть избыточного магнитного поля, генерируемого работающим силовым кабелем. Оставшуюся часть, обладающую значительно меньшей интенсивностью, поглощают внешние слои экранирующего материала за счет высокой магнитной проницаемостью.
Экран изготавливается навивкой такой ленты вокруг кабеля внахлест с перекрытием не менее толщины самой ленты. Относительно друг друга ленты фиксируются с помощью полимерной диэлектрической пленки. Для фиксации экрана на него накладывается внешняя защитная оболочка.
Для проведения испытаний был изготовлен экранированный силовой кабель на основе стандартного силового кабеля АВВГ 4×24. Номинальное значение силы тока в каждой жиле - 65 A. Испытания представляли собой измерение значений магнитного поля на различных расстояниях от оси кабеля, при различных значениях силы тока.
Результаты испытаний, представленные в таблице 1, показали, что использование электромагнитного экрана в конструкции силового кабеля значительно снижает уровень магнитного поля, возникающего при его работе. Помимо этого использование электромагнитного экрана в конструкции силового кабеля обеспечивает выполнение требований СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» и ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 «Нормы (предельно допустимые уровни) магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях».
Источники информации
1. Материалы третьей международной конференции «Электромагнитные поля и здоровье человека. Фундаментальные и прикладные исследования», 17-24 сентября 2002 г., Москва-Санкт-Петербург.
2. Григорьев Ю.Г. Электромагнитное загрязнение окружающей среды как фактор воздействия на человека и биоэкосистемы // Материалы научно-практической конференции «Электромагнитная безопасность. Проблемы и пути решения», г.Саратов, 28-30 августа 2000 г.
3. Реакция биологических систем на магнитные поля / Под ред. Ю.А.Холодова // М.: Наука, 1978. - 287 с.
4. Аполлонский С.М., Каляда Т.В., Синдаловский Б.Е. Безопасность жизнедеятельности человека в электромагнитных полях: Учеб. пособие. СПб.: Политехника. 2006 г. - 263 с.
5. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы «Электромагнитные поля в производственных условиях». СанПиН 2.2.4.1191-03.
6. Гигиенические нормативы «Нормы (предельно допустимые уровни) магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях». ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07.
7. Описание полезной модели к патенту №77721 «Кабель гибкий силовой экранированный», кл H01B 7/02, 2008.
Таблица 1
Результаты испытания экранированного силового кабеля
Ток, A
Расстояние до поверхности кабеля, см.
0
5
15
30
50
0
5
15
30
50
Индукция магнитного поля на различных расстояниях от оси кабеля, мкТл
Неэкранированный кабель
Экранированный кабель
120
>100
10
1,1
1,0
0,9
0,2
0,12
0,1
0,1
-
150
>100
15
1,0
_*
-
0,22
0,15
-
-
160
>100
20
1,1
-
-
0,24
0,2.
-
-
*) Знак «-» означает, что результат измерения не фиксировался в связи с тем, что значение поля на соответствующем расстоянии от экранированного кабеля не превышало общего магнитного фона возле испытательного стенда (менее 0,1 мкТл).
При экранировании силового кабеля АВВГ 4×24 уровень магнитного поля снижается в 10-500 раз, что позволяет обеспечить выполнение требований СанПиН 2.2.4.1191-03 «Электромагнитные поля в производственных условиях» и ГН 2.1.8/2.2.4.2262-07 «Нормы (предельно допустимые уровни) магнитных полей частотой 50 Гц в помещениях жилых, общественных зданий и на селитебных территориях».