СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ МУФТА ДЛЯ СИЛОВОГО КАБЕЛЯ

Настоящая полезная модель относится к электротехнике и может найти применение для соединения концов одножильного силового кабеля, а также для соединения концов каждой фазы многофазного силового кабеля.
Известна соединительная муфта для силового кабеля (см. патент RU 97013, МПК H02G 15/08, опубликован 20.08.2010), содержащая соединитель концов, по меньшей мере, одной токоведущей жилы, который последовательно охвачен первым слоем изоляционного покрытия из эластичного полимерного материала, электрически изолированным трансформирующим слоем на основе эластичного полимерного материала, вторым слоем изоляционного покрытия из эластичного полимерного материала и металлическим экраном. Электрически изолированный трансформирующий слой по длине превышает длину соединителя, выступает за соединитель своими противоположными концами, имеет форму полого цилиндра с противоположными концами в виде полых усеченных конусов длиной 55-65 мм, образующие которых составляют угол от 6° до 8° с продольной осью кабеля. Трансформирующий слой выполнен из материала с относительной диэлектрической проницаемостью ε не менее 22, у которого отношение продольной составляющей тензора комплексной проводимости к поперечной составляющей составляет 10-12.
Известная соединительная муфта для силового кабеля имеет повышенную надежность в эксплуатации, однако это достигнуто за счет значительного увеличения габаритов соединительной муфты.
Соединительная муфта для силового кабеля (см. патент RU 2190913, МПК H02G 15/08, опубликован 10.10.2002), содержащая соединитель токоведущих жил, и установленный на кабеле изолятор с отверстием. Муфта снабжена двумя контактными кольцами заземления, надвинутыми на установленные на кабеле контактные пружины заземления, соединителем проволок экрана кабеля, выполненным в виде двух медных прессуемых гильз, трубкой поперечной герметизации, сформированной из алюминиевой фольги и размещенной на изоляторе и прилегающих участках кабеля, и термоусаживаемой трубкой, установленной на кабеле со стороны соединителя проволок экрана кабеля. Изолятор выполнен моноблочным с узлом выравнивания напряженности электрического поля в виде двух конусов и центрального высоковольтного электрода.
Известная соединительная муфта имеет усложненную конструкцию с большим количеством составляющих муфту элементов, что увеличивает трудоемкость ее изготовления и требует использования специализированных средств для монтажа муфты.
Известна соединительная муфта для силового кабеля (см. патент RU 155596, МПК H02G 15/08, опубликован 10.10.2015), содержащая механический соединитель, слой термоплавкого материала для выравнивания напряженности электрического поля, охватывающий механический соединитель и примыкающие к его концам участки пластмассовой изоляции соединяемых кабелей; заполнитель пустот, охватывающий полупроводящий экран и пластмассовую изоляцию каждого из соединяемых кабелей для выравнивания напряженности электрического поля; экранированную термоусаживаемую трубку, охватывающую указанный выше слой термоплавкого материала и перекрывающую концевые участки полупроводящих экранов соединяемых кабелей; средство соединения экрана с металлическими экранами соединяемых кабелей; экран, образованный гибкой металлический лентой, намотанной на указанную эластомерную трубку и выступающие из нее участки соединяемых кабелей и наружную герметизирующую защитную трубку из термоусаживаемого материала, проходящую вдоль соединяемых кабелей, перекрывая участки их наружной поверхности. Заполнитель пустот выполнен из материала с нелинейной вольтамперной характеристикой на основе оксида цинка, а экранированная термоусаживаемая трубка содержит дополнительный внутренний слой из эластомерного материала.
Известная соединительная муфта обладает высокими импульсными характеристиками, однако использование в соединительной муфте ленты из материала с содержанием оксида цинка позволяет регулировать поле лишь в узком диапазоне, с опасностью потери управляемости при отклонениях по процентному содержанию оксида цинка в пределах допуска.
Известна соединительная муфта для силового кабеля (см. заявка CN 107658834, МПК H02G-015/08 H02G-015/184, опубликована 02.02.2018), совпадающая с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Известная соединительная муфта-прототип включает соединитель концов токоведущей жилы, выполненный в виде металлической втулки цилиндрической формы, два периферийного узла выравнивания напряженности электрического поля, частично охватывающие полупроводящий экран и пластмассовую изоляцию соединяемых кабелей, и выполненные в виде стресс конусов, заполнитель пустот между элементами соединительной муфты, поверх которого сформирован слой изоляционного материала, на поверхность которого нанесено проводящее покрытие.
Использование в соединительной муфте-прототипе стресс конуса приводит к усложнению изготовления и монтажа соединительной муфты, а также значительно увеличивает габаритные размеры и массу соединительной муфты.
Задачей настоящей полезной модели является создание соединительная муфта для силового кабеля, которая бы имела уменьшенные габариты и массу при сохранении надежности и долговечности ее эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что соединительная муфта для силового кабеля включает соединитель концов токоведущей жилы, выполненный в виде металлической втулки цилиндрической формы, два периферийного узла выравнивания напряженности электрического поля, частично охватывающие полупроводящий экран и пластмассовую изоляцию соединяемых кабелей, полупроводящий заполнитель пустот между элементами соединительной муфты и внешний слой изоляционного материала. Новым в соединительной муфте является выполнение каждого из периферийных узлов выравнивания напряженности электрического поля в виде полупроводящей трубки, охваченной емкостными кольцами в виде трубки с диэлектрической проницаемостью е, равной 10-15; введение над соединителем центрального узла выравнивания напряженности электрического поля в виде полупроводящей трубки, охваченной емкостным кольцом в виде трубки с диэлектрической проницаемостью ε, равной 10-15, а также размещение между заполнителем пустот и внешним слоем изоляционного материала слоя, выравнивающего
электрическое поле, с диэлектрической проницаемостью ε, равной 10-15.
Полупроводящая трубка может быть выполнена из полиэтилена с наполнителем из мелкодисперсного порошка металла с размером частиц не более 0,1 мкм или из мелкодисперсной сажи с размером частиц (15-40) нм в количестве (15-25)% от общей массы, или из углеродных нановолокон диаметром не более 100 нм, длиной (20-200) мкм в количестве (10-25)% от общей массы.
Полупроводящая трубка может быть выполнена эластичной из резины с наполнителем из мелкодисперсной сажи с размером частиц (15-20) нм в количестве (15-25)% от общей массы или из углеродных нановолокон диаметром не более 100 нм, длиной (20-200) мкм в количестве (10-25)% от общей массы.
Емкостное кольцо может быть выполнено из полиэтилена с наполнителем из мелкодисперсной сажи с размером частиц (15-20) нм в количестве (30-50)% от общей массы или из углеродных нановолокон диаметром не более 100 нм, длиной (20-200) мкм в количестве (25-40)% от общей массы.
Емкостное кольцо может быть выполнено из резины с наполнителем из мелкодисперсной сажи с размером частиц 15-20 нм в количестве (60-80)% от общей массы или из углеродных нановолокон диаметром не более 100 нм, длиной (20-200) мкм в количестве (25-40)% от общей массы.
Выравнивающий электрическое поле слой может быть выполнен из полиэтилена с наполнителем из мелкодисперсной сажи с размером частиц (15-20) нм в количестве (30-50)% от общей массы или из углеродных нановолокон диаметром не более 100 нм, длиной (20-200) нм в количестве (25-40)% от общей массы.
Выравнивающий электрическое поле слой может быть выполнен из резины с наполнителем из мелкодисперсной сажи с размером частиц (15-20) нм в количестве (60-80)% от общей массы или из углеродных нановолокон диаметром не более 100 нм, длиной (20-200) мкм в количестве (25-40)% от общей массы.
Внешний слой изоляционного материала может быть выполнен из термоусаживаемого полиэтилена.
Настоящая полезная модель позволяет осуществлять емкостно-резистивное управление электрическим полем в муфте, в то время как в известной муфте-прототипе стресс конус реализует только емкостное управление полем путем регулирования емкости муфты на землю.
Настоящая соединительная муфта для силового кабеля поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 показан продольный разрез соединительной муфты для силового кабеля;
на фиг. 2 - приведен поперечный разрез по А-А соединительной муфты для силового кабеля, изображенной на фиг. 1.
Соединительная муфта 1 для силового кабеля 2 (см. фиг. 1, фиг. 2) содержит соединитель 3 концов токоведущей жилы 4, выполненный в виде металлической втулки цилиндрической формы, два периферийного узла выравнивания напряженности электрического поля, выполненные в виде полупроводящей трубки 5, охваченной емкостным кольцом 6 в виде термоусаживаемой или эластичной трубки с диэлектрической проницаемостью е, равной 10-15. Периферийные узлы частично охватывают полупроводящий экран 7 и пластмассовую изоляцию 8 соединяемых силовых кабелей 2. При этом емкостной ток через усиливающую изоляцию муфты (периферийные узлы плюс слои изоляционного материала) на землю компенсирует емкостной ток через изоляцию 8 кабеля на токоведущую жилу 2. Над соединителем 3 расположен центральный узел выравнивания напряженности электрического поля в виде полупроводящей трубки 9, охваченной емкостным кольцом 10 из термоусаживаемой или эластичной трубки с диэлектрической проницаемостью ε, равной 10-15. Пустоты между элементами 3, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 заполнены заполнителем 11 для выравнивания геометрии поверхности, выполненным, например, из полупроводящего ленточного материала. Между заполнителем 11 пустот и внешним слоем 12 изоляционного материала введен слой 13, выравнивающий электрическое поле, на основе полиэтилена или резины с диэлектрической проницаемостью е, равной 10-15. Полупроводящие трубки 5, 9, выполненные, например, из полиэтилена или эластичные из силиконовой резины с наполнителем из мелкодисперсного порошка металла или из смеси порошка металла с сажей, или из углеродных нановолокон диаметром не более 100 нм, длиной (20-200) мкм, в количестве (10-25)% от общей массы, предназначены для выравнивания электрического поля при помощи линейного резистивного метода, а емкостные кольца 6, 10 выравнивают электрическое поле рефракционным емкостным методом за счет увеличения емкости колец 6, 10 по отношению к земле, и, как следствие, увеличения емкостного тока через изоляцию муфты 1 на землю. Между заполнителем 11 пустот и внешним слоем 12 изоляционного материала, например, из полиэтилена, введен слой 13, выравнивающий электрическое поле, на основе полиэтилена или резины с диэлектрической проницаемостью ε, равной 10-15, выравнивающий электрическое поле емкостным рефракционным методом.
Настоящая соединительная муфта 1 работает следующим образом. При прохождении тока по токоведущей жиле 4 силового кабеля 2 возникают броски напряженности электрического поля в зоне соединения концов токоведущей жилы 4. Величина бросков напряженности электрического поля зависит от величины протекающего тока, размеров и материала соединителя 3, надежности соединения концов токоведущей жилы 4, возникновения электрической дуги, подгорания контактирующих поверхностей и других факторов. При этом вокруг соединителя 3 образуется неравномерно напряженное электрическое поле. Это поле преобразуется в равномерно напряженное путем выравнивания резистивным методом за счет увеличенной проводимости термоусаживаемых или эластичных трубок 5, 9, в сочетании с емкостным методом, за счет повышенной емкости муфты на землю с помощью емкостных колец 6, 10 и слоя 13.
Изготовленный опытный образец соединительной муфты для кабелей класса 110/64 кВ имеет следующие массогабаритные характеристики: толщина - 44 мм, масса - 16 кг. Соединительная муфта-прототип со стресс конусом имеет толщину - 70 мм, массу - 21 кг. Таким образом, настоящая соединительная муфта, по сравнению с муфтой-прототипом имеет уменьшенные габариты и массу при сохранении надежности и долговечности ее эксплуатации.