ПРОВОД САМОНЕСУЩИЙ ИЗОЛИРОВАННЫЙ И ЗАЩИЩЕННЫЙ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкции самонесущих изолированных проводов на номинальное напряжение 0,6/1 кВ и самонесущих защищенных проводов на номинальное напряжение 20 и 35 кВ для воздушных линий электропередачи.
Известна конструкция самонесущего изолированного провода марки СИПт на номинальное напряжение 0,6/1 кВ по ТУ 16.К09-140-2004, год ввода 2005, Россия, состоящего из одной или нескольких алюминиевых фазных токопроводящих жил и нулевой несущей жилы, изолированных светостабилизированным термопластичным полиэтиленом высокого давления марки 153-10К по ГОСТ 16336-77, Россия.
Недостатки провода марки СИПт:
- пониженная температура длительной эксплуатации;
- пониженная пропускная способность;
- пониженная устойчивость в режиме короткого замыкания;
- пониженная прочность и долговечность;
- пониженная атмосферостойкость.
С целью увеличения температуры длительной эксплуатации, пропускной способности и механической прочности провода были разработаны самонесущие изолированные и защищенные провода СИП с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Известна конструкция самонесущего изолированного и защищенного провода СИП (прототип) по ТУ 16-705.500-2006, год ввода 2006, Россия. Самонесущий изолированный провод по прототипу на номинальное напряжение 0,6/1 кВ (фиг.1) содержит одну или несколько алюминиевых фазных токопроводящих жил 1 с изоляцией 2 из светостабилизированного силаноль-носшитого полиэтилена PEX-b марок LE 4421/LE 4472 и LE 4423/LE 4472 фирмы «Borealis», Австрия, одну нулевую несущую жилу 3 из алюминиевого сплава с изоляцией из светостабилизированного силанольносшитого полиэтилена PEX-b марок LE 4421/LE 4472 и LE 4423/LE 4472 или без нее. Самонесущий защищенный провод по прототипу на номинальное напряжение 20 и 35 кВ (фиг.2) содержит токопроводящую жилу 1 из алюминиевого сплава с защитной изоляцией 2 из светостабилизированного силанольносшитого полиэтилена PEX-b. Основные характеристики изоляции PEX-b приведены в таблице 1. Провод СИП по прототипу изготавливается по следующей технологии. Токопроводящие жилы (ТПЖ) провода скручивают на крутильной машине из одного или нескольких концентрических повивов круглых алюминиевых проволок марки АВЛ ТУ 16-705.472-87, год ввода 1988, Россия, для несущего изолированного провода и из проволок алюминиевого сплава марки АСЗ ТУ 16-705.494-2006, год ввода 2007, Россия, для несущего защищенного провода, по спирали в чередующихся направлениях с определенным шагом скрутки. При этом одну проволоку размещают в центре провода. Последний повив проволок должен иметь правое направление кручения. Во время скрутки ТПЖ уплотняют обжимными роликами с коэффициентом заполнения сечения 0,94-0,96. Несущая жила (НЖ) изолированного провода изготавливается из проволок алюминиевого сплава марки АСЗ по аналогичной технологии. При уплотнении жил снижается диаметр провода и повышаются его эксплуатационные характеристики. Поверх жил накладывается изоляция определенной толщины из светостабилизированного силанольносшиваемого полиэтилена. Изолирование жил проводят на экструзионной линии типа Rosendahl, Австрия, со скоростью (50-60) м/мин. В экструдер вводят через дозаторы в определенной пропорции три компонента в виде гранул: композицию полиэтилена со сшивающим агентом (силаном), черный суперконцентрат (краситель) и катализатор отверждения. Для сшивки полиэтилена изолированные жилы опускают в ванну с водой, имеющей температуру (75-80)°C, на (2-3) часа, после чего жилы охлаждают на воздухе до полного высыхания воды. Жилы самонесущего изолированного провода скручивают вместе с определенным шагом скрутки. Готовый провод испытывают в соответствии с ТУ 16-705.500-2006.
Провод по прототипу имеет следующие недостатки:
- низкая технологичность;
- повышенные производственные потери;
- пониженная устойчивость к старению;
- повышенная жесткость при отрицательных температурах;
- высокая стоимость.
Все эти недостатки прототипа снижают технологичность, качество, надежность и экономичность самонесущих изолированных и защищенных проводов СИП.
Технической задачей полезной модели является разработка провода СИП для воздушных линий электропередачи, не уступающего прототипу по основным характеристикам, но более технологичного, качественного, надежного и экономичного.
Технический результат достигается тем, что в качестве изоляции жил провод содержит сополимеры этилена с α-олефинами C5-C9.
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие изолированных токопроводящих и несущей жил. В то же время предложенный провод отличается от известного использованием в качестве изоляции жил термопластичного материала - сополимеров этилена с α-олефинами C5-C9.
Преимущества нового провода:
- повышенные эксплуатационные характеристики;
- высокая устойчивость к старению;
- повышенная долговечность;
- повышенная гибкость, в том числе при отрицательной температуре;
- высокая технологичность;
- минимальные производственные потери;
- высокие качество, надежность и экономичность;
- низкая стоимость.
Ограничения на выбор конструкции и материала изоляции токопроводящих жил проводов СИП накладывают условия эксплуатации проводов:
- температура окружающей среды от +50°C до -50°C;
- рабочая температура жил до 90°C;
- влажность до 100%;
- высокие ветровые нагрузки (максимальная скорость ветра до 30 м/с и более);
- обильные снегопады, обледенения и дождь;
- повышенная солнечная радиация;
- многократные монтажные изгибы.
В большей степени этим условиям удовлетворяют провода СИП с изоляцией из сополимеров этилена с α-олефинами C5-C9 (бутен, гексен, октен). Повышение термостойкости, прочности, эластичности и других параметров происходит за счет образования в макромолекуле сополимеров поперечных связующих цепочек сомономера α-олефина. Поперечные цепочки соседних макромолекул сополимера взаимно переплетаются, образуя пространственное сцепление макромолекул не за счет образования межатомных химических связей, как у сшитого полиэтилена, а за счет переплетения своих ветвей. Вероятность образования поперечных цепочек повышается с увеличением длины полимерной цепочки макромолекулы и увеличением молекулярной массы сополимера. Тип внедряемого сомономера α-олефина также оказывает влияние на образование и концентрацию поперечных цепочек. С повышением ем длины цепочки сомономера α-олефина способность к образованию поперечных цепочек также увеличивается. Октен, имеющий длинную цепочку, более эффективен, чем короткие α-олефины бутен и гексен. Причина заключается в том, что длинным цепочкам октена сложнее внедриться в растущий кристалл макромолекулы сополимера. Это приводит к более высокой вероятности образования поперечных цепочек сополимера.
Преимущества новых сополимеров:
- долговременная термостойкость до 110°C;
- повышенная прочность и эластичность;
- повышенные диэлектрические характеристики;
- повышенная стойкость к ультрафиолетовым лучам;
- повышенная долговечность;
- пониженное температурное линейное удлинение;
- высокая технологичность:
низкая вязкость расплава при высоких степенях механического сдвига;
повышенная скорость экструзии (более 60 м/мин.);
отсутствие потерь сырья при запуске экструзионной линии, поскольку сополимеры можно перерабатывать повторно;
- экономия рабочего времени и затрат на производство:
не требуется дополнительный этап сшивки;
не требуется лабораторный анализ для определения степени сшивки;
не требуется чистка оборудования;
- ремонтоспособность.
Технология изготовления провода СИП, предложенного авторами полезной модели, отличается от технологии изготовления провода по прототипу отсутствием операции сшивки изоляции.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется следующими примерами. В таблице 1 приведены варианты образцов электроизоляционных материалов для изоляции токопроводящих и несущей жил провода СИП, а также их основные характеристики.
Обозначения электроизоляционных материалов:
- ПЭВД - полиэтилен высокого давления марки 153-10К по ГОСТ 16336-77, Россия;
- ПЭНД - полиэтилен низкого давления марки 273-71К по ГОСТ 16336-77;
- PEX-b - композиция светостабилизированного силанольносшиваемого полиэтилена марки LE 4423 (основа)/LE 4472 (катализатор) по нормативно-технической документации фирмы «Borealis», Австрия;
- ПЭГм - полиэтилгексен модифицированный - сополимер этилена с гексеном по ТУ 2243-040-50289046-2011, год ввода 2012, Россия;
- ПЭОм - полиэтилоктен модифицированный - сополимер этилена с октеном по ТУ 2243-040-50289046-2011.
В таблице 2 приведены показатели качества четырех образцов четырехжильных самонесущих изолированных проводов марки:
2
2
1. СИПт-2 3×50+1×70-0,6/1 ТУ 16.К09-140-2004 (аналог), с тремя алюминиевыми токопроводящими жилами суммарным сечением 150 мм и нулевой несущей алюминиевой жилой номинальным сечением 70 мм, упрочненной стальной оцинкованной проволокой, с изоляцией жил из светостабилизированного термопластичного полиэтилена марки 153-10К.
2
2
2. СИП-2 3×50+1×70-0,6/1 ТУ 16-705.500-2006 (прототип), с тремя алюминиевыми токопроводящими жилами суммарным сечением 150 мм и нулевой несущей жилой из алюминиевого сплава номинальным сечением 70 мм, с изоляцией жил из светостабилизированного силанольносшитого полиэтилена марки LE 4423/LE 4472 фирмы «Borealis».
2
2
3. СИП-2 ЭЛКА 3×50+1×70-0,6/1 ТУ 3553-041-50289046-2011 (новый провод по полезной модели), с тремя алюминиевыми токопроводящими жилами суммарным сечением 150 мм и нулевой несущей жилой из алюминиевого сплава номинальным сечением 70 мм, с изоляцией жил из сополимеров этилена с α-олефинами марки ПЭГм и ПЭОм.
Токопроводящие и несущая жилы всех образцов проводов СИП скручены из круглых проволок и имеют круглую уплотненную форму. В отличие от прототипа новая конструкция провода СИП содержит изоляцию жил из сополимеров этилена с α-олефинами C5-C9.
Из таблицы 1 видно, что сополимеры этилена с α-олефинами ПЭГм и ПЭОм не уступают сшитому полиэтилену РЕХ-b по основным характеристикам, но существенно превосходят его по технологичности. Из таблицы 2 видно, что наибольшее качество и технологичность имеет провод СИП-2 ЭЛКА с изоляцией жил из полиэтилоктена модифицированного марки ПЭОм.
Самонесущие изолированные и защищенные провода СИП с изоляцией из полиэтилоктена модифицированного марки ПЭОм прошли всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами.
Таблица 1
Наименование характеристик
Варианты образцов электроизоляционных материалов
ПЭВД
ПЭНД
PEX-b
ПЭГм
ПЭОм
Показатель текучести расплава, г/10 мин (190°C; 2,16 кГс), по ГОСТ 11645-73
0,30
0,42
-
0,60
0,64
Плотность, г/см<sup>3</sup>, по ГОСТ 15139-69
0,92
0,96
0,95
0,94
0,93
Прочность при разрыве, МПа, по ГОСТ 11262-80
14
22
25
34
38
Относительное удлинение при разрыве, %, по ГОСТ 11262-80
600
800
400
1600
2000
Электрическая прочность, кВ/мм, по ГОСТ 6433.3-71
40
38
36
42
42
Температура размягчения по Вика, °C, по ГОСТ 15088-83
70
90
132
124
130
Продолжение таблицы 1
Наименование характеристик
Варианты образцов электроизоляционных материалов
ПЭВД
ПЭНД
PEX-b
ПЭГм
ПЭОм
Стойкость к растрескиванию, час, по ГОСТ 13518-68
600
800
1200
≥5000
≥10000
Технологичность
Высокая
Средняя
Низкая
Средняя
Высокая
Качество
Низкое
Низкое
Высокое
Среднее
Высокое
Таблица 2
Показатели качества проводов СИП
СИПт-2 (аналог)
СИП-2 (прототип)
Варианты проводов СИП-2 ЭЛКА с изоляцией
ПЭГм
ПЭОм
Допустимая температура нагрева жил, °C,
- нормальный режим
70
90
90
95
- режим перегрузки до 8 ч в сутки
80
130
120
125
- режим короткого замыкания до 5 с
135
250
240
250
Расчетная масса 1 км провода, кг
885
798
760
735
Монтаж при температуре, °C, не ниже
-20
-20
-30
-40
Минимальный радиус изгиба при монтаже
10D
10D
5D
3D
Срок службы, лет, не менее
25
40
40
50
Допустимый ток нагрузки, A
140
195
190
200
Водопоглощение изоляции, мг/см<sup>2</sup>, по ГОСТ Р 52373-2005
0,8
0,6
0,3
0,1
Технологичность
Высокая
Низкая
Высокая
Высокая