ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к кабельной технике и может быть использована в конструкциях высоковольтных малоиндуктивных кабелей, предназначенных для передачи сильноточных импульсов.
Известны высоковольтные малоиндуктивные импульсные кабели, которые рассчитаны на использование при напряжении от 25 до 60 кВ, способные передать токи до 50 кА в импульсе в режиме передачи одиночных импульсов длительностью не более 40 мкс. Они состоят из медных жил различной гибкости, слоев изоляции, оплетки, оболочки («Электрические кабели, провода и шнуры». Справочник. Авторы: Н.И.Белорусов, А.Е.Саакян, А.И.Яковлев, стр.136-137, Москва, «Энергоиздат». 1987 г.).
Известен также электрический кабель, который состоит из проводника, выполненного из медной проволоки, сплетенной вместе с использованием традиционной технологии, внутреннего полупроводящего слоя, изоляционного слоя, плотного полупроводящего слоя, вспененного слоя, металлической оболочки и наружной оболочки (патент СССР №2217826, кл. Н01В 9/02, 1998 г.).
2
Известен электрический кабель, который относится к высоковольтным импульсным кабелям с полиэтиленовой изоляцией, состоящий из токопроводящей жилы из медных проволок сечением 10 мм и диаметром 4,5 мм, наложенного поверх токопроводящей жилы, экрана из проводящего полиэтилена толщиной 0,4 мм, изоляции из полиэтилена низкой плотности марки 153-01-К диаметром 14,5 мм, обмотки четырьмя лентами политетрафторэтилена толщиной 0,06 мм с заполнением кремнийорганической жидкостью между лентами, слоя из негорючего поливинилхлорида марки НГП-40-32, оплетки из медных проволок
диаметром 0,15 мм, защитной оболочки из поливинилхлорида НГП-40-32 (а.с. СССР№1538191, кл. Н01В 7/02, 1987 г.).
Наиболее близким аналогом (прототипом) является влагозащищенный электрический силовой кабель, состоящий из жилы, выполненной в виде множества скрученных между собой отдельных медных гибких проводников, изоляции из сшитого или несшитого полиэтилена, наружного токопроводящего слоя и оболочки (патент СССР №1085522, кл. Н01В 7/00, 1980 г.).
К недостаткам следует отнести недостаточно высокую надежность работы кабеля при импульсном напряжении до 20 кВ с максимально предельным током в указанном режиме 10 кА. Кабель не имеет необходимой гибкости при отрицательных температурах в связи с применением для оболочки полиэтилена. Кроме того, при обычных температурных условиях, сечение металлической оболочки и сечение жилы должны быть равны, поскольку металлическая оболочка является обратным проводником, то есть проводником возврата энергии при импульсах. При увеличении импульсного тока увеличивается не только сечение жилы, но и сечение внешнего проводника, выполняющего возврат энергии - металлической оболочки, что значительно увеличивает диаметр кабеля и уменьшает радиус его изгиба. То есть при заданном режиме работы сечение оболочки кабеля следует значительно увеличить, что ограничит радиус изгиба кабеля. В результате сужаются технологические возможности кабеля, поскольку значительный диаметр и малая гибкость ограничивают возможности известных кабелей. При этом оболочка известных кабелей имеет недостаточную для работы на стройплощадках механическую прочность. В условиях применения кабеля на строительных работах по уплотнению грунта электрогидравлическим способом известные кабели не могут обеспечить прохождение импульсов тока до 25 кА большой длительности в повторно-кратковременном режиме при напряжении 20 кВ.
Задачей, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, является создание высоковольтного малоиндуктивного импульсного кабеля, преимущественно для уплотнения грунта электрогидравлическим способом при осуществлении строительных работ. Предложенный кабель должен обеспечить работу при напряжении до 20 кВ с передачей импульсов тока до 25 кА значительной длительности в повторно-кратковременном режиме. Задачей также является создание конструкции кабеля для такого рода условий работ без существенного увеличения его сечения. Кроме того, задачей является увеличение гибкости, износостойкости, повышении прочности изоляции и наружной оболочки, а также увеличение арсенала данной номенклатуры изделий.
Техническим результатом при реализации предполагаемой полезной модели является обеспечение возможности осуществления строительных работ при уплотнении грунта электрогидравлическим способом в условиях прохождения высокого напряжения до 20 кВ с передачей импульсов тока до 25 кА большой длительности в повторно-кратковременном режиме. При этом конструкция кабеля не приводит к существенному увеличению его размеров. Кроме того, увеличивается гибкость кабеля, его износостойкость, повышается прочность изоляции и наружной оболочки.
На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие существенные признаки.
В высоковольтном импульсном кабеле, состоящем из жилы, выполненной в виде множества скрученных между собой отдельных гибких медных проводников, изоляции, внешнего проводника и оболочки, имеется дополнительный слой изоляции, размещенный между основным слоем изоляции и внешним проводником, а внешний проводник выполнен в виде многослойной оплетки. Внешний проводник может быть выполнен в виде двойной оплетки. Основной слой изоляции выполнен из фторопласта - 4 МБ, а дополнительный слой выполнен из кремнийорганической резины. Оболочка может быть выполнена из резины. Кроме того, оболочка может
2
быть выполнена из шланговой резины с повышенной механической прочностью. Толщина основного слоя изоляции относится к диаметру жилы в диапазоне 0,05-0,1. Жила и внешний проводник имеют одинаковые по площади сечения. Жила и внешний проводник могут иметь сечения не менее 25 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фиг.1 представлен высоковольтный импульсный кабель.
Высоковольтный импульсный кабель состоит из жилы 1, основного  слоя 2 изоляции, дополнительного слоя 3 изоляции, внешнего проводника 4, оболочки 5. Основной слой изоляции 2 и дополнительный слой изоляции 3 образуют изоляцию жилы 1. Внешний проводник 4 выполнен в виде многослойной оплетки.
2
В примере исполнения высоковольтного импульсного кабеля, который используется для прохождения через него импульсного тока, основной слой 2 изоляции выполнен из фторопласта - 4 МБ, который является теплостойким материалом и обеспечивает требуемую электрическую прочность. Дополнительный слой 3 изоляции выполнен из кремнийорганической резины, который также обеспечивает требуемую электрическую прочность и является теплостойким материалом. Оболочка 5 выполнена из шланговой резины с повышенной механической прочностью. Для случаев, при которых пользователь уверен, что отсутствует необходимость в повышенной механической прочности оболочки, предусмотрен вариант изготовления кабеля с оболочкой, выполненной из резины. Внешний проводник 4 выполнен в виде двойной оплетки. Толщина основного слоя 2 изоляции относится к диаметру жилы в диапазоне 0,05-0,1. Жила 1 и внешний проводник 4 имеют одинаковые по площади сечения. Кабель в примере исполнения может иметь сечения не менее 25 мм.
Работа высоковольтного импульсного кабеля осуществляется следующим образом. При проведении строительных работ на открытом воздухе, вместо забивки свай в грунт, предусмотрено их формирование с
использованием для уплотнения грунта сильноточных импульсов. Подача импульса с напряжением до 20 кВ и током до 25 кА в повторно-кратковременном режиме при большой длительности импульсов происходит через высоковольтный импульсный кабель. Необходимый радиус изгиба кабеля при его перемещении из горизонтального положения вертикально в грунт обеспечивается гибкостью, обусловленной конструктивными особенностями его выполнения. А именно: за счет выполнения оболочки 5 из шланговой резины, за счет выполнения дополнительного слоя 3 изоляции из кремнийорганической резины, а также за счет выполнения внешнего проводника 4 в виде многослойной оплетки. При прохождении по кабелю импульсов тока до 25 кА большой длительности в повторно-кратковременном режиме происходит уплотнение почвы и формирование бетонной сваи. Основной слой 2 изоляции обеспечивает требуемую электрическую прочность и теплостойкость кабеля. Выполнение дополнительного слоя 3 изоляции из кремнийорганической резины также обеспечивает требуемую электрическую прочность и теплостойкость. По внешнему проводнику 4 происходит возврат энергии при импульсе. Он работает как обратный провод. Выполнение внешнего проводника 4 из двух и более оплеток кроме того, что сохраняет гибкость кабеля, обеспечивает возможность выполнения его сечения, равным сечению жилы для возврата не меньшего количества энергии.
Таким образом, необходимая гибкость достигается за счет использования резины при изготовлении оболочки, либо шланговой резины в случае работы на открытом воздухе, преимущественно при строительных работах, за счет выполнения дополнительного слоя изоляции из кремнийорганической резины. А также за счет выполнения внешнего проводника в виде многослойной оплетки, преимущественно в виде двойной оплетки. Кроме того, выполнение внешнего проводника из нескольких оплеток позволяет подобрать сечение, которое равно сечению жилы для возврата энергии при импульсе. Выполнение основного слоя изоляции из
2
фторопласта - 4 МБ необходимо для обеспечения требуемой электрической прочности и теплостойкости. Выполнение дополнительного слоя изоляции из кремнийорганической резины также обеспечивает требуемую электрическую прочность и теплостойкость. Выполнение оболочки из резины возможно при отсутствии необходимости повышенной механической прочности, то есть, например, при лабораторных испытаниях. А выполнение оболочки из шланговой резины с повышенной механической прочностью обеспечивает возможность использования кабеля на стройке на открытых площадках с множеством людей, техники и средств малой механизации. Выполнение толщины основного слоя изоляции относящегося к диаметру жилы в диапазоне 0,05-0,1 позволяет обеспечить требуемую электрическую прочность и теплостойкость жилы, а выполнение жилы и внешнего проводника с одинаковым по площади сечением, преимущественно не менее 25 мм обеспечивает возврат энергии при импульсе, возможность необходимого изгиба и подачи описанных выше заданных значений тока с заданным напряжением в повторно-кратковременном режиме.