ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к кабельной технике, в частности к конструкции электрических кабелей с изоляцией из этиленпропиленовой резины, и может найти применение для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках, рассчитанных на переменное напряжение от 6 до 35 кВ с номинальной частотой тока 50 Гц для сетей с заземленной и изолированной нейтралью.
Известны силовые экранированные кабели среднего напряжения (6-35 кВ.) с изоляцией из сшитого полиэтилена (СПЭ). Например, по патенту РФ №81839, Н01В 9/00, в котором кабель содержит несколько медных многопроволочных токопроводящих жил, изолированных сшитым полиэтиленом. Жилы или группы скручены в сердечник. Пустоты в сердечнике заполнены полимерным заполнителем на основе поливинилхлоридного пластиката. Поверх общего экрана наложена влагозащитная оболочка из нефтемаслобензостойких, стойких к морской воде и морскому туману поливинилхлоридного пластиката или полихлоропреновой резины, или хлорсульфированного полиэтилена.
При всех положительных качествах, обеспечивающих работу такого кабеля при температуре проводника равной 90°С и устойчивости к короткому замыканию при температуре до 130°С, кабели СПЭ недостаточно стойкие к тепловым деформациям и к тому же недостаточно гибкие, что сказывается на удобстве монтажа.
Известны кабели среднего напряжения с изоляцией из этиленпропиленовой резины (ЭПР), которые лишены указанных недостатков кабелей с изоляцией СПЭ. Например, кабель по патенту РФ №81842, Н01В 9/00.
В качестве прототипа по наибольшему количеству сходных признаков выбрано выполнение электрического кабеля по патенту РФ №1090170. Известный кабель содержит, по меньшей мере, одну токопроводящую жилу, три защитных экрана - экран по жиле, экран по изоляции на жиле и общий электрический экран, где все экраны выполнены из проводящей резины (на основе бутадиен-нитрильного каучука с вулканизирующим агентом из серосодержащих органических соединений), изоляция по экрану по жиле выполнена вулканизацией композиции на основе этилен пропиленового каучука с перекисным вулканизующим агентом, а оболочка кабеля получена вулканизацией композиции на основе хлорпропиленового каучука с вулканизующим агентом.
К недостаткам прототипа можно отнести то, что полупроводящий экран не позволяет эффективно распределить электрическое поле в изоляции на протяженных линиях электропередач. Отсутствие защитных металлических экранов, рассчитанных на токи короткого замыкания может привести к выгоранию полупроводящего экрана в случае электрического пробоя изоляции. Отсутствие защитных металлических покровов - к проблемам при механических воздействиях при прокладке кабеля в земле.
Заявитель ставит задачу - разработать силовые кабели среднего напряжения, пригодные для применения во взрывоопасных зонах всех классов, к тому же обладающие стойкостью к влагопоглощению и тепловым деформациям изоляции.
Технический результат заключается в повышении защитных свойств кабеля при воздействиях влаги и перепада температур.
Технический результат достигается тем, что электрический кабель, содержит, по меньшей мере, одну токопроводящую жилу, экран по каждой жиле из проводящей резины, изоляцию поверх экрана из этилен пропиленовой резины, экран по изоляции жилы из проводящей резины, внутреннюю и внешнюю защитные оболочки. Согласно предлагаемой полезной модели, дополнительно, поверх каждого экрана по изоляции наложен медный экран, между экраном по изоляции и медным экраном проложен слой из полупроводящих лент на основе бумаги или прорезиненной ткани, при этом внутренняя и внешняя оболочки кабеля выполнены из негорючего термопластичного материала. Для кабеля, прокладываемого в земле, между внутренней и внешней оболочками прокладывается металлический защитный бронепокров.
Введение дополнительного медного экрана в отличие от просто электропроводящего экрана из проводящей резины обеспечивает:
1. Создание нулевого потенциала на поверхности электропроводящего полимерного слоя. Для этого металлический экран заземляют с одного или с двух концов кабеля.
2. Отвод в землю емкостных токов (зарядных токов).
3. В режимах коротких замыканий протекание токов короткого замыкания.
Для защиты экрана по изоляции от механических повреждений под медным экраном проложен слой из полупроводящих лент на основе бумаги или прорезиненной ткани.
В случае прокладки кабеля в земле предусмотрен бронепокров для защиты от механического воздействия и механических нагрузок на кабель. Оболочка из негорючего термопластичного материала предусматривает защиту от влаги и агрессивных сред.
На фиг.1 показано поперечное сечение одножильного электрического кабеля. Фиг.2 - поперечное сечение трехжильного электрического кабеля.
Одножильный электрический кабель состоит из медной уплотненной жилы 1, экрана 2 по жиле, изоляции 3, экрана по изоляции 4, медного экрана 5, оболочки 6.
Трехжильный электрический кабель состоит из токопроводящих жил 1; экранов по жилам 2; изоляции 3; экранов по изоляции 4; медных экранов 5; внутренней оболочки кабеля 6; бронепокрова 7; внешней оболочки 8.
Токопроводящие жилы 1 изготовлены из медной проволоки. Экраны 2 по токопроводящим жилам изготовлены из теплостойкой проводящей резины. Изоляция 3 изготовлена из этиленпропиленовой резины. Экраны 4 по изоляции 3 изготовлены из полупроводящей резины, поверх которой наложен слой из полупроводящей ленты на основе бумаги или прорезиненной ткани. Дополнительные медные экраны 5 по изоляции 3 жил 1 изготовлены из медных лент, проволок и т.д.. Внутренняя 6 и внешняя оболочки кабеля 8 выполнены из негорючего термопластичного материала, например, из композиции на основе ПВХ и безгалогенных материалов. Бронепокров 7 выполнен из стальных оцинкованных лент, либо круглых оцинкованных проволок.
Проведен весь комплекс испытаний кабеля согласно нормативно технической документации. Измерение уровня частичных разрядов образцов трехжильного кабеля проводилось после воздействия циклов нагрева до 100°С и охлаждения. Образцы подвергались 20 циклам нагрева и охлаждения при продолжительности одного цикла 8 часов. При испытательном напряжении 15 кВ уровень частичных разрядов составил 5 пКл, что соответствует нормативной документации. Испытание образцов кабеля переменным напряжением 40 кВ проводилось в течение 4 часов, все образцы выдержали испытание без пробоев.
Физико-механические характеристики изоляции испытывались до и после старения при температуре (135±3)°С в течение 168 часов. Результаты испытаний приведены в таблице
1 образец
2 образец
3 образец
Нормы до старения:
1) прочность при растяжении σ:
7,86
8,06
8,00
не менее 4,2 Н/мм<sup>2</sup>
2) удлинение при разрыве ε:
500
487
475
не менее 200%
Нормы после старения:
+9,7
+9,0
+9,5
1) прочность при растяжении:
отклонение не более ±30%
2) удлинение при разрыве:
-13,8
-14,4
-10,0
отклонение не более ±30%
2
Испытания по водостойкости проводились согласно ГОСТ Р МЭК 60811-1-3-2007. Фактическое отклонение массы во всех образцах не превышало 0,06 мг/см после высушивания в условиях вакуума при температуре (70±2)°С в течение 24 часов, охлаждения в эксикаторе и выдерживании в течение 14 суток в воде при температуре (85±2)°С. Выявленная отличная стойкость к водопоглощению позволяет сказать, что в случае нарушения герметичности оболочки кабеля проникающая влага особо не повлияет на электрические характеристики кабеля.