КОНЦЕВАЯ МУФТА ДЛЯ НИЗКОВОЛЬТНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ
TERMINAL FOR LOW-VOLTAGE ELECTRICAL CABLE

Данное изобретение в общем виде относится к концевым муфтам для силовых кабелей, используемых в системе энергоснабжения потребителей. В частности, настоящее изобретение представляет собой концевую муфту, изолирующую и защищающую участок силового кабеля, с целью сведения до минимума возможности несанкционированного отбора электроэнергии и одновременного обеспечения ее оптимальной подачи потребителям.
В настоящее время в некоторых регионах мира для снабжения потребителей электрической энергией используют низковольтные электрические кабели (т.е. кабели под напряжение около 1000 вольт, как правило, даже ниже 600 вольт). Эти низковольтные кабели подразделяются на несколько типов: (1) кабели с неизолированным проводником, т.е. для образования проводника оголенные медные или оголенные алюминиевые провода взаимно переплетаются друг с другом, (2) простые изолированные кабели, т.е. кабели, в которых проводник изолируется полимерной изоляцией из полиэтилена или поливинилхлорида, и (3) нейтральные концентрические (коаксиальные) кабели, т.е. кабели, в которых полимерная изоляция коаксиально покрывает проводник и в которых металлическая броня, например медный экран, коаксиально покрывает изоляцию. Кабельный экран используется и в качестве брони, и в качестве нейтрали. В настоящем документе, для ясности, электрические кабели данного типа могут называться «силовыми кабелями», так как они используются для передачи электроэнергии потребителю. Понятие «силовой кабель» при этом не ограничивается только этими конкретными электрическими кабелями. По затратным соображениям низковольтные электрические кабели могут и не заглубляться в землю, а подвешиваться в воздухе на столбах или конструкциях иного типа. В некоторых регионах мира эти кабели могут использоваться в системах энергоснабжения под номинальное напряжение 120 вольт (фаза-земля) или 220 вольт (фаза-фаза). Питающие кабели данного типа могут использоваться и в системах под другие номинальные напряжения, но, как правило, не превышающее 1000 вольт.
Одно из преимуществ описанных выше кабелей состоит в том, что эти кабели являются эффективным средством распределения электроэнергии потребителям. Одним из недостатков является то, что они легко доступны, и пользователи, не обладающие соответствующим разрешением, могут производить несанкционированный отбор электроэнергии без выплаты надлежащего вознаграждения энергетическим компаниям. Хотя несанкционированный отбор электроэнергии и может быть некоторым образом затруднен, но, если использовать в системе обычный изолированный или нейтральный коаксиальный кабель вместо неизолированного, такой отбор все же будет возможен, в частности, в местах концевой заделки этих кабелей на трансформаторе.
Несанкционированный отбор электроэнергии может повлечь за собой ряд проблем. Например, несанкционированный отбор может вызвать колебания напряжений вследствие того, что количество зарегистрированных пользователей на фазу не соответствует количеству реальных потребителей. Отбор также может стать причиной перегрузок и, вследствие этого, аварийного перерыва в энергоснабжении. Возможны короткие замыкания, особенно из-за некачественного выполнения электрических подсоединении неразрешенными пользователями. Все затраты по решению возникающих проблем могут несправедливо возлагаться на добросовестных потребителей, так как энергетические компании могут быть вынуждены возложить на них обязанности по оплате.
Таким образом, существует необходимость защиты от несанкционированного отбора электроэнергии в низковольтных электрических сетях (из кабелей неизолированного типа, кабелей с простой изоляцией и кабелей нейтрального концентрического типа) при одновременном снабжении потребителей, добросовестно оплачивающих электроэнергию.
Краткое описание
В одном из своих аспектов настоящее изобретение представляет собой концевую муфту для силового кабеля. Данная концевая муфта состоит из (1) закрытого отсека сращивания кабеля, в состав которого входят, по меньшей мере, два параллельных электрических кабеля, первый и второй; (2) закрытого клеммного отсека, подсоединенного к отсеку места сращивания кабеля, и (3) соединительного элемента, расположенного в отсеке сращивания кабеля, для обеспечения электрического соединения параллельных электрических кабелей и силового кабеля. Клеммный отсек снабжен элементами для прокладки распределительных электрических кабелей из клеммного отсека - по крайней мере, одной шиной и клеммной колодкой вывода нейтрали. Первый соединительный электрический кабель закрепляется на шине, а второй соединительный электрический кабель закрепляется на клеммной колодке вывода нейтрали.
В одном из своих аспектов данное изобретение представляет собой комплект для распределения электроэнергии от силового кабеля. Комплект состоит из (1) муфты, состоящей из отсека сращивания кабеля и клеммного отсека; при этом отсек сращивания кабеля включает в себя, по крайней мере, два соединительных электрических провода; клеммного отсека, который включает в себя, по крайней мере, одну шину, клеммную колодку для нейтрали и элементы для прокладки распределительных электрических кабелей из крышки муфты; (2) элементов для обеспечения электрического соединения силового кабеля и параллельного электрического кабеля; и (3) элементов крепления муфты к силовому кабелю.
В одном из своих аспектов данное изобретение представляет собой способ для распределения электроэнергии от силового кабеля. Способ предусматривает следующие этапы: (1) изготовление муфты в соответствии с указанным выше; (2) временное подвешивание муфты на силовом кабеле с применением кабельных хомутов, которые фиксируются на каждом конце муфты к силовому кабелю; (3) выполнение электрического соединения силового кабеля с муфтой распределительными электрическими кабелями; (4) фиксация муфты к силовому кабелю; и (5) снятие кабельных хомутов-стяжек с муфты и силового кабеля.
Краткое описание чертежей
Данное изобретение может быть лучше понято при использовании для ссылок следующих чертежей:
Фиг.1 - вид в перспективе одного из образцовых конструктивных воплощений муфты, изготовленной в соответствии с данным изобретением;
Фиг.2 - вид сбоку муфты, изображенной на Фиг.1, с показом отсека сращивания кабеля в открытом положении;
Фиг.3 - вид сбоку муфты, изображенной на Фиг.1, с показом клеммного отсека в открытом положении; и
Фиг.4 - вид в перспективе муфты, изображенной на Фиг.1, подвешенной на силовом кабеле в рабочем положении.
Данные фигуры не отмасштабированы и представлены только в качестве иллюстративных.
Подробное описание
Следующие ниже детализированные описания предпочтительных конструктивных воплощений данного изобретения должны рассматриваться со ссылками на сопроводительные чертежи, входящие в данный документ в качестве его составной части. В этих чертежах иллюстративно показано, каким образом данное изобретение может быть реализовано на практике. Необходимо понимать, что возможны и другие конструктивные воплощения данного изобретения, равно как и внесение в него изменений конструктивного или логического характера без отхода при этом от сути изобретения. В этой связи, нижеследующее подробное описание не должно рассматриваться как ограничивающее предмет данного изобретения, определяемого приведенными в приложении формулами:
Данное изобретение представляет собой муфту, которая препятствует и таким образом минимизирует или полностью исключает несанкционированный отбор электроэнергии незаконными пользователями и при этом одновременно обеспечивает возможность подвода ее к законным потребителям. В целом, закрытый отсек содержит первую подсистему, которая прикрепляется ко второй подсистеме. Первичная подсистема предназначена для укладки в ней участка силового кабеля и включает в свою конструкцию компоненты, обеспечивающие возможность отбора электроэнергии от силового кабеля. В состав вторичных подсистем входят компоненты, позволяющие подавать электроэнергию потребителю. Обе подсистемы оснащены средствами для минимизации и средствами для выявления несанкционированного доступа к подсистеме. В одном из своих аспектов данное изобретение включает в себя также и средства для закрепления муфты на силовом кабеле. В рамках данного изобретения также предусмотрена возможность использования любого типа кабеля, при условии применения соответствующих средств для обеспечения электрического подсоединения силового кабеля и параллельного кабеля в клеммном отсеке, как это будет более детально разъяснено в данном документе.
На Фиг.1 показано одно из образцовых конструктивных воплощений данного изобретения. Муфта 10 состоит из встроенного отсека сращивания кабеля 12 и клеммного отсека 14. Муфта 10 может быть адаптирована для ее подвески к воздушному силовому кабелю (не показан). В одном из конструктивных воплощений муфта является ударопрочной. Вследствие того, что муфта, как правило, подвешивается в воздухе, она должна быть устойчивой к продолжительному и повторяющемуся воздействию ультрафиолетового излучения. В одном из своих конструктивных воплощений муфта соответствует требованиям документа 746D («Компоненты, изготовленные из полимерных материалов») Лаборатории UL по технике безопасности в США.
Отсек сращивания кабеля 12 представляет собой корпус 20, который может быть открыт вдоль по кромке или открывающемуся шву 21. Шов имеет сопрягающиеся малые выступы и впадины, которые вместе образуют уплотнение лабиринтного типа, исключающее попадание грязи, воды, мелких насекомых и т.п. в корпус 20. Корпус 20 состоит из первой и второй секций корпуса 22 и 24 соответственно. В одном из конструктивных воплощений линия створки 26 очерчена линией перегиба 28 (далее - петлей), выполненной способом компрессионного формования, таким образом, что эта петля 28 представляет собой единое целое с секциями корпуса 22 и 24. В одном из конструктивных воплощений корпус 20 отлит из подходящего полимерного материала типа полиэтилена или подобного материала. Корпус 20 может быть изготовлен с применением любой стандартной технологии формования, такой как дутьевое формование, инжекционное формование и т.п. Каждая секция 22, 24 составляет примерно половину корпуса 20, за счет этого каждая секция имеет практически полуцилиндрическую форму.
Корпус 20 имеет первый и второй противолежащие концы 30 и 32. Концевые уплотнения 34 (см. Фиг.2) располагаются у первого и второго противолежащих концов 30 и 32 и предназначены для размещения и герметизации силовых кабелей (не показаны), которые входят в корпус и выходят из него через первый и второй концы 30 и 32. Корпус удерживается и фиксируется в закрытом состоянии с помощью защелки или застегивающего устройства 40. Застегивающее устройство 40 может быть любого типа, стандартной компоновки, при этом секция 22 может быть альтернативно прикреплена к секции 24 вдоль шва 21.
Как должно быть видно из Фиг.1, доступ к закрытой секции сращивания, расположенной в корпусе 20, облегчается за счет углового положения первой секции корпуса 22 (в верхнем положении) относительно второй секции корпуса 24 (в нижнем положении). В частности, первая и вторая секции 22, 24 корпуса 20 сориентированы таким образом, что при открытом корпусе 20 открывается беспрепятственный обзор всей зоны сращивания, расположенной внутри корпуса 20. Это достигается за счет удобного размещения линии створки (петли) 26 относительно навесных элементов 16. В одном из конструктивных воплощений линия створки 26 расположена под углом от 125° до 145°, в предпочтительном варианте под углом примерно 135°, к точкам крепления элементов подвески для монтажа муфты 10 к опорному кабелю (не показан).
На Фиг.2 отсек сращивания кабеля 12 изображен с корпусом 20 в открытом положении. Концевые уплотнения 34, которые могут быть сформированы в соответствии с указанным в Патенте США №4857672, выданном подателю заявки на данный патент, удерживаются в выемках, предусмотренных в первом и втором концах 30, 32 секции 22, таким образом, что концевые уплотнения 34, после пропускания через них кабеля, удерживаются рядом с первым и вторым концами 30, 32 соответственно. Концевые уплотнения 34 входят в зацепление и герметизируются совмещаемыми зонами выреза на первом и втором концах 30, 32 секции 24 (когда секции 22 и 24 находятся в закрытом положении).
Секция 24 корпуса 20 имеет отверстие 42, которое образует дренажные сливы в нижней секции кожуха 20. Отверстия 42 могут закрываться экранами и оснащаться отфильтровывающими элементами, ограничивающими возможность попадания внутрь грязи, воды, насекомых и т.п. в корпус 20.
В конструкции корпуса 20 предусмотрена также опорная поверхность 50 для соединения и удержания клеммного отсека 14. Опорная поверхность 50 обычно является плоской и устанавливается таким образом, чтобы располагаться на стороне корпуса 20 под открывающимся швом 21; при этом поддерживаемый за счет этого клеммный отсек 14 легко доступен с боковой или передней частей муфты 10. Отсек сращивания кабеля, кроме того, включает в себя застегивающее устройство 40, и в конструктивном воплощении на Фиг.3 застегивающее устройство 40 удерживается на секции 22 корпуса 20 таким образом, что секция защелки застегивающего устройства 40 может входить в зацепление с выступом 56 на секции 24 выше (над опорной поверхностью 50). Рядом с открывающимся швом 21 в наружной стенке корпуса 20 имеются выступы 62 с вогнутыми секциями, образующими углубления 64. Как будет объяснено с большей наглядностью далее, углубления 64 образованы для того, чтобы удерживать крышку 78 клеммного отсека 14 в случаях, когда необходимо обеспечить доступ к внутренней полости клеммного отсека 14.
2
На опорной поверхности 50 в отсеке сращивания кабеля 12 закрепляется, по меньшей мере, один соединительный электрический провод 116. Болты, показанные на опорной поверхности 50, предпочтительно изолируются мастикой или полимерным материалом, например, поливинилхлоридом. Хотя на чертеже показаны четыре соединительных электрических провода, можно использовать любое их количество. Соединительные провода могут быть оснащены изолированными пробивными разъемами (IPC, не показаны) для подсоединения соединительных проводов к силовой линии (не показана). Аналогично, при наличии в схеме отдельной нейтрали с силовым кабелем IPC может использоваться для электрического подсоединения через один из соединительных проводов. В одном из конструктивных воплощений IPC может изготавливаться из алюминиево-медного сплава или луженой меди и может быть заизолирован. IPC в предпочтительном варианте обрабатывается смазочным компаундом для обеспечения максимально надежного электрического соединения кабеля и IPC, а также для минимизации коррозии. IPC может конструироваться для проводов сечением примерно 13-68 мм (6 AWG - 2/0 AWG).
В качестве дополнительного варианта, незакрытый конец соединительного электрического провода можно защитить от погодных воздействий с помощью торцевой заглушки. Хотя соединительные электрические провода фиксируются в отсеке сращивания кабеля, которые обычно закрыты, торцевые заглушки обеспечивают дополнительную его защиту. Соединительные электрические провода должны подбираться в соответствии с номинальным напряжением силового кабеля.
На используемом в качестве ссылки Фиг.3 видно, что клеммный отсек 14 может соединяться с корпусом 20 на опорной поверхности 50 любым подходящим способом таким образом, чтобы в результате был образован отсек для сращивания кабеля 12 и клеммный отсек 14 в унитарном исполнении. Если отсек для сращивания кабеля 12 и клеммный отсек 14 на начальном этапе были сформованы как раздельные компоненты, то среди подходящих средств для превращения отсека для сращивания кабеля 12 и клеммного отсека 14 в унитарный блок можно указать такие, как соединение отсека для сращивания кабеля 12 и клеммного отсека 14 с помощью взрывных заклепок, винтов с головкой под шлиц, болтов, с помощью термической сварки, ультразвуковой сварки и подобных способов. Альтернативно, отсек для сращивания кабеля 12 и клеммный отсек 14 могут соединяться для формирования унитарной конструкции с помощью совместной отливки отсеков 12, 14 в виде одинарной конструкции, вместо того чтобы формовать их в виде отдельных элементов.
Опорная поверхность 50 размещается таким образом, чтобы клеммный отсек 14 можно было установить на стороне корпуса 20 при подвешивании муфты 10 на силовом кабеле (не показан). Клеммный отсек 14 состоит из верхней стенки 70, нижней стенки 72, торцевых стенок 74 и 75, задней стенки 76 и крышки 78. Крышка 78 удерживается на верхней стенке 70 клеммного отсека 14 и в одном из конструктивных воплощений удерживается посредством петли 80, выполненной способом формования под давлением. Таким образом, получается, что петля 80 выполнена как одно целое с верхней стенкой и крышкой 78 клеммного отсека 14. Клеммный отсек 14 может быть отлит из подходящего полимерного материала типа полиэтилена или подобного материала. При таком способе изготовления петля 80 с легкостью может быть сформирована как одно целое со стенками и крышкой клеммного отсека 14 в процессе отливки. Клеммный отсек 14 можно сформовать с применением любой стандартной технологии отливки, дутьевой отливки, инжекционной отливки и т.п.
Крышка 78 оснащена замковым механизмом 90, предназначенным для предупреждения и уменьшения до минимума возможности несанкционированного доступа к клеммному отсек 14. Крышка 78 оснащена также защелками 81, расположенными на ее внешней поверхности, рядом с петлей 80. Защелки 81 вступают в зацепление с углублениями 64 в корпусе 20 для удержания крышки 78 в открытом и приподнятом положении, когда крышка 78 достаточно приподнята, например, при работе обслуживающего техника с содержимым клеммного отсека 14. Эластичность полимерного материала, из которого сформованы отсек для сращивания кабеля 12 и клеммный отсек 14, достаточна для того, чтобы защелка 81 вошла в углубления 64 и таким образом зафиксировала крышку 78 в приподнятом открытом положении. Крышка 78 и нижняя стенка 72 оснащены взаимно зацепляющимися защелками 82 и 84, удерживающими крышку 78 в закрытом положении. Замковый механизм 90 располагается на крышке 78 и предназначен для предупреждения и уменьшения до минимума возможности несанкционированного доступа к клеммному отсеку. Замковый механизм может быть оснащен специальными шпонками и зацепляться с сопрягаемым элементом 102 (на Фиг.3). Альтернативно для пломбирования клеммного отсека может использоваться защитная лента. Защитная лента может фиксироваться на крышке 78 и, по крайней мере, на одной из нижних стенок 72 и торцевых стенок 74 и 75 клеммного отсека. В случае если несанкционированный доступ к клеммному отсеку имел место, на это укажет защитная лента. Например, на ленте (при ее нарушении) может проявиться слово «пустота». Защитная пленка может быть заменена новой пленкой (после ее разрушения в ходе несанкционированного доступа). Преимущество защитной пленки и замкового механизма 90 состоит в том, что они препятствуют несанкционированному доступу к клеммному отсеку и, кроме того, регистрируют случаи, когда такой доступ имел место.
Соединительные электрические провода 116, выходящие из отсека сращивания кабеля 12, законцовываются на разъеме 114 шины 110 в клеммном отсеке 14. Для закрепления шины в клеммном отсеке могут использоваться механические крепежные средства, такие как болт или винт 112. Кроме того, для закрепления шины могут применяться и другие крепежные элементы. В одном из конструктивных воплощений крепежные элементы заизолированы. Шина может быть как изолированной, так и неизолированной. Элементы могут фиксироваться непосредственно на клеммном отсеке 14, как показано на Фиг.3. Альтернативно, они могут фиксироваться к приспособлению, которое крепится к клеммному отсеку 14, таким образом, чтобы создать воздушный зазор между шиной и клеммным отсеком. В еще одной компоновке на неизолированную шину вначале наносится изоляционная лента, а затем она фиксируется на клеммном отсеке. Среди подходящих лент можно указать, например, поливинилхлоридную, используемую в сочетании с мастикой.
2
2
Шина 110 имеет несколько портов 118 для закрепления распределительных электрокабелей (не показаны). В одном из конструктивных воплощений шины классифицированы для наружного применения, и в качестве материала для изготовления шин использованы алюминиево-медные сплавы или луженая медь в соответствии с ASTM В 454; шины рассчитаны под кабель в диапазоне примерно от 2 до 54 мм (12 AWG - 1/0 AWG). В конструктивном воплощении, показанном на Фиг.3, видимы три шины, в каждой из которых имеется шесть портов. В практическом воплощении данного изобретения может использоваться и иное количество шин с иным количеством портов. Один из соединительных электрических проводов подсоединен к нейтральной клеммной колодке 104, которая имеет несколько портов 108. Распределительные электрические кабели, которые отходят от шин 110 или нейтральной клеммной колодки 104, выходят из клеммного отсека 14 через отверстия 122, которые изначально пробиваются для образования отверстий только тогда, когда распределительные электрические кабели необходимо вывести из клеммного отсека. В одном из конструктивных воплощений нейтральная клеммная колодка классифицирована для наружного применения и в качестве материала изготовления шин использованы алюминиево-медные сплавы или луженая медь в соответствии с ASTM В 454; шины рассчитаны под кабель в диапазоне примерно от 3 до 54 мм(10 AWG - 1/0 AWG).
На Фиг.4 представлено конструктивное воплощение из Фиг.1, подвешенное на силовом кабеле, который закреплен на столбе. Муфта 150 подвешена на силовом кабеле 151 (в компоновке три входящих электрических кабеля 152 и в данном конкретном случае - неизолированный нейтральный провод 154). Более предпочтительно, чтобы муфта была закреплена на силовой линии на некотором расстоянии от столба, с тем чтобы ограничить доступ к ней пользователям, не имеющим на это разрешения. В данном конкретном случае для фиксации муфты 150 на силовом кабеле 151 использован материал типа ленты (не показан). Материал типа ленты может обертываться вокруг первого и второго торцов 30, 32 корпуса 20 (см. Фиг.1) и силового кабеля для закрепления муфты на силовом кабеле. Одним из образцов пригодной для данной цели ленты может служить материал 3М™ 4560 Armorcast™, производимый компанией 3М, Сент-Поль, Миннесота. Материал Armorcast™ является структурированным материалом. В целом, он представляет собой эластичную стекловолоконную тканую полоску из трикотажного материала, сатурированного смоловым покрытием и обработанного в воздухе примерно в течение 20 минут. Силовая линия входит в отсек сращивания кабеля муфты, где и выполняется вставка отдельных электрических кабелей 152. Далее электричество распределяется в клеммном отсеке по распределительным электрическим линиям 156. Распределительные электрические линии 156 выходят из клеммного отсека и направляются в жилища потребителей, например, в распределительную коробку жилища.
Данное изобретение может использоваться с неизолированными силовыми кабелями. В этом случае эффективным средством предупреждения несанкционированного отбора электроэнергии является оснащение какого-либо отрезка неизолированной линии изоляционной лентой. Подходящая лента в настоящее время производится компанией 3М, Сент-Поль, Миннесота, под торговым названием 3М™ 27 Стеклотканная электрическая лента. Можно использовать и ленты другого типа. Муфта подвешивается на достаточно удаленном расстоянии от электрического столба. Неизолированный кабель на участке между муфтой и столбом изолируется. Закрепление муфты на неизолированном силовом кабеле выполняется в соответствии с указанным выше.