КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИЛОВОЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям силовых электрических кабелей высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена и металлическим экраном, применяемых для передачи электрической энергии.
В высоковольтных кабелях на напряжение 6 кВ и более металлический экран в составе комбинированного экрана из электропроводящих материалов, наложенных поверх изоляции, шунтирует искажения электрического поля, которые возникают за счет наличия дефектов изоляции. Установлено, что электрическая прочность изоляции силовых кабелей при экранировании повышается на 20%, а импульсная прочность - на 5%.
Известна конструкция кабеля силового с пластмассовой изоляцией на напряжение 6 кВ по ГОСТ 16442-80, год ввода 1982, Россия, имеющего комбинированный экран. Настоящий стандарт распространяется на силовые кабели с алюминиевыми или медными жилами, с пластмассовой изоляцией, в пластмассовой или алюминиевой оболочке, с защитными покровами или без них, предназначенные для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение до 6 кВ частоты 50 Гц. В качестве комбинированного экрана кабелей с пластмассовой изоляцией используются неметаллические электропроводящие материалы, поверх которых накладывается металлический экран из медных лент или медной фольги.
Известна также конструкция кабеля силового с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20 и 35 кВ по ТУ 16.К71-335-2004, год ввода 2004, Россия, имеющего комбинированный экран по изоляции с металлическим экраном из медных проволок, скрепленных медной лентой. Недостатки металлического экрана из медных проволок и медной ленты: большая масса и высокая стоимость.
2
Ближайшим по своим параметрам к полезной модели является кабель силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена по патенту №87037, Россия, (прототип), содержащий в составе комбинированного экрана металлический экран из проволок алюминия или алюминиевого сплава. Электрический кабель по прототипу (фиг.) состоит из многопроволочной токопроводящей жилы 1, экрана по жиле 2, изоляции 3, комбинированного экрана 4, разделительного слоя 5, пластмассовой оболочки 6. Электрические силовые кабели по прототипу изготавливаются по следующей технологии. На медную или алюминиевую токопроводяшую жилу 1 наносится экструзией экран 2 из электропроводящей полимерной сшитой композиции толщиной не менее 0,3 мм. Для исключения проникновения электропроводящей полимерной композиции в токопроводящую жилу сечением 1000 мм и выше между жилой и экраном прокладывается слой электропроводящей полимерной ленты с перекрытием (10-15)%. Поверх экрана 2 накладывается изоляция 3 из сшитого полиэтилена. Толщина изоляции зависит от марки кабеля. Поверх изоляции накладывается комбинированный экран 4, состоящий из электропроводящей полимерной сшитой композиции толщиной не менее 0,3 мм, слоя из электропроводящей полимерной ленты и экрана из алюминиевых проволок номинальным диаметром (0,7-2,0) мм. Поверх комбинированного экрана накладывается разделительный слой 5 толщиной не менее 0,2 мм из лент крепированной или кабельной бумаги или полимерных лент. Поверх разделительного слоя накладывается экструзией оболочка 6 из полиэтилена высокой плотности или из поливинилхлоридного пластиката. К недостаткам прототипа следует отнести:
- пониженную электрическую прочность изоляции;
- пониженную технологичность.
Все эти недостатки прототипа существенно снижают качество, надежность и технологичность кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Технической задачей полезной модели является разработка силового электрического кабеля, не уступающего прототипу по основным характеристикам, но более технологичного, высококачественного и высоконадежного.
Технический результат достигается тем, что проволоки из алюминия или алюминиевого сплава в металлическом экране кабеля дополнительно скреплены лентой из электропроводящего материала.
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие металлического экрана из проволок алюминия или алюминиевого сплава. В то же время предложенный кабель отличается от известного использованием в составе металлического экрана из проволок алюминия или алюминиевого сплава скрепляющей ленты из электропроводящего материала. Скрепляющая лента обеспечивает сплошность металлического экрана по всей поверхности кабеля. При этом увеличивается электрическая прочность изоляции. Лента также фиксирует алюминиевые проволоки металлического экрана на определенном расстоянии друг от друга и предотвращает смещение и перехлест проволок при наложении на кабель разделительного слоя и пластмассовой оболочки. Тем самым существенно улучшается технологичность изготовления кабеля и увеличивается эффективность металлического экрана.
Преимущества нового кабеля:
- высокая электрическая прочность изоляции;
- высокие технологичность и качество.
Ограничения на выбор электропроводящего материала скрепляющей ленты для изготовления металлических экранов из алюминиевых проволок силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена накладывают условия изготовления и эксплуатации данного материала и кабеля:
- механическая нагрузка на электропроводящие ленты при их наложении на кабель;
- сложно-деформированное состояние электропроводящих лент в составе готового кабеля при его многократном изгибе в процессе хранения, транспортирования, прокладки и эксплуатации;
- длительная тепловая нагрузка на электропроводящие ленты при температуре до 90°C в составе кабеля в процессе его эксплуатации;
- термомеханическая нагрузка на электропроводящие ленты в составе кабеля в процессе его хранения при температуре ±50°C в барабанах, а также требуемые физико-механические характеристики электропроводящего материала: толщина, плотность, максимальные разрушающее усилие и относительное удлинение, минимальное электрическое сопротивление, максимальные влагостойкость, термостойкость и долговечность;
- цена.
Для выполнения экранирующих свойств и обеспечения достаточной электрической прочности изоляции электропроводящий материал должен обладать следующими характеристиками:
- материал должен быть однородным и равномерным по толщине;
- толщина материала должна быть минимальной, не более 200 мкм;
-8
- электрическое сопротивление материала должно быть не более 3,5×10  Ω·м;
- материал должен хорошо отводить тепло;
- материал не должен разрушаться при наложении на кабель. Перечисленным выше требованиям соответствуют ленты из алюминия и алюминиевого сплава, медные ленты и алюмополимерные ленты. Наиболее легкие и дешевые металлические экраны получаются с использованием лент из алюминия и алюминиевого сплава.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется следующими примерами. В таблице 1 приведены варианты образцов электропроводящих материалов для скрепляющих лент и их основные характеристики. Обозначения электропроводящих материалов:
- лента алюминиевая А5 - лента из технического алюминия А5 по ГОСТ 618-73, Россия;
- лента АМц - лента из алюминиевого сплава АМц по ГОСТ 618-73;
- лента АПК-1 - алюмополиэтилен с односторонним полиэтиленовым слоем по ТУ 1811-021-00463800-2008, год ввода 2008, Россия;
- лента Ml - медная лента по ГОСТ 1173-2006, Россия.
2
2
В таблице 2 приведены показатели качества образцов одножильного электрического кабеля марки ПвПу1×800/35-10 кВ по ТУ 16.К71-335-2004, год ввода 2004, Россия, с изоляцией из сшитого полиэтилена и комбинированным экраном по изоляции, включающим металлический экран из алюминиевых проволок А5 диаметром 1,5 мм, в количестве 32 шт., общим сечением 56 мм (альтернатива экрану из медных проволок сечением 35 мм), по прототипу, и скрепляющей ленты из алюминия А5 шириной 10 мм, по новой конструкции кабеля. Были использованы три варианта скрепляющей ленты толщиной 100, 150 и 200 мкм. Конструкция и технология изготовления всех образцов кабеля, включая прототип, в приведенных примерах были аналогичными, кроме конструкции металлического экрана. В отличие от прототипа новая конструкция кабеля содержит скрепляющую ленту из электропроводящего материала, наложенную поверх алюминиевых проволок металлического экрана по спирали с зазором.
Из таблицы 1 видно, что наиболее дешевым и качественным электропроводящим материалом для скрепляющей ленты является лента из алюминия А5.
Из таблицы 2 видно, что наибольшее качество и технологичность имеет электрический кабель с металлическим экраном из алюминиевых проволок, скрепленных алюминиевой лентой А5 толщиной (150-200)мкм.
Силовые электрические кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение от 10 кВ и выше с металлическим экраном из алюминиевых проволок, скрепленных алюминиевой лентой, прошли всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами. Налажено производство данных кабелей.
Таблица 1
Наименование характеристик
Варианты образцов электропроводящих материалов
Лента алюминиевая А5
Лента АМц
Лента АПК1
Лента M1
Толщина, мкм
100
150
200
170
200
100
Масса 1 м<sup>2</sup>, г,
270
405
540
464
455
890
Временное сопротивление, МПа, не менее по ГОСТ 11701-84
60
60
60
110
50
240
Относительное удлинение, %, не менее
25
25
25
25
30
36
Удельное электрическое сопротивление, Ом·м, по ГОСТ 7229-76
2,7·10<sup>-8</sup>
2,7·10<sup>-8</sup>
2,7·10<sup>-8</sup>
3,45·10<sup>-8</sup>
2,7·10<sup>-8</sup>
1,75·10<sup>-8</sup>
Цена, руб. за 1 кг
120
120
120
150
160
440
Таблица 2
Показатели качества электрических кабелей
Кабель ПвПу1×800/35-10 с металлическим экраном из алюм. проволок (прототип)
Варианты кабелей ПвПу1×800/35-10 со скрепляющей лентой из алюминия А5 по табл.1.
100 мкм
150 мкм
200 мкм
Уровень частичных разрядов при переменном напряжении 15кВ частотой 50 Гц, по ГОСТ 20074-83, не более 10 пКл
7,8
5,4
5,1
4,5
Испытание на пробой переменным напряжением 25кВ частотой 50 Гц в течение 10 минут, по ГОСТ 2990-78
Выдержал
Выдержали
Стойкость к навиванию (многократному изгибу), по ТУ 16.К71-335-2004
Разрывы проволок металлического экрана отсутствуют
Наличие трещин скрепляющей ленты
Разрывы и трещины скрепляющей ленты отсутствуют
Разрывы и трещины скрепляющей ленты отсутствуют
Продолжение таблицы 2
Показатели качества электрических кабелей
Кабель ПвПу1×800/35-10 с металлическим экраном из алюм. проволок (прототип)
Варианты кабелей ПвПу1×800/35-10 со скрепляющей лентой из алюминия А5 по табл.1.
100 мкм
150 мкм
200 мкм
Уровень частичных разрядов при напряжении 15 кВ частотой 50 Гц после испытания на изгиб, не более 5 пКл
6,2
5,0
2,8
2,6
Испытание после изгиба на пробой переменным напряжением 40 кВ частотой 50 Гц в течение 5 мин, по ГОСТ 2990-78
Не выдержал
Не выдержал
Выдержали
Продолжение таблицы 2
Показатели качества электрических кабелей
Кабель ПвПу1×800/35-10 с металлическим экраном из алюм. проволок (прототип)
Варианты кабелей ПвПу1×800/35-10 со скрепляющей лентой из алюминия А5 по табл.1.
100 мкм
150 мкм
200 мкм
Технологичность и качество
Технологичность и качество низкие
Технологичность и качество низкие
Технологичность, качество и экономичность высокие
Технологичность и качество высокие