КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГИБКИЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям электрических гибких кабелей, предназначенных для нестационарной прокладки в наземных и подземных условиях, а также внутри помещений и присоединения передвижных машин, механизмов и оборудования к электрическим сетям и к передвижным источникам электрической энергии, включая силовые и вспомогательные цепи.
Известна конструкция гибкого шахтного кабеля управления по патенту №51438, Россия, состоящего из медных токопроводящих жил, изолированных резиной, упрочняющего элемента из синтетических нитей в оболочке из резины и оболочки из ПВХ пластиката. Известна также конструкция гибкого шахтного силового кабеля по патенту №69675, Россия, состоящего из медных токопроводящих жил с резиновой изоляцией и электропроводящими эластичными экранами и оболочки из термоэластопласта. Токопроводящие жилы этих гибких кабелей скручиваются из медных проволок диаметром менее 0,5 мм. Недостатками данных конструкций гибких кабелей являются: большой вес, отрицательное воздействие меди на полимерную изоляцию (ускоренное разрушение изоляции), большая стоимость.
Ближайшим по своим параметрам к полезной модели является кабель силовой гибкий марки АКРПТ (прототип) по ГОСТ 13497-68, год ввода 1970, Россия, содержащий одну или несколько основных (фазных) токопроводящих жил из алюминия или его сплавов с резиновой изоляцией и в резиновой оболочке. Основные токопроводящие жилы гибкого кабеля марки АКРПТ скручиваются из алюминиевых проволок диаметром более 0,8 мм и имеют третий класс гибкости по ГОСТ 22483-77, год ввода 1980, Россия. В связи с этим кабель марки АКРПТ относят к группе кабелей с пониженной гибкостью и ограниченной областью применения. Алюминиевую проволоку меньшего диаметра изготовить чрезвычайно сложно. Прочность алюминиевой проволоки на разрыв и на изгиб существенно ниже прочности медной проволоки. Недостатки прототипа:
- повышенная жесткость;
- повышенный допустимый радиус изгиба;
- низкая стойкость к многократным перегибам;
- низкая технологичность изготовления токопроводящих жил;
- низкий ресурс и срок службы.
Недостатки прототипа существенно снижают эксплуатационные характеристики, надежность, долговечность и область применения гибких кабелей. В настоящее время гибкий кабель марки АКРПТ по прототипу снят с производства.
Технической задачей полезной модели является разработка кабеля электрического гибкого, превосходящего прототип по основным характеристикам, а также более технологичного, высококачественного и высоконадежного, предназначенного для нестационарной прокладки в любых условиях. Технический результат достигается тем, что основные токопроводящие жилы гибкого кабеля выполнены из сверхтонких (диаметром менее 0,3 мм) проволок алюминия или его сплавов, модифицированных редкими или редкоземельными металлами из группы: цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан, ванадий, гафний, или щелочными или щелочноземельными металлами из группы: литий, бериллий, магний, кальциий, стронций, или полупроводниковыми материалами из группы: бор, теллур, селен, германий, кремний, или их смесями, в том числе из проволок сверхпластичных сплавов алюминия с ультрамелкозернистой или нанокристаллической структурой.
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие одной или нескольких основных токопроводящих жил из алюминия или его сплавов, экранов по жилам из электропроводящих эластомеров или без них, изоляции жил из эластомеров, экранов по изоляции жил из электропроводящих эластомеров или без них, разделительного слоя из полимерных материалов или без него, одно или двухслойной оболочки из эластомеров. В то же время предложенный кабель отличается от известного использованием основных токопроводящих жил, выполненных из сверхтонких проволок алюминия или его сплавов, модифицированных редкими или редкоземельными металлами из группы: цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан, ванадий, гафний, или щелочными или щелочноземельными металлами из группы: литий, бериллий, магний, кальций, стронций, или полупроводниковыми материалами из группы: бор, теллур, селен, германий, кремний, или их смесями, в том числе из проволок сверхпластичных сплавов алюминия с ультрамелкозернистой или нанокристаллической структурой.
Гибкость кабеля напрямую зависит от диаметра проволок токопроводящих жил. Токопроводящие жилы наиболее гибких и востребованных кабелей пятого и шестого классов гибкости изготавливаются из медных проволок диаметром менее 0,5 мм. Для изготовления таких проволок из алюминия и его сплавов методом волочения необходимо существенно повысить их пластичность и механическую прочность при сохранении электропроводности. С целью повышения пластичности и прочности алюминия и его сплавов для изготовления сверхтонких проволок гибких кабелей авторами полезной модели предлагается использовать алюминий или его сплавы, модифицированные редкими или редкоземельными металлами, или щелочными или щелочноземельными металлами, или полупроводниковыми материалами, или их смесями, в том числе сверхпластичные сплавы алюминия с ультрамелкозернистой или нанокристаллической структурой, получаемые физико-механическими методами.
Небольшие добавки (до 0,5 масс. %) редких и редкоземельных металлов позволяют существенно увеличить прочность, пластичность, термостойкость и коррозионностойкость алюминия и его сплавов за счет измельчения зерна. Например, добавка церия в количестве 0,5 масс. % повышает прочность, пластичность и термостойкость алюминия почти в два раза. При этом уменьшается коррозия в 10 раз и существенно увеличивается электропроводность алюминия. Добавка 0,3 масс. % иттрия увеличивает на 7,5% электропроводность алюминия, а также увеличивает его прочность, пластичность и термостойкость. Добавка 0,4 масс. % скандия повышает прочность алюминия на 35%. При этом увеличивается пластичность, электропроводность и термостойкость алюминия. Добавка циркония до 0,5 масс. % позволяет существенно (в 2-2,5 раза) увеличить термостойкость и пластичность алюминия и его сплавов без снижения электропроводности. Небольшие добавки (до 5,0 масс. %) щелочных или щелочноземельных металлов из группы: литий, бериллий, магний, кальций, стронций, или полупроводниковых материалов из группы: бор, теллур, селен, германий, кремний, или их смесей позволяют увеличить пластичность, прочность и электропроводность алюминия и его сплавов. Сверхпластичные сплавы алюминия с ультрамелкозернистой или нанокристаллической структурой могут быть получены механическим или физическим способом. Механический способ основан на явлении деформационного измельчения зеренной структуры металла в процессе интенсивной пластической деформации (ИПД). Методы ИПД: равноканальное угловое прессование, деформация кручением, винтовая экструзия, всесторонняя ковка. Данные методы позволяют получать алюминиевые сплавы с размером зерен от сотен до десятков нанометров, обладающие уникальным комплексом физико-механических свойств, в том числе высокоскоростной сверхпластичности, сверхпрочности и сверхпроводимости. Физический способ получения сверхпластичных алюминиевых сплавов с ультрамелкозернистой структурой основан на литье в высокочастотном электромагнитном поле. Данный способ позволяет получать сверхтонкую и сверхпрочную проволоку из алюминиевых сплавов проводникового назначения с повышенной электропроводностью, не теряющей своих свойств при длительной эксплуатации в условиях высоких температур.
Кабель электрический гибкий по полезной модели (фиг.) содержит одну или несколько основных токопроводящих жил (ТПЖ) 1 из сверхтонких проволок алюминия или его сплавов, экран 2 по жилам из электропроводящих эластомеров или без него, изоляцию 3 жил из эластомеров, экран 4 по изоляции жил из электропроводящих эластомеров или без него, разделительный слой 5 из полимерных материалов или без него, одно или двухслойную оболочку 6 из эластомеров. Перечень токопроводящих жил, входящих в различные марки гибкого кабеля: основные (фазные) жилы, нулевая жила или жила заземления, вспомогательные жилы цепей освещения, контроля и управления. Изоляция токопроводящих жил, электропроводящие экраны и оболочка гибкого кабеля по полезной модели могут быть изготовлены из резины или термоэластопластов (ТЭП). Использование ТЭП позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики и технологичность гибких кабелей.
Предложенный авторами полезной модели гибкий кабель на напряжение 6кВ с использованием ТЭП изготавливается по следующей технологии. Основные токопроводящие жилы 1 скручивают на крутильной машине из одного или нескольких концентрических повивов стренг (скрученных пучков проволок), по спирали в чередующихся направлениях с определенным шагом скрутки. При этом одну стренгу размещают в центре жилы. Верхний повив стренг должен иметь левое направление кручения. Направление скрутки проволок в стренгу - левое. Во время скрутки ТПЖ может уплотняться обжимными роликами. При уплотнении жилы снижается диаметр кабеля и повышаются его эксплуатационные характеристики. На основные токопроводящие жилы 1 последовательно наносятся экструзией экран 2 из электропроводящего ТЭП, изоляция 3 из электроизоляционного ТЭП, экран 4 из электропроводящего ТЭП. Внутренний экран 2 или изоляция 3 должны отделяться от жилы без повреждений. Изоляция жил должна плотно прилегать к экранам. Отслоения экранов от изоляции не допускаются. На вспомогательные жилы, нулевую жилу и жилу заземления наносится экструзией изоляция из электроизоляционного ТЭП. На жилу заземления допускается не наносить изоляцию. Изолированные токопроводящие жилы скручиваются вместе на крутильной машине. Направление скрутки жил - правое. Поверх скрученных жил накладывается разделительный слой 5 из полимерной пленки или нетканого полотна. Поверх разделительного слоя наносится экструзией одно или двухслойная оболочка 6 из ТЭП. При этом внутренний слой оболочки может быть изготовлен из электропроводящего ТЭП. Жилы кабеля при разделке должны отделяться друг от друга и от оболочки без повреждения изоляции и экрана.
Применяемые для изготовления предлагаемого кабеля материалы выпускаются серийно.
Преимущества нового кабеля:
- высокая технологичность при изготовлении;
- высокие эксплуатационные характеристики;
- повышенная надежность и долговечность;
- более широкая область применения.
Кабели электрические гибкие по полезной модели с основными токопроводящими жилами, выполненными из сверхтонких проволок модифицированного алюминия или его сплавов, прошли всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами. Налажено производство данных кабелей.