КАБЕЛЬ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ЭКРАНИРОВАННЫЙ ДЛЯ СИСТЕМ ПОДЗЕМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Заявляемое техническое решение относиться к электротехнике, в частности к кабельной продукции на напряжения 6000 и 10000 В.
Высоковольтные кабели используют для канализации электроэнергии к высоковольтным электроприемникам - передвижным трансформаторным подстанциям, высоковольтным электродвигателям водоотливных и вентиляторных установок. Вследствие принятой в шахтах системы электроснабжения высоковольтные кабели имеют большую протяженность - до 10 км.
В процессе эксплуатации кабели повреждаются, как правило, вследствие механических воздействий: около 70% от общего числа различных видов повреждений. Это свидетельствует о том, что механическая защита кабеля на основе бронированной оболочки, выполняемой стальными лентами, не оправдывает своего назначения. И, кроме того, как показывает опыт, сформированная к настоящему времени конструкция высоковольтного кабеля не удовлетворяет условиям эксплуатации как по механической прочности, так и по электрическим параметрам вследствие емкости, которая формируется в кабеле.
Известен бронированный силовой экранированный кабель, который содержит не менее трех основных жил, поверх изоляции которых наложен экранный слой, основные жилы скручены относительно жилы заземления, поверх этой скрутки последовательно наложены внутренняя, бронированная и защитная оболочки, а экранный слой выполнен из электропроводной пластмассы (см. патент №109734, Украина, H01B 7/00, 7/17, опубл. 12.09.16).
Кабели с бронированной оболочкой на основе двух стальных лент изготавливают для шахт в Англии, Германии, Польше, России, Украине, Франции, Чехии и других странах.
Преимуществом конструкции известного кабеля является то, что в нем впервые предусмотрено выполнение индивидуального экрана основных жил из полупроводящего ПВХ-пластиката вместо медных лент. Данное решение позволило, устранить, во-первых, формирование емкости «основная жила - индивидуальный экран», во-вторых, повреждение изоляции медными лентами и, в-третьих, повреждение электрическими разрядами в результате ионизации воздушных промежутков между изоляцией и медными лентами.
К недостаткам известного кабеля следует отнести:
- достаточно низкую эксплуатационную надежность, поскольку наличие бронированной оболочки отрицательно сказывается на состоянии основных жил. Под действием ударных и знакопеременных нагрузок бронированная оболочка повреждает основные жилы и, как следствие, создается короткое замыкание;
- наличие емкости «основная жила - бронированная оболочка» и «основная жила - жила заземления», что приводит к утечкам тока на землю, воспламенению метана и поражению людей.
Известен трехфазный кабель с устройством контроля сопротивления изоляции в трехфазной кабельной линии для системы подземного высоковольтного электроснабжения с изолированной нейтралью, состоящий из трех силовых жил с индивидуально наложенным полупроводниковым экраном и броневой оболочки, при этом кабель содержит экранную жилу, выполненную неизолированной, с возможностью контакта с экранами силовых жил, эта жила изолирована от жилы заземления, в качестве которой использована броневая оболочка, а устройство контроля изоляции подсоединено между силовыми жилами и экранной жилой (см. патент России №168089, H01J 3/00, опубл. 18.01.2017, БИ №2).
Кабель образован путем свивки основных жил относительно экранной жилы, а поверх свивки последовательно наложены внутренняя, бронированная и наружная оболочки.
К недостаткам кабеля следует отнести:
- формирование емкости между силовыми жилами и броневой оболочкой, приводящей к нарушению взрывобезопасности и электробезопасности в шахтах;
- воздействие бронированной оболочки на основные жилы и их повреждение в аварийных режимах в результате действия ударных и знакопеременных нагрузок, а также перемыкание основных жил;
- выполнение наружной оболочки из ПВХ-пластиката, которая неустойчива к внешним механическим воздействиям, что нарушает герметичность кабеля и уменьшает его прочность в процессе эксплуатации.
В основу полезной модели поставлена задача по созданию высоковольтного экранированного кабеля, в котором изменение его структуры и конструкции позволяет устранить формирование емкости в кабеле, улучшить его механическую прочность и, тем самым, обеспечить безопасность применения электрической энергии в шахтах.
Поставленная задача решается тем, что в кабеле высоковольтном экранированном для систем подземного электроснабжения, содержащем три основные жилы, каждая из которых выполнена в изоляции и с индивидуальным экраном из полупроводящего пластиката, экранную жилу, контактирующую с основными жилами, и жилу заземления, при этом основные жилы скручены вокруг экранной жилы, поверх этой скрутки последовательно наложены внутренняя и наружная защитные оболочки, согласно полезной модели наружная защитная оболочка выполнена трехслойной, при этом внешний и внутренний слои изготовлены из полимерных материалов, а средний слой образован в виде оплетки из прочных синтетических нитей и медных проводов в изоляции, причем последние образуют жилу заземления.
В предложенном решении впервые изменены структура (состав и размещение) и конструкция наружной защитной оболочки, которые направлены на улучшение механической прочности и гибкости кабеля, снижение его массы и, что, особенно важно, устранение условий формирования емкости в кабеле.
Также изменена конструкция и место расположения жилы заземления в кабеле. Наружная защитная оболочка выполнена трехслойной и ее составная конструкция выполняет механическую защиту кабеля при действии ударных и знакопеременных нагрузок. Достоинством такой конструкции является то, что она не допускает повреждения силовых жил и короткого замыкания между ними, а также, что особенно важно, устраняет условия формирования емкости в кабеле.
Благодаря увеличенному расстоянию между основными жилами и жилой заземления емкость снижается в десятки раз и, поэтому, ее действие практически не сказывается, поскольку емкость в кабеле обратно пропорциональна расстоянию между обкладками, которыми являются каждая основная жила и жила заземления.
На фигуре приведена конструкция предложенного высоковольтного кабеля.
Кабель высоковольтный экранированный для систем подземного электроснабжения содержит три основные жилы, каждая из которых состоит из медного провода 1, внутреннего полупроводящего экрана 2, изоляции 3 и внешнего экрана 4 из полупроводящего пластиката, медной экранной жилы 5, внутренней оболочки 6, охватывающей скрутку из основных и экранной жил, наружную защитную оболочку, состоящую из трех слоев: внутренний 7, средний 8 и внешний 9. Средний слой 8 выполнен в виде оплетки, образованной прочными синтетическими нитями 10 и медными проводами 11 в изоляции. Последние образуют жилу заземления.
Особенность конструкции заявляемого кабеля состоит в том, что наружная защитная оболочка выполнена трехслойной, внутренний 7 и внешний 9 слои изготовлены из полимерных материалов, средний слой 8 - в виде оплетки, образованной переплетением прядей прочных синтетических нитей 10 и медных проводов 11 в изоляции. Жила заземления образована названными медными проводами в изоляции и является средним слоем 8 защитной оболочки.
Внешний 9 и внутренний 7 слои наружной защитной оболочки изготавливают из прочных полимерных материалов, например из полиуретана, который обладает высокой механической прочностью и эластичностью, высоким сопротивлением к ударным и знакопеременным нагрузкам. Его эксплуатационные характеристики превышают свойства металлов. Изделия из полиуретанов работают в условиях высокой влажности и температуры в интервале от -40°C до +120°C без ухудшения механических свойств. Наружную защитную оболочку можно также изготавливать из стекловолокна, сшитого полиэтилена и других полимерных материалов.
Выполнение наружной защитной оболочки из пластических материалов существенно повышает гибкость кабеля, его прочностные характеристики при воздействии ударной нагрузки и знакопеременного изгиба.
Подачу напряжения в кабель и его отключение от сети осуществляют с помощью комплектного распределительного устройства.
Наружная защитная оболочка выполнена трехслойной, внутренний слой обладает гибкостью и пластичностью и предназначен для демпфирования внешней ударной нагрузки, внешний - высокопрочный, не уступающий свойствам стали, выполняет механическую защиту кабеля. Между этими слоями проложен средний слой, выполняющий упрочнение наружной защитной оболочки. Он образован оплеткой из прочных синтетических нитей и медных проводов в изоляции.
Названные три слоя составляют конструкцию наружной защитной оболочки, которая, в отличие от известной брони на основе двух стальных лент, защищает кабель от ударных и знакопеременных нагрузок.
Жила заземления образована отдельными медными проводами, предусмотренными в оплетке. В отличие от известной конструкции она выполнена в изоляции и расположена в наружной защитной оболочке, что обеспечивает гальваническое разделение силовой цепи и цепи заземления.
Конструкция кабеля имеет механическую прочность, адекватную условиям эксплуатации, и обладает свойствами формирования защиты, упреждающей развитие аварии.
Предложенное решение устраняет недостатки известного кабеля и позволяет получить следующий положительный эффект при его использовании:
- повышенная прочность вследствие того, что наружная защитная оболочка впервые выполнена из прочных полимерных материалов;
- исключение повреждения изоляции основных жил как под действием электрических разрядов, так и при механических воздействиях вследствие того, что экраны выполнены из полупроводящего пластиката;
- исключение условий для формирования емкости в кабеле за счет выполнения индивидуальных экранов и наружной защитной оболочки из пластмассовых материалов;
- исключение перехода токов утечки в землю за счет использования экранной жилы обеспечивает условия взрывобезопасности и электробезопасности в шахтах;
- изготовление наружной защитной оболочки из прочных полимерных материалов устраняет се механическое воздействие на основные жилы и, как следствие их замыкание, кроме того, обеспечивает прочность кабеля при ударных и знакопеременных нагрузках;
- активная составляющая тока утечки, вызванная снижением сопротивления изоляции основных жил, не поступает в землю, а снова возвращается в трехфазную сеть;
- нейтрализацию электромагнитного поля в кабеле вследствие выравнивания в нем потенциалов посредством внутреннего и внешнего экранов основных жил, что устраняет условия для повреждения изоляции.
Таким образом, впервые предложена конструкция высоковольтного экранированного кабеля, адекватная условиям эксплуатации, с помощью которого по-новому решены вопросы электробезопасности и взрывобезопасности в шахтах.