КАБЕЛЬ С НЕЙТРАЛЬНОЙ ИЛИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ПЛАВУЧЕСТЬЮ

КАБЕЛЬ С НЕЙТРАЛЬНОЙ ИЛИ ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ПЛАВУЧЕСТЬЮ
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструкциям специальных кабелей, имеющих положительную или близкую к нейтральной плавучесть, предназначенных для подводной эксплуатации в условиях буксировки при многократных перегибах и воздействия гидростатического давления.
Подобные кабели, как правило, содержат металлические изолированные и неизолированные проводники в виде одиночных проводов, витых или коаксиальных пар, оптические модули, проволочные экраны, т.е. элементы, передающие сигнал или электрическую мощность, а также грузонесущие элементы и полимерные материалы изоляции и оболочки, обеспечивающие, механическую прочность, защиту и герметизацию внутренних элементов кабеля, а также и низкий удельный вес кабеля или его плавучесть. Конструктивные особенности указанных кабелей приведены в патентах 55200 от 28.07.2005, №71470 и №71471 от 01.11.2007.
3
В качестве прототипа предлагаемой полезной модели выберем плавучий провод связи, содержащий сердечник, скрученный из изолированных токопроводящих жил, поясную изоляцию, упрочняющий грузонесущий элемент и оболочку, отличающийся тем, что сердечник выполнен из четного числа изолированных полиэтиленом токопроводящих медных жил, скрученных в пары и/или четверку, оболочка выполнена из водонепроницаемого полимерного материала с плотностью не более 0,70 г/см, а упрочняющий грузонесущий элемент наложен на поясную изоляцию в виде повивов из синтетических нитей или жгутов нитей с удельной прочностью при разрыве не менее 1,8 Н/текс. (Полезная модель №52514 от 14.06.2005 г.)
Указанная полезная модель имеет следующие недостатки:
- токопроводящие жилы выполнены из меди, что с одной стороны обеспечивает их хорошую проводимость, с другой стороны существенно снижает плавучесть провода в целом, т.к. медь имеет значительный удельный вес;
3
- оболочка выполнена из пористого полиэтилена плотностью не более 0,70 г/см для обеспечения плавучести, однако известно, что пористые материалы впитывают воду, особенно при большом гидростатическом давлении (до 60 бар) и соответственно будет наблюдаться потеря плавучести под давлением;
- пористая оболочка, имеющая по всей толщине одинаковую структуру имеет шершавую поверхность, что очень затрудняет прохождение провода через сальниковые уплотнения;
- внешняя оболочка вследствие своей пористости имеет низкую радиальную надежность, что может привести к проникновению морской воды до грузонесущих элементов, выполненных из арамидных нитей, имеющих ограниченную стойкость к морской воде.
Целью предлагаемой полезной модели является создание кабеля с нулевой или положительной плавучестью, в котором за счет введения новых материалов и конструктивных элементов, улучшены технические характеристики и повышена эксплуатационная надежность кабеля при работе под давление и перемотках через сальниковые уплотнения.
Поставленная цель достигается применением проводников из медноалюминиевой проволоки, и введением в оболочку кабеля внешнего сплошного слоя и реализуется следующей конструкцией кабеля: кабель с нулевой или положительной плавучестью, содержащий изолированные и неизолированные проводники из медноалюминиевой проволоки в виде одиночных проводов, витых или коаксиальных пар, оптические модули, проволочные экраны, промежуточные оболочки, грузонесущие элементы и наружную оболочку с внешним слоем из сплошного полимерного материала.
Для раскрытия предлагаемой конструкции кабеля введем некоторые пояснения. В последнее время среди материалов кабельной промышленности появились новые уникальные проводниковые материалы, среди которых проволока из алюминиевых сплавов, покрытая тонким слоем меди. Этот класс проводников за рубежом имеет сложившееся название Cuprum Clad Aluminum (CCA), в России - медноалюминиевая проволока. По внешнему виды эти проводники не отличаются от медных, отлично паяются, имеют аналогичное меди относительное удлинение и выдерживают многократные перегибы.
Также среди разработок последнего времени интерес для кабельной промышленности представляют высокопрочные нити из свервысомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ). Данные нити имеют большую удельную разрывную нагрузку по сравнению с арамидными нитями. У арамидных нитей этот показатель равен 1,8 Н/текс. У СВМПЭ 2,3 Н/текс. Кроме того, экспериментально установлено, что нити из СВМПЭ имеют в 8-10 раз лучшую стойкость к перемоткам и изгибам по сравнению с арамидными волокнами. Кроме того основу СВМПЭ нитей составляет полиэтилен, то этот материал имеет практически неограниченную стойкость к морской воде по сравнению с арамидными нитями.
С использованием вышеперечисленных материалов предлагаемая конструкция кабеля имеет следующие преимущества:
1. Медноалюминиевая проволока, применяемая в качестве токопроводящих жил имеет более лучшее соотношение удельных показателей: вес/электрическая проводимость. Числовые показатели, приведенные в таблице 1.
Таким образом, применение в кабеле проводников из медноалюминиевой проволоки позволяет значительно сократить вес проводников в кабеле при сохранении погонного сопротивления.
2. Применение в качестве грузонесущих элементов нитей из СВМПЭ обеспечивает не только увеличение надежности и ресурса кабеля, но также снижает весовые показатели.
3
3. Внешний сплошной слой наружной оболочки позволяет значительно увеличить эксплуатационные показатели кабеля и повысить надежность по следующим причинам. С учетом того, что кабели имеют длину от 1000 м пористая полимерная оболочка с плотностью ниже 0,7 г/см обеспечить герметичность или водонепроницаемость на всей длине обеспечить не может. Кроме того, при этих показателях плотности оболочка под давлением впитывает воду и кабель теряет плавучесть. Эти выводы неоднократно получены при производстве подобных кабелей на предприятии «Псковгеокабель».
3
Однако, если по пористой оболочке положить слой сплошного полимерного материала, например, полиэтилена толщиной хотя бы 0,2÷0,3 мм, герметичность кабеля обеспечивается однозначно. При этом избыточный вес кабеля, приобретаемый за счет сплошной внешней оболочки с избытком компенсируется возможностью снижения плотности основного тела внешней оболочки даже до 0,4÷0,45 см. А если учесть, что толщина оболочки подобных кабелей составляет 2,5÷4 мм приведенные показатели позволяют еще и улучшить эксплуатационные характеристики кабеля.
Следует также отметить, что сплошная гладкая внешняя оболочка придает кабелю эстетический внешний вид и обеспечивает работу через сальниковые уплотнения.
Технологически операция по наложению дополнительной внешней оболочки кабеля достигается сравнительно просто. Двух/трехслойные оболочки очень широко применяется в кабельной промышленности и производятся на экструзионных линиях оборудованных несколькими экструдерами, работающими на одну кабельную головку. При такой технологии возможно получить кабельное изделие имеющее концентрические пористые и сплошные слои не только из однотипного материала даже из различных материалов.
Предлагаемые конструкции кабелей с нейтральной или положительной плавучестью разработаны и изготавливаются на предприятии «Псковгеокабель». На фиг. 1. изображено поперечное сечение такого кабеля, содержащего экранированную витую пару 1, коаксиальный проводник 2, оптический модуль 3, изолированные проводники с токопроводящей жилой из медноалюминиевого сплава 4, неизолированный проводник 5, два разнонаправленных повива грузонесущих нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена 6, промежуточную оболочку из вспененного полимерного материала 7 и внешнюю полимерную оболочку 8 из сплошного слоя полимерного материала.
На фиг. 2 представлен внешний вид кабеля 9, взятого в качестве прототипа, и кабеля 10 со сплошной внешней оболочкой.