КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИЛОВОЙ С ЭКРАНОМ ИЗ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к силовым кабелям с экранами для предотвращения больших перепадов напряжения.
Уровень техники
Известно, что в высоковольтных кабелях на напряжение 6 кВ и более экран из электропроводящего материала, наложенный на изоляцию, выполняет ряд функций. Многослойный экран из электропроводящего материала шунтирует искажения электрического поля, которые возникают за счет наличия дефектов бумажной изоляции (складок, морщин и т.д.). Электропроводящий экран шунтирует разряды в воздушных и масляных включениях системы “изоляция - металлическая оболочка” вследствие того, что входит в электрическую цепь, имея относительно большое активное сопротивление. Это в конечном итоге снижает интенсивность ионизации и увеличивает срок службы кабеля. Установлено, что электрическая прочность изоляции силовых кабелей при экранировании повышается на 20%, а импульсная прочность - на 5%. Электропроводящий экран служит тепловым барьером между металлом и изоляцией. Он также предотвращает образование воздушных и масляных прослоек в системе “изоляция - металлическая оболочка” при циклах нагрева и охлаждения кабеля в процессе эксплуатации. Кроме того, экран защищает изоляцию от проникновения металлических мыл, образующихся в пропиточном составе, который контактирует с токопроводящими жилами и металлической оболочкой кабеля.
Известны кабели электрические силовые для нестационарной прокладки (шахтные кабели) по ГОСТ 24334-80 (Россия, год ввода 1982) с графитополимерным или металлическим экраном, или экраном из электропроводящей резины. Материал изоляции токопроводящих жил - резина или поливинилхлоридный (ПВХ) пластикат.
Основные недостатки кабелей с данными экранами - повышенные трудоемкость изготовления и себестоимость.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является кабель электрический силовой с экраном из электропроводящего материала. При этом экран представляет собой электропроводящее полотно, выполненное в виде бумаги микрокрепированной с электропроводным покрытием на основе печной сажи и графита (Патент RU №65682 U1, МПК H01B 9/00, опубликовано 10.08.2007).
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии изоляции и экрана.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в следующем: 1) функцию экрана выполняет тонкое (5÷10 мкм) электропроводное покрытие на поверхности микрокрепированной бумаги, что недостаточно для шунтирования разрядов в воздушных полостях силовых кабелей с пластмассовой изоляцией; 2) носителем экрана является микрокрепированная бумага, что снижает прочность экрана и усложняет технологию изготовления кабеля.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении прочности и эластичности экрана, в повышении его шунтирующих свойств, а также в упрощении технологии изготовления кабеля.
Технический результат заключается в армировании полимерной электропроводящей пленки, выполняющей функцию электропроводящего полотна, из которого изготовлен экран.
6
Достигается технический результат тем, что кабель электрический силовой с экраном из электропроводящего материала, в котором экран представляет собой электропроводящее полотно в виде полимерной пленки толщиной 150÷500 мкм, армированной клееным нетканым полотном и содержащей равномерно распределенный в пленке технический углерод, так что электропроводящее полотно характеризуется разрушающим усилием в машинном направлении не менее 60Н, относительным удлинением в машинном направлении не менее 12% и удельным электрическим сопротивлением не более 1×10 Ом·см.
Новые признаки заявленной полезной модели заключаются в выполнении экрана в виде полимерной пленки, характеризующейся перечисленными выше признаками.
Краткое описание чертежей
На прилагаемой фигуре схематично показан предлагаемый кабель электрический силовой с экраном из электропроводящего материала в поперечном разрезе.
Осуществление полезной модели
Кабель электрический силовой с экраном из электропроводящего материала включает токопроводящие жилы 1, изоляцию 2 токопроводящих жил, заполнения 3 между изолированными жилами, поясную изоляции 4 из полимерного или волокнистого материала, экран 5, представляющий собой электропроводящее полотно, металлический экран 6, пластмассовую оболочку 7, защитный покров 8.
6
Экран 5 представляет собой электропроводящее полотно в виде полимерной пленки толщиной 150÷500 мкм, армированной клееным нетканым полотном и содержащей равномерно распределенный в пленке технический углерод. При этом электропроводящее полотно характеризуется разрушающим усилием в машинном направлении не менее 60H, относительным удлинением в машинном направлении не менее 12% и удельным электрическим сопротивлением не более 1×10 Ом·см.
2
Изготовление электропроводящего полотна для экрана 5 осуществляют путем пропитки клееного нетканого полотна электропроводящим составом на основе технического углерода и полимерного связующего. Технический углерод, предварительно обработанный на бисерной мельнице, вводят в состав для достижения требуемой электропроводности пленки. В качестве технического углерода может быть использована печная сажа по ГОСТ 7885-86 (год ввода 1988, Россия) с удельной внешней поверхностью 16-18 м/г и pH водной суспензии 7,5-9,5, который имеет оптимальную с точки зрения электропроводимости структуру. Для обеспечения равномерного распределения углерода в объеме пленки в пропитывающий состав вводят диспергатор, в качестве которого используют поверхностно-активные реагенты, ионизированные в воде. Диспергатор обеспечивает необходимую дезагрегацию и предупреждение флокуляции частиц углерода. Действие диспергатора основано на том, что он, адсорбируясь на частицах углерода, усиливают их отрицательный заряд или увеличивают их обменную активность и тем самым усиливают гидратационную оболочку частиц. Таким образом, диспергатор способствует уменьшению взаимодействия между частицами углерода и благоприятствуют их отталкиванию, обеспечивая разрушение гранул и агрегатированных комплексов, существующих в сухом порошке, и препятствуя образованию флокулятов в суспензии. Все это приводит к равномерному распределению частиц технического углерода в диспергирующей среде и получению текучей суспензии.
В качестве полимерного связующего использована смесь водного раствора поливинилового спирта с водной дисперсией сополимера эфиров акриловой и метакриловой кислот, а в качестве добавок - оксиэтилированный алкилфенол с семью и более оксиэтиленовыми группами или полиакрилат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
технический углерод 6,0-10,0
поливиниловый спирт 1,0-4,0
сополимер эфиров акриловой
и метакриловой кислот 7,0-12,0
оксиэтилированный алкилфенол
с семью и более оксиэтиленовыми
группами или полиакрилат натрия 0,1-0,5
вода остальное.
Электропроводный состав в виде водной суспензии технического углерода, связующего и поверхностно-активного вещества наносят на клееное нетканое полотно-основу на бумаго-красильной машине «Yulhavaara» (Финляндия) с воздушным шабером. Пропитанное клееное нетканое полотно поступает в сушильную камеру с температурой сушки до 120°C для удаления влаги и полимеризации пропитки, в результате чего образуется полимерная пленка, армированная клееным нетканым полотном с заданными механическими и электрическими характеристиками. Такая пленка обладает рядом преимуществ: высокая механическая прочность и эластичность; высокая маслостойкость, влагостойкость и термостойкость; высокое сопротивление к растрескиванию и надрывам после многократного изгиба в составе кабеля; высокие эксплуатационные характеристики; высокая технологичность; низкая стоимость.