ОТРЕМОНТИРОВАННЫЙ КАБЕЛЬ И СПОСОБ РЕМОНТА КАБЕЛЯ
REPAIRED CABLE AND CABLE REPAIR METHOD

Уровень техники
Настоящее изобретение относится к способу ремонта кабеля, имеющего поврежденную кабельную оболочку, и к кабелям с отремонтированными кабельными оболочками.
Электрические кабели, также называемые силовыми кабелями, используются для передачи электрической энергии. Их обычно классифицируют по классам напряжения в соответствии с предписаниями стандарта IEC 60038 в зависимости от той электрической энергии, которую они передают. Кабели, используемые для напряжений ниже 1 кВ, называются кабелями низкого напряжения; кабели, используемые для напряжений в промежутке между 1 кВ и 35 кВ, являются кабелями среднего напряжения; а кабели для напряжений выше 35 кВ являются кабелями высокого напряжения. Как правило, чем выше напряжение, тем больше толщина (диаметр) этого кабеля. Обычный электрический кабель содержит внутри один или более электрических проводов (жил) или комплектов проводов (жил). Жилы могут быть по отдельности или в комплекте окружены изоляционными материалами, обычно резиной или термопластичным полимером. Кабель имеет наружную влагонепроницаемую оболочку, окружающую и защищающую внутреннюю часть кабеля от доступа воды и механического повреждения, например, посредством истирания, и обеспечивающую дополнительную электрическую изоляцию.
Электрические кабели могут быть проложены на большие расстояния и могут иметь длину до нескольких сотен метров. Для транспортировки кабели наматывают на кабельный барабан. Такие кабельные барабаны в зависимости от длины кабелей, подлежащих транспортировке, могут иметь несколько метров в диаметре. Кабели могут подаваться от барабана с помощью направляющих роликов к их временному или конечному местоположению, например, при использовании в подземных работах, добыче полезных ископаемых или строительных работах. При передвижных работах переносимые кабели наматывают на барабаны после использования и повторно используют в другом месте.
При использовании и повторном использовании кабелей окружающая кабель оболочка может получить повреждения, например, от истирания или механического воздействия, в частности, когда кабели используют при неблагоприятных условиях окружающей среды, например, при работах в горнорудной промышленности или на стройплощадках. Такие повреждения содержат трещины в оболочке или частичное удаление оболочки в одном или более местах на этом кабеле. Чем выше напряжение, тем больше необходимость в ремонте таких повреждений кабельной оболочки для того, чтобы предотвращать доступ воды, сокращения, нарушения энергоснабжения и воздействие на человека высокого напряжения. Существует потребность в ремонте кабельной оболочки на месте, т.е. "в поле", без необходимости в сращивании кабеля, т.е. без необходимости в отделении всего кабеля или его жил.
Для ремонта поврежденных кабельных оболочек существуют различные способы. Например, поверх поврежденной области оболочки могут наносить термоусадочную ленту или муфту, которая впоследствии термически усаживается на место для обеспечения водонепроницаемой оболочки. Однако наложение термоусадочных лент может приводить к тому, что отремонтированная секция имеет по существу больший диаметр, чем смежная секция исходного кабеля, т.е. к тому, что кабель содержит существенную выпуклость. Это может быть недостатком при наматывании кабеля на кабельный барабан, например, для хранения или транспортировки, или при подаче кабеля по направляющему ролику.
Другой способ ремонта использует так называемые трубки холодной усадки. Такие трубки помещают поверх поврежденной секции и усаживают в положение холодным способом. Однако для помещения трубки холодной усадки на кабель, поврежденная область либо должна находиться вблизи конца этого кабеля, либо он должен быть сращен, что нежелательно. Поскольку электрические кабели могут быть очень длинными (сотни метров), помещение трубки холодной усадки на один конец кабеля и перемещение ее к поврежденной секции может быть затруднительным и времязатратным делом, особенно когда кабель помещен в финальное положение, соединен с энергопотребляющим оборудованием и не должен быть перемещен.
Другие способы применяют покрытие поврежденной секции отверждаемой смолой. Обычно съемную пластиковую форму помещают вокруг кабеля у поврежденной секции и в эту форму льют отверждаемую смолу. После завершения отверждения форму удаляют, а отвержденная смола покрывает поврежденную секцию. Такой способ оставляет отвержденную смолу открытой для воздействия окружающей среды, а отремонтированная секция может быть уязвима для истирания и других повреждений. При покрытии отремонтированной секции защитными материалами, например, изоляционными и армирующими лентами, для обеспечения, например, лучшей устойчивости к истиранию, диаметр поврежденной секции кабеля может существенно увеличиваться, приводя к существенной выпуклости на кабеле. Секции, отремонтированные таким способом, имеют тенденцию к меньшей гибкости, чем неотремонтированные секции кабеля.
Следовательно, существует потребность в альтернативных или улучшенных способах ремонта.
Раскрытие сущности изобретения
В одном аспекте предложен способ ремонта кабеля, имеющего поврежденную кабельную оболочку, включающий:
(i) при необходимости, удаление поврежденной части оболочки для обнажения внутренней части кабеля;
(ii) покрытие обнаженной внутренней части кабеля первым материалом с образованием первого ремонтного слоя, причем первый материал является гибким и содержит материал с открытыми ячейками;
(iii) покрытие первого ремонтного слоя вторым материалом, являющимся гибким и непроницаемым для жидкости, с образованием второго ремонтного слоя таким образом, что между первым и вторым ремонтными слоями остается пространство, которое может быть заполнено композицией, содержащей отверждаемую смолу,
(iv) ввод композиции, содержащей отверждаемую смолу, между первым и вторым ремонтными слоями;
(v) отверждение указанной отверждаемой смолы;
(vi) покрытие по меньшей мере всей секции удаленной оболочки с образованием третьего ремонтного слоя, причем третий ремонтный слой содержит второй или третий материал или их комбинацию.
В другом аспекте предложен силовой кабель, содержащий внутреннюю часть, покрытую наружной кабельной оболочкой, причем указанный кабель содержит по меньшей мере одну секцию отремонтированной кабельной оболочки, содержащей в следующем порядке от внутренней части кабеля к его наружной части:
(i) первый ремонтный слой, содержащий гибкий первый материал, содержащий материал с открытыми ячейками;
(ii) второй ремонтный слой, покрывающий первый ремонтный слой и содержащий гибкий и непроницаемый для жидкости второй материал;
(iii) слой отвержденной смолы между первым и вторым ремонтными слоями, заполняющий по меньшей мере большинство открытых ячеек первого материала;
(iv) третий ремонтный слой, покрывающий по меньшей мере отремонтированную секцию и содержащий либо второй, либо третий материал.
В еще одном дополнительном аспекте предложен кабельный барабан, содержащий намотанный на него отремонтированный кабель.
Преимущество способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что он требует только небольшое количество компонентов и прост в использовании. Ремонт может быть выполнен "в поле" и без необходимости в сращивании кабеля, а также может быть выполнен на непрерывном кабеле. Для выполнения ремонта положение кабеля не должно быть изменено. Способ дополнительно может приводить к тому, что отремонтированная секция кабеля имеет по существу такой же диаметр, что и смежная секция исходного (неповрежденного) кабеля. Кроме того, отремонтированные секции могут иметь гибкость, аналогичную неповрежденному кабелю.
Краткое описание чертежей
На ФИГ. 1 показано схематическое изображение отремонтированного кабеля в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения на виде сбоку в частичном поперечном сечении во время ремонта.
Подробное описание
Силовые кабели содержат жилу или множество жил. Жилы могут быть по отдельности или в комплекте окружены одним или более слоями изоляционного материала, обычно резины, например EPDM резины, или гибкого термопластичного и изоляционного полимера. Жилы и их изоляция обычно образуют внутреннюю часть кабеля. Внутренняя часть кабеля защищена окружающей оболочкой, образующей наружную часть кабеля. Эта оболочка защищает внутреннюю часть от доступа воды, физического повреждения и может дополнительно обеспечивать электрическую изоляцию. Оболочку обычно выполняют из гибкого, прочного и влагонепроницаемого материала, например, резины или других полимерных материалов, например, гибких термопластиков, и она может содержать дополнительные функциональные ингредиенты, например, огнезащитные составы и т.д. Оболочка также может содержать армирующие элементы, подобные волокнам, для обеспечения дополнительной защиты от физического повреждения.
Диаметр кабеля и толщина оболочки могут увеличиваться с увеличением диапазонов напряжения, в пределах которых используют эти кабели. Обычно кабели могут иметь диаметр приблизительно от 20 мм до 95 мм. Обычно толщина кабельной оболочки может быть приблизительно от 1 мм до 10 мм, предпочтительно, приблизительно от 2 мм до 5 мм.
Предпочтительно, кабель в соответствии с настоящим изобретением представляет собой кабель среднего напряжения, т.е. кабель, используемый для напряжений в промежутке между 1 кВ и 35 кВ.
Для дальнейшей иллюстрации теперь сделаем ссылку на ФИГ. 1 без намерения ограничить настоящее изобретение до его варианта осуществления, показанного на ФИГ. 1. На ФИГ. 1 представлено изображение электрического кабеля (10), имеющего поврежденную оболочку. Когда оболочка повреждена, поврежденная секция оболочки может обнажать внутреннюю часть кабеля. В том случае, когда только поврежденная область очень мала или не глубока, или и то, и другое, может быть преимущественным удаление большей секции оболочки, например, посредством использования надлежащего ножа или резака таким образом, что внутренняя часть кабеля становится обнаженной и более доступной. Этот случай проиллюстрирован на ФИГ. 1, где показана секция кабеля (10), у которой была полностью удалена оболочка таким образом, что обнажена внутренняя часть кабеля. В кабеле, показанном на ФИГ. 1, его внутренняя часть содержит три изолированные жилы (12). При удалении поврежденной оболочки и, опционально, окружающих неповрежденных секций оболочки следует позаботиться о том, чтобы жилы и их изоляционный материал не были повреждены.
Как правило, считается, что секции длиной до приблизительно 1000 мм удобно ремонтировать с помощью способов в соответствии с настоящим изобретением. Следовательно, предпочтительно удалять секции оболочки длиной менее чем 1000 мм.
Первый материал (20), содержащий структуру с открытыми ячейками (также называемую в настоящем документе материалом с открытыми ячейками), наносят на обнаженную внутреннюю часть кабеля. Предпочтительно, материал (20) с открытыми ячейками наматывают вокруг обнаженной внутренней части, как показано на ФИГ. 1. Предпочтительно, материал с открытыми ячейками наносят на обнаженную внутреннюю часть таким образом, что он полностью покрывает ее. Структура с открытыми ячейками содержит ячейки, которые могут быть заполнены отверждаемой смолой. Открытые ячейки структуры с открытыми ячейками по меньшей мере частично, предпочтительно, полностью могут быть заполнены отверждаемой смолой, используемой в способе ремонта, т.е. открытые ячейки структуры с открытыми ячейками являются достаточно большими для приема отверждаемой смолы. Можно использовать отверждаемые смолы различных вязкостей и можно регулировать соответственно размер открытых ячеек. Как правило, ячейки структуры с открытыми ячейками имеют длину или диаметр в промежутке приблизительно от 0,1 мм до 20 мм. Открытые ячейки структуры с открытыми ячейками могут быть правильными или неправильными.
Структура с открытыми ячейками может быть выполнена из тканого или нетканого материала таким образом, что между волокнами этого тканого или нетканого материала образуются открытые ячейки. Структура с открытыми ячейками также может состоять из пор. Материал с открытыми ячейками также может представлять собой вспененный материал, имеющий структуру с открытыми ячейками. Нижняя сторона этого материала с открытыми ячейками, т.е. сторона, обращенная к обнаженной внутренней части кабеля, может иметь или не иметь открытые ячейки. Например, в случаях, когда нежелательно, чтобы отверждаемая смола покрывала обнаженную внутреннюю часть, нижняя поверхность материала с открытыми ячейками не имеет открытых ячеек, но может иметь ненарушенную непрерывную поверхность, разделяющую обнаженную внутреннюю часть кабеля от отверждаемой смолы. Альтернативно, поверх обнаженной внутренней части кабеля до нанесения материала с открытыми ячейками помещают барьерный материал, например, твердую непроницаемую для жидкости ленту. Кроме того, альтернативно, материал с открытыми ячейками могут наматывать вокруг обнаженной внутренней части несколько раз, или этот материал может иметь существенную толщину таким образом, что отверждаемая смола не может проникать или только частично проникает в него и достигает только части внутренней части кабеля, но не заполняет его полностью. Однако, как правило, может потребоваться, чтобы отверждаемая смола проникала в материал с открытыми ячейками и могла приходить в контакт с обнаженной внутренней частью.
Материал с открытыми ячейками обычно имеет толщину приблизительно от 0,5 мм до 10 мм, предпочтительно, приблизительно от 1,5 мм до 3 мм. Материал с открытыми ячейками предпочтительно является достаточно гибким таким образом, что он может быть намотан вокруг обнаженной внутренней части кабеля, предпочтительно, руками. Материал с открытыми ячейками предпочтительно также выполнен с возможностью растягивания руками в продольном направлении, т.е. направлении вдоль кабеля (т.е. параллельно длине кабеля). Материал с открытыми ячейками предпочтительно представляет собой ленту нетканого или тканого материала из полимерных волокон, предпочтительно, волокон, содержащих полипропилен, полиэфир, полиамид или их комбинацию или смеси. Предпочтительные волокна содержат полипропилен ли полностью состоят из полипропилена. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения материал с открытыми ячейками представляет собой вспененный материал, имеющий по меньшей мере на своей верхней поверхности структуру с открытыми ячейками, выполненную с возможностью приема отверждаемой смолы. Этот вспененный материал может содержать, например, полиуретановые пенопласты.
Материал с открытыми ячейками покрывает по меньшей мере часть обнаженной внутренней части, предпочтительно, полностью обнаженную внутреннюю часть и образует первый ремонтный слой. Первый ремонтный слой может содержать перекрывающиеся витки ленты, как показано на ФИГ. 1. Фактически, первый ремонтный слой может содержать перекрывающиеся витки в горизонтальном направлении (вдоль длины кабеля), как показано на ФИГ. 1, но также и в вертикальном направлении, например, посредством намотки материала (20) с открытыми ячейками вокруг внутренней части кабеля несколько раз. Предпочтительно, материал (20) с открытыми ячейками представляет собой ленту, и его наматывают вокруг изолированных жил (12) с образованием непрерывного покрытия обнаженной внутренней части кабеля.
Затем на материал (20) с открытыми ячейками наносят второй материал (40). Второй материал (40) наносят таким образом, что между материалом (20) с открытыми ячейками и вторым материалом (40) остается пространство, в которое могут вводить отверждаемую смолу с образованием слоя (30) отвержденной смолы, как показано на ФИГ. 1. Как правило, указанное пространство выполнено таким образом, что может быть образован слой отвержденной смолы, имеющий толщину приблизительно от 0,5 мм до 20 мм. Такое пространство может быть создано, например, посредством использования второго материала в виде ленты или листа и слабой намотки его вокруг первого ремонтного слоя, образованного материалом (20) с открытыми ячейками. В случае необходимости, например, в зависимости от длины обнаженной секции, второй материал могут закреплять в одном или более местоположений на материале с открытыми ячейками, например, при помощи (съемных) зажимов или лент или других подходящих средств.
Второй материал (40) предпочтительно является непроницаемым для жидкости и имеет ненарушенную непрерывную поверхность таким образом, что через нее не проникает отверждаемая смола. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения второй материал (40) является прозрачным. Это обеспечивает возможность наблюдения за распределением и распространением отверждаемой смолы по материалу с открытыми ячейками, а также возможность содействия распределению и распространению этой смолы в случае необходимости, например, посредством приложения давления вручную. Состав и толщина второго материала (40) может зависеть от того, предназначен ли второй материал для образования наружного слоя отремонтированной секции, или он образует промежуточный слой. Если второй материал образует наружный слой отремонтированной оболочки, он должен иметь существенную толщину и прочность для обеспечения изоляции, устойчивости к истиранию и водонепроницаемости, как требуется для наружных слоев силовых кабелей.
Если используемый второй материал представляет собой один или более промежуточных слоев, его толщина должна предусматривать нанесение одного или более внешних слоев, которые обеспечивают необходимую защиту и/или изоляционные свойства, и, следовательно, второй материал может быть скорее тонким. Обычно второй материал представляет собой ленту ПВХ или лист ПВХ, что означает, что второй материал предоставлен в виде ленты или листа и содержит ПВХ (поливинилхлорид) или полностью состоит из ПВХ и необязательных добавок. В данной области техники такие материалы также называются виниловыми лентами или виниловыми листами.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения второй материал представляет собой прозрачную ленту ПВХ. Предпочтительно, второй материал (40), предпочтительно, прозрачная лента ПВХ, имеет толщину приблизительно от 0,05 мм до 15 мм, более предпочтительно, приблизительно от 0,1 мм до 0,5 мм.
Второй материал наматывают вокруг первого ремонтного слоя с образованием второго ремонтного слоя. Подобно первому ремонтному слою, второй ремонтный слой также может представлять собой слой, образованный посредством последовательного наматывания ленты вокруг внутренней части кабеля таким образом, что один виток частично перекрывает предыдущий виток. Соответственно, второй ремонтный слой может содержать последовательность перекрывающихся витков в горизонтальном направлении (вдоль длины кабеля). Второй ремонтный слой также может содержать более, чем один слой, например, второй ремонтный слой может быть создан посредством наматывания ленты множество раз вокруг внутренней части, а также может содержать перекрывающиеся витки также и в вертикальном направлении.
Композицию, содержащую отверждаемую смолу, вводят в пространство между первым защитным слоем, содержащим материал с открытыми ячейками, и вторым защитным слоем, содержащим второй материал. Эта композиция может быть введена через одно или более отверстий во втором ремонтном слое, которые либо были намеренно созданы при нанесении второго материала на первый ремонтный слой, либо были созданы во втором ремонтном слое посредством прорезывания в нем одного или более отверстий. Указанная композиция может быть введена в пространство между первым и вторым ремонтными слоями при помощи подходящего приспособления, например, форсунки, например, форсунки картриджа или другой емкости.
Отверждаемая смола может представлять собой любую смолу, подходящую для уплотнения кабелей или оболочек в операциях сращивания. Предпочтительно, отверждаемая смола отвердевает с образованием гибкой смолы, например слоя смолы, который можно гнуть руками. Такие электрически изоляционные смолы известны в данной области техники и содержат, например, отверждаемую полиуретановую смолу. Такие отверждаемые полиуретановые смолы, как правило, предлагаются в виде реактивных двухкомпонентных композиций, которые объединяют или смешивают вместе перед использованием. Эти реактивные компоненты реагируют друг с другом в реакции отверждения для образования отвержденной полиуретановой смолы. Также можно использовать другие типы отверждаемых смол, например, теплоотверждаемые смолы или смолы, которые отвердевают, когда подвергаются воздействию подходящего излучения. Примеры содержат акриловые смолы и эпоксидные смолы.
Композицию с отверждаемой смолой вводят в пространство между первым и вторым ремонтными слоями и обеспечивают ему возможность входа в материал (20) с открытыми ячейками или проникновения в него. Предпочтительно, эта композиция окрашена, а второй ремонтный слой является прозрачным таким образом, что можно наблюдать и поддерживать распределение смолы по материалу с открытыми ячейками, например, посредством применения ручного давления в случае необходимости. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения используют третий материал (50), предпочтительно, также виде ленты, и плотно наматывают его вокруг второго ремонтного слоя, таким образом способствуя распределению смолы по поверхности раздела между первым и вторым ремонтными слоями и входу ее в открытые ячейки материала с открытыми ячейками или даже проникновению в него. Третий материал является необязательным, но его использование является предпочтительным. Он может образовывать внешний слой отремонтированной секции кабеля. Для этой цели может быть использован любой подходящий материал. Предпочтительно, этот материал является электрически изоляционным и непроницаемым для воды и других жидкостей. Он содержит непрерывный ненарушенный материал и поверхность. Предпочтительно, третий материал содержит ПВХ, и, более предпочтительно, третий материал представляет собой ленту ПВХ. Предпочтительно, третий материал, в случае его использования для образования наружного слоя, толще, чем второй материал. Предпочтительно, толщина второго материала меньше толщины первого материала. Предпочтительно, третий материал содержит на своей нижней поверхности один или более клейких слоев для прикрепления третьего материала ко второму ремонтному слою и самому себе при наматывании вокруг себя один или более раз.
Размеры первого, второго и необязательного третьего или необязательных дополнительных слоев можно выбирать таким образом, что толщина отремонтированной секции является по существу такой же, что и диаметр смежной целой, т.е. неповрежденной части кабеля. "По существу такой же", как использовано в настоящем документе, означает, что диаметр отремонтированной секции является тем же, что и диаметр смежной секции исходного (неповрежденного) кабеля, или его диаметры до 50% больше диаметра смежного исходного (неповрежденного) кабеля, предпочтительно не более 25%.
Теперь настоящее изобретение будет проиллюстрировано посредством примеров без намерения ограничить настоящее раскрытие указанными примерами.
Пример 1
Секция оболочки длиной 360 мм кабеля среднего напряжения типа КГЭС (KGES) была отрезана с помощью кабельного резака для обнажения внутренней части кабеля, содержащей несколько скрученных изолированных жил. Кабель КГЭС имеет диаметр приблизительно 32 мм, а его оболочка имеет толщину приблизительно 3 мм. Для образования первого ремонтного слоя вокруг всей длины обнаженной внутренней части кабеля был намотан один слой полипропиленовой сетчатой ленты (SW10 GAASBAND от компании 3М Company, MN/USA) толщиной приблизительно 0,65 см. Затем для создания непрерывного второго ремонтного слоя, покрывающего и окружающего полностью первый слой, вокруг первого ремонтного слоя была свободно намотана прозрачная лента ПВХ (3М E-Z wrap 2183 от компании 3М Company, MN/USA, толщина приблизительно 0,2 мм). Благодаря свободной намотке ленты вокруг первого ремонтного слоя между первым и вторым ремонтными слоями осталось пространство, которое может быть заполнено смолой. В случае необходимости второй ремонтный слой может быть зафиксирован в нескольких местах с помощью съемных зажимов или лент. Затем для обеспечения нескольких отверстий, через которые можно вводить смолу в пространство между первым и вторым ремонтным слоями, этот ремонтный слой был разрезан острым ножом в нескольких местах. Через указанные отверстия в пространство между первым и вторым ремонтными слоями была введена отверждаемая двухкомпонентная реактивная смесь для производства полиуретановой смолы (3М SCOTHCAST ELECTRICAL INSULATING RESIN 2131 от компании 3М Company, MN/USA), и ей была обеспечена возможность входа в материал с открытыми ячейками в первом ремонтном слое. Поскольку указанная смола 2131 окрашена, ее распределение наблюдалось и ее вводили до тех пор, пока приблизительно 70-80% пространства не было покрыто этой смолой, чего было достаточно для производства слоя отвержденной смолы, имеющего толщину приблизительно 3-4 мм. Для уплотнения отверстий вокруг второго ремонтного слоя был намотан материал 3М E-Z wrap 2183. Для создания защитного наружного слоя (третьего защитного слоя) с высокой устойчивостью к истиранию вокруг отремонтированной секции 4 раза была намотана эластичная изоляционная клейкая лента ПВХ (3М SCOTH HEAVY DUTY VINYL ELECTRICAL TAPE 22 от компании 3М Company, MN, USA, толщина приблизительно 0,3 мм). Полная толщина всех ремонтных слоев была приблизительно 4-5 мм, что соответствует по существу толщине удаленной оболочки, и отремонтированная секция имела по существу такой же диаметр, что и оставшаяся часть кабеля. Через 20 минут после ввода смолы она по существу отвердела, и кабель был готов для ввода в эксплуатацию. Отремонтированная секция была гибкой и могла быть согнута руками. Гибкость отремонтированной секции была сравнима с гибкостью исходного кабеля (как было испытано посредством изгибания кабеля руками).
Сравнительный пример 1
Был повторен Пример 1, но за исключением того, что не был использован первый материал. Отремонтированный кабель был испытан на гибкость посредством изгибания его руками около отремонтированной секции, с использованием физической силы. Сила, необходимая для изгиба кабеля в сравнительном примере 1, была больше, чем сила, необходимая для изгиба кабеля в примере 1 таким же способом.