СИЛОВОЙ ГИБКИЙ ЭКРАНИРОВАННЫЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к кабельной технике, а более конкретно к конструкции силового кабеля, который может быть использован для присоединения шахтных передвижных машин и механизмов к электрической сети на номинальное напряжение переменного тока до 1140 В частоты до 50 Гц на основных жилах и до 220 В на вспомогательных жилах.
Из информационных источников известна конструкция гибкого силового экранированного кабеля по патенту на полезную модель RU 75096, МПК Н01В 9/02, опубл. 20.07.2008, предназначенного для использования в горнодобывающей отрасли для присоединения передвижных механизмов или электроустановок к электрическим сетям. Кабель по RU 75096 содержит три медные многопроволочные основные токопроводящие жилы, поверх каждой из которых наложен внутренний экран из электропроводящей резины, резиновая изоляция и наружный экран из электропроводящей резины. Кабель имеет также одну медную многопроволочную неизолированную жилу заземления, скрученную из стренг правого и левого направления, и одну медную многопроволочную вспомогательную жилу. Поверх вспомогательной жилы наложены синтетическая пленка и резиновая изоляция на основе этиленпропиленового каучука с содержанием этилена более 60%. Все жилы скручены между собой в сердечник. Поверх сердечника наложена синтетическая пленка, внутренняя и наружная резиновые оболочки. Повышенная стойкость к механическим воздействиям достигается за счет применения стренг различного направления и изоляции вспомогательной жилы с повышенными физико-механическими свойствами.
Известен силовой экранированный кабель по патенту на полезную модель RU 144314, МПК Н01В 9/02, опубл. 27.03.2014, который содержит три основные медные изолированные жилы повышенной гибкости с эластичными электропроводящими экранами, скрученные с медной расщепленной изолированной жилой заземления, расположенной в междужильном пространстве основных жил. Поверх скрученных жил или между внутренней и наружной оболочкой находится проводящее металлическое покрытие (металлический экран), выполненное из медных луженых проволоки и отделенное от изоляции и внутренней и наружной оболочек разделительным слоем. Металлический экран обеспечивает усиленную защиту от внешних электрических помех. Наружная оболочка кабеля выполнена из термостойкой резины, что повышает эксплуатационные возможности кабеля.
Известен также силовой гибкий экранированный шахтный кабель по патенту на полезную модель RU 145558, МПК Н01В 9/02, опубл. 09.01.2014, который включает три основные медные изолированные жилы повышенной гибкости с эластичными электропроводящими экранами, скрученные с тремя группами, каждая из которых состоит из медной вспомогательной жилы в резиновой изоляции и медной жилы заземления. Вспомогательные жилы расположены симметрично основным токопроводящим жилам. Жила заземления выполнена расщепленной и наложена методом обмотки по вспомогательным жилам. Сверху жилы заземления наложен экран из электропроводящей резины. Внутренняя оболочка кабеля выполнена из резины, наружная оболочка - из термостойкой резины. Наружная оболочка кабеля, выполненная из термостойкой резины, обеспечивает надежную работу кабеля в широком диапазоне температур. Кабели по патентам RU 144314, RU 145558 предназначены для присоединения к электрическим сетям передвижных механизмов или электроустановок, работающих в забоях и очистных лавах. Наличие расщепленных жил заземления в виде обмотки на вспомогательных жилах в указанных кабелях увеличивает механическую прочность кабеля и предотвращает его разрушение в процессе эксплуатации, особенно при изгибах. Однако отсутствие сердечника в обоих случаях снижает прочность кабеля на разрыв и растяжение.
Наиболее близким заявляемому кабелю по конструкции и достигаемому техническому результату, который принят за прототип, является кабель для угольных комбайнов TENAX-CT NSSHCGEOEU (http://www.media-prime.ru/produktsiya-draka-cables/underground-tunneling/armoured-coal-cutter-cable-for-chain/kabelj-tenax-ct-sshcgeoeu.html). Кабель предназначен для питания подвижного электрооборудования и машин в подземных выработках с большими механическими нагрузками. Он содержит три основные токопроводящие жилы из медных тонких проволок в изоляции из термостойкой этиленпропиленовой резины EPR-3G13. Сверху изоляции наложен полупроводящий слой (экран). Основные токопроводящие жилы скручены вокруг токопроводящего сердечника. В промежутках между основными жилами расположены двойные концентрические элементы. Каждый из концентрических элементов состоит из вспомогательной жилы, выполненной в виде сплетения из стали и меди и EPR-изоляции, и жилы заземления вокруг изоляции вспомогательной жилы. Жила заземления выполнена в виде переплета из луженых проволок, обмотанных токопроводящей лентой. Внутренняя оболочка кабеля выполнена из специального резинового соединения GM1b, а наружная - из резины 5GM5 с повышенной стойкостью к истираемости и износу. Основные и вспомогательные жилы имеют отличительную расцветку: голубую, черную, коричневую.
Применение этиленпропиленовой резины в качестве изоляции увеличивает стойкость кабеля к электрическим и механическим нагрузкам. Наличие расщепленной жилы заземления, наложенной методом обмотки на вспомогательные жилы, а также центрального токопроводящего сердечника повышают механическую прочность кабеля и предотвращают его разрушение в процессе эксплуатации, особенно при изгибах. Кабель по прототипу обладает высокой гибкостью, надежен при больших механических нагрузках.
В силу тяжелых эксплуатационных условий в подземных шахтах кабели по разным причинам получают механические повреждения, приводящие к коротким замыканиям, что может служить причиной поражения людей электрическим током и взрывов метановоздушной среды. Экранирующий слой из электропроводящей резины в конструкции кабеля по прототипу, накладываемый поверх каждой изолированной жилы, при механическом воздействии на оболочку кабеля передает импульс к быстродействующей коммутационной аппаратуре для отключения электрооборудования и предупреждения аварии. Однако наличие только такого защитного элемента является недостаточным для того, чтобы обеспечить до повреждения изоляции основных жил и возникновения короткого замыкания опережающее отключение (снятие напряжения) с кабеля при повреждении наружной оболочки кабеля.
Техническая проблема, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в том, чтобы максимально исключить аварии путем опережающего (до повреждения изоляции основных жил и возникновения короткого замыкания) отключения кабеля при воздействии раздавливающей внешней нагрузки, обеспечения взрывобезопасности и повышения прочности кабеля.
Технический результат, достигаемый при использовании предложенной конструкции кабеля, заключается в замыкании металлической брони и жилы заземления через внутренний электропроводящий слой резины внутренней оболочки кабеля и мгновенной передачи импульса для отключения электрооборудования, а также в повышении взрывобезопасности и прочности кабеля.
Технический результат достигается следующим образом.
Силовой гибкий экранированный кабель, как и прототип, содержит три основные токопроводящие жилы из медных проволок, каждая из которых покрыта изоляцией из этиленпропиленовой резины. Сверху изоляции каждой основной токопроводящей жилы наложен экран. Как и кабель по прототипу, заявляемый кабель содержит двойные концентрические элементы, расположенные в промежутках между основными жилами. Каждый из концентрических элементов состоит из вспомогательной жилы, выполненной из медных проволок и оплетки из стальных проволок, сверху которой наложена резиновая изоляция, и расщепленной жилы заземления, выполненной в виде обмотки вокруг изоляции вспомогательной жилы. Изоляция основных и вспомогательных жил выполнена разной расцветки. Общим является также наличие токопроводящего сердечника, внутренней и наружной резиновых оболочек.
В отличие от прототипа в заявляемом кабеле между внутренней и наружной оболочками выполнена броня из стренг, скрученных из стальных и медных проволок. Внутренняя оболочка заявляемого кабеля выполнена двухслойной. Внутренний слой внутренней оболочки выполнен из электропроводящей резины, а наружный слой внутренней оболочки - из маслостойкой нераспространяющей горение шланговой резины. Наружная оболочка кабеля выполнена из маслостойкой с повышенной стойкостью к истиранию и раздиру шланговой резины на основе полихлоропренового каучука. Кроме этого каждая жила заземления в заявляемом кабеле выполнена из медных стренг, а центральный сердечник в отличие от кабеля по прототипу выполнен профилированным из электропроводящей резины.
В частных случаях выполнения экран, наложенный на изоляцию каждой из основных токопроводящих жил, может быть выполнен из электропроводящей резины или в виде комбинированной оплетки из медных проволок и синтетических нитей.
При механическом воздействии на оболочку кабеля (раздавливающей нагрузки) происходит замыкание металлической брони и жилы заземления через внутренний электропроводящий слой резины, а также мгновенная передача импульса через внутренний слой оболочки из электропроводящей резины к быстродействующей коммутационной аппаратуре для опережающего отключения электрооборудования. Таким образом, благодаря применению двухслойной внутренней оболочки, состоящей из слоя электропроводящей резины и слоя шланговой резины, обеспечивается опережающее отключение кабеля при воздействии раздавливающей внешней нагрузки. К тому же в зависимости от значения раздавливающей нагрузки в частных конкретных случаях выполнения можно регулировать толщину электропроводящего слоя, при котором происходит отключение (снятие напряжения).
Использование центрального профилированного сердечника повышает прочность кабеля на разрыв и растяжение, позволяет создать демпфирующий слой между токопроводящими жилами, что позволяет избежать короткого замыкания между жилами при повышенных механических воздействиях на кабель. Использование центрального профилированного сердечника позволяет полностью заполнить пространство между жилами, что предотвращает возможность «закачивания» или вовлечения внутрь конструкции кабеля влаги и газов, потенциально вызывающих взрыв. Наличие указанного сердечника создает также удобства при монтаже.
Шланговая резина обладает высокой разрывной прочностью, эластичностью, влагостойкостью и теплостойкостью. Выполнение жил из стренг тоже повышает прочность кабеля.
Конструкция кабеля в предложенной совокупности существенных признаков в известных источниках информации не выявлена, что подтверждает ее новизну.
На чертеже изображено поперечное сечение силового гибкого экранированногокабеля.
Кабель содержит три основные токопроводящие жилы 1 из медных проволок с изоляцией 2, выполненной из этиленпропиленовой резины. Сверху изоляции 2 наложен индивидуальный экран 3, который может быть выполнен из электропроводящей резины или виде комбинированной оплетки из медных проволок и синтетических нитей. Изолированные токопроводящие жилы 1 скручены вокруг профилированного сердечника 4 из электропроводящей резины. В промежутках между основными токопроводящими жилами 1 расположены три вспомогательные жилы 5, выполненные из медных проволок, сверху которых наложена оплетка 6 из стальных проволок. Сверху оплетки 6 выполнена резиновая изоляция 7. Концентрично каждой вспомогательной жиле 5 расположена расщепленная жила заземления 8. Жила заземления 8 наложена на изоляцию 7 вспомогательной жилы 5 методом обмотки из медных луженых проволок. Внутренняя оболочка кабеля - двухслойная. Внутренний слой 9 выполнен из электропроводящей резины. Наружный слой 10 внутренней оболочки кабеля выполнен из маслостойкой нераспространяющей горение шланговой резины. На наружный слой 10 наложена броня 11 из стренг, скрученных из стальных и медных проволок. Наружная оболочка кабеля 12 выполнена из маслостойкой с повышенной стойкостью к истиранию и раздиру шланговой резины на основе полихлоропренового каучука.
Заявляемый силовой гибкий экранированный кабель соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку он может быть многократно произведен и использован по своему назначению с достижением указанного технического результата. Изготовление кабеля не вызывает трудностей у специалистов кабельной промышленности. Все используемые в конструкции кабеля материалы являются известными и серийно выпускаемые промышленностью. Изготовление кабеля осуществляется на базе известного кабельного оборудования и стандартных технологий. Процесс изготовления включает такие операции, как волочение медной проволоки, скрутку токопроводящих жил, наложение резиновой изоляции, изготовление профилированного сердечника, общую скрутку основных экранированных и вспомогательных жил, наложение оболочек и брони, а также проведение электрических испытаний изолированных жил и кабеля в готовом виде. Для этих целей используются: волочильные машины, оплеточные машины, крутильные машины для скрутки токопроводящих жил и общей скрутки, оборудование для наложения методом обмотки брони, агрегаты непрерывной вулканизации, испытательное оборудование.
Силовой гибкий экранированный кабель эксплуатируется при температуре окружающей среды от минус 30°С до плюс 50°С, не распространяет горение. Длительно допустимая рабочая температура на токопроводящих жилах кабеля - не более плюс 90°С. Минимальный радиус изгиба кабеля при монтаже и эксплуатации соответствует 5 диаметрам кабеля. Стойкость кабеля к изгибам на угол ±πрад не менее 10000 циклов.