САМОПОДДЕРЖИВАЮЩИЙСЯ КАБЕЛЬ И КОМБИНАЦИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ УСТРОЙСТВО ПОДВЕСА И ТАКОЙ САМОПОДДЕРЖИВАЮЩИЙСЯ КАБЕЛЬ
SELF-SUPPORTING CABLE AND THE COMBINATION, WHICH CONTAINS THE SUSPENSION DEVICE AND SUCH SELF-SUPPORTING CABLE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Область техники относится к изготовлению самоподдерживающегося кабеля и комбинации, содержащей устройство подвеса и такой самоподдерживающийся кабель.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Кабель, такой как электрический кабель, содержащий по меньшей мере одну токопроводящую жилу, должен быть сгибаемым для наматывания витками на кабельный барабан, например, после изготовления и для транспортировки кабеля на место монтажа. Когда кабель подвешен между точками подвеса, этот кабель из-за воздействия на него силы тяжести будет изгибаться в точках подвеса и между ними. Чтобы допустить такой изгиб или прогиб кабеля, обеспечивают возможность относительного перемещения в продольном направлении между внешней частью и внутренней частью кабеля. Для некоторых типов кабелей относительное перемещение между внутренними и внешними частями может иметь величину 0-10 мм или даже больше в некоторых областях вдоль кабеля.
Самоподдерживающийся кабель выполнен с возможностью выдерживать силы, связанные с его собственным весом, и предпочтительно также внешние силы, воздействующие на этот самоподдерживающийся кабель, такие как ветер и падающие деревья. По меньшей мере одна жила на внутренней части самоподдерживающегося кабеля или по меньшей мере один несущий трос на внутренней части самоподдерживающегося кабеля выполнен с возможностью выдерживать эти силы. Жила может содержать один или несколько проводов, которые выполнены из алюминия и/или меди. Следовательно, одно решение - позволить жиле самой по себе действовать как поддерживающий элемент. В точке подвеса самоподдерживающегося кабеля силы, действующие на самоподдерживающийся кабель, передаются через устройство подвеса на несущую конструкцию для самоподдерживающегося кабеля, как правило, столбчатую опору определенного вида. Известны различные виды устройств подвеса. Устройства подвеса некоторых видов сцепляются с наружной поверхностью самоподдерживающегося кабеля, и, следовательно, упомянутые силы должны быть переданы между внешней частью, содержащей наружную поверхность, и внутренней частью самоподдерживающегося кабеля.
Документ WO 2012/005638 раскрывает самоподдерживающийся кабель, содержащий промежуточный слой, расположенный между внешней частью и внутренней частью самоподдерживающегося кабеля. Допускается относительное перемещение между внутренней и внешней частями. В точке подвеса, где самоподдерживающийся кабель подвергается воздействию радиальных сил от устройства подвеса, промежуточный слой обеспечивает фрикционное сцепление между внутренней и внешней частями, посредством которого действующие вдоль самоподдерживающегося кабеля силы могут быть переданы между внутренней и внешней частями.
WO 2012/005641 раскрывает подобный самоподдерживающийся кабель, как WO 2012/005638.
US 6288339 раскрывает самоподдерживающийся кабель, содержащий внешнюю оболочку, изолированную жилу и расположенную между ними и закрепленную экранирующую полосу. Внутренняя поверхность оболочки, экранирующая полосу, а также внешняя поверхность изолированной жилы снабжены волнообразными неровностями. Это решение обладает тем эффектом, что слои могут, в некоторой степени, проскальзывать друг относительно друга при изгибании кабеля.
Когда в ответ на направленные внутрь радиальные силы, такие как прикладываемые от устройства подвеса, предусмотренного на подвешиваемых концах кабеля в форме спирали, простирающейся вокруг и вдоль части внешней оболочки кабеля по US6288339, слои с волнообразными неровностями упираются друг в друга, вследствие чего проскальзывание между внешней оболочкой и изолированной жилой предотвращается. Однако волнообразные неровности, в частности, на внутренней стороне оболочки, могут разрываться под большой нагрузкой. Это может происходить, в частности, в условиях высокой температуры окружающей среды, такой как около 50°C или выше. Поскольку волнообразные неровности начинают разрываться в такой области самоподдерживающегося кабеля, подвергающейся большой нагрузке, нагружающая сила может передаваться на соседние волнообразные неровности, которые, в свою очередь, могут разрываться. На участках или в областях кабеля, где волнообразные неровности разорваны, зажим между внешней оболочкой и экранирующей полосой утрачивается. В конце концов, может происходить нежелательное проскальзывание между внешней оболочкой и внутренней изолированной жилой. Такое проскальзывание может приводить к разрыву всей внешней оболочки и разматыванию устройства подвеса в виде спирали с внешней оболочки самоподдерживающегося кабеля.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача описываемых здесь вариантов осуществления состоит в предложении альтернативного самоподдерживающегося кабеля и комбинации упомянутого кабеля и устройства подвеса, в которой лучше могут быть переданы силы между внешней и внутренней частями самоподдерживающегося кабеля, а также в обеспечении улучшенной упругости кабеля под большими нагрузками в по меньшей мере некоторых областях самоподдерживающегося кабеля, таких как по меньшей мере подвешиваемых концах самоподдерживающегося кабеля.
В соответствии с одним аспектом, эта задача решается посредством самоподдерживающегося кабеля, содержащего внешнюю часть и внутреннюю часть. Внутренняя часть содержит по меньшей мере одну изолированную жилу. Внешняя часть содержит первую внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, причем внешняя поверхность выполнена с возможностью сцепления с устройством подвеса. Внутренняя часть содержит первую внешнюю поверхность, причем первая внешняя поверхность упирается в первую внутреннюю поверхность. Внешняя часть содержит внешний слой и приклеенную к внешнему слою металлическую ленту. Внешний слой содержит внешнюю поверхность, а металлическая лента содержит первую внутреннюю поверхность.
Поскольку внешняя часть содержит металлическую ленту, которая, в свою очередь, содержит первую внутреннюю поверхность, обеспечивается основа для выгодного фрикционного сцепления с первой внешней поверхностью, т.е. между внешней и внутренней частями самоподдерживающегося кабеля. Первая внутренняя поверхность выполнена из металла и предназначена для того, чтобы во время воздействия локальной нагрузки фрикционное сцепление с материалом первой внешней поверхности повышало эффективность функционального зажима между первой внешней поверхностью и первой внутренней поверхностью. Таким образом, можно достигнуть повышенного трения, фактически фрикционного сцепления, когда к самоподдерживающемуся кабелю прикладывается направленная внутрь радиальная сила, например, от предусмотренного снаружи устройства подвеса. Таким образом, первая внутренняя поверхность металлической ленты внешней части «вгрызается в» первую внешнюю поверхность внутренней части, что приводит к достижению кратковременных коэффициентов трения (как кинетического, так и статического) от примерно 0,8 примерно до 1,0. За счет конкретного проектирования, самоподдерживающийся кабель может быть предназначен для вступления в такое фрикционное сцепление при конкретной нагрузке или нагрузках. В результате решается вышеупомянутая задача.
Авторы изобретения неожиданно обнаружили, что металлическая лента, даже плоская, не гофрированная металлическая лента в некоторых вариантах осуществления, приклеенная к внутренней стороне внешней части самоподдерживающегося кабеля и расположенная смежно первой внешней поверхности внутренней части самоподдерживающегося кабеля, может обеспечить достаточное трение, необходимое между внешней и внутренней частями самоподдерживающегося кабеля, не только во время воздействия обычной нагрузки, но и когда области кабеля или весь самоподдерживающийся кабель подвергается воздействию относительно больших нагрузок, для передачи продольных сил, действующих на самоподдерживающийся кабель между внешней частью и внутренней частью в по меньшей мере одной из точки, линии или области подвеса на самоподдерживающемся кабеле или вдоль него. За счет приложения повышенного трения на эту (или эти) точку, линию или область подвеса самоподдерживающегося кабеля во время действия сил больших нагрузок, это может приводить к фрикционному сцеплению в этих частях. В условиях нормальных нагрузок, за счет передачи продольных сил, действующих на самоподдерживающийся кабель между внешней частью и внутренней частью, на частях самоподдерживающегося кабеля, отдаленных от этой точки, линии или области на самоподдерживающемся кабеле или вдоль него, это может приводить к пониженному трению в этих и других областях самоподдерживающегося кабеля.
Дополнительно, поддерживается высокая степень упругости (гибкости) самоподдерживающегося кабеля, которая является важным свойством, в частности, когда самоподдерживающийся кабель используют, например, в качестве морских или воздушных кабелей.
При более тщательном исследовании было обнаружено, что когда самоподдерживающийся кабель подвергается воздействию направленных радиально внутрь сил, прикладываемых устройством подвеса, по меньшей мере частично окружающим кабель в точке, на линии или в области подвеса, продольная сила, т.е. действующая вдоль продольного направления кабеля сила, передается между внешней и внутренней частями при вступлении во фрикционное сцепление между металлической лентой внешней части и первой внешней поверхностью внутренней части. Фрикционное сцепление и продольная сила вызывают локальную деформацию первой внутренней поверхности и металлической ленты во многих местах под устройством подвеса. В одном конкретном преимущественном варианте осуществления они деформируются непосредственно под местами, где устройство подвеса прикладывает упомянутую направленную радиально внутрь силу на по меньшей мере одну точку, линию или область подвеса вдоль самоподдерживающегося кабеля. Однако каждая из локальных деформаций металлической ленты не перемещается к смежным локальным деформациям. Соответственно, металлическая лента, кажущаяся единым целым под устройством подвеса, преимущественно не разрывается; а на внешней части продольная сила распределятся равномерно между металлической лентой и внешним слоем, потому что металлическая лента и внешний слой преимущественно связаны вместе, в вариантах осуществления - вдоль всей внутренней поверхности металлической ленты. Таким образом, передача продольной силы между внешней и внутренней частями также распределяется равномерно по подвергающейся воздействию радиальных сил участку самоподдерживающегося кабеля, т.е. участку кабеля под устройством подвеса, преимущественно, только по частям непосредственно под местами, где устройство подвеса контактирует с внешним слоем. Помимо этого, изгибающие свойства кабеля в областях этого кабеля, которые не подвергаются воздействию направленных радиально внутрь сил, оказываются достаточными, например, для обеспечения определенной степени продольного взаимного перемещения внутренней и внешней частей упомянутого кабеля.
Другое преимущество заключается в том, что фрикционный упор между первой внутренней поверхностью и первой внешней поверхностью вдоль кабеля уменьшает вибрации и колебания, когда кабель подвергается воздействию сильных ветров.
Самоподдерживающийся кабель, который в дельнейшем также именуется как «кабель», выполнен с возможностью выдерживать силы, связанные с его собственным весом, такие как сила тяжести, а предпочтительно также внешние силы, воздействующие на самоподдерживающийся кабель, такие как ветер, снег, лед и падающие деревья. Силы, часто возникающие локально, склонны действовать вдоль самоподдерживающегося кабеля, т.е. в продольном направлении самоподдерживающегося кабеля. По меньшей мере одна жила на внутренней части самоподдерживающегося кабеля и/или по меньшей мере один несущий трос на внутренней части самоподдерживающегося кабеля может быть выполнен с возможностью выдерживания этих продольных сил. В точке, области или на линиях подвеса самоподдерживающегося кабеля действующие на самоподдерживающийся кабель продольные силы передаются через устройство подвеса на несущую конструкцию для самоподдерживающегося кабеля, например, несущую конструкцию в форме столбчатой опоры или стены для сфер применений в воздухе, или плавучего либо подвесного буя для морских сфер применений, или контура пробуренной скважины для подземных сфер применений, либо одной или более комбинаций этих средств. Известны устройства подвеса различных видов, например, такие как спираль с жестко закрепленным концом, сцепляющаяся с наружной поверхностью самоподдерживающегося кабеля. Таким образом, продольные силы должны быть переданы между внешней частью, содержащей наружную поверхность, и внутренней частью самоподдерживающегося кабеля, выполненного с возможностью выдерживать продольные силы. Устройство подвеса подвергает самоподдерживающийся кабель воздействию радиальных сил, и поэтому силы трения между внешней и внутренней частями обеспечивают возможность передачи продольных сил между внешней и внутренней частями самоподдерживающегося кабеля. На частях самоподдерживающегося кабеля, которые не подвергаются воздействию радиальных сил, допускается и даже стимулируется относительное взаимное продольное, а также концентрическое перемещение между внутренней и внешней частями в этом самоподдерживающемся кабеле.
Самоподдерживающийся кабель может быть предназначен для разных напряжений, например, низковольтные кабели- для до 1 кВ, а высоковольтные кабели- для свыше 1 кВ. Сама жила может содержать один или более металлических проводов, как правило, выполненных из алюминия и/или меди. Изолированная жила может содержать один или более изолирующих слоев и полупроводящих слоев вокруг жилы. Например, жилы, предназначенные для напряжения вплоть до 1 кВ, могут содержать только один изолирующий слой, в то время как жила для более высоких напряжений может содержать изолирующий и полупроводящий слои.
В соответствии с вариантами осуществления, металлическая лента может быть непрерывной. Это значит, что уложенная металлическая лента простирается по всей длине предлагаемого кабеля, либо предусмотрена в секциях, где каждая уложенная секция контактирует с ранее уложенной секцией и следует за ней, например, в контакте или без контакта друг с другом, или наматывается из одной-единственной длинной ленты. Этого можно достичь, например, наматывая металлическую ленту, которая имеет длину ленты больше, чем ширину ленты, такую как по меньшей мере в 10 раз больше, чем ширина ленты, спирально вокруг внутренней части с определенным шагом, или, как в альтернативном варианте, обертывая металлическую ленту по всей длине кабеля, т.е. длина металлической ленты приблизительно равна длине части кабеля, а ее ширина приблизительно равна длине окружности внутренней части. Соответственно, металлическая лента может быть сформирована из металлической фольги или относительно тонкого металлического листа, который может простираться по длине внутренней окружности внешней части, предпочтительно, вдоль всей ее окружности.
В соответствии с вариантами осуществления, коэффициент трения между первой внутренней поверхностью и первой внешней поверхностью может составлять, по меньшей мере 0,4. Таким образом, можно обеспечить фрикционное сцепление между первой внутренней поверхностью и первой внешней поверхностью, достаточное для передачи продольной силы вдоль кабеля между внутренней и внешней частями кабеля, даже улучшить в областях кабеля, подвергающихся воздействию направленных радиально внутрь сил. Коэффициент трения между первой внутренней и первой внешней поверхностями по меньшей мере 0,4 может быть достигнут, например, когда первая внешняя поверхность содержит металл или резиноподобный материал. Трение между первой внутренней и первой внешней поверхностями может включать в себя абразивное трение и/или адгезионное трение. Коэффициент трения между первой внутренней поверхностью и первой внешней поверхностью может изменяться по мере проскальзывания первой внутренней и первой внешней поверхностей друг по другу, однако, коэффициент трения составляет по меньшей мере 0,4. На кабелях, подвергающихся воздействию большой нагрузки и/или высоких температур окружающей среды, абразивное или адгезионное трение может быть предпочтительным для достижения повышенного трения. Может быть выгодным повышенный коэффициент трения, такой как по меньшей мере 0,6, такой как по меньшей мере 0,7. Используемые здесь коэффициенты трения, если не упомянуто иное, как правило, относятся к кинетическому коэффициенту трения. Статический коэффициент трения составляет преимущественно, как правило, в процессе как можно более низких нагрузок между двумя поверхностями, предпочтительно до 0,4, например, до 0,3.
В соответствии с вариантами осуществления, первая внутренняя поверхность и/или первая внешняя поверхность может быть снабжена выступами. Таким образом, могут быть обеспечены дополнительные средства для фрикционного сцепления между первой внутренней и первой внешней поверхностями.
В соответствии с вариантами осуществления, металлическая лента может содержать металл, такой как медь, алюминий, мягкая сталь или цинк, или их комбинации. Таким образом, могут быть обеспечены дополнительные средства для фрикционного сцепления между первой внутренней и первой внешней поверхностями.
В соответствии с вариантами осуществления, первая внешняя поверхность может быть снабжена впадинами. Таким образом, могут быть обеспечены дополнительные средства для фрикционного сцепления между первой внутренней и первой внешней поверхностями.
В соответствии с вариантами осуществления, в радиально ненагруженной области самоподдерживающегося кабеля первая внутренняя поверхность и первая внешняя поверхность расположены в скользящем упоре друг с другом вдоль продольного направления самоподдерживающегося кабеля. Таким образом, внутренняя и внешняя части самоподдерживающегося кабеля могут перемещаться относительно друг друга на участках кабеля, которые не подвергаются воздействию сколько-нибудь существенной радиальной нагрузки.
В соответствии с вариантами осуществления, в области самоподдерживающегося кабеля, подвергающейся воздействию направленных радиально внутрь сил, первая внутренняя поверхность и первая внешняя поверхность выполнены с возможностью фрикционного сцепления друг с другом для передачи силы от внешней части к внутренней части вдоль продольного направления самоподдерживающегося кабеля. Таким образом, сила, действующая вдоль продольного направления самоподдерживающегося кабеля, может порождаться внутренней частью самоподдерживающегося кабеля.
В соответствии с вариантами осуществления, внутренняя часть может содержать первую внутреннюю часть и вторую внутреннюю часть. Первая внутренняя часть может содержать первую внешнюю поверхность, а вторая внутренняя часть может содержать упомянутую по меньшей мере одну изолированную жилу. Таким образом, первую внутреннюю часть можно выбрать и/или выполнить для обеспечения коэффициента трения, в то время как вторую внутреннюю часть можно выбрать и/или выполнить для обеспечения достаточных изолирующих свойств.
В соответствии с вариантами осуществления, первая внутренняя часть может содержать экранирующую полосу. Таким образом, первую внешнюю поверхность можно предусмотреть на компоненте, который имеет дополнительную функцию в самоподдерживающемся кабеле. Экранирующая полоса может по меньшей мере частично блокировать электрическое поле. Экранирующая полоса может быть выполнена из металла и/или может содержать продольно простирающиеся металлическую проволоку или металлическую ленту. Таким образом, первая внешняя поверхность и первая внутренняя поверхность обе содержат металл для скользящего контакта «металл по металлу» без нагрузки и сцепляющего контакта «металл по металлу» с радиальной нагрузкой.
Дополнительные признаки и преимущества, связанные с приводимыми здесь вариантами осуществления, станут очевидными при изучении прилагаемой формулы изобретения и дальнейшего подробного описания. Специалисты в данной области техники поймут, что разные признаки вариантов осуществления можно объединять для создания вариантов осуществления, помимо описываемых в дальнейшем, без отклонения от объема, который определен прилагаемой формулой изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Различные аспекты, включая конкретные признаки и преимущества, можно будет легко понять из дальнейшего подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых:
Фиг. 1 показывает самоподдерживающийся кабель в соответствии с вариантами осуществления;
Фиг. 2 изображает разрез самоподдерживающегося кабеля в соответствии с вариантами осуществления;
Фиг. 3a - 3c изображают частичные разрезы самоподдерживающихся кабелей по разным вариантам осуществления;
Фиг. 4 изображает разрез самоподдерживающегося кабеля в соответствии с вариантами осуществления и увеличенный участок разреза;
Фиг. 5a - 5d изображают частичные разрезы самоподдерживающегося кабеля по разным вариантам осуществления; и
Фиг. 6 изображает комбинацию, содержащую устройство подвеса и самоподдерживающийся кабель в соответствии с вариантами осуществления, причем упомянутое устройство подвеса предназначено для подвешивания раскрытого здесь самоподдерживающегося кабеля в точке подвеса.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Теперь варианты осуществления будут описаны подробнее со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны примерные варианты осуществления. Раскрытые признаки вариантов осуществления можно объединять, как легко поймет обычный специалист в данной области техники. Подобные позиции по всему документу относятся к подобным элементам. Для краткости и/или ясности хорошо известные функции и конструкции не обязательно будут описаны подробно.
Фиг. 1 показывает самоподдерживающийся кабель 2 в соответствии с вариантами осуществления. Концевая часть кабеля 2 показана в частично открытом состоянии в целях иллюстрации. Кабель 2 содержит внешнюю часть 4 и внутреннюю часть 6, а одним преимуществом является повышенная гибкость кабеля. Внешняя часть 4 охватывает внутреннюю часть 6.
Внутренняя часть 6 содержит по меньшей мере одну изолированную жилу 8, в этих вариантах осуществления - три изолированные жилы 8, например, для обеспечения трехфазного напряжения переменного тока. Внутренняя часть 6 содержит первую внешнюю поверхность 16. Внутренняя часть 6 содержит первую внутреннюю часть 7 и вторую внутреннюю часть 9. Вторая внутренняя часть 9 содержит три изолированные жилы 8. Первая внутренняя часть 7 может быть выполнена из металла. Например, первая внутренняя часть 7 может содержать экранирующую полосу 11, выполненную из металла, охватывающую вторую внутреннюю часть 9. Возможны три экранирующие полосы 11, простирающиеся вдоль продольного направления кабеля 2, по одной экранирующей полосе 11 на изолированную жилу 8, причем каждая экранирующая полоса 11 простирается, по существу, продольно части жилы 8, наиболее удаленной от середины жилы. Металлом экранирующей полосы 11 может быть, например, медь, алюминий, низкоуглеродистая сталь или цинк. Первая внутренняя часть 7 содержит первую внешнюю поверхность 16.
Внешняя часть 4 содержит первую внутреннюю поверхность 10 внутри внешней части 4 и внешнюю поверхность 12. Первая внешняя поверхность 16 упирается в первую внутреннюю поверхность 10. Преимущественно, первая внешняя поверхность 16 и первая внутренняя поверхность 10 не связаны друг с другом, но способны вступать в сцепление в скользящей взаимосвязи по меньшей мере продольно вдоль длины кабеля.
Внешняя часть 4 содержит внешний слой и приклеенную к внешнему слою металлическую ленту (и та, и другой не показаны на фиг.1). Металлическая лента простирается непрерывно по длине внутренней окружности внешней части 4. Внешний слой содержит внешнюю поверхность 12, а металлическая лента содержит первую внутреннюю поверхность 10.
Коэффициент трения между первой внутренней поверхностью 10 и первой внешней поверхностью 16 может составлять по меньшей мере 0,4. Таким образом, когда кабель 2 подвергается воздействию направленных радиально внутрь сил, действующих на внешнюю поверхность 12, и подвергается воздействию продольной силы вдоль продольного направления 13 кабеля 2, трение между первой внутренней и первой внешней поверхностями 10, 16 позволяет передавать продольную силу между внешней и внутренней частями 4, 6 кабеля 2. Внешняя поверхность 12 кабеля 2 выполнена с возможностью сцепления с устройством подвеса, таким как спираль с жестко закрепленным (заделанным) концом, обсуждаемая в связи с фиг. 6 ниже. Такое устройство для сцепления на внешней поверхности 12 кабеля может содержать только резиновую или полимерную поверхность либо не содержать каких-либо дополнительных признаков сцепления, или укладываться ровным слоем, или снабжаться конкретными указаниями для показа, где положение устройства подвеса относительно внешней поверхности кабеля.
Первая внутренняя поверхность 10 и/или первая внешняя поверхность 16 может быть снабжена отверстиями или выступами, например, экранирующая полоса 11 может быть выполнена гофрированной вдоль продольного направления 13.
Фиг. 2 изображает разрез через самоподдерживающийся кабель 2 в соответствии с вариантами осуществления. Кабель 2 содержит внешнюю часть 4, а также внутреннюю часть 6. Внешняя часть 4 охватывает внутреннюю часть 6. Кроме того, внутренняя часть 6 содержит три изолированные жилы 8. Кроме того, внешняя часть 4 содержит внешний слой и приклеенную к внешнему слою и простирающуюся непрерывно по длине внутренней окружности внешней части 4 металлическую ленту. Внешний слой содержит внешнюю поверхность 12, а металлическая лента содержит первую внутреннюю поверхность 10.
Внутренняя часть 6 содержит первую внутреннюю часть, содержащую три отдельных первых внутренних части 7’, 7”, 7’’’ и вторую внутреннюю часть 9. Вторая внутренняя часть 9 содержит три изолированные жилы 8. Первая внутренняя часть содержит первую внешнюю поверхность 16, простирающуюся частично поверх каждой из трех отдельных первых внутренних частей 7’, 7’’, 7’’’. Первая внешняя поверхность 16 упирается в первую внутреннюю поверхность 10 на участках первой внутренней поверхности 10. Первая внутренняя часть выполнена из металла, т.е. каждая из трех отдельных первых внутренних частей 7’, 7”, 7’’’ содержит металлическую ленту или металлическую фольгу. Металл может быть, например, медью, алюминием, низкоуглеродистой сталью или цинком. Вместе с экранирующими проводами 17, отдельные первые внутренние части 7’, 7’’, 7’’’ образуют экран для блокировки электрических полей. И опять, коэффициент трения между первой внутренней поверхностью 10 и первой внешней поверхностью 16 может составлять по меньшей мере 0,4.
Каждая из жил 8 содержит ряд металлических проводов. Вокруг каждой из жил 8 расположены изолирующие слои и полупроводящие слои. На жилу 8 опирается внутренний полупроводящий слой 19, за которым следуют изолирующий слой 21 и внешний полупроводящий слой 23, ближайший к отдельным первым внутренним частям 7’, 7’’, 7’’’.
Фиг. 3a-3c изображают частичные разрезы самоподдерживающихся кабелей 2 по разным вариантам осуществления. Эти разрезы взяты вдоль продольного направления 13 соответствующих кабелей 2. Частичные разрезы не простираются радиально через весь кабель, но вместо этого иллюстрируют разрезанную секцию, которая может быть разрезана вдоль линии A на фиг. 2. Кабели 2 по каждому варианту осуществления содержат внешнюю часть 4 и внутреннюю часть 6. Внутренняя часть 6 и внешняя часть 4 могут содержать один или несколько слоев разных типов - пластиковый изолирующий слой, металлический экран, полупроводящий экран и т.д. Внешняя часть 4 содержит по меньшей мере внешний слой 18 и металлическую ленту 20 (изображенную только на фиг. 3a), причем эта металлических лента 20 приклеена к внешнему слою 18 и простирается непрерывно по длине внутренней окружности внешней части 4. Внешний слой 18 может содержать черный полиэтилен. Внешний слой 18 содержит внешнюю поверхность 12, а металлическая лента 20 содержит первую внутреннюю поверхность 10.
Внутренняя часть 6 содержит первую внутреннюю часть 7 и вторую внутреннюю часть 9.
Первая внутренняя часть 7 содержит первую внешнюю поверхность 16. Первая внешняя поверхность 16 упирается в первую внутреннюю поверхность 10. Коэффициент трения между первой внутренней поверхностью 10 и первой внешней поверхностью 16 опять составляет по меньшей мере 0,4. Первая внутренняя часть 7 может быть надлежащим образом выполнена из металла. Таким образом, например, первая внутренняя часть 7 содержит тканое полотно, оплетку или металлическую ленту с выступами и/или отверстиями. Эти выступы и/или отверстия могут быть предусмотрены в виде рисунка или структуры, такой как гофрированная структура или ячеистая структура. Металл может быть, например, медью, алюминием, низкоуглеродистой сталью или цинком.
Вторая внутренняя часть 9 содержит жилу 8 и расположенную вокруг нее оболочку 25. Жила 8 может содержать множество металлических проводов, например, выполненных из алюминия и/или меди. Оболочка 25 содержит внутренний полупроводящий слой 19, изолирующий слой 21 и внешний полупроводящий слой 23. Внутренний и внешний полупроводящие слои 19, 23 могут содержать экструдированные слои полиэтилена. Изолирующий слой 21 может содержать экструдированный слой поперечно сшитого полиэтилена, PEX или XLPE. Кабель 2 может содержать одну или более вторых частей 9, расположенных внутри первой внутренней части 7.
В этих вариантах осуществления первая внутренняя поверхность 10 и/или первая внешняя поверхность 16 снабжены первыми и/или вторыми выступами 22, 24, как будет пояснено ниже.
Вторая внутренняя часть 9 содержит оболочку 25 вокруг по меньшей мере одной жилы 8, причем оболочка 25 содержит вторую внешнюю поверхность 30. Вторая внешняя поверхность 30 снабжена третьими выступами 32, а первая внутренняя часть 7 содержит вторую внутреннюю поверхность 34. Вторая внешняя поверхность 30 упирается во вторую внутреннюю поверхность 34. (Ссылочные позиции иллюстрируются, главным образом, на фиг. 3b.)
Вторая внутренняя поверхность 34 может быть снабжена четвертыми выступами 36, сопрягаемыми с третьими выступами 32. Внутренняя часть 6 может содержать одну или более дополнительных частей между первой внутренней частью 7 и второй внутренней частью 9 для увеличения изгибающих свойств кабеля 2.
Фиг. 3a изображает варианты осуществления самоподдерживающегося кабеля 2, в которых первая внешняя поверхность 16 снабжена первыми выступами 22. Помимо этого, первая внутренняя поверхность 10 является, по существу, гладкой.
Фиг. 3b изображает варианты осуществления самоподдерживающегося кабеля 2, в которых первая внешняя поверхность 16 является, по существу, гладкой. Помимо этого, первая внутренняя поверхность 10 снабжена вторыми выступами 24.
Фиг. 3c изображает варианты осуществления самоподдерживающегося кабеля 2, в которых первая внешняя поверхность 16 снабжена первыми выступами 22. Помимо этого, первая внутренняя поверхность 10 снабжена вторыми выступами 24.
Фиг. 4 изображает разрез самоподдерживающегося кабеля 2 в соответствии с вариантами осуществления и увеличенный участок разреза. Кабель 2 содержит внешнюю часть 4 и внутреннюю часть 6. Внешняя часть 4 охватывает внутреннюю часть 6. Внутренняя часть 6 содержит изолированную жилу 8. Внешняя часть 4 содержит первую внутреннюю поверхность 10 на внутреннем участке внешней части 4 и внешнюю поверхность 12. Внутренняя часть 6 содержит первую внешнюю поверхность 16. Первая внешняя поверхность 16 упирается в первую внутреннюю поверхность 10.
Внешняя часть 4 содержит внешний слой 18 и приклеенную к внешнему слою 18 металлическую ленту 20. Внешний слой 18 может содержать полимер, например, такой как полиэтилен. Металлическая лента 20 приклеена к внешнему слою 18 посредством полимерного слоя 40, такого как слой сложного полиэфира, и связующего слоя 42. Полимерный слой 40 дополнительно может быть снабжен продольно простирающимися металлическими проволоками (не показаны) для улучшения свойства самоподдержки кабеля 2 и может действовать, увеличивая эффект деформации со стороны устройства подвеса вокруг кабеля 2, а также эффект электрического экранирования. Связующий слой 42 может содержать клей или другое соединяющее вещество, такое как полиэтилен с температурой плавления ниже, чем у полимера внешнего слоя 18, так что связующий слой 42 будет плавиться и соединяться с внешним слоем 18 во время экструзии внешнего слоя 18. Металлическая лента 20 простирается непрерывно по длине внутренней окружности внешней части 4. Внешний слой 18 содержит внешнюю поверхность 12, а металлическая лента 20 содержит первую внутреннюю поверхность 10. Каждый из таких компонентов, как металлическая лента 20, полимерный слой 40 и связующий слой 42, может иметь толщину слоя от около 5 мкм до около 50 мкм. Альтернативно, можно использовать более тонкую металлическую ленту, от около 5 мкм до около 0,1 мкм, но в этом случае выгодно предусматривать металлическую ленту 20, связанную с полимерным слоем, а также может оказаться выгодным увеличение толщины полимерного слоя от около 50 мкм до около 200 мкм.
В качестве дополнительной альтернативы варианту осуществления, показанному на фиг. 4, может быть увеличена толщина слоя металла, тем самым исключая потребность в полимерном слое 40, до толщины от около 50 мкм до около 500 мкм. При использовании такой увеличенной ширины металлической ленты, преимущественно можно также обеспечить металлическую ленту с выступами или отверстиями, поскольку при увеличении толщины слоя металла склонность к деформации уменьшается.
Внутренняя часть 6 вокруг жилы 8 содержит изолирующий слой 44 и полупроводящий слой 45 из любого типа термопластика, каучука или термопластичного эластомера (ТПЭ), с сильным трением по металлу. Полупроводящий слой 45 содержит первую внешнюю поверхность 16. Коэффициент трения между первой внутренней поверхностью 10 и первой внешней поверхностью 16 составляет по меньшей мере 0,4. Таким образом, когда кабель 2 подвергается воздействию радиальной силы, действующей на внешнюю поверхность 12, и подвергается воздействию продольной силы вдоль продольного направления кабеля 2, трение между первой внутренней и первой внешней поверхностями 10, 16 позволяет передавать продольную силу между внешней и внутренней частями 4, 6 кабеля 2. Внешняя поверхность 12 кабеля 2 выполнена с возможностью сцепления с устройством подвеса, например, таким как проволока в форме спирали, обсуждаемой в связи с фиг. 6 ниже.
Фиг. 5a-5d изображают частичные разрезы самоподдерживающихся кабелей 2 по разным вариантам осуществления. Эти разрезы взяты вдоль продольного направления 13 соответствующих кабелей 2. Частичные разрезы не простираются радиально через весь кабель, но вместо этого иллюстрируют разрезанную секцию, которая может быть разрезана вдоль линии A на фиг. 2, или, как альтернативный вариант, вдоль линии В на фиг. 4. Кабели 2 по каждому варианту осуществления содержат внешнюю часть 4 и внутреннюю часть 6. Внешняя часть 4 содержит внешний слой 18 (изображенный только на фиг. 5a) и приклеенную к внешнему слою 18 и простирающуюся непрерывно по длине внутренней окружности внешней части 4 металлическую ленту 20 (изображенную только на фиг. 5a и 5d). Внешний слой 18 может содержать черный полиэтилен. Внешний слой 18 содержит внешнюю поверхность 12, а металлическая лента 20 содержит первую внутреннюю поверхность 10.
Внутренняя часть 6 содержит первую внешнюю поверхность 16. На внутренней части 6 вокруг жилы 8 расположен изолирующий слой 44. Изолирующий слой 44 может содержать любой тип термопластика, каучука или термопластичного эластомера (ТПЭ), с сильным трением по металлу. Первая внешняя поверхность 16 упирается в первую внутреннюю поверхность 10, Соответственно, внутренняя часть 6 содержит изолирующий слой 44 вокруг по меньшей мере одной жилы 8, а изолирующий слой 44 содержит первую внешнюю поверхность 16. И опять, коэффициент трения между первой внутренней поверхностью 10 и первой внешней поверхностью 16 может составлять по меньшей мере 0,4.
В некоторых из этих вариантов осуществления первая внутренняя поверхность 10 и/или первая внешняя поверхность 16 снабжены первыми и/или вторыми выступами 22, 24, как будет пояснено ниже. Первая внешняя поверхность 16, снабженная первыми выступами 22, может улучшать изгибающие свойства кабеля 2 по сравнению с кабелем 2, содержащим гладкую первую внешнюю поверхность 16. В дополнительном или альтернативном вариантах осуществления, первая внутренняя поверхность 10 и/или первая внешняя поверхность снабжены рисунком из отверстий, пузырьков, тиснений, а также и/или любой их комбинацией. Другие такие структурированные, усиливающие зажим обработки металла известны специалисту в данной области техники. Размеры таких выступов 22, 24, отверстий, пузырьков, тиснений и/или их комбинаций можно охарактеризовать, например, наличием шагов и/или внутренних максимальных диаметров между и в каждом таком элементе обработки они составляют в вариантах осуществления от около 0,01 мм до около 1,0 мм, предпочтительно, от около 0,05 мм до около 0,4 мм, наиболее предпочтительно, от около 0,1 мм до около 0,2 мм, например, для вышеупомянутой металлической ленты имеют толщину от около 5 мкм до около 50 мкм.
Фиг. 5a изображает варианты осуществления самоподдерживающегося кабеля 2, в которых первая внешняя поверхность 16 снабжена первыми выступами 22. Первая внутренняя поверхность 10 является, по существу, гладкой. В этих вариантах осуществления, изолирующий слой 44 содержит первую внешнюю поверхность 16.
Фиг. 5b изображает варианты осуществления самоподдерживающегося кабеля 2, в которых первая внешняя поверхность 16 является, по существу, гладкой. Первая внутренняя поверхность 10 снабжена вторыми выступами 24. В этих вариантах осуществления, изолирующий слой 44 содержит первую внешнюю поверхность 16.
Фиг. 5c изображает варианты осуществления самоподдерживающегося кабеля 2, в которых первая внешняя поверхность 16 снабжена первыми выступами 22. Первая внутренняя поверхность 10 снабжена вторыми выступами 24. В этих вариантах осуществления изолирующий слой 44 содержит первую внешнюю поверхность 16.
Фиг. 5d изображает варианты осуществления самоподдерживающегося кабеля 2, в которых первая внешняя поверхность 16 является, по существу, гладкой и первая внутренняя поверхность 10 является, по существу, гладкой. В этих вариантах осуществления внутренняя часть содержит изолирующий слой 44 вокруг по меньшей мере одной жилы 8, а слой 46 металла приклеен снаружи изолирующего слоя 44. Слой 46 металла содержит первую внешнюю поверхность 16. Например, металлическая лента 20 может быть выполнена из алюминия и слой 46 металла может быть выполнен из алюминия. Таким образом, может быть достижим коэффициент трения по меньшей мере 0,4. Поскольку слой 46 металла содержит первую внешнюю поверхность 16 в этих вариантах осуществления, изолирующий слой 44 может содержать изолирующий материал, отличающийся от резиноподобного материала, например, поперечно сшитый полиэтилен (СПЭ), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) или поливинилхлорид (ПВХ). В альтернативном варианте, вместо одного изолирующего слоя 44 можно предусмотреть систему из трех слоев, как проиллюстрировано в связи со второй внутренней частью 9 на фиг. 3a-3c.
Фиг. 6 изображает вариант осуществления соответствующей изобретению комбинации устройства 50 подвеса и самоподдерживающегося кабеля 2, соответствующего раскрытым здесь вариантам осуществления, в точке подвеса. Устройство 50 подвеса содержит так называемую спираль с жестко закрепленным концом, называемую просто спиралью. Устройство 50 подвеса выполнено с возможностью крепления кабеля 2, например, к столбчатой опоре 54 на подвешиваемом конце кабеля 2. Устройство 50 подвеса содержит одну или более металлических проволок 52, накрученных вокруг кабеля 2 в спираль. Один конец 56 проволоки 52 закрепляют на столбчатой опоре 54.
На каждом из обоих подвешиваемых концов кабеля 2 этот кабель 2 может подвергаться воздействию наибольшей силы, которая должна быть передана от кабеля 2 через устройство 50 подвеса к столбчатой опоре 54. В зависимости от типа самоподдерживающегося кабеля, кабель 2 может быть выполнен, чтобы выдерживать, например, силу 100 кН вдоль кабеля 2. Сила вдоль кабеля 2 содержит силу G тяжести самого кабеля 2. Однако в той области, которая показана на вышеупомянутом чертеже сил, возникают и силы большей величины, когда кабель 2 подвергается воздействию нагрузок от инородных объектов, например, таких, как деревья, падающие на кабель 2.
2
В преимущественном варианте осуществления комбинация устройства подвеса и самоподдерживающегося кабеля может иметь размеры, конкретно выбранные для того, чтобы выдерживать значительные нагрузки. Примерами таких нагружающих сил, подобных тем, воздействие которых происходит во время обычной эксплуатации комбинации (в подвешенном состоянии), можно считать случаи воздействия общего давления в диапазоне между около 1 МПа (Н/мм) до около 3 МПа по всей области вдоль подвеса кабеля. Во время ситуаций значительных нагрузок, таких как падение деревьев, порыв ветра и/или выпадение снега, возможно воздействие повышенных нагрузок, например, нарастающих до давлений от около 5 МПа до около 6 МПа в течение периода нагрузки от 1 до 6 суток или более. Дополнительно, чтобы выдерживать экстремальные нагрузки, такие как падающие большие деревья или при ослаблении столбчатой опоры, можно выполнить упомянутую комбинацию для экстремальных нагрузок в области, точке или на линии подвеса, приводя к выдерживанию нарастающих давлений от около 10 МПа до около 20 МПа или более в течение короткого периода от около 1 секунды до около 10 минут или даже больше.
Сила, действующая на кабель 2, простирается вдоль продольного направления 13 кабеля 2 в соответствии с раскрытыми здесь вариантами осуществления. Накрученные проволоки 52 вступают во фрикционное сцепление с внешней поверхностью 12 кабеля 2. Сила, действующая в продольном направлении 13, вызывает уменьшение диаметра спирали, образованной накрученными проволоками 52. Таким образом, точка, линия или область подвеса самоподдерживающегося кабеля 2, частично охваченная накрученными проволоками 52, подвергается воздействию направленных радиально внутрь сил F. Направленные радиально внутрь силы F могут вызывать фрикционное сцепление друг с другом первой внутренней поверхности 10 внешней части 4 кабеля 2 и первой внешней поверхности 16 внутренней части 6 кабеля 2 в точке, по линии или в области подвеса либо вдоль точки, линии или области подвеса для передачи силы вдоль продольного направления 13 от внешней части 4 к внутренней части 6. Накрученные проволоки 52 могут простираться на расстояние до 2-4 метров вдоль кабеля 2, чтобы распределять направленные радиально внутрь силы F, действующие на кабель 2. Фактическую длину области или линии подвеса преимущественно можно выбирать в зависимости от веса погонного метра кабеля, диаметра кабеля, мягкости материала, выбираемого для внешней части 4 и слоя металла.
Накрученные проволоки 52 можно снабжать шероховатой поверхностью, чтобы гарантировать хорошее фрикционное сцепление с внешней поверхностью 12 кабеля 2. Накрученные проволоки можно снабжать на кабеле 2 рисунком укладки, отличающимся от спирали с жестко закрепленным концом, таким как, например, геликоидальный рисунок, зигзагообразный рисунок вдоль длины или окружности кабеля, петлевой рисунок и любая их комбинация, способная обеспечить деформацию металлической ленты от точки к точке, по периферии и/или по продольно простирающимся линиям. Накрученные проволоки могут быть выполнены из различных материалов, таких как металл, полимер, армированный стекловолокном или углеродным волокном, или их комбинации, чтобы обеспечить прочное и долговечное устройство подвеса. Термин «проволоки» также может включать в себя «ленты» или связанные нити.
Как самоподдерживающийся кабель в соответствии с вариантами осуществления, так и комбинацию в соответствии с вариантами осуществления устройства подвеса и такого кабеля, преимущественно можно использовать в воздушных, подземных или морских сферах применения. Морские сферы применения могут включать в себя распределение мощностей, подводимых использующими волны моря прибрежными электростанциями или ветровыми электростанциями, нефтяные и/или газовые платформы и промысловые насосы, а также распределение мощности, транспортируемой от энергетических установок, использующих волны моря, к берегу или между такими установками.
Дальнейшее обсуждение относится к кабелям в соответствии с раскрытыми здесь вариантами осуществления. Как обсуждено первоначально, в области кабеля 2, подвергающегося воздействию направленных радиально внутрь сил F, имеет место проскальзывание между первой внешней поверхностью 16 и внешней частью 4 по первой внутренней поверхности 10, а, следовательно, металлическая лента 20 локально деформируется. Первая внутренняя поверхность 10 сдвигается первой внешней поверхностью 16, однако, без разрыва металлической ленты 20, превышающего локальный. Таким образом, продольная сила вдоль кабеля 2 может равномерно распределяться вдоль упомянутой области. Поэтому в раскрытых здесь вариантах осуществления устройство 50 подвеса, подвергающее кабель 2 воздействию направленных радиально внутрь сил F, такое как спираль, движется в меньшей степени и более управляемо по отношению к внешней части 4 кабеля 2, чем в случае кабеля из уровня техники, такого как кабель, раскрытый в US 6288339. Таким образом, для кабелей 2 в соответствии с раскрытыми здесь вариантами осуществления риск разрыва внешней части 4 или разматывания спирали с кабеля 2 меньше, чем в кабелях из уровня техники.
Некоторые металлы, такие как медь и алюминий, упрочняются при деформации. Фрикционное сцепление между первой внешней поверхностью 16 и первой внутренней поверхностью 10 может приводить к деформации первой внутренней поверхности 10, когда кабель 2 подвергается воздействию направленных радиально внутрь сил F и силы вдоль продольного направления 13 кабеля 2. Когда металлическая лента 20 выполнена, например, из меди или алюминия, благодаря деформационному упрочнению, трение между первыми внутренней и внешней поверхностями 10, 16 повышается по мере локального упрочнения материала металлической ленты 20 там, где первая внутренняя поверхность 10 деформируется. В конце концов, никакой деформации в одной локальной зоне больше не происходит. Вместо этого, деформация может продолжаться в другой локальной зоне. Таким образом, нагрузка распределяется по области внешней части 4, охваченной проволокой или спиралью, без разрыва внешней части 4. Достигается равномерное распределение силы вдоль продольного направления 13 от внешней части 4 к внутренней части 6. Проволока или спираль могут передавать на кабель 2 в соответствии с раскрытыми здесь вариантами осуществления нагрузку большую, чем кабели из уровня техники.
В дальнейшем представлены приблизительные коэффициенты трения μ для некоторых сочетаний материалов, включая металлическую ленту 20, содержащую первую внутреннюю поверхность 10 и первую внешнюю поверхность 16 внутренней части 6. Таким образом, это примеры подходящих сочетаний материалов.
Медь - медь - μ=0,4-1,2
Медь - низкоуглеродистая сталь - μ=0,5
Медь - покрытая оловом медь - μ=0,4-1,1
Алюминий - алюминий - μ=0,4-1,1
Алюминий - низкоуглеродистая сталь - μ=0,6
Металл - резина - μ=0,5-1,5
Вышеописанные примерные варианты осуществления можно объединять, что понятно специалисту в данной области техники. Например, металлическая лента 20 может быть приклеена к внешнему слою 18, как раскрыто в связи с фиг. 4, во всех раскрытых вариантах осуществления. Хотя ссылки сделаны на примерные варианты осуществления, для специалистов в данной области техники станут очевидными многие другие изменения, модификации и т.п. Например, металлическая лента 20 как таковая может быть приклеена к внешнему слою 18 посредством связующего слоя. Связующий слой может содержать клей или другое соединяющее вещество, как пояснялось в связи с фиг. 4. В точке подвеса кабеля можно использовать устройства подвеса других типов, отличающиеся от проволок или спиралей и подвергающие кабель воздействию направленных радиально внутрь сил, такие как натяжные зажимы. Изготовленная, по существу, гладкой первая внутренняя поверхность 10 или первая внешняя поверхность 16 могут под действием радиальной нагрузки деформироваться, в частности, когда, по существу, гладкая поверхность упирается в противоположную поверхность, снабженную выступами. Поверхность, полученная, например, путем прокатки металла в лист или полосу, обеспечивает пример, по существу, гладкой поверхности. Соответственно, можно рассматривать и другие поверхности подобной гладкости как являющиеся, по существу, гладкими поверхностями. Следовательно, следует понимать, что вышеизложенное является иллюстрацией различных примерных вариантов осуществления и что изобретение определяется только прилагаемой формулы изобретения.
Как употребляется здесь, термин «содержащий» или «содержит» является неограниченным и включает в себя один или более изложенных признаков, элементов, этапов, компонентов или функций, но не исключает наличия или добавления одного или более других признаков, элементов, этапов, компонентов, функций или их групп.