ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ ПОДВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно комбинированным высокочастотным кабелям для подводных радиотехнических устройств и может быть использована для передачи высокочастотных сигналов между блоками подводного оборудования.
Из уровня техники известно изобретение WO 2021027220 A1 (2021-02-18), содержащее волоконно-оптическую сборку, проводящий слой, экранирующий слой, защитный слой, армирующий слой и внешнюю оболочку, плакирующий слой. Проводящий слой содержит проводящие сборки, скрученные снаружи волоконно-оптической сборки. Подводный фотоэлектрический композитный кабель дополнительно содержит сборки заземляющих проводов, каждая из сборок проводников содержит проводник. Волоконно-оптический узел содержит волоконно-оптический модуль и теплоизоляционный слой, при этом теплоизоляционный слой расположен снаружи волоконно-оптического модуля. Подводный фотоэлектрический композитный кабель может эффективно отводить ток короткого замыкания и предотвращать попадание оптического волокна в высокотемпературную среду.
Недостатком данного технического решения является то, что используются только оптические информационные каналы, что не позволяет передавать радиотехнические сигналы.
2
2
2
2
Известна полезная модель №171487 (28.12.2016), которая может быть использован для передачи электрической энергии, информации и электрических сигналов контроля и управления по многочисленным каналам связи при проведении специальных работ на открытом воздухе в диапазоне температур от минус 30 (при изгибах кабеля) и от минус 50 (в фиксированном состоянии) до плюс 70°С. Кабель содержит оптоволоконную группу жил и четыре силовые токопроводящие жилы сечением 6,0 мм, которые вместе с центральным грузонесущим элементом скручены в первый повив. В качестве оптоволоконной группы использован многомодовый из четырех волокон типа G62,5/125 или G50/125 оптический кабель. Центральный грузонесущий элемент выполнен в виде троса из сверхвысокомодульных нитей типа НСВМ, поверх которого наложена оплетка из полиэфирных нитей. Свободный промежуток первого повива заполнен заполнителем из нитей полипропиленовых фибриллированных. Вокруг первого повива скручены четыре силовые токопроводящие жилы сечением 1,0 мм, две экранированные пары токопроводящих жил сечением 0,50 мм, четыре экранированные пары токопроводящих жил сечением 0,35 мм и четыре коаксиальные пары, внутренние и внешние проводники которых выполнены из медных луженых проволок. Токопроводящие жилы выполнены из медных проволок и изолированы полиэтиленом низкого давления. Изоляция проводников и оболочка поверх внешних проводников коаксиальных пар и поясная изоляция поверх экранированных пар выполнены из полиэтилена высокого давления. Поверх общей скрутки кабеля наложена скрепляющая обмотка из полиэтилентерефталатной пленки. Сверху обмотки наложена защитная оболочка из эластоллана 1175А или эластоллана 1180А. Разрывное усилие кабеля составляет не менее 4000 кгс. Кабель наряду с высокой прочностью обеспечивает высокую скорость передачи данных.
Недостатком данного технического решения является то, что конструкция не обеспечивает работу при гидростатическом давлении.
Также известна полезная модель №165636 (10.03.2015), которая относится к конструкциям комбинированных кабелей, предназначенным для использования в морской воде и передачи низковольтных сигналов и электрической энергии переменного тока. Кабель содержит скрученные в сердечник изолированные силовые медные токопроводящие жилы, скрученные в пары с экраном и оболочкой. Жилы выполнены многопроволочными. Межпроволочное пространство и свободные промежутки сердечника заполнены герметиком. Поверх сердечника наложены скрепляющий элемент из полиэтилентерефталатной пленки или водоблокирующей ленты и защитная оболочка. В качестве материала изоляции жил использована композиция полиэтилена, общей оболочки пар - композиция сополимера этилена с винилацетатом, защитной оболочки - композиция термопластичного полиуретана.
Недостатком данного технического решения является ограниченная полоса частот, которые обеспечивают информационные каналы кабеля.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является изобретение №2631945 (05.02.2016), которое относится к области электротехники и может быть использовано в конструкциях оптических кабелей связи при сооружении волоконно-оптических линий связи по руслу рек. В кабеле связи, содержащем оптические волокна в гидрофобном заполнителе в металлической трубке, вокруг которой проложены токопроводящие медные проволоки, промежуточную полимерную оболочку из полиэтилена высокого давления, и круглопроволочную броню из стальных оцинкованных проволок, и наружную полимерную оболочку из полиэтилена высокого давления, внутри металлической трубки оптические волокна помещены попарно в усиленный с помощью диэлектрических армирующих элементов и защищенный от влаги оптический модуль, общее количество которых расположено вокруг центрального диэлектрического силового элемента в гидрофобном заполнителе в медной металлической трубке, а круглопроволочная броня помещена в гидрофобный заполнитель между промежуточной и внешней полимерными оболочками. Изобретение обеспечивает возможность автономной системы питания и упрощает эксплуатацию.
Недостатком данного технического решения является то, что используются только оптические информационные каналы, что не позволяет передавать радиотехнические сигналы.
Общим недостатком данных технических решений является недостаточная стабильность параметров конструкции при внешних механических воздействиях, таких как гидростатическое давление и перегибы.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка кабеля с улучшенными прочностными характеристиками.
Данная задача решается благодаря тому, что высокочастотный комбинированный кабель для подводных объектов содержит в центре силовой элемент, вокруг которого расположены симметричные витые пары, содержащие токопроводящие жилы из медных мягких проволок, коаксиальные пары, содержащие центральный проводник из медных мягких посеребренных проволок, слои из пористой ФП ленты, обмотку из посеребренной медной ленты и синтетических лент, оплетение посеребренными медными проволоками и эластичную оболочку, кордели, наружную оболочку из ТПУ, при этом центральный силовой элемент выполнен из скрученных синтетических высокомодульных нитей и содержит оболочку, каждая жила симметричных витых пар содержит изоляцию из ПВД, каждая симметричная витая пара содержит оболочку из ПВД, причем центральный силовой элемент вместе с симметричными витыми парами находятся в оболочке-заполнителе из сэвилена, которая оплетена медной луженой проволокой, поверх которой идет обмотка, при этом коаксиальные пары расположены после водоблокирующей ленты, причем синтетическая лента укладывается с шагом, обеспечивающим ей зазор при обмотке 50% от ширины ленты, а два корделя выполнены из полиэтиленового прутка и находятся в одном ряду с коаксиальными парами противоположно друг другу, а также расположены таким образом, что между ними находятся четыре коаксиальные пары.
Техническим результатом является стабильность параметров конструкции при внешних механических воздействиях, таких как перегибы.
Высокочастотный комбинированный кабель для подводных объектов может быть использован для передачи высокочастотных сигналов между блоками подводного оборудования.
Сущность полезной модели поясняется чертежами
Фиг.1 – кабель в поперечном разрезе.
Фиг.2 – центральный силовой элемент 1 и его оболочка 2 (вид сбоку).
Фиг.3 – коаксиальная пара в поперечном разрезе.
Фиг.4 – симметричная витая пара (вид сбоку).
Фиг.5 – симметричная витая пара в поперечном разрезе.
Фиг.6 – кабель (вид сбоку).
Фиг.7 – коаксиальная пара (вид сбоку).
На фигурах обозначено: 1 – центральный силовой элемент; 2 – оболочка центрального силового элемента 1; 3 – токопроводящая жила; 4 – изоляция токопроводящих жил 3; 5 – оболочка симметричных витых пар; 6 – оболочка-заполнитель; 7 – медная луженая проволока; 8 – обмотка лентой; 9 – центральный проводник коаксиальных пар; 10 – пористая ФП лента; 11 –посеребренная медная лента; 12 – синтетическая лента; 13 – посеребренная медная проволока; 14 – эластичная оболочка; 15 – кордель; 16 – наружная оболочка кабеля.
Кабель в центре содержит силовой элемент 1 (фиг.2), выполненный из скрученных синтетических высокомодульных (СВМ) нитей линейной плотности 58,8 текс и содержащий оболочку 2 из ТПУ или полиэтилена низкого давления (ПНД). Количество СВМ нитей – 192 штуки. Оболочка 2 выполнена в виде сплошной экструзии.
Вокруг центрального силового элемента 1 расположены восемь симметричных витых пар (фиг.4 и 5), каждая из которых содержит две токопроводящие жилы 3 из медных мягких проволок. В одной токопроводящей жиле 3 одна проволока. Каждая жила 3 содержит изоляцию 4 из (ПВД), и каждая симметричная витая пара также содержит оболочку 5 из ПВД. Причем центральный силовой элемент 1 вместе с симметричными витыми парами находятся в оболочке-заполнителе 6 из сэвилена, которая оплетена медной луженой проволокой 7, поверх которой идет обмотка 8 из синтетической ленты. Причем изоляция 4, оболочка симметричных витых пар 5 и оболочка-заполнитель 6 выполнены в виде сплошной экструзии.
Вокруг синтетической ленты 8 расположены восемь коаксиальных пар (фиг.3), каждая из которых содержит центральный проводник 9 из медных мягких посеребренных проволок. Каждый центральный проводник 9 спирально изолирован не менее десятью слоями пористой фторопластовой ленты 10 сверхнизкой плотности. Поверх ФП ленты 10 идет обмотка из посеребренной медной ленты 11 и синтетических лент 12 с зазором 50%. То есть синтетическая лента 12 укладывается с шагом, обеспечивающим ей зазор при обмотке 50% от ширины ленты 12, как показано на фиг. 7.
Поверх обмотки 12 идет оплетение посеребренными медными проволоками 13. Поверх проволок 13 идет эластичная оболочка 14 из фторопластовой эластичной ленты или из термопластичного эластомера. Эластичная оболочка 14 выполнена в виде сплошной экструзии.
Также в ряду вместе с коаксиальными парами противоположно друг другу находятся два корделя 15 из полиэтиленового прутка. Кордели 15 расположены таким образом, что между ними находятся четыре коаксиальные пары 9.
После ряда из коаксиальных пар 9 и корделей 15 идет наружная оболочка кабеля 16 из ТПУ. Наружная оболочка 16 выполнена в виде сплошной экструзии.
Данный кабель обеспечивает стабильность параметров конструкции при внешних механических воздействиях, таких как гидростатическое давление и перегибы. Для того, чтобы это получить, в данной полезной модели используется фторопластовая лента сверхнизкой плотности, спирально намотанной на центральный проводник коаксиальных пар, которая минимизирует затухания и значительно улучшает фазовую стабильность при изгибе.
Данный кабель обеспечивает гибкость при полном сохранении радиотехнических и прочностных параметров, что достигается благодаря:
применению в данном кабеле таких изолирующих полимерных материалов как полиэтилен, сэвилен, полиуретан в качестве слоев и оболочек, которые имеют высокую гибкость;
применению высокопрочных высокомодульных нитей;
компоновке кабеля, в котором все слои выполнены в виде оплетки, спиральной обмотки и сплошной экструзии.
Благодаря особой многослойной структуре с применением центрального расположения силового элемента кабель обладает уникальными механическими свойствами, позволяющими изгибать кабель с меньшим диаметром, при этом сохраняя стабильность характеристик на участках изгиба.
Из практики известно, что применяемые в качестве силовых элементов высокомодульные нити имеют относительное удлинение до 3,5% и работают во всем диапазоне растягивающих нагрузок в зоне упругой деформации. Информационные каналы же изготавливаются из мягкой меди, имеющей относительное удлинение до 30%, а зона упругой деформации составляет менее 0,5% от разрывного усилия. Соответственно конечное оптимальное положение с точки зрения силовых нитей достигается при их сведении в один прямой пучок (центральный элемент), а информационные каналы (витые и коаксиальные пары) сердечника кабеля навиваются вокруг него с определенным шагом.
Среди разработок последнего времени интерес для кабельной промышленности представляют синтетические высокомодульные нити. Данные нити имеют большую удельную разрывную нагрузку по сравнению с традиционно применяемыми арамидными нитями (зарубежное название Кевлар). У арамидных нитей этот показатель равен 1,8 Н/текс, у СВМ – 2,3 Н/текс. Кроме того, экспериментально установлено, что нити СВМ имеют в 8-10 раз лучшую стойкость к перемоткам и изгибам по сравнению с арамидными волокнами. Кроме того, основу СВМ нитей составляет полиэтилен, а этот материал является прекрасным изолятором и диэлектриком. Диэлектрическая проницаемость нитей СВМ аналогична полиэтилену низкого давления (ПНД), а тангенс угла потерь равен аналогичному показателю физически вспененного полиэтилена. Таким образом, силовые нити СВМ могут успешно применяться в качестве изолятора для обычных проводников, и в качестве диэлектрика с низкими потерями для коаксиальных и витых пар.