ГИБКАЯ ЗАЩИТНАЯ ПОЛИМЕРНАЯ ТРУБА ДЛЯ ПРОКЛАДКИ КАБЕЛЯ

Полезная модель относится к области прокладки кабельных линий, в т.ч. кабельных линий передачи электроэнергии, в частности предназначенных для использования при прокладке силовых кабельных линий классов напряжения 0,38 кВ и выше в трубах, затянутых в грунт методом горизонтально-направленного бурения (ГНБ).
Известна гибкая труба и способ сооружения трубопровода (RU 2030674 С1, 10.03.1995), состоящая из упругих кольцеобразных элементов, например из отслуживших свой срок автопокрышек, соединенных между собой посредством стяжек с фиксаторами, пропущенных через отверстия в боковинах кольцеообразных элементов, при этом по меньшей мере на одном из торцов трубы в боковине упругого кольцеобразного элемента выполнены дополнительные отверстия для стыковки, расположенные на окружностях, концентричных оси трубы, со смещением относительно отверстий под стяжки, и по меньшей мере один конец стяжки выполнен выступающим за торец трубы.
Недостатком данного технического решения является сложность монтажа протяженных трубопроводов с учетом особенностей предложенной конструкции.
Известны кабелепроводное устройство с по меньшей мере одной кабелепроводной трубой из термопластичной пластмассы и способ втягивания кабелей в кабелепроводные трубы (RU 2128389 С1, 27.03.1999), которое содержит комбинацию следующих признаков:
1) ребра скольжения выполнены волнообразно и между участками с постоянным углом поворота образованы реверсивные зоны;
2) контактная ширина b ребер, число z ребер скольжения, распределенных по окружности внутренней стенки канала на равном удалении друг от друга, внутренний радиус r трубы и обозначенная как Lк длина контактных участков ребер между реверсивными зонами удовлетворяют равенству:
2
Ar=0,16bzLK,
2
при этом А определяет контактную поверхность кабельной оболочки в точках пересечения с ребрами скольжения в контактных участках ребер и лежит в числовых пределах от 4,5 до 32 мм;
3) измеренный в радианах угол g наклона ребер скольжения, измеренный на внутренней стенке канала, удовлетворяет равенству
g=rа/Lк
и лежит в числовых пределах от 0,001 до 0,2 рад, при этом r выбран в пределах от 12 до 100 мм, a Lк выбрана в пределах от 500 до 10000 мм, и вводимые кабели имеют наружный радиус в пределах от 5 до 45 мм. Заданный размер угла поворота относится при этом к продольному участку оси кабельного канала между реверсивными зонами.
Недостатком данного технического решения является то, что оно не обеспечивает стойкости к атмосферным воздействиям, а также требуемых прочностных характеристик и устойчивости к динамическим нагрузкам.
Наиболее близким аналогом выбрана труба для прокладки кабельной линии с защитой оболочки кабеля от механических повреждений на концевых участках (RU 187923 U9, 25.03.2019), содержащая полый цилиндрический корпус со сквозным, продольным кабель-каналом, ограниченным боковой поверхностью корпуса, и концевые участки для ввода и вывода кабеля в/из полости кабель-канала, причем не менее чем один концевой участок трубы снабжен трубчатым торцевым профильным расширителем с раструбом, сформированным изгибом боковой поверхности корпуса расширителя с плавным расширением раскрыва раструба к свободному концу, где радиус изгиба боковой поверхности раструба расширителя трубы RT по его внутренней поверхности не превышает наибольший радиус изгиба кабеля RK под собственным весом.
Недостатком известного технического решения является то, что в данном случае обеспечивается лишь защита кабеля в месте выхода его на концевых участках трубы подземной кабельной линии, при этом не обеспечивается возможность сохранения всех прочностных свойств кабеля на длительный срок эксплуатации.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание гибкой защитной полимерной трубы для прокладки кабеля с повышенными эксплуатационными характеристиками и обладающей малым весом.
Технический результат заключается в повышении надежности эксплуатации гибкой защитной полимерной трубы для прокладки кабеля, обеспечиваемой механической прочностью, герметичностью, высокой эластичностью и повышенной термостойкостью материала трубы.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в гибкой защитной полимерной трубе для прокладки кабеля, содержащей полый цилиндрический корпус со сквозным, продольным кабель-каналом, ограниченным поверхностью корпуса, и концевые участки для ввода и вывода кабеля в/из полости кабель-канала, поверхность корпуса трубы выполнена из сплошного слоя полимерного материала, внутри которого размещены армирующие элементы в виде металлической ленты и проволок, при этом в качестве полимерного материала использована полиолефиновая силанольносшиваемая композиция.
Проволоки могут быть выполнены медными или алюминиевыми.
В качестве проволок могут использоваться токопроводящие жилы, количество которых не превышает 10-30% от общего числа проволок.
Предложенная полезная модель представлена на фиг. 1, где показано поперечное сечение гибкой полимерной трубы.
Позициями на чертеже обозначены:
1 - кабель-канал; 2, 3, 4 - армирующие элементы, причем 2 - металлическая лента, уложенная под углом 70-85° к оси трубы, 3 - повив металлических проволок, имеющих форму спирали и угол повива к оси трубы 15-30°, 4 - повив металлических проволок, имеющих форму спирали и угол повива к оси трубы 15-30°; 5 - наружная оболочка.
На фиг. 2 показано снижение механической прочности полиэтилена низкого давления (ПНД) - труб в зависимости от температуры и времени.
Предложенная гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля применяется в кабельных линиях как при обустройстве открытых переходных пунктов, когда в месте перехода воздушной линии в кабельные концевые муфты размещаются прямо на траверсе опоры на большой высоте, экономя землю, которую раньше было нужно отвести для строительства закрытого переходного пункта; так и при прокладке методом горизонтально-направленного бурения (ГНБ) с длиной участков более 500 м и глубиной заложения кабеля более 10 м.
Преимуществом выполнения поверхности корпуса трубы из полиолефиновой силанольносшиваемой композиции является отсутствие ограничений на перепад высот по трассе кабельной линии. Это свойство, которого лишены кабели с бумажно-масляной изоляцией и маслонаполненные.
Наличие армирующих элементов в виде металлических лент и проволок, которые могут быть выполнены из медных или алюминиевых сплавов, обеспечивает прочность трубы.
Наличие, в частности, токопроводящих жил в полимерной трубе для кабеля в количестве от 10 до 30%, дополнительно к повышению прочности, позволяет получить хорошо защищенный от внешних воздействий канал связи и управления аппаратурой, датчиками и исполнительными механизмами, что позволяет также применять такую трубу в качестве грузонесущей трубы при использовании в скважинах.
Таким образом, предложенная гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля в сочетании с наличием армирующих элементов и материалом поверхности корпуса трубы, обладающего малым весом, морозостойкостью, химической, атмосферной, радиационной стойкостью, диэлектрической прочностью, прочностью при растяжении и сжатии, ударопрочностью и устойчивостью к динамическим нагрузкам, позволяет не только поднимать современный кабель на большую высоту над землей (опоры высоковольтных линий), но и размещать его на большой глубине под землей (метод ГНБ).
Важнейшим критерием надежности эксплуатации и увеличения длительности срока службы кабельной линии является ее ремонтопригодность. К сожалению, кабельные линии, проложенные методом ГНБ, далеко не всегда удовлетворяют этому критерию, ведь при ГНБ кабели зачастую оказываются в неподходящих трубах, да еще на значительной глубине. Без решения вопроса о ремонтопригодности метод ГНБ не является способом строительства сетей будущего, а приводит к оставлению в земле дорогостоящего кабеля.
Ремонт или замена кабеля, проложенного методом ГНБ, возможны лишь если полимерные трубы, в которых размещен кабель, предполагают многоразовое использование, т.е. из них можно беспрепятственно извлекать кабель и затягивать его обратно. Подобную возможность обеспечивает предложенная гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля, которая позволяет не только проложить кабель, но и сохранять все свои прочностные свойства на десятилетия вперед, что обеспечивает увеличение длительности срока службы кабельной линии.
Предлагаемая гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля изготавливается методом экструзии, с последующим наложением армирующих элементов методом обмотки, продольно - под углом 15-30 градусов, поперечно - под углом 70-85 градусов. Поверх армирующих элементов наносится слой полимера методом экструзии.
Сложность создания термостойких труб для нужд кабельной отрасли состоит в том, что необходимо найти состав полимеров, который обеспечил бы сочетание в одном и том же материале свойств, присущих и дорогому сшитому полиэтилену, и простому ПНД. Термостойкие трубы должны иметь необходимую кратковременную стойкость к перегреву (как сшитый полиэтилен), но в то же время должны без проблем подвергаться стыковой сварке (как ПНД).
ПНД (РЕ) не является термостойким полимером, а сшитый полиэтилен (XLPE) и ряд других материалов напротив являются термостойкими.
Трубы из ПНД (полиэтилена низкого давления, например, марки РЕ 100) допускается применять только при температуре до 40°С. Это связано исключительно со свойствами полиэтилена низкого давления, который не является термостойким (термостабильным) и поэтому не может обеспечить сохранность всех физико-механических свойств при температуре более 40°С. Длительная прочность материала ПНД (РЕ100) ограничена 40°С, а скажем при 80°С (такова температура оболочки кабеля, жила которого разогрета до 90°С) длительная прочность ПНД труб сохраняется всего лишь на протяжении 10-11 месяцев, а затем наступает краткосрочная деструкция материала и быстрое снижение механической прочности.
Анализ информации на фиг. 2 показывает, что при температурах, характерных для кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена, термическая стабильность ПНД-труб сохранится лишь в краткосрочном периоде, и через определенное время труба уже не сможет обеспечить возможность ремонта или замены кабеля, необходимые для эксплуатирующей организации. Именно этим объясняется отказ при строительстве кабелей от использования ПНД и переход на различные специальные термостойкие трубы.
Для изготовления предложенной гибкой защитной полимерной трубы для прокладки кабеля был выбран материал, состоящий из полиолефиновой силанольносшиваемой композиции. Основная полимерная сшиваемая композиция перед экструдированием смешивается с катализатором в соотношении 95:5. Процесс сшивки происходит путем погружения заготовки в горячую воду или воздействию пара при температуре 90°С.
Предложенная гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля обладает следующими характеристиками:
- является термостойкой и имеет рабочую температуру 110°С, что соответствует и нормальному режиму кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена (90°С), и режиму перегрузок (105-110°С), и имеет:
- температуру плавления 200°С;
- температуру размягчения 150°С;
- внутреннее давление до 25 МПа;
- наружное давление до 25 МПа;
- разрывное усилие до 250 кН.
Следует отметить, что с годами число кабельных линий, проложенных в полимерных трубах методом ГНБ, будет только возрастать. При этом полимерная труба - важный элемент кабельной системы, от которого напрямую зависит возможность будущего ремонта или замены кабеля, и материалу которой при строительстве кабельных линий необходимо уделять особое внимание.
Предложенная гибкая защитная полимерная труба для кабеля обладает всеми необходимыми физико-механическими свойствами для обеспечения высокой надежности эксплуатации кабельных линий.
В сравнении с известными полимерными защитными трубами, у которых гарантийный срок эксплуатации 12 мес. и срок службы 18 мес., предлагаемая труба имеет гарантийный срок эксплуатации 18 мес., а срок службы - 24 мес.