Кабель силовой

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к силовым кабелям с изоляцией из композиции полипропилена (РРС), предназначенных для передачи и распределения электрической энергии в промышленных сетях с переменным напряжением 6-35 кВ и частотой 50 Гц.
2
Полипропилен, как полимерный материал с низкой проводимостью наряду с полиэтиленом, в настоящее время широко используются для изготовления изоляции в кабелях электропитания, в частности в кабелях со средним напряжением до 35кВ. Необходимые электрические свойства РРС, а именно низкая проводимость, обусловлена наличием наноразмерных фрагментов катализатора, источником происхождения которого является твердая каталитическая система композиции полипропилена. Большим достоинством полипропилена является возможность вторичного использования материала изоляции, низкие выбросы СО при производстве, а также отсутствие требований к сшивке изоляции жил.
Известен кабель электропитания, включающий полипропилен с наноразмерными фрагментами катализатора [RU №2570793 С2, 10.12.2015]. Кабель содержит проводник, окруженный по меньшей мере одним слоем (L) из полипропилена (РР), где полипропилен включает фрагменты катализатора (F) в виде твердой каталитической системы (SCS) со средним размером частиц d50 менее 1 μм, измеренные счетчиком Коултера LS200 при комнатной температуре с n-гептаном в качестве среды. Полипропилен (РР) является несшитым и представляет собой гомополимер пропилена (Н-РР), или статистический сополимер пропилена (R-PP), или гетерофазный сополимер пропилена (HECO) с полимерной матрицей (М) из указанного гомополимера пропилена (Н-РР) и/или указанного статистического сополимера пропилена (R-PP) и эластомерный сополимер пропилена (Е). Кабель электропитания включает проводник, окруженный внутренним полупроводниковым слоем, изолирующим слоем и внешним полупроводниковым слоем, в таком порядке, где по меньшей мере изолирующий слой представляет слой (L) и является кабелем электропитания высокого напряжения постоянного тока (HVDC).
Известен слой кабеля, содержащий гомополимер пропилена [ЕА №019563 В1, 30.04.2014]. Кабель включает не сшитый гомополимер пропилена с концентрацией мезопентада более чем 91% по данным ЯМР и с показателем разветвленности g' менее 1,00, при этом гомополимер пропилена содержит кристаллическую фракцию, кристаллизующуюся в диапазоне 200-105°С. Кристаллическая фракция содержит часть, которая при последующем плавлении со скоростью плавления 10°С/мин плавится при температуре, меньшей или равной 140°С, и эта часть составляет, по меньшей мере, 20 вес.% кристаллической фракции. Указанный гомополимер пропилена применяют в кабеле в качестве изолирующего или полупроводящего слоя, при этом кабель содержит один или несколько таких слоев.
В патенте [RU №149965 U1, 27.01.2015] описан кабель силовой на напряжение 6-35кВ. Кабель содержит три токопроводящие алюминиевые или медные жилы секторной формы, поверх каждой из которых последовательно наложены методом экструзии первый экран из электропроводящей полимерной композиции с радиусом закругления (r) в диапазоне от 2,5 до 3,6 мм, изоляция и второй экран из электропроводящей полимерной композиции. Изолированные жилы скручены в сердечник, поверх которого последовательно расположены скрепляющий слой, металлический экран из медных проволок, соединенных спирально наложенной медной лентой, разделительный слой и экструдированная наружная оболочка, а изоляция выполнена из этиленпропиленовой резины, которая представляет собой трекингостойкую этиленпропиленовую резину.
Недостатками известных аналогов являются высокая кристалличность гомополимер пропилена, что повышает температуру плавления и температуру обработки такого материала, а также снижает его пластичность и тем самым гибкость конечного продукта. Изоляция кабеля из этиленпропиленовой резины имеет недостаточную термо-, влаго- и трекингостойкость, что ухудшает эксплуатационные характеристики кабеля и ограничивает его использование.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является конструкция силового кабеля с полипропиленовой (РР) изоляцией для среднего напряжения 26/35кВ и ниже, выбранная в качестве прототипа [CN №107705881 А, 16.02.2018]. Силовой кабель с изоляцией из полипропилена содержит одножильные или трехжильные изолированные жилы. Внешний проводник каждого изолированного сердечника экструдируется изнутри наружу по очереди с использованием изоляции из полипропилена (РР). Изоляционный слой и изоляционный экранирующий слой изготовлены с использованием модифицированной формулы полипропиленового (РР) материала разработанной университетом Цзяотун. Сердечник одножильного изолированного провода оборачивается экранирующим слоем и подкладочным слоем из медной ленты, а внешняя сторона подкладочного слоя выдавлена в наружную оболочку. Трехжильный изолированный сердечник провода сформирован в кабель, а жила трехжильного изолированного провода имеет с внешней стороны прокладку и оболочку. Изоляционный материал из модифицированного полипропилена (РР) выполнен без изменения экструзионной структуры кабеля, при этом экструзионные материалы для проводов и экранирующие материалы, совместимы с изоляционным материалом. Максимальная температура жилы кабеля при нормальной работе составляет 100°С.
Кабель, согласно прототипа, имеет характерный недостаток, заключающийся в высокой кристалличности полипропиленовой композиции (РР), что обуславливает повышенную температуру плавления и температуру обработки, а также плохую гибкость при низкотемпературном воздействии.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков и повышение потребительских качеств кабеля силового.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эксплуатационных температурных и улучшении электрических характеристик.
12
-4
-4
-4
Технический результат достигается тем, что в кабеле силовом, содержащим одножильный или трехжильный токопроводящий сердечник из алюминиевых или медных проводников, поверх каждого проводника наложен полупроводящий экранирующий слой, изолирующий слой и изолирующий полупроводящий экранирующий слой, выполненные из модифицированного полипропилена, и экранирующий металлический слой, согласно полезной модели, токопроводящий сердечник (1) содержит первый разделительный (5) слой изоляции, поверх которого уложены экранирующий металлический (6) слой, а затем второй разделительный (7) слой, на который наложена наружная оболочка (8) из экструдированного полиэтилена, при этом модифицированный полипропилен для экранирующего (2) слоя и изолирующего экранирующего (4) слоя представляет собой экструдируемую полупроводящую композицию полипропилена, а для изолирующего (3) слоя модифицированный полипропилен представлен композицией полипропилена, которая характеризуется удельным объемным электрическим сопротивлением не менее 10Ом⋅см при 90°С; тангенсом угла диэлектрических потерь 0,8⋅10 при температуре 30°С, тангенсом угла диэлектрических потерь 1,3⋅10 при температуре 90°С и тангенсом угла диэлектрических потерь 5,6⋅10 при температуре 130°С.
Токопроводящий трехжильный сердечник из алюминиевых или медных проводников выполнен с секторной или круглой жилой.
Токопроводящий одножильный сердечник из алюминиевых или медных проводников выполнен с секторной или круглой жилой.
Экранирующий металлический слой выполнен из медных проволок, которые скреплены медной лентой.
Экранирующий слой и изолирующий экранирующий слой выполнены из полупроводящей композиции полипропилена гомополимерного типа, характеризующегося частичной кристаллизацией в твердом состоянии.
3
Изолирующий слой композиции из полипропилена имеет молекулярную структуру с содержанием изотактической фракции 93-95 % и характеризуется плотностью 0,90-0,91 г/см.
Наружная оболочка выполнена из экструдированной полимерной композиции, не содержащей галогенов или поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности.
Сущность полезной модели поясняется чертежами на фиг. 1-6.
На фиг. 1 представлен вид кабеля силового трехжильного в поперечном сечении с секторной многопроволочной токопроводящей жилой.
На фиг. 2 - вид кабеля силового трехжильного в поперечном сечении с круглой многопроволочной токопроводящей жилой.
На фиг. 3 - вид кабеля силового трехжильного в поперечном сечении с секторной однопроволочной токопроводящей жилой.
На фиг. 4 - вид кабеля силового одножильного в поперечном сечении с круглой многопроволочной токопроводящей жилой.
На фиг. 5 - вид кабеля силового одножильного в поперечном сечении с секторной однопроволочной токопроводящей жилой.
На фиг. 6 - вид кабеля силового трехжильного в поперечном сечении с круглой однопроволочной токопроводящей жилой.
12
-4
-4
-4
Кабель силовой включает одножильный или трехжильный токопроводящий сердечник 1 из алюминиевых или медных проводников, поверх каждого проводника наложен полупроводящий экранирующий 2 слой из экструдируемой полупроводящей композиции полипропилена, изолирующий 3 слой из композиции полипропилена и изолирующий полупроводящий экранирующий 4 слой из экструдируемой полупроводящей композиции полипропилена, выполненные из модифицированного полипропилена; первый разделительный 5 слой, поверх которого уложены экранирующий металлический 6 слой и второй разделительный 7 слой, поверх которого выполнена наружная оболочка 8 из экструдированного полиэтилена; композиция полипропилена изолирующего слоя 3 характеризуется удельным объемным электрическим сопротивлением не менее 10Ом⋅см при 90°С, тангенсом угла диэлектрических потерь 0,8⋅10 при температуре 30°С, тангенсом угла диэлектрических потерь 1,3⋅10 при температуре 90°С и тангенсом угла диэлектрических потерь 5,6⋅10 при температуре 130°С.
Реализация полезной модели
В соответствии с полезной моделью технологией производства предусмотрено изготовление кабелей силовых с одножильным (см. фиг. 4, 5) токопроводящим сердечником 1 или трехжильным (см. фиг. 1, 2, 3, 6) токопроводящим сердечником 1, который выполняют из алюминиевых или медных проводников. Токопроводящий сердечник 1 может быть выполнен с секторной 11 многопроволочной жилой (см. фиг. 1) или круглой 12 многопроволочной жилой (см. фиг. 2), либо с секторной однопроволочной жилой 13, 15 (см. фиг. 3, 5) или круглой 14, 16 однопроволочной жилой (см. фиг. 4, 6).
3
12
-4
-4
-4
В процессе изготовления кабеля силового на каждый проводник токопроводящего сердечника 1 методом экструзии накладывают изоляцию из модифицированного полипропилена, при этом сначала на токопроводящий сердечник 1 накладывают полупроводящий экранирующий 2 слой, затем изолирующий 3 слой. Изолирующий 3 слой выполняют из композиции полипропилена имеющей молекулярную структуру с содержанием изотактической фракции 93-95% с плотностью 0,90-0,91 г/см, при этом такая композиция полипропилена изолирующего слоя (3) характеризуется необходимыми заданными электрическими свойствами, а именно: удельным объемным электрическим сопротивлением не менее 10Ом⋅см при 90°С, а также тангенсом угла диэлектрических потерь 0,8⋅10 при температуре 30°С, тангенсом угла диэлектрических потерь 1,3⋅10 при температуре 90°С и тангенсом угла диэлектрических потерь 5,6⋅10 при температуре 130°С.
Далее, по верху изолирующего 3 слоя укладывают изолирующий полупроводящий экранирующий 4 слой, который, как и экранирующий 2 слой, выполняют из полупроводящей композиции полипропилена гомополимерного типа, характеризующегося частичной кристаллизацией в твердом состоянии. Затем сверху изолирующего полупроводящего экранирующего 4 слоя накладывают первый разделительный 5 слой, на который укладывают экранирующий металлический 6 слой. Экранирующий металлический 6 слой выполняют из медных проволок, которые скрепляют медной лентой (на чертеже не показано), а по верху экранирующего металлического 6 слоя накладывают второй разделительный 7 слой.
Затем на разделительный слой 7 накладывают наружную оболочку 8 из полиэтилена, которую выполняют из экструдированной полимерной композиции, не содержащей галогенов или поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности.
Полученный кабель силовой с полупроводящим экранирующий 2 слоем из экструдируемой полупроводящей композиции полипропилена, изолирующим 3 слоем из композиции полипропилена, изолирующим полупроводящим экранирующим 4 слоем из экструдируемой полупроводящей композиции полипропилена (РРС) и защитной наружной оболочкой 8 из полиэтилена в виде полимерной композиции, не содержащей галогенов или поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности, характеризуется повышенной температурой эксплуатации - до 110°С и улучшенными электрическими показателями - удельным объемным электрическим сопротивлением, более низким значением тангенсом угла диэлектрических потерь, а также выдерживает воздействие более высокого импульсного напряжения и имеет высокие значения допустимых токов нагрузки при равных сечениях токопроводящих жил по сравнению с прототипом.
2
Процесс производства кабеля с изоляцией из композиции полипропилена (РРС) не требует сшивки изоляции жил и характеризуется низкими выбросами СО. Важным техноэкономическим преимуществом производства такого силового кабеля является возможность вторичного использования материала изоляции из композиции РРС.
Комбинация изоляции из полипропиленового компаунда РРС и защитной наружной оболочкой 8 из полиэтилена в виде полимерной композиции, не содержащей галогенов, обеспечивает дополнительные преимущества новому кабелю перед прототипом. Такие кабели могут быть проложены в сетях, выполненных кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена, с использованием такой же арматуры, которая используется с кабелями с изоляцией из сшитого полиэтилена.