КАБЕЛЬ КОАКСИАЛЬНЫЙ СИЛОВОЙ

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для использования при передаче и распределении электрической энергии в силовых и осветительных сетях.
Известны коаксиальные кабели различного назначения, например, геофизические, радиочастотные, сверхпроводящие и др. (1, 2, 3). Так коаксиальный геофизический кабель согласно (4), предназначен для проведения работ и исследований в нефтяных и газовых скважинах. Кабель содержит изолированные друг от друга центральную токоведущую жилу, токоведущую медную оплетку и двухповивовую проволочную броню. Центральная жила выполнена из повивов медной проволоки с площадью поперечного сечения не менее 1,5 мм и равной по величине площади поперечного сечения токоведущей оплетки. Конструкция кабеля обеспечивает передачу высокой электрической мощности возможность использования его, как в качестве измерительного, так и силового.
Недостатком известной конструкции является большая масса погонного метра кабеля, что исключает использование его при прокладке воздушных линий, из-за значительного провисания и опасности обрыва.
Известен также силовой кабель для идентификации произведенного, переданного и потребленного электричества (5). Кабель содержит в поперечном сечении две подобласти материалов, один из которых проводник, а другой
- диэлектрик. Часть линии границы сечения и/или часть линии границы подобластей проводника и/или диэлектрика выполнена в виде фрагмента косого конического сечения прямого кругового конуса. Такое исполнение обеспечивает асимметричное расположение жил в поперечном сечении кабеля относительно экрана или продольной оси кабеля и повышает его электрочастотные характеристики за счет индивидуальных параметров сечения.
Недостатком такой конструкции кабеля является сложная технология изготовления, а также узкое специальное применение - для учета и контроля параметров передаваемой энергии и использование его для обычной передачи и подвода электрической энергии к потребителям экономически не оправдано.
12
Предложен электрический кабель для передачи энергии при больших мощностях (6). Кабель содержит изолированные токопроводящие жилы, одна из которых используется в качестве нулевого проводника, при этом последний зашунтирован сторонними проводящими частями. Расположение нулевого проводника подчиняется определенному эмпирическому соотношению, в которое входит расстояние а между центрами тяжести сечений нулевого проводника и ближайшей фазной жилы и ее периметр Р поперечного сечения. Такое исполнение электрического кабеля, когда изолированные токопроводящие жилы сгруппированы по четыре жилы, одна из которых используется в качестве нулевого проводника, исключает его перегрев при уменьшении сечения за счет создания особых условий распределения тока при однофазном коротком замыкании. При этом, становится возможно ограничить сверху сечение нулевого проводника, значение которого не превышает 30% сечения фазного проводника.
К недостатку конструкции можно отнести относительно большую массу погонного метра длины кабеля и вследствие этого возможность значительного провисания, что повышает опасность обрыва при прокладке воздушных линий.
Наиболее близок к предлагаемому техническому решению коаксиальный кабель для распределения электрической энергии в силовых сетях, который и выбран в качестве прототипа (7). Кабель содержит внутренний одножильный и внешний многожильный проводники, изолированные друг от друга диэлектрической оболочкой из пластмассы. Внешний многожильный проводник заключен в защитную диэлектрическую оболочку, изготовленную также из пластика. Проводники выполнены из алюминия, при этом количество жил N во внешнем многожильном проводнике составляет не менее 30 штук, а их число связано с сечением s внутреннего одножильного проводника эмпирическим соотношением: 3N=113-2s. Такое конструктивное исполнение позволяет повысить прочность проводника уменьшить его провисание при прокладке воздушных линий.
Тем не менее, существенным недостатком кабеля является значительное растяжение и провисание его в процессе эксплуатации на воздушных линиях, что снижает надежность и безопасность.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков; в т.ч. устранение провисания, повышение надежности и безопасности в процессе эксплуатации на воздушных линиях электропередач.
Поставленная задача решена тем, что в кабеле коаксиальном силовом, содержащем внутренний одножильный и внешний многожильный токопроводящие проводники с изоляцией между ними и внешнюю диэлектрическую защитную оболочку из пластмассы с включением стальной жилы, согласно полезной модели, внешняя защитная диэлектрическая оболочка содержит стальные жилы в форме бронирующей токопроводящей арматуры с площадью. поперечного сечения 4,0-30,0% от площади поперечного сечения токопроводящих проводников, при этом арматура равномерно размещена по периметру кабеля, защищена антикоррозионным покрытием и выполнена, с возможностью электрического контакта с внешним многожильным проводником.
Внутренний одножильный и внешний многожильный проводники выполнены из алюминиевой или медной проволоки.
Антикоррозионное покрытие бронирующей арматуры выполнено из цинка или хрома.
Внешняя диэлектрическая защитная оболочка и изоляция между внутренним и внешним проводниками выполнена из поливинилхлоридного пластиката.
Изоляция между внутренним и внешним проводниками выполнена из поливинилхлоридного пластиката, а внешняя диэлектрическая защитная оболочка выполнена из композиции силанольносшивающегося полиэтилена.
Предложенное конструктивное исполнение коаксиального силового кабеля отличается повышенной прочностью на разрыв, не большим остаточным удлинением при растяжении благодаря специальной форме расположения стальной бронирующей арматуры и оптимальному выбору соотношения ее сечения к сечению токопроводящих проводников.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показан вид поперечного сечения кабеля.
Кабель 1 содержит внутренний одножильный проводник 2, с изоляцией 3, отделяющей его от многожильного внешнего проводника 4, заключенного во внешнюю диэлектрическую оболочку 5 с бронирующей стальной арматурой 6, проволоки которой 7 размещены в слое многожильного внешнего проводника 4.
Для изготовления кабеля используют следующие материалы:
- проволоку алюминиевую или медную;
- проволоку стальную оцинкованную;
- пластикат поливинилхлоридный;
- композицию полиэтилена силанольносшивающегося.
В качестве изоляции возможно использование других равноценных материалов, обеспечивающих требуемые характеристики готового изделия.
Кабель коаксиальный силовой изготавливают следующим образом. На непрерывно подаваемый внутренний одножильный проводник 2 экструдируют диэлектрический слой изоляции 3. Затем вокруг полученного изолированного проводника 2 с изоляцией 3 размещают в один слой внутренний многожильный проводник 4, а также стальные проволоки 7 силовой арматуры 6, на которые предварительно наносят цинковое или хромовое покрытие (на чертеже не показано). Стальные проволоки 7 арматуры равномерно распределяют по окружности вокруг одножильного проводника 2 на поверхности изоляции 3 и плотно укладывают между проволоками многожильного проводника 4 с обеспечением электрического контакта между ними, а также процентного соотношения в диапазоне 4,0-30,0% от площади сечения токопроводящих проводников. Величину последнего выбирают в зависимости отсечения изготавливаемого кабеля. Концы проволок 7 стальной арматуры 6 и многожильного проводника 4 фиксируют на поверхности изоляции 3, а затем сверху экструдируют внешнюю диэлектрическую оболочку 5. Изоляцию 3 и диэлектрическую оболочку 5 изготавливают, как указано выше, из поливинилхлоридного пластиката (ГОСТ 5960-72 «Пластикат поливинилхлоридный для изоляции и защитных оболочек проводов и кабелей. Технические условия»). Диэлектрическая оболочка 5 может также изготавливаться на основе композиции силанольносшивающегося полиэтилена, удовлетворяющего необходимы требованиям по электрическому сопротивлению (ГОСТ 23286-78 «Кабели, провода и шнуры. Нормы толщин изоляции, оболочек и испытаний напряжением»). Готовый кабель наматывают на барабан (на чертеже не показано) и отправляют на склад.
В таблице 1 приведены некоторые характеристики кабеля согласно предлагаемой полезной модели.
Таблица 1.
Номинальное сечение внешнего и внутреннего проводников, мм
(*) Номинальная толщина, мм
Максимальный наружный диаметр, мм
Изоляции внутреннего проводника
Защитная диэлектрическая оболочка внешнего проводника
6/6
1,0
1,5
9,5
8/8
1,0
1,5
10,0
10/10
1,0
1,5
10,5
16/16
1,0
1,5
13,0
(*) Примечание: нижнее предельное отклонение от номинальной толщины изоляции для внутреннего проводника составляет - (0,1+0,1δ<sub>из1</sub>) и для изоляции внешнего внешней диэлектрической оболочки - (0,1+0,15 δ<sub>об2</sub>), где δ<sub>из1</sub> и δ<sub>об2</sub> - толщина изоляции проводников внутреннего и внешнего соответственно.
В таблице 2 представлены результаты испытаний опытных образцов кабеля коаксиального силового сечением 6/6 мм, изготовленного согласно полезной модели по основным техническим параметрам. Испытания проведены в соответствии с требованиями соответствующих ГОСТов и Технических требований для кабельной электротехнической продукции независимым органом аккредитованной центральной заводской лабораторией ЗАО «Молдав-кабель».
Таблица 2.
Контролируемый
К-во
Значение параметра
параметр
образцов, шт.
Нормированное
Фактическое
длина, м
1
2
3
1
2
3
4
1. Конструктивные элементы:
3х1
- сечение внутреннего и внешнего проводников, мм<sup>2</sup>
3
6/6
6
6
6
Внешний проводник - число проволок, в т.ч.
32
32
32
32
- бронирующей
4
4
4
4
арматуры.
0,5±0,01
0,630
0,633
0,635
- номинальный диаметр, мм
Номинальный диаметр внутреннего проводника, мм
2,73±0,04
2,73
2,74
2,75
Номинальная толщина изоляции, мм
1,20-0,22+не огр.
1,21
1,12
1,20
Номинальная толщина оболочки, мм
1,90-0,385+не огр.
1,83
1,96
1,96
2. Пиковое напряжение, кВ
на строительной длине
20/17±5%
Отсутствие пробоя изоляции и оболочки
3. Электрическое сопротивление проводников:
3×5
- внутреннего проводника Ом на 1 км
не более 5,11
4,85
4,87
4,85
- внешнего проводника, Ом на 1 км
5,11
4,98
4,97
4,98
4. Электрическое сопротивление изоляции:
- изоляция внутреннего проводника
не менее 1×10<sup>6</sup>
10,6×10<sup>6</sup>
25×10<sup>6</sup>
20×10<sup>6</sup>
- оболочки
18×10<sup>6</sup>
18×10<sup>6</sup>
18,7×10<sup>6</sup>
20,7×10<sup>6</sup>
5. Холодостойкость
3×1,5
Выдержка 2 часа при
-50°С±3°С нет трещин,
Трещины отсутствуют
2000В в течение 5 мин без пробоя
Пробой отсутствует;
6. Нераспространение
5×0,6
горения,
50
310 315 307 310 318
расстояние от нижнего края верхнего зажима до верхней границы по вреждения, не менее, мм
не распространяется горение
7. Проверка на изгиб диаметр ролика - 10d
3×0,65
Отсутствие обрыва
Обрыв проволок отсутствует
Изгиб на угол π/2
8.Предел прочности на разрыв, МПа
3×0,2
не менее 3848
4422
4483
4576 1
9. Испытание напряжением
3×5
2000 В 5 мин без пробоя
Пробой отсутствует
Как видно из таблицы 2, коаксиальный кабель, изготовленный согласно полезной модели, характеризуется высокими механическими и электрическими свойствами и отвечает требованиям всем безопасности предъявляемой для такой продукции.
Применение бронирующей арматуры в указанных пределах существенно повышает предельное усилие на разрыв кабеля и существенно снижает степень его удлинения при растяжении и соответственно минимизирует провисание в условиях эксплуатации на воздушных линиях электропередач.
Предлагаемый кабель коаксиальный силовой прошел производственные испытания и в настоящее время применяется в промышленных условиях при устройстве осветительных сетей, распределительных и передающих линий электропередач.
Источники информации:
7
1. RU №2001110661 А, МПК Н 01 В 11/18, G 01 V 3/18, (14) 2003.03.27.
5
2. RU №1595247 С, МПК Н 01 В 11/18, (14) 1994.07.30.
5
3. RU №2087956 С1, МПК Н 01 В 12/14, (14) 1997.08.20.
7
4. RU №2200999 С2, МПК Н 01 В 11/18, G 01 V 3/18, (14) 2003.03.20.
7
5.RU №2144711 C1, MПK H 01 B 9/00, 3/00, (22) 11.03.99.
6
6. RU №2113740 С1, МПК Н 01 В 9/00, (46) 20.06.98., (22) 14.12.94 г.
7
7. RU №33669 U1, МПК Н 01 В 9/04, (22) 17.02.2003, (46) 27.10.2003 Бюл. №30 (прототип).