КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИЛОВОЙ С ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИМ ЭКРАНОМ

Полезная модель относится к конструкциям силовых электрических кабелей высокого напряжения с пластмассовой изоляцией и электропроводящим экраном.
В высоковольтных кабелях на напряжение более 10 кВ электропроводящий экран изготовлен из электропроводящего материала, наложенного на изоляцию. Такой экран выполняет ряд функций. Во-первых, он (в случае выполнения жилы многопроволочной) выравнивает электрическое поле, т.е. устраняет эффект проволочности, что позволяет существенно уменьшить толщину изоляции. Многослойный электропроводящий экран шунтирует искажения электрического поля, которые возникают за счет наличия дефектов бумажной изоляции (складок, морщин и т.д.). Электропроводящий экран также шунтирует разряды в воздушных и масляных включениях систем “жила-изоляция” и “изоляция - металлическая оболочка” вследствие того, что входит в электрическую цепь, имея относительно большое активное сопротивление. Это в конечном итоге снижает интенсивность ионизации и увеличивает срок службы кабеля. При этом электрическая прочность изоляции силовых кабелей при таком экранировании повышается на 20%, а импульсная прочность - на 5%. Кроме того, электропроводящий экран служит тепловым барьером между металлом и изоляцией. Он также предотвращает образование воздушных и масляных прослоек в системах “жила-изоляция”, “изоляция - металлическая оболочка” при циклах нагрева и охлаждения кабеля в процессе эксплуатации, защищает изоляцию от проникновения металлических мыл, образующихся в пропиточном составе, который контактирует с токопроводящими жилами и металлической оболочкой кабеля. При этом эффект сглаживания поверхности жилы проявляется только в том случае, если толщина электропроводящих лент достаточно мала. В противном случае уступы, образованные кромками лент экрана, могут вызвать местное повышение напряженности электрического поля.
Известны кабели электрические силовые для нестационарной прокладки (шахтные кабели) по ГОСТ 24334-80 (Россия, год ввода 1982) с электропроводящим экраном, изготовленным из металла или электропроводящей резины.
Признаки известных кабелей, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии электропроводящего экрана.
Наиболее близким аналогом является кабель электрический силовой с электропроводящим экраном, представляющим собой электропроводящее полотно, выполненное в виде микрокрепированной бумаги с электропроводным полимерным покрытием, содержащим печную сажу и графит (Патент RU №65682 U1, МПК H01B 9/00, опубликовано 10.08.2007).
Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в наличии электропроводящего экрана.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается полезной моделью, заключается в следующем: 1) функцию экрана выполняет тонкое (5÷10 мкм) электропроводное покрытие на поверхности микрокрепированной бумаги, что недостаточно для шунтирования разрядов в воздушных полостях силовых кабелей с пластмассовой изоляцией (по этой причине микрокрепированная бумага с электропроводящим покрытием используется только в кабелях с пропитанной бумажной изоляцией); 2) носителем экрана является микрокрепированная бумага, что снижает прочность экрана и усложняет технологию изготовления кабеля.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении прочности и эластичности экрана, в повышении его шунтирующих свойств, а также в упрощении технологии изготовления кабеля и снижении его себестоимости.
Технический результат заключается в армировании полимерной электропроводящей пленки, из которой изготовлен экран, что обеспечивает следующие преимущества кабеля: 1) высокая механическая прочность и эластичность экрана, 2) высокая электрическая прочность изоляции кабеля, 3) высокая технологичность и качество кабеля, 4) относительно низкая себестоимость кабеля, 5) неразрушаемость электропроводящей пленки при ее резке на ленты и наложении на изолированные жилы кабеля, а также при многократном изгибе, 6) достаточная теплопроводность пленки, что важно для отведения тепла от жил кабеля.
Достигается технический результат тем, что в кабеле электрическом силовом с электропроводящим экраном указанный экран изготовлен из полимерной пленки, армированной технической тканью из синтетического или смесевого волокна и содержащей равномерно распределенный в пленке технический углерод или графит в количестве, обеспечивающем удельное электрическое сопротивление пленки не более 3,0 кОм·м.
Достигается технический результат также тем, что пленка имеет толщину 40÷300 мкм и характеризуется разрушающим усилием в машинном направлении не менее 200H и относительным удлинением в машинном направлении не менее 20%.
Новые признаки заявленной полезной модели заключаются в том, что электропроводящий экран изготовлен из полимерной пленки, характеризующейся перечисленными выше признаками.
На фиг. 1 изображен разрез заявленной конструкции кабеля.
Поверх каждой токопроводящей жилы (1) последовательно наложены слои: электропроводящий экран жилы, выполненный в виде обмотки из электропроводящей ленты, которая изготовлена из полимерной пленки, армированной технической тканью; (2) первый экструдированный электропроводящий слой (электропроводящая композиция сшитого полиэтилена), наложенный поверх экрана (1); (3) изоляция жилы, наложенная поверх слоя (2) и выполненная из композиции сшитого полиэтилена;
(4) второй экструдированный электропроводящий слой (электропроводящая композиция сшитого полиэтилена), наложенный поверх изоляции (3).
Жилы с перечисленными слоями выполнены в виде скрутки, поверх которой последовательно наложены слои:
(5) электропроводящий экран, выполненный в виде обмотки из электропроводящей ленты, которая изготовлена из полимерной пленки, армированной технической тканью;
(6) металлический экран, наложенный поверх экрана (5);
(7) разделительный слой, наложенный поверх экрана (6) и выполненный в виде обмотки либо нетканым полотном, либо бумагой, либо полипропиленовой лептой;
(8) оболочка, наложенная поверх слоя (7) и выполненная из полиэтилена или ПВХ.
Кабель может быть выполнен одножильным. В этом случае экран (5) наложен на слой (4) и далее слои (6)-(8) как описано выше для трехжильного кабеля.
Электропроводящий экран (1) изготовлен из полимерной пленки, армированной технической тканью из синтетического или смесевого волокна и содержащей распределенный в пленке углерод или графит в количестве, обеспечивающем удельное электрическое сопротивление пленки не более 3,0 кОм·м. При этом упомянутая пленка имеет толщину 40÷300 мкм и характеризуется разрушающим усилием в машинном направлении не менее 200H и относительным удлинением в машинном направлении не менее 20%.
Электропроводящий экран (5) может быть изготовлен из того же материала, что и экран (1), но также может быть изготовлен из нетканого полотна или бумаги.
Изготовление пленки для экрана (1) осуществляют в два этапа.
2
На первом этапе берут ткань техническую удельной массой 30-110 г/миз синтетических или смесевых волокон (предпочтительно, из полиэфирных волокон), которые отличаются малой толщиной, высокими физико-механическими характеристиками, влагостойкостью, термостойкостью, стойкостью к механическим повреждениям, равномерностью по толщине), и осуществляют пропитку этой ткани электропроводящим составом на основе технического углерода (или графита) и полимерного связующего. Для этого технический углерод по ТУ 38 41558-97 (год ввода 1997, Россия) предварительно обрабатывают на бисерной мельнице, затем вводят в состав для достижения требуемой электропроводности пленки. Возможно также использование графита по ТУ 113-08-48-63-90 (год ввода 1990, Россия). В качестве полимерного связующего могут быть использованы сополимеры эфиров акриловой и метакриловой кислот (полиакрилаты) и каучуки. Образовавшийся таким образом электропроводный состав в виде водной суспензии технического углерода, графита, связующего и поверхностно-активного вещества наносят на ткань-основу на бумаго-красильной машине «Yulhavaara» (Финляндия) с воздушным шабером. Поверхностно-активное вещество, ионизированное в воде, обеспечивает равномерное распределение углерода в объеме пленки за счет необходимой дезагрегации и предупреждения флокуляции частиц углерода.
На втором этапе пропитанная техническая ткань поступает в сушильную камеру с температурой сушки до 120°С для удаления влаги и полимеризации пропитки, в результате чего образуется полимерная пленка, армированная технической тканью с определенными механическими и электрическими характеристиками: удельное электрическое сопротивление 0,04 кОм·м., толщина 45 мкм, разрушающее усилие в машинном направлении 280H, относительное удлинение в машинном направлении 26%. Такая пленка обладает рядом преимуществ: высокая механическая прочность и эластичность; высокая маслостойкость, влагостойкость и термостойкость; высокое сопротивление к растрескиванию и надрывам после многократного изгиба в составе кабеля; высокие эксплуатационные характеристики; высокая технологичность; низкая стоимость.