Кабель силовой

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области электротехники, а именно к конструкциям силовых кабелей для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках на напряжение от 6 до 20 кВ включительно.
Уровень техники
В качестве наиболее близкого аналога выбран известный силовой кабель, содержащий три круглые медные токопроводящие жилы, поверх каждой из которых последовательно наложены первый электропроводящий слой обмоткой из, по меньшей мере, одной электропроводящей ленты, по меньшей мере, четыре стеклослюдосодержащие ленты обмоткой с перекрытием каждая, экструдированная изоляция из сшитой композиции полиэтилена, второй полимерный электропроводящий слой, обмотка лентой из электропроводящего материала, металлический экран из медных проволок, скрепленных спирально наложенной медной лентой или пасмой из медных проволок, при этом экранированные жилы скручены в общий сердечник вокруг центрального заполнения, а поверх общего сердечника последовательно наложены межфазное заполнение и экструдированная наружная оболочка (полезная модель РФ № 102424). Данный известный кабель предназначен для передачи и распределения электрической энергии в сетях на номинальное напряжение 6 и 10 кВ номинальной частотой 50 Гц, в том числе, на объектах использования атомной энергии в сетях, которые должны сохранять свою работоспособность при воздействии открытого пламени, например, в случае возникновения пожара. Недостатком конструкции данного известного кабеля является повышенный по сравнению с традиционными кабелями по ГОСТ Р 55025 уровень диэлектрических потерь, возникающих в изоляционной системе кабеля, в связи с применением большого числа стеклослюдосодержащих лент, что может, кроме прочего, привести к сокращению срока эксплуатации известного кабеля. Также недостатком известной конструкции кабеля, сохраняющего работоспособность в условиях воздействия пламени температурой не менее 750 °С на оборудовании по ГОСТ Р МЭК 60331-11, не предусматривающем испытание одновременно с механическим ударом, является низкая электрическая прочность кабеля в условиях воздействия открытого пламени температурой не менее 1000 °С одновременно с механическими ударами при протекании номинального тока нагрузки. Указанная совокупность воздействий наиболее полно отражает реальные условия пожара и является основным критерием огнестойкости кабеля для цепей, к которым предъявляется требование по функционированию при пожаре.
Сущность полезной модели
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в разработке трехжильного силового кабеля, способного функционировать в условиях открытого пламени температурой не менее 1000 °С одновременно с механическими ударами при приложении номинального рабочего напряжения и протекании номинального тока нагрузки, при этом имеющего повышенные технические и эксплуатационные характеристики по сравнению с известным аналогом.
Настоящая полезная модель обеспечивает достижение следующего технического результата: обеспечение высоких пожаробезопасных и эксплуатационных характеристик силового кабеля, в том числе функционирование кабеля в условиях воздействия пламени одновременно с механическими ударами в течение времени не менее 120 мин.
2
Технический результат достигается тем, что кабель силовой содержит три токопроводящие жилы, поверх каждой из которых последовательно наложены первый электропроводящий слой, изоляция, второй электропроводящий слой, разделительный слой, металлический экран, упомянутые экранированные жилы скручены в сердечник поверх которого последовательно наложены внутренняя оболочка и наружная оболочка, при этом упомянутая изоляция каждой жилы содержит два слоя, один из которых выполнен из, по меньшей мере, двух стеклослюдосодержащих лент с поверхностной плотностью слюдяной бумаги не менее 120 г/м для каждой ленты, при этом ленты наложены обмоткой с перекрытием каждая, а другой слой представляет собой сшитую композицию полиэтилена толщиной не менее 2,15 мм.
Указанный технический результат достигается также тем, что электрическая прочность каждой стеклослюдосодержащей ленты не менее 1,4  кВ.
2
Указанный технический результат достигается также тем, что стеклослюдосодержащие ленты могут иметь в своем составе два последовательно наложенных слоя слюдяных бумаг суммарной плотностью обозначенных слоев не менее 300 г/м.
2
Указанный технический результат достигается также тем, что стеклослюдосодержащие ленты содержат кремнийорганическое связующее в количестве не менее 25 г/м.
Указанный технический результат достигается также тем, что металлический экран выполнен из медных проволок, скрепленных медной лентой или пасмой из медных проволок или скрепляющей полимерной лентой, или из медных лент.
Указанный технический результат достигается также тем, что первый электропроводящей слой выполнен из, по меньшей мере, одной ленты из электропроводящей бумаги или электропроводящей стеклоленты или электропроводящей полимерной или синтетической ленты.
Указанный технический результат достигается также тем, что второй электропроводящий слой выполнен из сшитой полимерной композиции. В этом случае второй электропроводящий слой может иметь адгезию к изоляции, характеризующуюся величиной усилия отрыва от изоляции в диапазоне от 0,35Н до 20Н, приходящегося на 10 мм ширины электропроводящего экрана.
Указанный технический результат достигается также тем, что разделительный слой выполнен из, по меньшей мере, одной электропроводящей ленты или электропроводящей стеклоленты.
Указанный технический результат достигается также тем, что экранированные жилы скручены вокруг центрального заполнения, выполненного из полимерного или волокнистого материала.
Указанный технический результат достигается также тем, что поверх скрученных в сердечник экранированных жил дополнительно наложена скрепляющая лента с зазором.
Указанный технический результат достигается также тем, что поверх внутренней оболочки дополнительно наложена подушка под броню из полимерного материала.
Указанный технический результат достигается также тем, что поверх внутренней оболочки или поверх подушки под броню расположена броня в виде обмотки из металлических лент или в виде спирально наложенных металлических проволок.
Указанный технический результат достигается также тем, что внутренняя оболочка выполнена из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности с низким дымо- и газовыделением или из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
Указанный технический результат достигается также тем, что подушка под броню выполнена из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности с низким дымо- и газовыделением или из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
Указанный технический результат достигается также тем, что наружная оболочка выполнена из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности с низким дымо- и газовыделением или из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
Отличительной особенностью настоящей полезной модели является обеспечение высоких пожаробезопасных и эксплуатационных характеристик силового кабеля, в том числе функционирование кабеля в условиях воздействия пламени одновременно с механическими ударами в течение времени не менее 120 мин.
Перечень фигур чертежей
На Фиг.1 показан поперечный разрез кабеля.
Осуществление полезной модели
Современный комплекс требований пожарной безопасности, предъявляемый к кабельным линиям, в том числе предназначенным для объектов использования атомной энергии, предусматривает их функционирование в аварийных режимах работы, что обусловлено необходимостью работы оборудования, обеспечивающего безопасность объекта в случае возникновения пожара.
Одним из основных требований для электрических кабелей, обеспечивающих безопасность объекта и функционирование оборудования при пожаре, является сохранение их работоспособности в условиях воздействия открытого пламени.
В случае возникновения пожара и дальнейшего распространения пламени такие кабели должны функционировать в течение заданного промежутка времени, необходимого для принятия и реализации требуемого комплекса мер. При этом условиями, наиболее полно имитирующими процессы при реальных пожарах, являются условия, воспроизводимые на оборудовании по ГОСТ IEC 60331-1, в которых воздействие открытого пламени температурой не менее 1000 °С одновременно сопровождается механическими ударными воздействиями, имитирующими ударные нагрузки на проложенные кабельные изделия, при приложении номинального рабочего напряжения и протекании номинального тока нагрузки.
Существующие в настоящий момент в мировой практике технические решения для огнестойких кабелей среднего напряжения не в полной мере обеспечивают функционирование кабелей в условиях такого рода воздействий. При этом, одним из основных технических решений для указанных кабелей является применение в составе изоляционной системы стеклослюдосодержащих лент, что, в зависимости от свойств лент, их числа и расположения, наряду с повышением характеристик пожарной безопасности, может привести к ухудшению эксплуатационных свойств кабеля в нормальных режимах эксплуатации.
Настоящая полезная модель основана на оптимальном сочетании стеклослюдосодержащих лент и полимерной изоляции, образующих в совокупности двухслойную изоляционную систему, обеспечивающую надежность энергоснабжения в нормальном режиме эксплуатации в течение нормируемого срока службы за счет уменьшения уровня диэлектрических потерь, а также сохранения функционирования в условиях воздействия пламени.
Важным показателем для применимости конкретного типа стеклослюдосодержащей ленты является поверхностная плотность слюдяной бумаги, обеспечивающая требуемую электрическую прочность при воздействии пламени с температурой не менее 1000 °С одновременно с механическими ударами при испытании образца как в выпрямленном состоянии, так и изогнутого на минимально допустимый радиус изгиба, на оборудовании по ГОСТ IEC 60331-1 при приложении номинального рабочего напряжения и протекании номинального тока нагрузки. При этом указанное техническое решение позволяет обеспечить не только сохранение работоспособности трехжильного кабеля в целом, но и функционирование каждой экранированной жилы при их испытаниях как при снятых наружных покровах кабеля, так и каждой экранированной жилы в отдельности в обозначенных выше условиях.
2
Силовой кабель содержит три токопроводящие жилы 1, поверх каждой из которых последовательно наложены первый электропроводящий слой 2, изоляция, состоящая из слоя из, по меньшей мере, двух стеклослюдосодержащих лент 3 с поверхностной плотностью слюдяной бумаги не менее 120 г/м для каждой ленты и слоя из сшитой композиции полиэтилена 4 толщиной не менее 2,15 мм, второй электропроводящий слой 5, разделительный слой 6, металлический экран 7, при этом экранированные жилы скручены в сердечник поверх которого последовательно наложены внутренняя оболочка 10 и наружная оболочка 13.
Внутренняя оболочка может быть наложена с заполнением межфазных промежутков, обеспечивая придание кабелю практически круглой формы. Для этой цели внутренняя оболочка может быть выполнена также из мелонаполненной невулканизованной резиновой смеси.
Стеклослюдосодержащие ленты 3 наложены обмоткой с перекрытием, например, не менее 30 % каждая, и имеют электрическую прочность, определяемую по ГОСТ 6433.3, для каждой ленты не менее 1,4 кВ.
2
Для повышения уровня пробивного напряжения стеклослюдосодержащие ленты могут иметь два последовательно наложенных слоя слюдяных бумаг суммарной плотностью обозначенных слоев не менее 300 г/м и обладать электрической прочностью не менее 4,2 кВ.
2
Стеклослюдосодержащие ленты могут содержать кремнийорганическое связующее в количестве не менее 25 г/м.
Первый электропроводящей слой 2 может быть выполнен из, по меньшей мере, одной ленты из электропроводящей бумаги или электропроводящей стеклоленты или электропроводящей полимерной или синтетической ленты.
Второй электропроводящий слой 5 может быть выполнен из сшитой полимерной композиции. В этом случае для облегчения монтажа кабеля второй электропроводящий слой может иметь адгезию к изоляции, характеризующуюся величиной усилия отрыва в диапазоне от 0,35Н до 20Н, приходящегося на 10 мм ширины электропроводящего экрана.
Разделительный слой 6 может быть выполнен из, по меньшей мере, одной электропроводящей ленты или электропроводящей стеклоленты.
Металлический экран может быть выполнен из медных проволок, скрепленных медной лентой или пасмой из медных проволок или скрепляющей полимерной лентой, или из медных лент.
Экранированные токопроводящие жилы могут быть скручены вокруг центрального заполнения 8, выполненного из полимерного или волокнистого материала.
Для повышения устойчивости сердечника при изготовлении кабеля поверх скрученных токопроводящих жил дополнительно может быть наложена скрепляющая, например полимерная, лента 9 обмоткой с зазором.
Для защиты от внешних механических воздействий в процессе прокладки и при эксплуатации поверх внутренней оболочки может быть расположена броня 12 в виде обмотки из металлических лент или в виде спирально наложенных металлических проволок. В этом случае поверх внутренней оболочки под броней дополнительно может быть наложена подушка под броню 11 из полимерного материала.
Для обеспечения стойкости кабеля к нераспространению горения при групповой прокладке при испытаниях по ГОСТ IEC 60332-3-22, требованию по дымообразованию при испытаниях по ГОСТ IEC 61034-2, внутренняя оболочка, подушка под броню и наружная оболочка кабеля могут быть выполнены из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожарной опасности с низким дымо- и газовыделением, обладающего пониженным выделением хлористого водорода, определяемого при испытаниях по ГОСТ IEC 60754-1. В дополнение к указанным свойствам для снижения показателей коррозионной активности продуктов дымо- и газовыделения, определяемых при испытаниях по ГОСТ IEC 60754-1 и ГОСТ IEC 60754-2, внутренняя оболочка, подушка под броню и наружная оболочка кабеля могут быть выполнены из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
Далее приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.
Токопроводящая жила 1, которая может быть как однопроволочной, так и многопроволочной, изготавливается из медной катанки или проволоки, традиционной для электрических кабелей.
Наложение лент для электропроводящего слоя 2, стеклослюдосодержащих лент 3, разделительного слоя 6, металлического экрана 7 и скрепляющей ленты 9 производят на стандартном крутильном оборудовании.
Наложение брони 12 осуществляется на бронировочных машинах, традиционно применяемых в кабельной промышленности.
Примененные для изготовления кабеля полимерные материалы для изоляции 4, электропроводящего экрана 5, внутренней оболочки 10, подушки под броню 11 и наружной оболочки 13 выпускаются промышленно.
При изготовлении кабеля для наложения полимерных материалов используют традиционное экструзионное оборудование, применяемое в кабельной промышленности.