Сердечник силового кабеля

Полезная модель относится к силовым термостойким кабелям с тепловым барьером, защищенным от воздействия коррозии.
Из известных аналогов, наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа сердечник силового кабеля, содержащий скрученные между собой изолированные токопроводящие медные жилы, термический барьер, выполненный по меньшей мере из одной слюдосодержащей ленты, спирально наложенной с перекрытием поверх каждой из токопроводящих медных жил, изоляцию, выполненную из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности с кислородным индексом не менее 30 (см. RU 42349 U1, опубл. 27.11.2004).
2
Полимерные композиции, такие как поливинилхлоридные материалы, в том числе, пластикаты, слабо защищают токопроводящие жилы от механических воздействий, таких как крутящие и изгибающие нагрузки при монтаже кабеля. В особенности это относится к поливинилхлоридным пластикатам с кислородным индексом выше 30. Это связано с тем, что кислородный индекс поливинилхлоридных пластикатов влияет на пластичность указанных пластикатов так, что чем выше кислородный индекс, тем выше пластичность. Указанные пластикаты легко деформируются при крутящих и изгибающих нагрузках, позволяя свободно деформироваться токопроводящей жиле. В результате, в местах приложения нагрузок на токопроводящей жиле возникают остаточные напряжения. Однако, отказаться от использования указанных пластикатов, в большинстве случаев, не целесообразно ввиду их низкой стоимости и образования хорошей электрической изоляции. Кроме того, изоляция жилы, выполненная из указанных пластикатов, при монтаже не всегда плотно прилегает к токопроводящей жиле, особенно при отклонении оси указанного кабеля от прямолинейного положения на угол от 45° до 90°. В результате между изоляцией и токопроводящей жилой могут скапливаться водяные пары и воздух, содержащий кислород, проникающие вглубь изолированной жилы. В результате присутствия кислорода, содержащегося в воздухе сернистого газа (SO), и водяных паров коррозионная стойкость меди или алюминия значительно уменьшается. Вышеперечисленные факторы в результате могут привести к возникновению стресс-коррозии. Стресс-коррозия - один из наиболее опасных видов коррозии, т.к. имеет остро локализованный характер и распространяется мгновенно. Стресс-коррозия возникает при одновременном воздействии различных нагрузок или пластической деформации, вызывающих остаточные напряжения в металле, и агрессивной среды. Иными словами, основными причинами стресс-коррозии являются остаточные напряжения и воздействие агрессивной среды. В отдельных случаях перечисленные выше негативные факторы могут вызывать стресс-коррозию глубиной проникновения в медную жилу до 5 мм, что приводит к полному разрыву указанной жилы.
Основным недостатком известного сердечника, в том числе технической проблемой, является то, что в нем не предусмотрена защита от стресс-коррозии.
В основу заявленного решения был положен технический результат - повышение устойчивости к стресс-коррозии токопроводящих жил за счет создания сердечника силового термостойкого кабеля, в котором токопроводящие жилы будут герметично изолированы от окружающей среды и, в которых не будут возникать остаточные напряжения при сохранении возможности отклонения оси указанного сердечника от прямолинейного положения при монтаже и хранении на угол не менее 90°.
Технический результат достигается тем, что в сердечнике силового термостойкого кабеля, содержащим скрученные между собой изолированные термическим барьером и пластмассовой изоляцией токопроводящие жилы, выполненные из алюминия, термический барьер выполнен из одного слоя микаленты, спирально наложенной с перекрытием поверх каждой из токопроводящих алюминиевых жил, пластмассовая изоляция нанесена поверх слоев микаленты и выполнена из поливинилхлоридного пластиката с кислородным индексом 28-35, при этом, диаметр каждой изолированной токопроводящей алюминиевой жилы равен трем диаметрам соответствующей алюминиевой жилы.
Заявленная полезная модель поясняется графическими изображениями.
На фиг. 1 показан сердечник силового термостойкого кабеля в осевом разрезе.
На фиг. 2 показан сердечник силового термостойкого кабеля в радиальном разрезе.
На фиг. 3 показан сердечник силового термостойкого кабеля в составе указанного кабеля, у которого ось отклонена от прямолинейного положения на угол 90°.
Сердечник силового термостойкого кабеля содержит скрученные между собой изолированные термическим барьером 1 и пластмассовой изоляцией 2 токопроводящие жилы 3, при этом, токопроводящие жилы 3 выполнены из алюминия, термический барьер 1 выполнен, например, из одного слоя микаленты, относящейся к слюдосодержащим лентам, спирально наложенной с перекрытием поверх каждой из токопроводящих алюминиевых жил 3, пластмассовая изоляция 2 нанесена поверх слоев микаленты и выполнена из поливинилхлоридного пластиката, например, пониженной пожароопасности с кислородным индексом 28-35. Для достижения заявленного технического результата диаметр каждой изолированной токопроводящей алюминиевой жилы равен трем диаметрам соответствующей алюминиевой жилы.
При изгибе на 90° силового кабеля, содержащего вышеуказанный сердечник, (см. фиг. 3) его (кабеля) внешняя оболочка 4 образует кольцевой сегмент, дуга которого с внешним большим радиусом является внешней стороной 5 изгиба, а дуга с меньшим радиусом является внутренней стороной 6 изгиба.
Сердечник силового термостойкого кабеля функционирует следующим образом.
Применение алюминиевых жил обусловлено тем, что они в меньшей степени подвержены возникновению остаточных напряжений, по сравнению, например, с медными.
При монтаже кабеля, содержащего заявленный сердечник, приходится изгибать его (кабель), как правило так, что его ось отклоняется от своего положения на углы не более 90°. При изгибании кабеля образуется кольцевой сегмент, дуга которого с внешним большим радиусом является внешней стороной 5 изгиба, а дуга с меньшим радиусом является внутренней стороной 6 изгиба.
На внешней стороне 5 изгиба, как показано на фиг. 3, происходит максимальное растяжение изоляции 2 каждой токопроводящей жилы 3, термического барьера 1 и внешней оболочки 4. На внутренней стороне 6 изгиба происходит максимальное сжатие изоляции 2 каждой токопроводящей жилы 3, термического барьера 1 и внешней оболочки 4. Во время указанного изгиба изоляцию 2 каждой токопроводящей жилы 3, термического барьера 1 и внешнюю оболочку 4 на внутренней стороне 6 изгиба можно сжимать только до нарушения целостности внешней оболочки 4, что не происходит при выполнении изгиба вручную. При минимальном радиусе изгиба кабеля в токопроводящих жилах 3 отсутствуют остаточные напряжения. Вдобавок, термический барьер 1, которой выполнен из, по меньшей мере, одного слоя микалента, предотвращает проскальзывание изоляции 2 по токопроводящей жиле 3, что может серьезно нарушить герметичность жилы 3. Однако, навивка термического барьера 1 более чем в два слоя не является предпочтительной, так как слои термического барьера 1 могут проскальзывать относительно друг друга.
Возможность обеспечения отсутствия остаточных напряжений в токопроводящих жилах 3 в месте изгиба и сохранения герметичной изоляции поверхности каждой токопроводящей жилы 3 обеспечивается за счет сочетания материалов и соотношений размеров сердечника силового огнестойкого кабеля, выбранных опытным путем.
Для достижения заявленного технического результата изоляция 2 выполнена из поливинилхлоридного пластиката пониженной пожароопасности с кислородным индексом 28-35. Наряду с этим, диаметр одной токопроводящей жилы 3 относится к диаметру изоляции 2 той же жилы как 1 к 3.
Для подтверждения влияния сочетания материала изоляции 2 и соотношений диаметра токопроводящей жилы 3 и диаметра изоляции 2 на заявленный в данной полезной модели технический результат были изготовлены образцы сердечника огнестойкого кабеля в соответствии с настоящей полезной моделью, описанные в приведенных ниже примерах.
Пример реализации №1
Был изготовлен сердечник силового огнестойкого кабеля в соответствии с настоящей полезной моделью, содержащий две алюминиевые токопроводящие жилы. Диаметр каждой токопроводящей жилы равен 1,2 мм. Поверх каждой из токопроводящих алюминиевых жил спирально, с 40%-м процентным перекрытием наложены два слоя микаленты ЛФК-Т. Поверх двух слоев микаленты ЛФК-Т была выполнена изоляция из поливинилхлоридного пластиката VP FB 28 в соответствии с ТУ 2246-012-57764510-2007. Наряду с этим, диаметр каждой жилы с изоляцией равен 1,68 мм. Жилы скручены между собой с шагом скрутки 35 мм.
У отрезков изготовленного сердечника данного примера отклоняли ось на угол 90°. Конец каждой жилы попеременно при помощи специальной насадки соединяли с выходным патрубком компрессорного насоса. Вдобавок, к противоположному концу той же жилы при помощи специальной насадки подключали манометр. После чего от компрессорного насоса нагнетали воздух под давлением 0,3 МПа в выходной патрубок в течение 10 с. Одновременно с этим, давление на манометре не изменялось, что свидетельствует о том, что изоляция каждой жилы плотно прилегает к алюминиевой жиле без зазоров.
Затем алюминиевые жилы очищали от изоляции и при помощи дифрактометра методом рентгеновской дифракции определяли наличие остаточных напряжений. В результате, методом рентгеновской дифракции остаточных напряжений в алюминиевых жилах не выявлено.
Пример реализации №2
Был изготовлен сердечник силового огнестойкого кабеля в соответствии с настоящей полезной моделью, содержащий две алюминиевые токопроводящие жилы. Диаметр каждой токопроводящей жилы равен 1,4 мм. Поверх каждой из токопроводящих медных жил спирально, с 50%-м процентным перекрытием наложен один слой микаленты ЛФК-ТС. Поверх слоя микаленты ЛФК-ТС была выполнена изоляция из поливинилхлоридного пластиката VP FB 40 LS в соответствии с ТУ 2246-012-57764510-2007. Наряду с этим, диаметр каждой жилы с изоляцией равен 3,92 мм. Жилы скручены между собой с шагом скрутки 150 мм.
У отрезков изготовленного сердечника данного примера отклоняли ось на угол 90°. Конец каждой жилы попеременно при помощи специальной насадки соединяли с выходным патрубком компрессорного насоса. Вдобавок, к противоположному концу той же жилы при помощи специальной насадки подключали манометр. После чего от компрессорного насоса нагнетали воздух под давлением 0,3 МПа в выходной патрубок в течение 10 с. Одновременно с этим, давление на манометре не изменялось, что свидетельствует о том, что изоляция каждой жилы плотно прилегает к алюминиевой жиле без зазоров.
Затем алюминиевые жилы очищали от изоляции и при помощи дифрактометра методом рентгеновской дифракции определяли наличие остаточных напряжений. В результате, методом рентгеновской дифракции в алюминиевых жилах выявлены остаточные напряжения.
Пример реализации №2 свидетельствует о том, что, если в заявленном сердечнике в качестве изоляции алюминиевых жил использовать поливинилхлоридный пластикат с кислородным индексом выше 35, то заявленный технический результат достигнут не будет.
Следует отметить, что в настоящее время не производятся поливинилхлоридные пластикаты с кислородным индексом ниже 28, что обусловлено необходимостью обеспечения огнестойкости кабеля в условиях повышенного содержания кислорода в воздухе. Таким образом, для того, чтобы заявленный сердечник отвечал существующим на сегодняшний день требованиям повышенной огнестойкости поливинилхлоридные пластикаты с кислородным индексом ниже 28 в данной полезной модели не рассматриваются.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в формуле полезной модели, обеспечивает получение заявленного технического результата - повышение устойчивости к стресс-коррозии токопроводящих жил за счет создания сердечника силового термостойкого кабеля, в котором токопроводящие жилы будут герметично изолированы от окружающей среды, и, в которых не будут возникать остаточные напряжения при сохранении возможности отклонения оси указанного сердечника от прямолинейного положения при монтаже и хранении на угол не менее 90°.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к силовым термостойким кабелям с тепловым барьером, защищенным от воздействия коррозии;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует критериям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.