ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ

Полезная модель относится к кабельной промышленности и может быть использована при конструировании кабелей среднего, высокого и сверхвысокого напряжений от 6 до 500 кВ.
Известен кабель силовой (см. патент на полезную модель РФ №17655, опубл. 10.04.01), содержащий многопроволочную металлическую жилу, первый электропроводящий слой, изоляционный слой из экструдированного сшитого полиэтилена, расположенный на нем второй электропроводящий слой, слой из электропроводящей ленты, экран из медных проволок и лент, разделительный слой и оболочку. Недостатком известной конструкции является необходимость волочения, отжига и скрутки большого количества проволок при изготовлении многопроволочной металлической жилы большого сечения. За счет этого жила имеет достаточно высокую стоимость и требует значительного времени изготовления. Кроме того, она содержит много пустот между проволоками, по которым в продольном направлении может распространяться влага при разгерметизации кабеля.
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение конструкции кабеля за счет технологии изготовления жилы и повышение его эксплуатационных показателей при снижении стоимости.
Поставленная задача решается тем, что металлическая жила выполнена сплошной методом горячего прессования из алюминия и при очень больших сечениях (до 2000 кв.мм) может содержать скрученные и изолированные между собой сплошные секторные алюминиевые проволоки, изготовленные методом горячего прессования.
Техническим результатом является снижение стоимости и времени изготовления кабеля вследствие снижения стоимости и времени изготовления металлической жилы за счет замены нескольких технологических операций (волочения, отжига, скрутки и уплотнения множества проволок) одной операцией горячего прессования сплошной мягкой металлической жилы из алюминиевых слитков. Кроме этого, повышаются эксплуатационные показатели кабеля, состоящие в устранении продольного распространения влаги по металлической жиле и улучшении условий работы изоляции, т.к. сплошная жила более гладкая, чем скрученная и имеет на своей поверхности меньшую неоднородность электрического поля. Это позволяет повысить ресурс кабеля при прокладке в грунтах с высоким уровнем почвенных вод.
Предлагаемый кабель содержит металлическую сплошную жилу, первый электропроводящий слой, изоляционный слой из экструдированного сшитого полиэтилена, расположенный на нем второй электропроводящий слой, слой из электропроводящей ленты, экран из медных проволок и лент, разделительный слой и оболочку.
Кабель работает так. Металлическая жила изготавливается методом горячего прессования из алюминиевых слитков марки А7 при температуре 450°С, которая выше температуры рекристиллизации алюминия. Это обеспечивает получение мягкой алюминиевой жилы, гибкость которой незначительно отличается от гибкости жилы, скрученной из отдельных круглых проволок, т.к. после скрутки многопроволочную жилу уплотняют путем пропускания через уплотняющие вальцы. Это приводит к деформационному упрочнению проволок в жиле, так, что гибкость многопроволочной жилы понижается. Достаточная гибкость однопроволочной жилы, несмотря на то, что она состоит из одной проволоки, по сравнению с многопроволочной жилой, обеспечивается температурным режимом горячего прессования. После прессования получается мягкая жила с гладкой наружной поверхностью, на которой более равномерное электрическое поле, чем поле на поверхности скрученной жилы, когда имеет место эффект проволочности. Вдоль сплошной прессованной жилы не распространяется вода, как это имеет место в случае скрученных жил. Выполнение металлической жилы сплошной, препятствует попаданию влаги в изоляцию и улучшает распределение электрического поля в ней, что вместе взятое, в значительной степени, исключает рост электрических триингов (древоподобных прорастающих дефектов) и повышает ресурс кабеля в целом.
Влияние гибкости жилы на гибкость кабеля в данном случае имеет второстепенное значение по следующим причинам. Гибкость одножильных кабелей, в частности, кабелей на высокие и сверхвысокие напряжения, определяется, главным образом, гибкостью кругового слоя изоляции из достаточно прочного сшитого полиэтилена большой толщины (16…23 мм). Поэтому замена многопроволочной жилы в известном кабеле на однопроволочную жилу в предлагаемом кабеле не приводит к существенному понижению его гибкости, но дает значительный выигрыш во времени изготовления, понижении стоимости и улучшении эксплуатационных показателей (уменьшение триингообразования и увеличение ресурса). Слой из электропроводящей ленты и экран из медных проволок и лент обеспечивают радиальное поле в изоляции и условия ее длительной работы. Разделительный слой может быть выполнен из нетканого полотна, водонабухающей ленты или пластмассовой ленты. Этот слой служит для улучшения защиты изоляции от влаги. Кроме того, слой из электропроводящей ленты в экране может иметь свойства водонабухания, что затрудняет радиальное и продольное распространение влаги. Главным барьером от проникновения влаги в радиальном направлении служит оболочка. Она состоит из нижнего слоя алюмополимерной ленты, наложенной с перекрытием, и внешнего полимерного слоя. Наложение методом экструзии внешнего полимерного слоя обеспечивает сварку алюмополимерной ленты так, что образуется сплошная водонепроницаемая конструкция. Выполнение металлической жилы сплошной позволяет получить ее поверхность высокой чистоты, что снижает вероятность образования рисок, заусениц и выступов на поверхности, которые могут стать местом зарождения триингов в изоляции. Исключение операции волочения при изготовлении сплошной прессованной жилы, помимо всего прочего, устраняет наличие металлической пыли, которая тоже может попадать в изоляцию и резко увеличивать местную напряженность электрического поля.
Металлическую жилу предпочтительно выполнять сплошной прессованной при сечениях до 300…400 кв.мм. При больших сечениях жилы (500…2000 кв.мм.) начинает сказываться поверхностный эффект, плотность тока к центру жилы падает и эффективность использования кабеля понижается. Для улучшения распределения тока по поперечному сечению металлической жилы она может быть скручена из сплошных секторных алюминиевых проволок, изолированных одна от другой и изготовленных методом горячего прессования. По центру может быть размещена круглая проволока. Материалом для изоляции может служить твердая изоляционная лента, изоляционный лак, порошковое напыление или оксидный слой и др.
Были изготовлены образцы кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 кВ сечением сплошной металлической жилы 95, 120 и 240 кв.мм, методом горячего прессования из алюминиевых цилиндрических слитков (марка алюминия А6…А7Е) при температуре 450°С на промышленном гидравлическом прессе ПО741. при этом были получены металлические мягкие алюминиевые жилы с относительным удлинением не менее 35%, с высокой чистотой поверхности (без рисок, заусениц и выступов). Это позволило изготовить промышленные партии кабелей, например, марок АПвЭгаПУ и др., которые прошли испытания по МЭК 60502 и признаны пригодными для прокладки в грунтах, в том числе заболоченных, с высоким содержанием грунтовых вод и др. Эти образцы используются в энергетических системах северо-западного региона Российской Федерации.