УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ
UNIVERSAL ELECTRICAL CABLE

Область применения
Настоящее изобретение относится к электрическим кабелям различного назначения, в которых требуется измерение длины кабеля.
Техническое решение может найти применение для передачи сигналов от датчиков, которые используются для измерения различных параметров, таких как температура, и устанавливаются в различных устройствах и конструкциях, работающих в жестких условиях, а также для передачи сигналов управления оборудованием, техническое решение может быть применено при изготовлении жаростойких и огнестойких проводов и кабелей с высокими эксплуатационными характеристиками, которые могут подвергаться воздействию экстремальных температур, а также агрессивных веществ или атмосферы, или огня и предназначаться для использования в экстремальных условиях, таких как при бурении скважин или разработке месторождений, в промышленном или военном аэрокосмическом, морском и автомобильном, железнодорожном и общественном транспорте. Техническое решение может быть применено в кабелях для сетей абонентского широкополосного доступа, интернет-телефонии, при эксплуатации кабелей в городских, корпоративных, сельских и аналогичных сетях связи, в том числе с использованием цифровых систем передачи абонентских линий - СП ЦАЛ (xDSL). Также допускается использование технического решения в кабелях для сигнализации и блокировки, водонепроницаемых, силовых и коммуникационных помещениях.
Уровень техники
Как правило, электрические кабели поставляются намотанными на бобины, вместе с информацией о номинальной длине намотанного кабеля. Однако в большинстве случаев эта информация не является точной и имеет существенную ошибку, что приводит к некоторым негативным последствиям. В то же время, чтобы определить точную длину кабеля, необходимо использовать трудоемкий метод перемотки.
Для некоторых практических применений, таких как использование в условиях нисходящей скважины или подземного залегания может быть важным знать"реальную" длину кабеля. Очевидно, что даже пренебрежимо малые длины, такие как 1 м или меньше, особенно при их пропуске, могут стать результатом затруднений.
Из уровня техники известны различные способы измерения длины проводов и кабелей. Наиболее известными традиционными способами измерения длины являются:
- «DC метод», основанный на измерении сопротивления проводника с током с помощью миллиомметра при постоянном токе для определения длины кабеля; и
- «TDR метод», основанный на измерении длины кабеля с помощью рефлектометра путем отражения импульсного сигнала от конца кабеля.
Методы DC обычно более точны, чем методы TDR.
Методы TDR могут применяться, когда провода достаточно толстые, но точность измерения ухудшается с увеличением длины. При измерении большой длины кабеля, порядка нескольких километров, точность измерения снижается до 5-10 и более метров. Однако метод TDR проще в реализации и удобен для визуального анализа оператора.
Использование вышеупомянутых традиционных методов требует дорогостоящего оборудования и высококвалифицированного персонала, а для достоверного расчета сопротивления кабеля по значению длины кабеля необходимо заранее знать точное значение сопротивления кабеля на единицу длины.
Если точное значение неизвестно, тогда длина рассчитывается на основе поперечного сечения или диаметра проводника и свойств материала, что может привести к недопустимо высокой ошибке измерения. Более того, что касается TDR метода, он не подходит для измерения длины кабеля, состоящего из одного провода.
Во многих случаях традиционные методы измерения длины кабеля могут использоваться для обнаружения неисправностей, в частности, для обнаружения обрыва кабелей или проводов.
Вышеуказанные традиционные методы измерения длины не могут быть использованы для достаточно точного измерения как уже проложенных проводов и кабелей, так и в транспортировочном состоянии в бабинах, в том числе из-за очень малого сопротивления жил (0,002 Ом/м).
Пример известного многофункционального кабеля, содержащего основные силовые провода и дополнительные отдельные изолированные провода, описан в RU 2214635 С2. Дополнительные провода решают проблему самопрогрева кабеля.
Известный кабель не может способствовать измерению его длинны в уложенном виде (после монтажа) известными традиционными способами с достаточной точностью, так как сопротивление дополнительной жилы крайне мало, что приводит к погрешности в 30% и более.
Раскрытие сущности
Задачей заявленного технического решения является создание электрического кабеля, который обеспечивает экономически эффективное и точное измерение длины кабеля, особенно на больших расстояниях от 10 км.
Другой задачей является создание точного и простого способа измерения длины заявленного кабеля.
Другой задачей является создание универсального электрического кабеля с возможностью самообогрева или с греющей, или с антиобледенительной функцией.
Технический результат заключается в повышении точности, упрощении измерения длины кабеля, в том числе в уложенном положении в криволинейной плоскости на значительное расстояние.
Заявленный технический результат достигается за счет использования следующей совокупности существенных признаков, а именно универсальный электрический кабель, содержащий, по меньшей мере, один основной токопроводящий проводник (1), по меньшей мере, один дополнительный токопроводящий проводник (3, 3а, 3b), по меньшей мере, один изоляционный слой (2, 4, 5), отличающийся тем, что в качестве, по меньшей мере, одного дополнительного токопроводящего проводника используется проводник с сопротивлением, по меньшей мере, на порядок выше сопротивления основного токопроводящего проводника, а именно от 0,1 до 2 Ом/м.
В другом варианте осуществления устройства, каждый проводник (1, 3, 3а, 3b) содержит изоляционный слой (2, 4), и, кроме того, кабель содержит внешний изоляционный слой (5), причем изолированные слои выполнены из гибкого полимерного материала одного семейства.
В другом варианте осуществления устройства, по меньшей мере, один дополнительный токопроводящий проводник имеет сопротивление от 1 до 2 Ом/м, более предпочтительно от 1,5 до 2 Ом/м.
В другом варианте осуществления устройства, при наличии, по меньшей мере, двух дополнительных проводников (3а, 3b) в кабеле, один из них будет иметь сопротивление, по меньшей мере, на порядок выше сопротивления другого дополнительного проводника.
Заявленный технический результат также достигается за счет использования другой совокупности существенных признаков, а именно способ измерения длины универсального электрического кабеля заключается в том, что с одного конца электрического кабеля, конец одного основного токопроводящего проводника (1) и конец одного дополнительного проводника (3), подключают к электроизмерительному прибору (6), на другом конце электрического кабеля, другой конец того же основного токопроводящего проводника соединяют с другим концом того же дополнительного проводника и измеряют сопротивление полученной цепи электроизмерительным прибором (6) с последующим математическим пересчетом полученной величины сопротивления в длину кабеля.
В другом варианте осуществления способа, в качестве электроизмерительного прибора используют мультиметр.
Заявленный технический результат также достигается за счет использования другой совокупности существенных признаков, а именно способ измерения длины универсального электрического кабеля заключающийся в том, что с одного конца электрического кабеля, конец одного дополнительного проводника и конец другого дополнительного проводника, подключают к электроизмерительному прибору (6), на другом конце электрического кабеля, другой конец того же одного дополнительного проводника соединяют с другим концом того же другого дополнительного проводника и измеряют сопротивление полученной цепи электроизмерительным прибором (6) с последующим математическим пересчетом полученной величины сопротивления в длину кабеля.
В другом варианте осуществления способа, в котором в качестве устройства измерения электроэнергии используется мультиметр.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения проиллюстрированы на фигурах, где:
на фиг. 1 схематично показано поперечное сечение кабеля с двумя основными токопроводящими проводниками и с одним дополнительным токопроводящим проводником;
на фиг. 2 схематично показано поперечное сечение кабеля с одним основным токопроводящим проводником и с одним дополнительным проводником;
на фиг. 3 схематически изображено поперечное сечение кабеля с одним основным токопроводящим проводником и с двумя дополнительными проводниками;
на фиг. 4 схематически показано продольное сечение по линии IV-IV кабеля по фиг. 1 или 2 с проводным соединением основного и дополнительного токопроводящих проводников для измерения длина кабеля;
на фиг. 5 схематически показано продольное сечение по линии V-V кабеля фиг. 3 с проводным соединением двух дополнительных токопроводящих проводников для измерения длины кабеля.
Осуществление технического решения
Универсальный электрический кабель в соответствии с вариантами осуществления изобретения содержит основной токопроводящий проводник 1 и, по меньшей мере, дополнительный токопроводящий проводник 3, 3а, 3b, служащий в качестве измерительного проводника. Основной проводник изолирован от, по меньшей мере, дополнительного проводника 3, 3а, 3b и любых других проводников, по меньшей мере, одним изолирующим слоем 2, 4, 5. Каждый проводник 1, 3, 3а, 3b может быть окружен изолирующим слоем 2, 4 и множество проводников могут быть дополнительно окружены внешним слоем 5, который может представлять собой изолирующий слой или армированный слой для защиты многофункционального кабеля.
Проводники 1, 3, 3а, 3b могут быть изготовлены из одной токопроводящей жилы или из множества проводящих жил из одинакового или разных материалов, сплетенных вместе, и могут дополнительно содержать сердечник, например, стальной сердечник, для увеличения предела прочности кабеля. Известны различные конфигурации проводников, которые могут быть использованы в заявленном техническом решении.
Основной токопроводящий проводник 1 может быть с низким электрическим сопротивлением, в частности, имеющим электрическое сопротивление менее 0,1 Ом/м, обычно менее 0,01 Ом/м, например, в диапазоне от 0,001 до 0,01 Ом/м. По меньшей мере, один дополнительный проводник имеет электрическое сопротивление на метр, предпочтительно примерно в десять или более раз больше сопротивления на метр основного проводника.
В предпочтительном варианте осуществления дополнительный токопроводящий проводник имеет сопротивление от 0,1 до 2 Ом/м. По меньшей мере, один дополнительный проводник образует измерительный проводник для измерения длины кабеля и соединен на одном конце с измерительным устройством 6.
Измерительное устройство 6 подключено к другому проводнику 1, 3 универсального кабеля.
В вариантах осуществления, показанных на фиг. 1, 2 и 4, измерительное устройство 6 соединено с основным токопроводящим проводником 1 с относительно низким сопротивлением на метр по сравнению с измерительным (т.е. дополнительным) проводником 3. Другой конец основного и измерительного проводников 1, 3 подключены для замыкания измерительной цепи (накоротко), как показано на рисунке 4.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 3 и 5, измерительное устройство 6 соединено с одним дополнительным проводником 3а и другим дополнительным проводником 3b с относительно низким сопротивлением на метр по сравнению с проводником 3а. Другие концы дополнительных измерительных проводников 3а, 3b соединены вместе, чтобы замкнуть измерительную цепь (накоротко), как показано на фиг. 5.
Если электрический кабель имеет проводники с сопротивлением менее 0,1 Ом/м, что является типичным для многих установок, точное измерение длины кабеля будет затруднено, особенно на большие расстояния, такие как более 10 км.
С другой стороны, если проводник имеет сопротивление более 2 Ом/м, необходимо использовать более сложные измерительные приборы для измерения длины, что также сопровождается дополнительными неточностями устройства при измерении длины кабеля.
При наличии как минимум одного проводника с сопротивлением от 0,1 до 2 Ом/м в кабеле, возможно в любое время (перед установкой в бобины, во время установки, после установки), в любой части длины кабеля, точно измерить его длину. Точность измерения длины кабеля может составлять, например, около 10 см для длины кабеля около 10 км, что означает, что погрешность составляет около 0,01%.
Предпочтительным условием для точного измерения длины кабеля в соответствии с вариантом осуществления является поддержание большой разницы в сопротивлениях на расстоянии подключенных проводников, а именно основного и дополнительного (измерительного) проводников 1, 3 в варианте осуществления на фиг. 1, 2 и 4, или одного дополнительного (измерительного) и другого дополнительного проводников 3а, 3b в варианте осуществления на фиг. 3 и 5.
В случае измерения длины кабеля с другим дополнительным проводником 3b, сопротивление этого проводника предпочтительно, по меньшей мере, на один коэффициент выше, чем сопротивление основного токопроводящего проводника, более предпочтительно, примерно в 10 раз.
В ситуациях, когда затруднительно подключить основной токопроводящий проводник 1 к измерительному устройству 6, например, из-за очень большого поперечного сечения основного проводника, универсальный кабель может преимущественно включать в себя еще один дополнительный (измерительный) проводник 3b с другим сопротивлением по длине по сравнению с (измерительным) проводником 3а. В этом случае сопротивление одного дополнительного (измерительного) проводника 3а предпочтительно, по меньшей мере, на один коэффициент выше, чем сопротивление другого (второго) дополнительного измерительного проводника, более предпочтительно, в 10 раз.
Конструкция кабеля, в зависимости от назначения и условий работы, может включать в себя различные наполнители, экраны, дополнительную изоляцию, блокираторы воды, бронированные покрытия, ленты. Кроме того, конструкция кабеля может содержать несколько основных проводников 1, как показано на фиг. 1, или несколько дополнительных, например, для дублирования или управления, как показано на фиг. 3 и 5.
Некоторые примеры сопротивлений дополнительных (измерительных) проводников 3, 3а, 3b указаны в таблице 1.
Проводники в линиях 1, 5, 7, 10 и 14 являются предпочтительными, поскольку они обеспечивают простейшее вычисление результатов измерений по фактической длине.
По меньшей мере, один измерительный проводник 3, 3а, 3b с сопротивлением 0,1-2 Ом/м позволяет легко и точно измерять длину кабеля на расстоянии 10 км и более.
Согласно одному варианту осуществления, способ измерения длины кабеля, по меньшей мере, с одним дополнительным проводником предполагает, что от одного конца электрического кабеля конец основного токопроводящего проводника 1 и конец одного дополнительного проводника 3 соединены с устройством 6 измерения электричества, на другом конце электрического кабеля другой конец того же основного проводника 1 соединен с другим концом того же дополнительного проводника 3, и сопротивление полученной цепи измеряется устройством 6 измерения электричества с дальнейшим вычислением полученного значения сопротивления по длине кабеля.
Когда основной проводник 1 и дополнительный проводник 3 подключены на одном конце кабеля к измерительному устройству при коротком замыкании (соединении) одного и того же основного проводника 1 и того же дополнительного проводника 3 на другом конце кабеля, измерительное устройство 6 покажет сопротивление цепи основного проводника 1 и дополнительного проводника 3. Поскольку сопротивление основного проводника 1 пренебрежимо мало, устройство 6 показывает фактическое сопротивление дополнительного проводника 3.
Согласно другому варианту осуществления, способ измерения длины кабеля, содержащего, по меньшей мере, два дополнительных проводника, сконфигурирован так, что на одно конце электрический кабель, конец одного дополнительного проводника и конец другого дополнительного проводника соединены с устройством измерения электричества 6, на другом конце электрического кабеля другой конец того же одного дополнительного проводника соединен с другим концом этого же дополнительного проводника, и сопротивление полученной цепи измеряется прибором 6 измерения электричества с дальнейшим математическим вычислением полученного значения сопротивления по длине кабеля.
Сопротивление дополнительного проводника 3 может варьироваться от 0,1 до 2 Ом/м, в то время как сопротивление основного токопроводящего проводника 1 обычно не превышает 0,001-0,01 Ом/м при больших поперечных сечениях. Изолированное покрытие 2, 4, 5 кабеля образует гибкий полимерный материал, который способствует стабилизации вышеупомянутой цепи (без замыканий и прерываний) и изоляции проводника 1, 3 друг от друга, а также способствует целостности и водонепроницаемости, когда кабель размещен с криволинейной конфигурацией.
Поскольку сопротивление дополнительного проводника 3 при изготовлении кабеля поддерживается в пределах указанных параметров, это позволяет узнать точное значение сопротивления для каждого метра кабеля, при проведении измерений не требуется высококвалифицированный персонал для простых математических расчетов полученного сопротивления по отношению к значению сопротивления единицы длины кабеля.
Поскольку заявленные способы измерения длины предполагают, что измеряются средние значения сопротивления в цепи, таким образом, не требуется дорогостоящее измерительное оборудование для измерения малых значений сопротивления, и подойдет простой мультиметр.
Пробная партия кабелей в соответствии с вариантами осуществления использовалась при экспериментальном измерении средней (более 3 км) и большей длины (более 30 км) кабелей разными методами.
Экспериментальные измерения длины показали наибольшую эффективность, простоту и точность заявленных способов измерения длины кабеля при разных прямолинейных переходах сечения основных проводников с различным сопротивлением (0,1-2 Ом/м) и количеством дополнительных проводников при различной длине кабеля.
В частности, сопротивление дополнительных проводников от 1 до 2 Ом/м дает высочайшую точность измерения длины. При этом проще и удобнее рассчитать длину кабеля с дополнительными проводниками, имеющими сопротивление от 1,5 до 2 Ом/м.
Чтобы подчеркнуть универсальность электрического кабеля, следует отметить, что дополнительный проводник 3 кабеля можно использовать для прогрева кабеля, например, в случае длительного хранения кабеля в холодных условиях. В этом случае требуется выбрать конкретное напряжение для короткого замыкания из таблицы. Можно использовать специальное устройство, которое автоматически определяет сопротивление измерительного нагревательного проводника и автоматически генерирует необходимое напряжение, выбирая требуемую обмотку трансформатора. Он также может автоматически определять необходимое время прогрева. Дополнительный проводник 3 также можно использовать для прогрева воздушных кабелей в случае обледенения с использованием вышеупомянутого способа измерения.