КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИЛОВОЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям силовых электрических кабелей с металлической оболочкой, применяемых для передачи электрической энергии.
Известны конструкции силовых электрических кабелей с пропитанной бумажной изоляцией, например «Кабели силовые с пропитанной бумажной изоляцией» по ГОСТ 18410-73, год ввода 1975, Россия, изготавливаемые на кабельных заводах РФ. Для защиты пропитанной бумажной изоляции от воздействия внешней среды и механических повреждений силовые кабели по ГОСТ 18410-73 содержат металлическую оболочку по ГОСТ 24641-81, год ввода 1983, Россия. Основные недостатки силовых кабелей с бумажной пропитанной изоляцией:
- пониженное значение длительно допустимой температуры нагрева токо-проводящих жил кабеля до 70°С;
- пониженное значение длительно допустимой токовой нагрузки и передаваемой мощности кабеля;
- пониженная механическая прочность изоляции при испытании кабеля на изгиб (наличие продольных и поперечных надрывов бумажных лент);
- ограничение минимального радиуса изгиба кабеля при его прокладке на сильноизогнутых участках трассы;
- миграция ионов металла (проводников электрического тока) по толщине изоляции;
- пониженная электрическая прочность бумажной пропитанной изоляции;
- повышенное число прогаров (электрического пробоя изоляции) кабелей во время приемо-сдаточных и периодических испытаний;.
- снижение электрической прочности кабеля вследствие образования гофр, складок, морщин, трещин, надрывов и разрывов лент бумажной изоляции, а также обеднения бумажной изоляции пропиточным составом в местах изгибов кабеля и дефектов алюминиевой оболочки («бамбуковых» колец);
- повышенная зависимость содержания диэлектрического пропиточного состава в бумажной изоляции от давления прессования металлической оболочки кабеля;
- повышенная зависимость содержания диэлектрического пропиточного состава в бумажной изоляции от технологических режимов сушки-пропитки и от качества бумаги;
- пониженное электрическое сопротивление бумажной пропитанной изоляции и повышенное время его набора до требуемого значения после изготовления кабеля;
- пониженная технологичность (повышенная обрывность бумажных лент при изолировании кабеля);
- повышенная толщина бумажной пропитанной изоляции и повышенный расход материалов кабеля: бумаги, пропиточного состава, металлической оболочки и защитных покровов;
- повышенные габариты и масса кабеля с бумажной пропитанной изоляцией;
- повышенная стоимость кабеля с бумажной пропитанной изоляцией.
Ближайшим по своим параметрам к предлагаемой конструкции является кабель электрический силовой с пропитанной бумажно-пластиковой изоляцией по патенту №188351 от 28.12.2018, Россия, на полезную модель (прототип). Кабель по прототипу содержит токопроводящие жилы, фазную и поясную изоляцию жил из электроизоляционного композиционного материала, состоящего из бумажной основы и многослойного полимерного покрытия, заполнение промежутков между изолированными жилами, экран по поясной изоляции, диэлектрический пропиточный состав, свинцовую или алюминиевую металлическую оболочку и защитные покровы. Свинцовые оболочки применяются в кабелях, используемых в условиях воздействия агрессивных сред (кислая и щелочная среда, хлорсодержащая среда, влага). Основные недостатки свинцовой оболочки: низкая электропроводность, низкая прочность, низкая устойчивость к вибрационным нагрузкам. Алюминиевая оболочка более герметична, более прочна, более устойчива к вибрационным нагрузкам, имеет меньший вес и стоимость. Высокая электропроводность алюминия дает возможность использовать алюминиевые оболочки в качестве четвертой жилы кабеля (заземление, экранирование). Однако кабели с алюминиевыми оболочками нельзя применять в условиях воздействия на них агрессивных сред из-за интенсивной коррозии алюминия. Поэтому недостатком прототипа является ограничение области применения кабелей с пропитанной бумажно-пластиковой изоляцией.
Технической задачей полезной модели является разработка конструкции силового электрического кабеля с пропитанной бумажно-пластиковой изоляцией, не уступающего прототипу по основным характеристикам и имеющего более широкую область применения по прокладке заземленных (экранированных) кабелей в районах с агрессивной и влажной средой.
Поставленная задача достигается применением двухслойной металлической оболочки кабеля, в которой внутренний слой изготавливается из алюминия или его сплавов, а наружный слой из свинца или его сплавов. В предлагаемой конструкции кабель электрический силовой содержит токопроводящие жилы, фазную и поясную изоляцию жил из электроизоляционного композиционного материала, состоящего из бумажной основы и многослойного полимерного покрытия, заполнение промежутков между изолированными жилами, экраны из электропроводящих материалов, диэлектрический пропиточный состав, двухслойную металлическую оболочку и защитные покровы.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленной полезной модели, обеспечивается за счет использования в конструкции силового электрического кабеля с пропитанной бумажно-пластиковой изоляцией двухслойной металлической оболочки, в которой внутренний слой изготавливается из алюминия или его сплавов, а наружный слой из свинца или его сплавов. При этом внутренний слой оболочки из алюминия или его сплавов используется для заземления (экранирования) кабеля, а наружный слой из свинца или его сплавов - для защиты кабеля от воздействия агрессивной среды.
С целью уменьшения времени сушки-пропитки и улучшения качества пропитанной бумажно-пластиковой изоляции кабеля авторами полезной модели разработаны электроизоляционный композиционный материал марки ЭКМ по ТУ 22.29.29.-57-50289046-2018, год ввода 2018, Россия, на основе целлюлозной бумаги с многослойным микропористым полимерным покрытием, а также нестекающий диэлектрический состав марки СКДн по ТУ 19.20.41.190-060-50289046-2018, год ввода 2018, Россия, с температурой каплепадения не менее 105°С, на основе минерального масла и загустителя нестекающих пропиточных составов кабельного марки ЗПСКн по ТУ 19.20.41.190-059-50289046-2018, год ввода 2018, Россия, (разработка авторов полезной модели).
С целью уменьшения электрического сопротивления экранов, снижения частичных разрядов и исключения электрического пробоя кабелей с пропитанной бумажно-пластиковой изоляцией авторами полезной модели разработаны новые электропроводящие материалы марки БЭКДм и ЭКРАН-Б на бумажной основе, ЭКРАН-Т - на тканевой основе, ЭКРАН-Н - на нетканой основе и ЭКРАН-С - на основе стеклоткани. Электропроводящий материал ЭКРАН-С на основе стеклоткани может быть использован также в качестве термоэкрана под алюминиевую оболочку кабеля для предохранения поясной изоляции от воздействия высокой температуры (более 500°С) и давления при наложении алюминиевой оболочки и экранирования поясной изоляции.
Преимущества новых силовых кабелей с пропитанной бумажно-пластиковой изоляцией и двухслойной металлической оболочкой:
- более широкая область применения по прокладке заземленных (экранированных) кабелей в районах с агрессивной и влажной средой;
- повышенная надежность и долговечность силовых кабелей.
В результате проведенного поиска по патентным и научно-техническим источникам информации не выявлено решений, содержащих всей совокупности существенных признаков независимого пункта формулы полезной модели, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемая конструкция силового электрического кабеля с пропитанной бумажно-пластиковой изоляцией приведена на (фиг.) и содержит токопроводящие жилы 1, экран по жилам 2 из электропроводящих материалов, фазную изоляцию жил 3 из слоев электроизоляционного композиционного материала, состоящего из бумажной основы и многослойного полимерного покрытия, заполнение промежутков между изолированными жилами 4 из бумажных жгутов или пряжи, поясную изоляцию 5 из слоев электроизоляционного композиционного материала, состоящего из бумажной основы и многослойного полимерного покрытия, экран 6 по поясной изоляции из электропроводящих материалов, нестекающий диэлектрический пропиточный состав для пропитки фазной и поясной изоляции, а также экранов из электропроводящих материалов, двухслойную металлическую оболочку 7, защитную подушку 8, броню 9, наружный защитный покров 10. Силовые электрические кабели с пропитанной бумажно-пластиковой изоляцией и двухслойной металлической оболочкой изготавливаются по следующей технологии. На токопроводящие жилы 1 накладывается экран 2 из ленты электропроводящего материала с перекрытием на изолировочной лентообмоточной машине по спирали с определенным шагом и скоростью наложения. Лента из электропроводящего материала марки БЭКДм или ЭКРАН-Б на бумажной основе накладывается электропроводящим слоем к жиле. На экран 2 по жиле накладывается фазная изоляция 3 из лент электроизоляционного композиционного материала марки ЭКМ шириной (14-30) мм на изолировочных лентообмоточных машинах по спирали с определенным шагом и скоростью наложения. Ленты из электроизоляционного композиционного материала, включая наружный слой из сигнальной или маркированной бумаги, накладываются с зазором. Количество лент и толщина фазной изоляции 3 зависят от марки кабеля (номинального напряжения) и толщины материала. Изолированные и маркированные жилы поступают на общую скрутку с заполнением промежутков между жилами бумажным или джутовым шпагатом 4. Поверх скрученных изолированных жил накладывается поясная изоляция 5 из лент композиционного материала марки ЭКМ определенной ширины, включая наружный слой из ленты маркированной бумаги. Ленты композиционного материала в поясной изоляции накладываются с зазором. Поверх поясной изоляции накладывается экран 6 из одной ленты электропроводящего материала с перекрытием на изолировочной лентообмоточной машине по спирали с определенным шагом и скоростью наложения. Лента из электропроводящего материала марки БЭКДм или ЭКРАН-Б на бумажной основе накладывается изоляционным слоем к поясной изоляции. После наложения изоляции из композиционного материала и экранов кабель подвергается сушке-пропитке для удаления влаги и воздуха из изоляции и экранов и пропитки их диэлектрическим составом, например нестекающим диэлектрическим составом марки СКДн с температурой каплепадения более 105°С. Сушка и пропитка изоляции из композиционного материала являются взаимосвязанными процессами, так как влага из атмосферы быстро поглощается сухой бумажной основой материала. Пропитка производится немедленно после сушки без воздействия на изоляцию кабеля атмосферного воздуха или эти два процесса производят одновременно. Пропитанный нестекающим составом СКДн композиционный материал является гигроскопичным материалом, поэтому после сушки-пропитки на кабель накладывается поверх экрана влаговоздухонепроницаемая двухслойная металлическая оболочка 7. Вначале накладывается алюминиевый слой на алюминиевом прессе. Поверх алюминиевого слоя накладывается свинцовый слой на свинцовом прессе. Поверх металлической оболочки кабеля наносятся защитные покровы. После изготовления кабель подвергается приемо-сдаточным и периодическим испытаниям.
Силовые электрические кабели с пропитанной бумажно-пластиковой изоляцией и двухслойной металлической оболочкой прошли технологическое опробование и всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами. В связи с этим заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».