ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ
ELECTRICAL CONNECTOR

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к электрическому соединителю, применяемому при высокой мощности. В частности, настоящее изобретение относится к соединителю, подходящему для применения в тяжелых условиях, например, в нефтеперерабатывающей и горнодобывающей промышленности.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Надежные электрические соединители являются необходимыми для применений при высокой мощности, таких как питание тяжелых электрических машин, часто используемых в горнодобывающей или нефтеперерабатывающей промышленности, или в соединениях линий транспортировки энергии. При таких применениях используемые в машинах кабели передают высокие токи при напряжениях в один и более киловольт.
Типичные электрические соединители, применяемые в данной области техники, имеют множество контактов или гнезд, каждый из которых соединен с соответствующей жилой кабеля машины. В зависимости от конкретного применения, соединители должны соответствовать специальным требованиям или стандартам. Соответствие соединителей надлежащим стандартам проверяется сертифицирующим органом.
Сертификация соединителя для специального применения обычно обеспечивает соответствие соединителя основным требованиям безопасности. Однако известные соединители все еще имеют ряд недостатков.
Например, соединители высокой мощности, применяемые в сложных условиях, таких как места горной добычи, часто подвержены жесткому воздействию, особенно при соединении с тяжелыми машинами. Машинные кабели могут быть случайно вытянуты в ходе работы, и это может привести к повреждению внутренних компонентов соединителя или машинного кабеля на соединителе и/или потере электрического соединения с явными последствиями для надежности работы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты осуществления настоящего изобретения нацелены на предоставление компонента электрического соединения, расположенного таким образом, чтобы возможная передача напряжений на жилы машинного кабеля была снижена при эксплуатации компонента электрического соединения.
Согласно первому аспекту, настоящее изобретение обеспечивает компонент электрического соединения для машинного кабеля, при этом компонент электрического соединения подходит для передачи мощности с уровнями напряжения, большими либо равными 1 кВ, при этом компонент электрического соединения содержит:
первый электрический контакт, расположенный для электрического соединения со вторым контактом, и расположенный для непосредственного или опосредованного соединения с проводником машинного кабеля;
обшивку, в которой расположена по меньшей мере часть первого электрического контакта;
гибкий элемент для зацепления с частью внешней поверхности машинного кабеля; и
узел зажима кабеля, расположенный для соединения с частью обшивки и прижима гибкого элемента таким образом, чтобы прижатый гибкий элемент фиксировал машинный кабель относительно обшивки.
В одном варианте осуществления узел зажима кабеля и гибкий элемент размещены таким образом, чтобы при применении гибким элементом оказывалось прижимное усилие на часть машинного кабеля, и указанное прижимное усилие распределялось по существу равномерно вокруг части машинного кабеля.
В одном варианте осуществления узел зажима кабеля частично окружает гибкий элемент. Гибкий элемент может содержать упругий кольцевой элемент, расположенный для вмещения машинного кабеля. Упругий кольцевой элемент может иметь цилиндрическую форму и может быть равномерным относительно оси. Дополнительно внешняя поверхность упругого кольцевого элемента может быть скошенной. Скошенная внешняя поверхность может быть расположена таким образом, чтобы при применении она была в контакте с соответствующей скошенной поверхностью узла зажима.
В одном варианте осуществления кольцевой элемент является кольцеобразным элементом, содержащим полимерный материал, который может быть полимерным материалом высокой прочности.
В одном варианте осуществления узел зажима кабеля может содержать:
первый элемент кабельной муфты для размещения вокруг машинного кабеля, при этом первый элемент муфты расположен для прижатия гибкого элемента, при размещении вокруг части внешней поверхности машинного кабеля и между элементом муфты и частью обшивки, в направлении к части обшивки таким образом, чтобы гибкий элемент деформировался и оказывал прижимное усилие вокруг части внешней поверхности машинного кабеля.
В одном варианте осуществления первый элемент кабельной муфты имеет внутреннюю поверхность, которая является скошенной и расположенной таким образом, чтобы при применении скошенная внутренняя поверхность находилась в контакте с соответствующей скошенной внешней поверхностью гибкого элемента. При применении гибкий элемент может быть зажат между узлом зажима и машинным кабелем, между узлом зажима и частью обшивки, или между первой частью узла зажима и второй частью узла зажима.
В одном варианте осуществления первый элемент муфты является кольцеобразной скобой, содержащей множество отверстий, расположенных для вмещения множества фиксаторов для закрепления части обшивки.
В одном варианте осуществления узел зажима кабеля может дополнительно содержать второй элемент муфты, который при применении размещен вокруг машинного кабеля, при этом первый и второй элементы муфты расположены для прижатия гибкого элемента, при размещении вокруг части внешней поверхности машинного кабеля и между первым и вторым элементами муфты, в направлении к части обшивки таким образом, чтобы гибкий элемент деформировался и оказывал прижимное усилие вокруг части внешней поверхности машинного кабеля.
В одном варианте осуществления первый или второй элемент муфты имеет внутреннюю поверхность, которая является скошенной и выполнена таким образом, чтобы при применении скошенная внутренняя поверхность находилась в контакте с соответствующей скошенной внешней поверхностью гибкого элемента. При применении гибкий элемент может быть зажат между первым элементом муфты и вторым элементом муфты.
Также, при применении первый и второй элементы муфты могут быть неподвижно прикреплены к части обшивки компонента посредством множества фиксаторов, входящих в зацепление с первым и вторым элементами муфты во множестве мест, расположенных вокруг машинного кабеля. Множество фиксаторов могут быть выполнены в виде множества болтов или винтов, расположенных во множестве отверстий, по существу равномерно распределенных вокруг машинного кабеля.
В одном варианте осуществления при применении машинный кабель соединен с обшивкой через гибкий элемент таким образом, чтобы гибкий элемент передавал внешние продольные усилия, действующие на машинном кабеле, на обшивку, а не на первый контакт.
В одном варианте осуществления компонент электрического соединения содержит множество электроизоляционных компонентов, расположенных таким образом, чтобы вмещаться в указанную обшивку в предварительно определенной ориентации или в ряде ориентации. Например, первый электроизоляционный компонент может иметь такую форму, чтобы вмещаться во второй электроизоляционный компонент в предварительно определенной ориентации. Например, первый электроизоляционный компонент может иметь выступ определенной формы, при этом второй электроизоляционный компонент имеет соответствующей формы выемку для вмещения выступа первого электроизоляционного компонента, при этом, когда первый электроизоляционный компонент вмещен во второй электроизоляционный компонент, первый и второй электроизоляционные компоненты имеют предварительно определенную ориентацию относительно друг друга.
Дополнительно, электроизоляционный компонент может быть расположен таким образом, чтобы вмещать множество других электроизоляционных компонентов, при этом по меньшей мере один из электроизоляционных компонентов окружает по меньшей мере часть по меньшей мере одного проводника, при этом электрический проводник компонента электрического соединения проникает в него.
Один из электроизоляционных компонентов может быть съемным, а обшивка и съемный компонент расположены таким образом, что по меньшей мере часть внутренней области обшивки может быть осмотрена, когда съемный компонент по меньшей мере частично извлечен из обшивки.
Согласно второму аспекту, настоящее изобретение обеспечивает способ соединения компонента электрического соединения согласно первому аспекту с машинным кабелем, подходящим для передачи мощности с уровнями напряжения, большими либо равными 1 кВ, при этом способ включает следующие этапы:
обеспечение машинного кабеля;
позиционирование гибкого элемента компонента соединения вокруг машинного кабеля;
позиционирование элемента кабельной муфты компонента соединения вокруг машинного кабеля таким образом, чтобы гибкий элемент был позиционирован между элементом кабельной муфты и частью обшивки компонента соединения; и
установка кабельной муфты на часть обшивки таким образом, чтобы гибкий элемент был позиционирован между частью обшивки компонента соединения и элементом кабельной муфты, и при этом прижимное усилие передается через гибкую часть и вокруг части внешней поверхности машинного кабеля для закрепления машинного кабеля относительно части обшивки.
В одном варианте осуществления элемент кабельной муфты установлен на обшивке таким образом, чтобы гибкий элемент передавал внешние продольные усилия, действующие на машинном кабеле, на обшивку, а не на первый контакт.
В одном варианте осуществления элемент кабельной муфты установлен на обшивке таким образом, чтобы гибкий элемент оказывал прижимное усилие на часть машинного кабеля, и прижимное усилие распределялось бы по существу равномерно вокруг части машинного кабеля.
В одном варианте осуществления гибкий элемент содержит упругий кольцевой элемент, расположенный для вмещения машинного кабеля. Кольцевой элемент может быть кольцеобразным элементом, при этом элемент кабельной муфты может содержать кольцеобразную скобу, и способ может дополнительно включать этап фиксации множества фиксаторов посредством кольцеобразной скобы к обшивке для прикрепления элемента кабельной муфты и кольцевого элемента к обшивке.
Согласно третьему аспекту, настоящее изобретение обеспечивает способ соединения компонента электрического соединения согласно первому аспекту настоящего изобретения с машинным кабелем, подходящим для передачи мощности с уровнями напряжения, большими либо равными чем 1 кВ, при этом способ включает следующие этапы:
обеспечение машинного кабеля;
позиционирование гибкого элемента вокруг машинного кабеля;
позиционирование первого и второго элементов кабельной муфты вокруг машинного кабеля и относительно части обшивки компонента соединения таким образом, чтобы гибкий элемент был позиционирован между первым и вторым элементами кабельной муфты; и
установка первого и второго элементов кабельной муфты на часть обшивки таким образом, чтобы гибкий элемент был позиционирован между первым и вторым элементами муфты, и при этом прижимное усилие передается через гибкую часть и вокруг части внешней поверхности машинного кабеля для закрепления машинного кабеля относительно части обшивки.
В одном варианте осуществления первый и второй элементы кабельной муфты установлены на обшивке таким образом, чтобы гибкий элемент передавал внешние продольные усилия, действующие на машинном кабеле, на обшивку, а не на первый контакт.
В одном варианте осуществления первый и второй элементы кабельной муфты установлены на обшивке таким образом, чтобы гибкий элемент оказывал прижимное усилие на часть машинного кабеля, и прижимное усилие распределялось бы по существу равномерно вокруг части машинного кабеля.
В одном варианте осуществления гибкий элемент содержит упругий кольцевой элемент, расположенный для вмещения машинного кабеля. Кольцевой элемент может быть кольцеобразным элементом, при этом каждый из первого и второго элементов кабельной муфты может содержать, соответственно, первую и вторую кольцеобразную скобу, и способ может дополнительно включать этап фиксации множества фиксаторов посредством первой и второй кольцеобразных скоб к обшивке для прикрепления элемента кабельной муфты и кольцевого элемента к обшивке.
Изобретение будет понятно в более полной мере из следующего описания конкретных вариантов осуществления изобретения. Описание выполнено со ссылкой на сопроводительные графические материалы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Фиг. 1 - вид сбоку компонента соединителя согласно одному варианту осуществления в собранном состоянии;
Фиг. 2 - изометрические виды машинного кабеля, в который вмещены компоненты указанного компонента соединения согласно данному варианту осуществления;
Фиг. 3 - вид сбоку в поперечном сечении соединителя в сборе согласно варианту осуществления;
Фиг. 4 - вид в изометрии соединителя в сборе согласно варианту осуществления;
Фиг. 5 - изометрический вид соединителя согласно данному варианту осуществления, установленного в соответствующую приемную заглушку;
Фиг. 6 - блок-схема, показывающая этапы способа соединения электрического соединителя согласно одному варианту осуществления с машинным кабелем; и
Фиг. 7 - вид сбоку компонента соединителя согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Варианты осуществления, описанные в настоящем документе, обеспечивают компонент электрического соединения, подходящий для применений при высокой мощности для соединения машинного кабеля. Компонент соединения имеет гибкий элемент и узел зажима, входящие в зацепление с внешней поверхностью машинного кабеля и прикрепляющие машинный кабель к обшивке компонента электрического соединения.
Сначала в соответствии с Фиг. 1-5 показан компонент 100 электрического соединения для машинного кабеля 102, подходящий для передачи мощности с уровнями напряжения, большими либо равными 1 кВ. Компонент электрического соединения имеет обшивку 103, содержащую электрические контакты или гнезда (не показаны), электрически соединенные с жилами машинного кабеля 102. Электрические контакты или гнезда расположены для соединения с соответствующими контактами или гнездами другого компонента соединения для создания электрического соединения между жилами двух машинных кабелей. В этом варианте осуществления компонент электрического соединения имеет шесть электрических контактов, по одному для каждой электрической фазы, которые содержатся в трех фазных трубках 202, и три электрических контакта для соединения с основной и вспомогательной сетью питания, как показано на Фиг. 2 (b). Каждый контакт электрической фазы имеет независимое соединение с землей через свою соответствующую фазную трубку 206.
Компонент электрического соединения 100 имеет гибкий элемент в виде упругого кольцеобразного элемента 104, вмещающий машинный кабель 102 и входящий в зацепление с частью его внешней поверхности. Гибким элементом прикладывается прижимное усилие к части машинного кабеля 102, и прижимное усилие распределяется по существу равномерно вокруг части машинного кабеля 102.
В этом варианте осуществления упругий кольцеобразный элемент 104 состоит из полимерного материала и расположен внутри узла зажима кабеля, имеющего два элемента кабельной муфты, при этом один из них расположен со стороны кабеля на кольцеобразном элементе 104, а другой - со стороны обшивки. Два элемента кабельной муфты выполнены в виде кольцеобразных скоб 106 и 112. На Фиг. 2 показано, как кольцеобразные скобы 106 и 112 могут быть установлены вокруг машинного кабеля вместе с кольцеобразным элементом 104 перед или после электрических контактов, при этом фазные трубки 202 и обшивка 103 соединены с машинным кабелем 102.
Когда кольцеобразные скобы 106 и 112 скреплены вместе, они прижимают кольцеобразный элемент 104 с противоположных сторон таким образом, чтобы кольцеобразный элемент 104 деформировался и оказывал прижимное усилие вокруг машинного кабеля 102. Прижимное усилие прикрепляет узел зажима с кольцеобразными скобами 106 и 112 и кольцеобразным элементом 104 к машинному кабелю 102.
В описанном варианте осуществления кольцеобразный элемент 104 имеет форму тора. Форма кольцеобразного элемента 104 позволяет элементу 104 при применении быть зажатым между узлом зажима с кольцеобразными скобами 106 и 112. В альтернативных вариантах осуществления кольцеобразный элемент 104 может иметь равномерную форму вдоль своей оси или иметь скошенную внешнюю поверхность. Будет понятно, что, для альтернативных размеров, между кольцеобразным элементом 104 и кольцеобразными скобами 106, 112 может быть расположен разделитель.
Кольцеобразный элемент 104 содержит полимерный материал. На Фиг. 3 и 4, соответственно, показан вид сбоку в поперечном сечении и вид в изометрии электрического соединителя в сборе согласно данному варианту осуществления. Когда компонент соединения установлен, кольцеобразные скобы 106 и 112 скреплены вместе, и также неподвижно закреплены на обшивке компонента посредством множества фиксаторов, входящих в зацепление с кольцеобразными скобами 106 и 112 во множестве мест, расположенных вокруг машинного кабеля 102. В этом варианте осуществления фиксаторы выполнены в виде болтов 310, расположенных во множестве отверстий, равномерно распределенных вокруг периметра кольцеобразных скоб 106 и 112. Болты 310 входят в зацепление с частью с резьбовыми отверстиями, расположенной в части обшивки 103, обращенной к кольцеобразным скобам 112, в соответствии с множеством отверстий.
Зацепление кольцеобразных скоб 106 и 112 с кольцеобразным элементом 104 и обшивкой 103 позволяет осуществлять передачу осевых нагрузок с машинного кабеля 102 на обшивку 103. Функция приема нагрузки кольцеобразными скобами 106 и 112, кольцеобразным элементом 104 и обшивкой 103 предотвращает передачу осевых нагрузок к внутренним соединениям между контактами или гнездами и жилами машинного кабеля.
В альтернативных вариантах осуществления кольцеобразные скобы 112 расположены как неотъемлемая часть обшивки 103. В этих вариантах осуществления компонент соединения расположен с одной кольцеобразной скобой 106. Кольцеобразная скоба 106 давит на кольцеобразный элемент 104 со стороны машинного кабеля 102, когда кольцеобразная скоба 106 прикреплена к обшивке 103. Кольцеобразный элемент 104 деформируется или прикладывает прижимное усилие вокруг машинного кабеля 102 для прикрепления узла зажима и обшивки к машинному кабелю 102. Это позволяет осуществлять передачу внешних продольных усилий на машинном кабеле 102 к обшивке, а не к первому контакту.
Повреждение соединений между контактами или гнездами и кабельными жилами вследствие прилагаемых внешних осевых нагрузок, является распространенным источником электрических поломок при применении кабелей в тяжелых окружающих условиях, таких как нефтехимические предприятия и места горной добычи. Поскольку соединительное устройство передает такие осевые нагрузки по меньшей мере преимущественно на обшивку, вероятность такого повреждения может быть снижена. Также, компонент соединения расположен таким образом, чтобы прикладываемое внешнее осевое усилие передавалось на обшивку посредством гибкого элемента таким образом, чтобы вследствие гибкости гибкой части, входящей в зацепление с частью внешней поверхности машинного кабеля на относительно большой площади, локальные радиальные давления на часть внешней поверхности машинного кабеля были снижены.
В одном варианте осуществления компонент 100 электрического соединения содержит множество электроизоляционных компонентов, расположенных таким образом, чтобы вмещаться в указанную обшивку 103 в предварительно определенной ориентации или в ряде ориентаций. Например, первый электроизоляционный компонент может иметь такую форму, чтобы вмещаться во второй электроизоляционный компонент в предварительно определенной ориентации. Например, первый электроизоляционный компонент может иметь выступ определенной формы, при этом второй электроизоляционный компонент имеет соответствующей формы выемку для вмещения выступа первого электроизоляционного компонента, при этом, когда первый электроизоляционный компонент вмещен во второй электроизоляционный компонент, первый и второй электроизоляционные компоненты имеют предварительно определенную ориентацию относительно друг друга.
Дополнительно, электроизоляционный компонент может быть расположен таким образом, чтобы вмещать множество других электроизоляционных компонентов, при этом по меньшей мере один из электроизоляционных компонентов окружает по меньшей мере часть по меньшей мере одного проводника, при этом электрический проводник компонента электрического соединения проникает в него.
Один из электроизоляционных компонентов может быть съемным, а обшивка 103 и съемный компонент расположены таким образом, что по меньшей мере часть внутренней области обшивки 103 может быть осмотрена, когда съемный компонент по меньшей мере частично извлечен из обшивки 103.
Теперь согласно Фиг. 6 показана блок-схема с последовательностью этапов, которые могут быть выполнены для соединения компонента электрического соединения согласно одному варианту осуществления с машинным кабелем. Когда предоставлен машинный кабель, 605, гибкий элемент располагают вокруг машинного кабеля, 610. В описанном выше варианте осуществления этот этап заключается во введении машинного кабеля 102 в кольцеобразный элемент 104. На этапе 615 элемент кабельной муфты располагают вокруг машинного кабеля таким образом, чтобы гибкий элемент располагался между элементом кабельной муфты и частью обшивки компонента соединения. В этом варианте осуществления кольцеобразную скобу 106 располагают вокруг машинного кабеля 102. На этапе 620 элемент кабельной муфты устанавливают на часть обшивки таким образом, чтобы гибкий элемент был позиционирован между частью обшивки компонента соединения и элементом кабельной муфты, и прижимное усилие передавалось через гибкую часть и вокруг части внешней поверхности машинного кабеля для закрепления машинного кабеля относительно части обшивки. В описанном варианте осуществления болты 310 вводят в периферические отверстия кольцеобразной скобы 106 и зацепляют с соответствующими резьбовыми отверстиями в обшивке 103 компонента.
В альтернативных вариантах осуществления способ включает дополнительный этап установки дополнительной кольцеобразной скобы 112 на обшивку 103 перед выравниванием и прикреплением узла зажима к обшивке 103.
Альтернативный компонент 700 электрического соединения показан на Фиг. 7. Компонент 700 электрического соединения содержит множество таких же признаков, как и компонент 100 электрического соединения по Фиг. 1, однако в одну кольцеобразную скобу 702 объединено две кольцеобразные скобы 106 и 112 компонента 100 электрического соединения.
Специалистам в данной области будет понятно, что множество вариаций и/или модификаций может быть выполнено в отношении изобретения, как показано в конкретных вариантах осуществления, без выхода за пределы объема и сути изобретения в его широком смысле. Таким образом, настоящие варианты осуществления следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративные, и не ограничивающие.