КАБЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИЛОВОЙ

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям силовых электрических кабелей высокого напряжения с изоляцией из сшитого полиэтилена и металлическим экраном, применяемых для передачи электрической энергии.
В высоковольтных кабелях на напряжение 6 кВ и более металлический экран в составе комбинированного экрана из электропроводящих материалов, наложенных поверх изоляции, шунтирует искажения электрического поля, которые возникают за счет наличия дефектов изоляции. Установлено, что электрическая прочность изоляции силовых кабелей при экранировании повышается на 20%, а импульсная прочность - на 5%.
Известна конструкция силового электрического кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10, 20 и 35 кВ по ТУ 16.К71-335-2004, год ввода 2004, Россия, имеющего металлический экран из медных проволок, скрепленных медной лентой. Недостатки металлического экрана из медных проволок и медной ленты: ускоренное разрушение изоляции под действием ионов меди, а также большая масса и высокая стоимость.
Ближайшим по своим параметрам к полезной модели является кабель электрический силовой с изоляцией из сшитого полиэтилена по патенту №113862, Россия, (прототип), содержащий металлический экран из проволок алюминия или алюминиевого сплава, скрепленных лентой или пасьмой из электропроводящего материала. Электрический кабель по прототипу (фиг.) состоит из многопроволочной токопроводящей жилы 1, экрана по жиле 2, изоляции 3, комбинированного экрана 4, разделительного слоя 5, пластмассовой оболочки 6. Кабель электрический силовой по прототипу изготавливается по следующей технологии. На медную или алюминиевую токопроводящую жилу 1 наносится экструзией экран 2 из электропроводящей полимерной сшитой композиции толщиной не менее 0,3 мм. Поверх экрана 2 накладывается изоляция 3 из сшитого полиэтилена. Толщина изоляции зависит от марки кабеля. Поверх изоляции накладывается комбинированный экран 4, состоящий из электропроводящей полимерной сшитой композиции толщиной не менее 0,3 мм, слоя из электропроводящей полимерной ленты и металлического экрана из алюминиевых проволок номинальным диаметром (0,7-2,0)мм, скрепленных алюминиевой лентой толщиной 0,2 мм и шириной 20 мм. Поверх комбинированного экрана накладывается разделительный слой 5 толщиной не менее 0,2 мм из лент крепированной или кабельной бумаги или полимерных лент. Поверх разделительного слоя накладывается экструзией оболочка 6 из полиэтилена высокой плотности или из поливинилхлоридного пластиката.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- пониженная допустимая температура нагрева алюминиевого экрана в рабочем режиме до 90°С и режиме перегрузки (не более 8 ч в сутки)до 130°С;
- пониженный допустимый ток короткого замыкания;
- пониженная механическая прочность алюминиевого экрана в режиме перегрузки и короткого замыкания;
- пониженная коррозионная стойкость алюминиевого экрана.
Все эти недостатки прототипа существенно снижают надежность и долговечность кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Технической задачей полезной модели является разработка силового электрического кабеля, не уступающего прототипу по основным характеристикам, но более надежного и долговечного.
Технический результат достигается тем, что проволоки в металлическом экране кабеля выполнены из алюминия или алюминиевого сплава, модифицированных редкими или редкоземельными металлами, в том числе с медным покрытием.
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие металлического экрана из проволок алюминия или алюминиевого сплава, скрепленных лентой или пасьмой из электропроводящего материала. В то же время предложенный кабель отличается от известного использованием в составе металлического экрана проволок алюминия или алюминиевого сплава, модифицированных редкими или редкоземельными металлами, в том числе с медным покрытием.
Небольшие добавки (до 1 масс.%) редких и редкоземельных металлов из группы: цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан, ванадий, гафний или их смесей позволяют существенно увеличить прочность, термостойкость и коррозионностойкость алюминия и его сплавов без снижения электропроводности. Например, добавка церия в количестве 0,5 масс.% повышает прочность и термостойкость алюминия почти в два раза. При этом уменьшается коррозия в 10 раз и существенно увеличивается электропроводность алюминия. Добавка 0,3 масс.% иттрия увеличивает на 7,5% электропроводность алюминия, а также увеличивает его прочность и термостойкость. Добавка 0,4 масс.% скандия повышает прочность алюминия на 35%. При этом увеличивается электропроводность и термостойкость алюминия. Добавка циркония до 0,5 масс.% позволяет существенно (в 2-2,5 раза) увеличить термостойкость алюминия и его сплавов без снижения электропроводности. У алюминия и его сплавов, модифицированных редкими и редкоземельными металлами, практически отсутствует ползучесть под нагрузкой.
Покрытие алюминиевых проволок металлического экрана медью позволяет использовать стандартную соединительную и заземляющую арматуру.
Преимущества нового кабеля:
- высокая допустимая температура нагрева металлического экрана в рабочем режиме до 110°С и режиме перегрузки до 150°С;
- повышенный допустимый ток короткого замыкания;
- повышенная механическая прочность металлического экрана в рабочем режиме и режиме перегрузки;
- повышенная коррозионная стойкость металлического экрана;
- высокие надежность и долговечность.
Ограничения на выбор марки алюминия или алюминиевого сплава для проволок металлического экрана накладывают условия изготовления, монтажа и эксплуатации кабеля:
- изготовление проволок из катанки методом волочения;
- эксплуатация кабеля в режиме перегрузки;
- требуемые физико-механические характеристики проволок металлического экрана: максимальные разрушающее усилие и относительное удлинение, минимальная ползучесть, минимальное электрическое сопротивление, максимальная термостойкость и долговечность;
- цена.
Перечисленным выше требованиям соответствуют алюминий и его сплавы, модифицированные редкими или редкоземельными металлами или их смесями. Наиболее доступными и дешевыми являются алюминиевые сплавы, модифицированные цирконием. Авторами полезной модели предлагается использовать для изготовления проволок металлического экрана катанку из термостойкого алюминиевого сплава марки ТАС по ТУ 1712-043-50289046-2012, год ввода 2012, Россия, модифицированного цирконием.
Конструкция и технология изготовления кабеля по полезной модели аналогичны конструкции и технологии изготовления кабеля по прототипу.
Силовые электрические кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена и металлическим экраном из проволок алюминиевого сплава ТАС, модифицированного цирконием, прошли всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами. Налажено производство данных кабелей.