КАБЕЛЬНЫЙ НАКОНЕЧНИК Российский патент 2000 года по МПК H01R9/11 H02G15/04 

1. Область техники
Изобретение относится к электротехнической промышленности, используется при концевой заделке кабелей и может быть использовано при соединении многожильных кабелей.

2. Уровень техники
Известны кабельные наконечники, в которых соединение наконечника с кабелем пропаяно (ГОСТ 10434-82 "Соединения контактные электрические. М.: 1994, с. 7).

Недостаток такого устройства в ненадежности соединения в эксплуатационных условиях при повышенных температурах, обусловленная возможностью расплава припоя и разрушения соединения.

Известны наконечники, которые при соединении с кабелем спрессовываются "лункой" (Пат. ФРГ N 1060005, МПК H 02 G).

Недостаток такого устройства - невысокая прочность в месте соединения, невозможность получения требуемого коэффициента заполнения.

Известен также принятый заявителем за прототип наконечник многоручьевой, опрессованный несколькими поясами шестигранным контуром по каждому из поясов (ФРГ, Пат. N 1440824, МПК H 02 G 18/02, 1970).

Недостаток известного устройства - недостаточная плотность упаковки (пониженный коэффициент заполнения) при многожильных кабелях с измененным (заниженным или завышенным от номинального) количеством жил кабеля.

3. Перечень фигур чертежей
На фиг. 1 представлен общий вид наконечника многоручьевого, опрессованного тремя поясами шестигранным контуром по каждому из поясов, фиг. 2 - упаковка жил кабеля в наконечнике при недопрессовке ("недожим"- пониженный коэффициент заполнения), фиг. 3 - упаковка жил кабеля в наконечнике при перепрессовке ("пережим" - повышенный коэффициент заполнения), фиг. 4 - упаковка жил кабеля в наконечнике при нормальной опрессовке (номинальный коэффициент заполнения), где 1 - наконечник, 2 - многожильный кабель, 3 - пояс номинального обжатия, 4 - пояс минимального обжатия, 5 - пояс максимального обжатия, 6 - жилы кабеля, 7 - пустотность многожильного кабеля, 8 - ручьевой обжим (шестигранная опрессовка).

4. Сущность изобретения
4.1. Задача
Техническая задача состоит в устранении указанных недостатков и направлена на решение задачи оптимизации соединения многожильных кабелей и наконечников, повышение надежности соединения путем обеспечении достаточной плотности упаковки при механическом обжатии многожильных кабелей с измененным (заниженным или завышенным от номинального) количеством жил кабеля.

4.2. Отличительные признаки.

В отличие от известного наконечника, опрессованного несколькими поясами шестигранным контуром по каждому из поясов, в предложенном решении пояса имеют разную степень обжатия по каждому из поясов (ручьев), наконечник содержит не менее двух поясов с заданным диаметром обжатия по каждому поясу по показателям диапазона допустимой плотности тока по перегреву контакта, при этом при трех поясах номинальный диаметр обжатия в среднем поясе - минимальный и максимальный - в крайних поясах с диаметром обжатия ± 0,1 диаметра номинального обжатия при диапазоне допустимой плотности тока по перегреву контакта от 1 А/мм² до 3 А/мм², что обеспечивает в целом качественный обжим с требуемым коэффициентом заполнения в одном из поясов (ручьев).

4.3. Сущность устройства
При описании устройства приняты следующие допущения:
- удельное сопротивление и коэффициент теплопроводности считаются независящими от температуры;
- радиус единичного проводника после опрессовки не изменяется;
- расчеты выполняются в зависимости от коэффициента заполнения;
- площадь контакта S_к образована диаметром и высотой шестигранника, площадь боковой поверхности S_бок = 3 S_к, которая зависит только от силы сжатия и не зависит от размеров сечения провода.

Температура перегревают ΔT в области контакта может быть определена как ΔT = T_п+T_c, где Т_п - температура нагрева проводника током, Т_с - температура перегрева за счет переходного сопротивления на границе проводник-наконечник.

Температура при нагреве проводника током может быть определена как T_п= ρΙ²/K_тpS; температура перегрева за счет переходного сопротивления из соотношения,

где I - ток, протекающий через проводник, А;
ρ - удельное сопротивление проводника, Ом•м;
λ - коэффициент теплопроводности проводника Дж/(м • с• ^oC);
К_т- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² • ^oC),
p - периметр поверхности контакта, м;
S - площадь боковой поверхности, м².

Как видно из формулы, чем больше высота шестигранника (чем "длиннее" поверхность контакта), тем меньше перегрев в области контакта.

Коэффициент заполнения (К) определяет степень монолитности проводника. Определяя плотность тока (J, А/м²) с учетом коэффициента заполнения оценивается температура перегрева по формуле: где d - диаметр проводника, м.

При К= 0,95 (фиг.2) многожильный провод в месте опрессовки наконечником можно рассматривать как состоящий из цельного прутка, в этом случае переходными сопротивлениями между отдельными проводниками можно пренебречь. При К = 0,9 температура перегрева увеличивается приблизительно на 10%. При К = 0,5 (фиг.3) между отдельными проводниками существует воздушное пространство, что приводит к существенному увеличению переходного сопротивления на поверхностях проводников и увеличению температуры перегрева на 50 - 60%.

Выполняя наконечник с несколькими поясами обжатия, шестигранным контуром по каждому из поясов, с разной степенью обжатия не менее двух поясов с заданным диаметром обжатия по каждому поясу, которые определяются по показателям диапазона допустимой плотности тока, исходя из заданного возможного перегрева, равного ΔT = T_п+T_c, определяемого температурой нагрева проводника током Т_п и температурой перегрева за счет переходного сопротивления на границе проводник-наконечник Т_с, а в частном случае при обжатии в три пояса, с номинальной степенью обжатия обеспечиваемым номинальным диаметром обжатия среднего пояса, минимальной и максимальной - крайними поясами диаметром обжатия ± 0,1 диаметра номинального обжатия при диапазоне допустимой плотности тока по перегреву контакта от 1 А/мм² до 3 А/мм² в целом обеспечивается высокая надежность соединения за счет обеспечения максимального обжатия (номинального коэффициента уплотнения), одним из поясов - в зависимости от отклонений количества жил в кабеле от номинального.

4.4. Промышленная применимость (с примером реализации).

Выполнение наконечника обеспечивается механическим обжатием с опрессовкой наконечника одновременно в заданных пределах матрицей соответствующих параметров, несколькими поясами шестигранным контуром по каждому из поясов с разной степенью обжатия не менее двух поясов с заданным диаметром.

Расчет параметров матрицы для опрессовки наконечников шестигранником проводился для проводов сечением 1,5; 2,5; 4,0; 6,0: 10,0; 16,0; 35,0; 50,0; 70,0; 120,0 мм² при силе сжатия 40000 H, коэффициент заполнения принимался равным 0,95. Выбор наконечников с соответствующим внутренним диаметром осуществлялся по ГОСТ 7386-80 "Наконечники кабельные медные, закрепляемые опрессовкой".

Результаты расчетов сведены в табл. 1 и 2.

Используя трехручьевую матрицу, в которой глубина одного ручья занижена, другого завышена относительно номинальной, в одном из ручьев обеспечивают качественный обжим с требуемым коэффициентом заполнения.

Резюме заявителя
Анализ, проведенный заявителем по известному ему уровню техники, показал, что предложенное изобретение, не противоречит законам естественной природы, обладает новизной и промышленной применимостью, отвечает в отношении совокупности его существенных признаков требованию критерия "изобретательский уровень", так как из уровня техники не выявляется влияние предписываемых предложенным изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками - наконечник содержит не менее двух поясов с разной степенью обжатия их, с заданным диаметром обжатия по каждому поясу по показателям диапазона допустимой плотности тока по температуре перегрева ΔT, определяемой температурой нагрева проводника током Т_п и температурой перегрева за счет переходного сопротивления на границе проводник-наконечник Т_с, по формуле: ΔT = T_п+T_c; из уровня техники неизвестен механизм достижения результата, раскрытый в материалах заявки.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, используется при концевой заделке кабелей и может быть использовано при соединении многожильных кабелей. Кабельный наконечник состоит из нескольких (не менее двух) поясов (ручьев) обжатия кабеля шестигранным контуром по каждому из поясов, которые выполняются с разной степенью обжатия их, с заданным диаметром обжатия по каждому поясу по показателям диапазона допустимой плотности тока по температуре перегрева ΔT, определяемой температурой нагрева проводника током Т_п и температурой перегрева за счет переходного сопротивления на границе проводник-наконечник Т_с, по формуле ΔT = T_п+T_c. Устройство обеспечивает повышение надежности соединения кабельного наконечника путем обеспечения достаточной плотности упаковки при механическом обжатии многожильных кабелей с измененным (заниженным или завышенным от номинального) количеством жил кабеля. 1 з.п.ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Кабельный наконечник, включающий несколько поясов (ручьев) обжатия кабеля шестигранным контуром по каждому из поясов, отличающийся тем, что наконечник содержит не менее двух поясов с разной степенью обжатия их, с заданным диаметром обжатия по каждому поясу по показателям диапазона допустимой плотности тока по температуре перегрева ΔT, определяемой температурой нагрева проводника током T_п и температурой перегрева за счет переходного сопротивления на границе проводник-наконечник T_с, по формуле: ΔT = T_п+T_c.
2. Наконечник по п.1, отличающийся тем, что при обжатии в три пояса средний пояс выполнен с номинальной степенью обжатия, крайние пояса выполнены с минимальной и максимальной степенью обжатия с диаметром обжатия соответственно ±0,1 диаметра номинального обжатия при диапазоне допустимой плотности тока по перегреву контакта 1 - 3 А/мм².