ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H01B7/12 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции электрических кабелей, предназначенных для питания погружных скважинных электронасосов и других устройств.

Известен электрический кабель для питания погружных скважинных электронасосов [1], который содержит три параллельно расположенные токопроводящие жилы, покрытые двумя слоями изоляции из полимерного материала, поверх которых располагается броня из спирально наложенных металлических лент. Данный кабель обладает высокой стойкостью к механическим воздействиям, но недостатком данного кабеля является невысокая герметичность изоляции по отношению к окружающей среде, т.е. к проникновению скважинной жидкости и газов, поскольку полимерные материалы не являются полностью герметичными в отличие от металлов.

Также известен кабель по патенту США 4449013, МКИ Н 01 В 7/22, нац.класс. 174/103, 15.05.1984, содержащий параллельно расположенные токопроводящие жилы (в количестве не менее двух), поверх каждой из которых расположен слой изоляции из полимерного материала, поверх которого нанесены с помощью спиральной намотки с перекрытием металлические ленты, имеющие полимерное покрытие и способные за счет этого спекаться в монолит. Поверх слоя из указанных лент в каждой жиле нанесена полимерная оболочка, и все жилы заключены в общую броню из металлических лент, наложенных спирально. Данная конструкция кабеля обеспечивает как высокую степень защиты изоляции от механических воздействий, так и улучшенную герметичность за счет наличия металлического барьера. Однако в барьере данной конструкции слабым местом с точки зрения герметичности являются участки в местах сварки полимерного покрытия металлических лент. Поскольку при спиральной намотке лент протяженность таких участков велика, герметичность данной конструкции также недостаточна.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому кабелю является один из вариантов исполнения вышеуказанного кабеля по патенту США 4449013, МКИ Н 01 В 7/22, нац.класс. 174/103, 15.05.1984, в котором металлические ленты, создающие герметичный барьер, располагаются продольно по оси кабеля с перекрытием кромок. Таким образом, прототип содержит по меньшей мере две параллельно расположенные токопроводящие жилы, поверх каждой из которых расположен слой изоляции из полимерного материала, и оболочка, содержащая нанесенные продольно с перекрытием металлические ленты, имеющие полимерное покрытие. Поверх слоя из указанных лент в каждой жиле нанесен слой полимерного материала, и все жилы заключены в общую броню из металлических лент, наложенных спирально. Герметичность оболочки в данной конструкции обеспечивается путем сварки кромок продольно расположенных металлических лент между собой за счет расплавления полимерного покрытия лент в процессе производства кабеля. Целостность данного шва является основным условием хорошей герметичности. При эксплуатации подобных кабелей за счет жесткости наружной брони радиусы изгиба ограничены, что не приводит к нарушению целостности продольных лент. Однако за счет механических напряжений в виде сдвига происходит нарушение целостности сварного шва, что приводит к ухудшению герметичности. Таким образом, недостатком прототипа является недостаточная герметичность оболочки.

Задачей изобретения является повышение герметичности оболочки и повышение защищенности изоляции кабеля от проникновения жидкостей и газов из окружающей среды.

Технический результат достигается тем, что в известном кабеле, содержащем по меньшей мере две параллельно расположенные металлические токопроводящие жилы с изоляцией из полимерного материала, каждая из которых покрыта оболочкой, выполненной из металлической ленты с двухсторонним полимерным покрытием, наложенной поверх изоляции продольно с перекрытием кромок, и расположенным поверх ленты слоем полимерного материала, при этом покрытые указанной оболочкой жилы имеют общую наружную броню из спирально наложенных металлических лент, каждая из продольно наложенных металлических лент выполнена с поперечным по отношению к оси кабеля гофрированием. Поперечное гофрирование металлических лент с полимерным покрытием в данном случае позволяет при механических воздействиях на кабель в значительной степени заменить напряжения продольного сдвига на нормальные напряжения в сварном шве между кромками, что обеспечивает целостность шва, а значит высокую герметичность оболочки. Кроме того, гофрирование позволяет фиксировать кромки ленты относительно друг друга в продольном направлении, что также улучшает целостность шва при продольных нагрузках. Повышение же нормальных напряжений в сварном шве в данной конструкции кабеля нивелируется внешним радиальным давлением на оболочку со стороны спирально наложенных лент брони. Таким образом, все вышеприведенные признаки изобретения являются существенными для решения поставленной задачи. Использование поперечного гофрирования в данном случае направлено не на повышение гибкости конкретного элемента в продольном направлении, что является общеизвестным свойством, а на достижение нового, неизвестного ранее технического результата - повышения герметичности оболочки за счет обеспечения целостности сварного шва.

Для дополнительной фиксации кромок продольно расположенных гофрированных лент изоляция кабеля может быть выполнена из эластомера или термоэластопласта, т.е. из материалов, обладающих высокоэластичными свойствами, что позволяет обеспечивать фиксацию нижних участков гофров за счет их вдавливания в материал изоляции, а также в дополнении к радиальной обеспечить продольную герметичность.

Также дополнительный эффект может быть получен за счет расположения поверх изоляции из полимерного материала дополнительного слоя, имеющего модуль упругости, меньший чем у материала изоляции. Это позволяет обеспечить вдавливание нижних участков гофра в данный материал и их фиксацию без нарушения геометрической целостности основного слоя изоляции.

На чертеже изображено поперечное сечение электрического кабеля.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На чертеже приведено поперечное сечение предлагаемого электрического кабеля В данном примере конкретного выполнения, кабель содержит три токопроводящие жилы 1, расположенные в одной плоскости. Жилы могут быть выполнены из меди, алюминия или любого другого металла как в однопроволочном исполнении, так и многопроволочными скрученными. В общем случае число жил может быть различно, но не менее двух. Каждая из жил имеет изоляцию 2 из полимерного материала. В качестве данного полимерного материала могут использоваться различные типы известных электроизоляционных термопластов, например полиэтилен, полипропилен и др., эластомеры, например различные резины, и термоэластопласты, которые так же, как и эластомеры, обладают высокоэластичными свойствами [2].

Поверх изоляции каждой из жил расположена концентрическая оболочка, состоящая из продольно нанесенной вокруг изоляции, например, с помощью конусного калибра, гофрированной металлической ленты 4 с перекрытием кромок (т.е. с расположением кромок ленты одна поверх другой), поверх которой расположен слой полимерного материала 5. Изолированные и покрытые оболочками жилы имеют общую броню 7, выполненную из металлических лент (стальных, стальных с цинковым покрытием, из различных сплавов и т.п.), наложенных спирально. Как правило, ленты брони накладываются с перекрытием и имеют под собой "подушку" (6), которая может быть выполнена из любого мягкого материала и уменьшает механическое воздействие брони на поверхность оболочки жил.

Металлическая лента 4 имеет двухстороннее полимерное покрытие, которое в процессе наложения наружного слоя полимерного материала экструзией расплавляется и обеспечивает спекание кромок ленты между собой и также спекания наружной поверхности ленты с полимерным материалом 5. При недостатке тепла от экструзии или при наложении слоя 5 другим способом, например путем обмотки, тепло, необходимое для спекания кромок ленты 4, может подводиться в процессе изготовления кабеля от отдельного источника, например печи сопротивления или с помощью СВЧ-нагревателя.

Гофрирование ленты может быть произведено в процессе ее наложения с помощью, например зубчатых валов, между которыми лента протягивается. При этом металлическая основа ленты может быть различной, например стальной, алюминиевой, медной и т.п.Выполнение ленты с поперечными гофрами позволяет обеспечить отсутствие сдвиговых усилий в сварном шве между кромками лент и сохранить его целостность в процессе эксплуатации кабеля. При этом наличие лент брони 7, наложенных спирально, придает дополнительную устойчивость к возможным радиальным перемещениям сварного шва, поскольку наружные ленты охватывают и сжимают всю конструкцию.

Дополнительную фиксацию гофров может обеспечить выполнение изоляции из эластомера или термоэластопласта, или введение между слоем изоляции 2 и лентой 4 дополнительного слоя 3 из полимерного материала с модулем упругости, меньшим, чем у материала изоляции. При этом обеспечивается вдавливание внутренних вершин гофрированной ленты в процессе ее наложения в изоляцию или в слой 3 и заполнение свободного пространства между впадинами гофров на внутренней поверхности ленты. Для достижения технического результата (повышения герметичности оболочки) достаточно выполнения продольно наложенной ленты 4 с поперечным гофрированием. При этом конкретные количественные значения параметров элементов конструкции предлагаемого электрического кабеля такие, как форма, шаг и глубина гофров ленты, соотношение геометрических размеров элементов, не имеют принципиального значения для достижения технического результата по данному изобретению и могут варьироваться в достаточно широких пределах в зависимости от технического назначения кабеля и требований к его общим параметрам, таким как рабочий ток, рабочее напряжение, уровень внешних механических воздействий, рабочая температура, предельные габариты и т.п. на основе известных в данной области техники методов конструирования изделий.

Источники информации
1. ТУ 16-505.129-82 "Кабели с полиэтиленовой изоляцией для погружных электронасосов".

2. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1989.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкции электрических кабелей, предназначенных для питания погружных скважинных электронасосов и других устройств. Задачей изобретения является создание кабеля, стойкого к воздействию окружающей среды. Технический результат достигается тем, что электрический кабель содержит по меньшей мере две параллельно расположенные токопроводящие жилы с изоляцией из полимерного материала, каждая из которых покрыта оболочкой, выполненной из металлической ленты с двухсторонним полимерным покрытием, наложенной поверх изоляции продольно с перекрытием кромок, и имеющей поперечное гофрирование, и расположенным поверх ленты слоем полимерного материала, при этом покрытые указанной оболочкой жилы имеют общую наружную броню из спирально наложенных металлических лент. Наличие оболочки, содержащей продольно расположенную гофрированную металлическую ленту с целостным сварным полимерным швом, позволяет обеспечить герметичность и защиту изоляции. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Электрический кабель, в частности, для питания погружных скважинных электронасосов, содержащий по меньшей мере две параллельно расположенные токопроводящие жилы с изоляцией из полимерного материала, каждая из которых покрыта оболочкой, выполненной из металлической ленты с двухсторонним полимерным покрытием, наложенной поверх изоляции продольно с перекрытием кромок, спеченных между собой через слой полимерного покрытия, и расположенным поверх ленты слоем полимерного материала, при этом покрытые указанной оболочкой жилы имеют общую наружную броню из спирально наложенных металлических лент, отличающийся тем, что каждая из металлических лент с двухсторонним полимерным покрытием выполнена с поперечным гофрированием. 2. Электрический кабель по п.1, отличающийся тем, что изоляция каждой из жил выполнена из эластомера или термоэластопласта. 3. Электрический кабель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в каждой жиле между изоляцией и продольно наложенной металлической лентой расположен слой полимерного материала с модулем упругости меньшим, чем у материала изоляции.