СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОЛИРОВАНОГО ПРОВОДА ИЛИ КАБЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК H01B13/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технологии изготовления проводов или кабелей с изоляцией из силанольно сшитого полиэтилена.

Уровень техники

Известен способ изготовления провода, который заключается в том, что на токопроводящую жилу провода методом экструзии осуществляют наложение изоляции из термопластичного полиэтилена, после чего полученный таким образом провод охлаждают в водяной ванне, в первой секции которой вода имеет температуру 80-90°С, во второй - 60°С и в третьей - 15-20°С (Кабели и провода. Т.3. Л.: Энергия, 1964. - С.90-95).

Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наложении на токопроводящую жилу изоляции из полиэтилена и дальнейшем охлаждении полученного таким образом провода.

Причина, препятствующая получению технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что при охлаждении термопластичный полиэтилен переходит из вязко-текучего состояния в аморфно-кристаллическое.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ изготовления провода или кабеля, который заключается в том, что на токопроводящую жилу методом экструзии укладывают изоляцию из полиэтилена, затем изолированную таким образом токопроводящую жилу охлаждают в воде, находящейся под давлением 0,3-1,2 МПа и имеющей температуру на 5-15°С меньше нижней границы фазового перехода полиэтилена из вязко-текучего состояния в аморфно-кристаллическое, до достижения температуры токопроводящей жилы, соответствующей нижней границе указанного фазового перехода, а затем - в воде при комнатной температуре (Патент RU №2161833 С1, М. кл. Н 01 В 13/06, 2001 г.).

Признаки известного способа, совпадающие с признаками заявленного изобретения, заключаются в наложении на токопроводящую жилу изоляции из полиэтилена и дальнейшем охлаждении полученного таким образом провода или кабеля.

Причина, препятствующая получению в известном способе технического результата, который обеспечивается изобретением, заключается в том, что при использовании в качестве изоляции силанольно сшиваемого полиэтилена необходим дополнительный период нахождения провода или кабеля в водяной среде при повышенной температуре (85-90°С), в течение которого происходит основной процесс сшивки. Для этого охлажденный провод или кабель наматывают на барабан и затем данный барабан с проводом (кабелем) помещают в специальную емкость с водой, нагретой до необходимой температуры, и выдерживают в воде при этой температуре до окончания процесса сшивки. При этом провод (кабель), изоляция которого еще не приобрела необходимых прочностных свойств из-за незаконченности процесса сшивки, на барабане подвергается статическим и периодическим механическим нагрузкам под действием силы тяжести при вращении барабана, что приводит к дополнительным механическим напряжениям. Значительным также является общее время изготовления провода (кабеля), так как последний первоначально охлаждают до температуры, при которой его можно принять на барабан, а затем вновь нагревают в водяной среде до необходимой температуры. Это также приводит к значительному расходу тепловой энергии.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении качества изоляции из силанольно сшитого полиэтилена, снижении затрат времени и тепловой энергии в процессе изготовления провода или кабеля с изоляцией из силанольно сшитого полиэтилена.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в значительном сокращении или полном исключении периода нахождения провода или кабеля вне водяной среды до окончания процесса силанольной сшивки полиэтилена.

Достигается технический результат тем, что на токопроводящую жилу провода или кабеля укладывают изоляцию из силанольно сшиваемого полиэтилена, затем полученный таким образом провод или кабель охлаждают и укладывают горизонтальными витками в корзину с водой, после чего либо пропускают ток через провод или кабель и тем самым нагревают указанный провод или кабель до температуры, не превышающей максимально возможную, при которой обеспечивается стойкость изоляции к тепловой деформации, и выдерживают при этой температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена, либо корзину помещают в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, и выдерживают в этой емкости при указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена, либо из корзины сливают воду и затем помещают корзину в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, и выдерживают в этой емкости при указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена.

Достигается технический результат также тем, что при помещении корзины в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, через провод или кабель пропускают ток и тем самым дополнительно нагревают указанный провод или кабель до указанной температуры и выдерживают в этой емкости при этой температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена.

Достигается технический результат также тем, что при помещении корзины в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, в емкости создают давление, превышающее атмосферное, и выдерживают в этой емкости при повышенном давлении и указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена.

Достигается технический результат также тем, что в случае создания в обогреваемой емкости давления, превышающего атмосферное, через провод или кабель пропускают ток и тем самым дополнительно нагревают указанный провод или кабель до упомянутой температуры и выдерживают в этой емкости при повышенном давлении и указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена.

Новые признаки заявленного способа заключаются в описанном выше укладывании провода или кабеля витками в корзину с водой и дальнейшего его нагрева путем пропускания тока или путем помещения в обогреваемую емкость и выдерживании в этом состоянии до завершения процесса силанольной сшивки полиэтилена.

Осуществление изобретения

На токопроводящую жилу методом экструзии наносят изоляцию из силанольно сшиваемого полиэтилена. Полученный таким образом изолированный провод или кабель охлаждают в воде и укладывают охлажденный провод (кабель) горизонтальными витками в корзину с водой. При этом вес провода (кабеля), находящегося в корзине, равномерно распределен, что снижает давление на его изоляцию. Кроме того, это давление снижает действующая на провод (кабель) выталкивающая сила находящейся в корзине воды. После этого провод нагревают до температуры, не превышающей максимально возможную, при которой обеспечивается стойкость изоляции к тепловой деформации (отсутствие вмятин, залипания витков), и выдерживают при этой температуре до завершения процесса силанольной сшивки полиэтилена его изоляции. Указанный нагрев и выдерживание осуществляют любым из следующих трех способов. Первый способ заключается в том, что по проводу пропускают ток, обеспечивающий нагрев провода до требуемой температуры (например, 85-90°С) и поддержание этой температуры. Второй способ заключается в том, что корзину помещают в обогреваемую емкость, заполненную водой, паром или пароводяной смесью, и выдерживают в этой емкости при требуемой температуре до завершения процесса силанольной сшивки полиэтилена. Третий способ заключается в том, что воду из корзины сливают, а затем также помещают корзину в обогреваемую емкость, заполненную водой, паром или пароводяной смесью и выдерживают в этой емкости при требуемой температуре до завершения процесса силанольной сшивки полиэтилена. При этом в случае, когда корзину помещают в упомянутую обогреваемую емкость, нагрев провода осуществляют либо только водой, водяным паром или пароводяной смесью, находящейся в емкости, либо указанным носителем с дополнительным нагревом током, проходящим по проводу или токопроводящим жилам кабеля. Возможно также создание повышенного давления в обогреваемой емкости (0,3-1,2 МПа), что дает возможность соответственно повысить температуру среды до 120-150°С). При этом само по себе повышение температуры провода ускоряет процесс силанольной сшивки полиэтилена. А если провод находится в среде с повышенным давлением, то и давление как таковое также ускоряет процесс сшивки.

Рассмотрим заявленный способ на примере проведенного на производственной площадке ОАО "Камкабель" (г.Пермь) опытного изготовления кабеля на напряжение 10 кВ с медной токопроводящей жилой сечением 240 мм².

На медную токопроводящую жилу круглой в сечении формы методом экструзии укладывают слой силанольно сшиваемого полиэтилена толщиной 4-5 мм. При этом температура кабеля, выходящего из экструдера, составляет 165-175°С. Полученный таким образом кабель охлаждают в водяной ванне до температуры ниже 90°С. После этого кабель горизонтальными витками укладывают в корзину с водой, имеющей ту же температуру (масса кабеля: 2515,26×3,39=8527 кГ).

Характеристика корзины: материал - сталь, внутренний диаметр составляет 3000 мм, диаметр керна составляет 1230 мм, высота корзины 896 мм, расстояние от края корзины до кабеля составляет 100 мм (недомотка), коэффициент заполнения составляет 0,5-0,6, вместимость корзины составляет 3,39 км.

Кабель укладывают в корзину (в воду корзины) свободно и на него при этом действует выталкивающая сила (сила Архимеда), равная вытесненному объему воды, умноженному на плотность воды (fa=ρV=1000×2,206=2206 кГс). Таким образом, действие выталкивающей силы эквивалентно уменьшению веса кабеля: Рэ=8527-2206=6321 кГс, что снижает механические нагрузки на еще не сформировавшуюся изоляцию кабеля. При этом укладка кабеля непосредственно в воду дает возможность принимать кабель с более высокой температурой изоляции, например, близкой к температуре фазового перехода полиэтилена. Кроме того, отсутствуют резкие изменения объемов изоляции и токопроводящей жилы, т.к. кабель после наложения изоляции не охлаждается до температуры окружающей среды, а остается нагретым до температуры, близкой к номинальной.

Затем корзину помещают в вакуумный аппарат сушильно-пропиточного отделения (СПО), выполняющий функцию упомянутой выше обогреваемой емкости. Как правило, в вакуумный аппарат помещаются две корзины. При этом вакуумный аппарат имеет паровую рубашку, оборудован токовым обогревом кабеля по жиле, допускает повышенное давление жидкости (воды) или пара до 2,5 кГс/см². В одну корзину помещается до 5 км кабеля. Перед загрузкой корзины в котел вакуумного аппарата "технологическая" вода из корзины сливается для облегчения процесса транспортировки и загрузки. В процессе укладки кабеля в корзину на экструзионной линии между витками кабеля устанавливаются термопары по существующей схеме расположения.

Для выполнения последующих технологических операций после окончания режима сшивки изоляции предполагается разработка и установка отдатчика кабеля из корзины сразу на наложение металлического экрана, а также перемотчика кабеля из корзины на металлический барабан для операций скрутки изолированных жил и т.д.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к использованию проводов или кабелей с изоляцией из силанольно сшитого полиэтилена. Техническим результатом изобретения является повышение качества изоляции из силанольно сшитого полиэтилена, снижение затрат времени и тепловой энергии в процессе изготовления провода или кабеля с изоляцией из силанольно сшитого полиэтилена. Согласно предложенному способу на токопроводящую жилу провода или кабеля укладывают изоляцию из силанольно сшиваемого полиэтилена, затем провод или кабель охлаждают и укладывают горизонтальными витками в корзину с водой. После чего либо пропускают ток через провод или кабель и тем самым нагревают указанный провод или кабель до температуры, не превышающей максимально возможную, при которой обеспечивается стойкость изоляции к тепловой деформации, и выдерживают при этой температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена, либо корзину помещают в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, и выдерживают в этой емкости при указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена, либо из корзины сливают воду и затем помещают корзину в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, и выдерживают в этой емкости при указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена. 1 н. и 3 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления изолированного провода или кабеля, заключающийся в том, что на токопроводящую жилу провода или кабеля укладывают изоляцию из силанольно сшиваемого полиэтилена, затем полученный таким образом провод или кабель охлаждают и укладывают горизонтальными витками в корзину с водой, после чего либо пропускают ток через провод или кабель и тем самым нагревают указанный провод или кабель до температуры, не превышающей максимально возможную, при которой обеспечивается стойкость изоляции к тепловой деформации, и выдерживают при этой температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена, либо корзину помещают в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, и выдерживают в этой емкости при указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена, либо из корзины сливают воду и затем помещают корзину в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, и выдерживают в этой емкости при указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена.2. Способ изготовления изолированного провода или кабеля по п.1, характеризующийся тем, что при помещении корзины в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, через провод или кабель пропускают ток и тем самым дополнительно нагревают указанный провод или кабель до указанной температуры и выдерживают в этой емкости при этой температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена.3. Способ изготовления изолированного провода или кабеля по п.1, характеризующийся тем, что при помещении корзины в обогреваемую емкость, заполненную водой, водяным паром или пароводяной смесью, в емкости создают давление, превышающее атмосферное, и выдерживают в этой емкости при повышенном давлении и указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена.4. Способ изготовления изолированного провода или кабеля по п.3, характеризующийся тем, что через провод или кабель пропускают ток и тем самым дополнительно нагревают указанный провод или кабель до указанной температуры и выдерживают в этой емкости при повышенном давлении и указанной температуре в течение периода времени, необходимого для обеспечения силанольной сшивки полиэтилена.