СПОСОБ ЭКРАНИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, ГЕНЕРИРОВАННОГО СИЛОВОЙ ЛИНИЕЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, И ЭКРАНИРОВАННАЯ СИЛОВАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2007 года по МПК H02G9/04 

Изобретение относится к способу экранирования магнитного поля, генерированного силовой линией электропередачи и к экранированной силовой линии электропередачи.

Предшествующий уровень техники

Линия электропередачи большой мощности предназначена для работы на средних напряжениях (обычно на напряжениях от 10 кВ до 60 кВ) и высоких напряжениях (обычно выше 60 кВ) и токах порядка сотен ампер (обычно от 500 А до 2000 А). Электрическая мощность, передаваемая по этим линиям, может достигать величин порядка сотен МВА, обычно 400 МВА. Обычно передаваемый ток является переменным током низкой частоты, т.е. имеет частоту менее 400 Гц и обычно 50-60 Гц. В основном эти линии используют для передачи энергии от электростанций к городским центрам на расстояния порядка десятков километров, (обычно (10-100) км).

Обычно силовые линии электропередачи являются линиями трехфазного тока, содержащие три кабеля, проложенные в траншее на глубине 1-1,5 м. В пространстве непосредственно около кабелей магнитное поле Н может достигать относительно высоких величин, и на уровне земли (т.е. на расстоянии 1-1,5 м от линии электропередачи) магнитная индукция может составлять порядка 20-60 μтл (в зависимости от геометрического размещения кабелей по отношению друг к другу).

Чтобы избежать возможных биологических воздействий из-за облучения магнитными полями такого порядка, генерированными низкочастотными (50 Гц) источниками, учитывается "порог безопасности", ниже которого сводится к минимуму или даже исключается вероятность биологического повреждения. Пороговое значение магнитной индукции, которое лежит в основе некоторых национальных законодательств, составляет 0,2 μтл, это - величина, которая приблизительно в 100 раз меньше магнитной индукции, генерированной неэкранированной линией трехфазного тока, как указано выше.

Известно, что укладка силовых кабелей в экранирующие кабелепроводы может уменьшить генерированное магнитное поле.

В публикации Р.Argaut, J.Y. Daurelle, F. Protat, K.Savina и C.A.Wallaert "Технические приемы экранирования для снижения магнитных полей от проложенных в грунте кабелей" ("Shielding technique to reduce magnetic fields from buried cables"), журнал "JICABLE", А 10,5, 1999, рассматривается и сравнивается экранирующий эффект, создаваемый экраном открытого сечения, таким как лист ферромагнитного материала, размещенный над кабелями, и экраном закрытого сечения, таким как кабелепровод прямоугольного сечения, выполненный из ферромагнитного материала, размещенный вокруг кабелей. В публикации указано, что коэффициенты затухания, равные приблизительно 5-7, могут быть получены экранами открытого сечения, коэффициенты затухания, равные приблизительно 15-20, могут быть получены экранами закрытого сечения, и коэффициенты затухания 30-50 могут быть получены, когда экран закрытого сечения сформирован очень близко к кабелям (например, из листа ферромагнитного материала, намотанного непосредственно вокруг трех кабелей).

Хотя закрытые кабелепроводы, упомянутые выше, предназначены для достижения наилучших экранирующих эффектов, было замечено, что установка кабелей в закрытых кабелепроводах является трудоемкой и дорогостоящей операцией из-за требующихся высоких тяговых усилий, а также использования кабелепроводов, состоящих из двух частей, в частности кабелепроводов, содержащих основание и крышку для облегчения процедуры установки. В случае кабелепровода, состоящего из двух частей, после размещения в траншее основания кабели укладывают в основание, устанавливают крышку на основание для того, чтобы закрыть кабелепровод. Состоящие из двух частей кабелепроводы позволяют укладывать кабели большой длины, в частности, в извилистых траншеях, где протяжка кабелей внутри закрытых (состоящих из одной части) кабелепроводов была бы очень трудоемкой. Более того, состоящие из двух частей кабелепроводы обеспечивают возможность осмотра кабелей во время укладки и после их укладки.

Однако было замечено, что состоящий из двух частей кабелепровод имеет воздушный зазор на стыке между основанием и крышкой из-за неизбежных шероховатостей и волнистостей контактных поверхностей, и было обнаружено, что наличие такого воздушного зазора может существенно повлиять на свойства магнитного экранирования кабелепровода. Посредством числового моделирования было определено, что цилиндрический экранирующий кабелепровод, имеющий продольный воздушный зазор шириной 1 см, определяет наличие на расстоянии 2,4 м магнитного поля, которое приблизительно в 6 раз больше измеренного поля, когда используют полностью закрытый кабелепровод. Ухудшение разрыва в электрической и магнитной целостности экрана обусловлено высоким электрическим удельным сопротивлением и высоким магнитным сопротивлением воздушного зазора. Другими словами, экран теряет локально свою способность герметично удерживать магнитное поле и происходит значительная утечка магнитных силовых линий.

Было замечено, что на практике невозможно избежать присутствия такого воздушного зазора не только из-за несовершенного качества плоскости лицевых поверхностей основания и крышки, но также из-за наличия оксида, песка, грязи, сыпучего материала, которые обычно присутствуют во время установки при прокладке кабеля, которые могут предотвратить или ограничить образование плотного контакта между основанием и крышкой.

Краткое изложение существа изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является улучшение магнитного экранирования кабелепровода, состоящего из двух частей, который, как указано выше, является удобным решением при установке кабеля.

Заявитель обнаружил, что свойствами магнитного экранирования, состоящего из двух частей кабелепровода, можно управлять путем обеспечения приемлемой магнитной целостности между основанием и крышкой.

В частности, такая магнитная целостность может быть получена обеспечением электрической связи между основанием и крышкой, имеющей заранее заданную высокую активную проводимость, способную обеспечить высокопроводящую траекторию между основанием и крышкой.

Заявитель обнаружил, что магнитная целостность кабелепровода, состоящего из двух частей, может быть улучшена путем обеспечения механической и электрической связи между основанием и крышкой, и заметил, что различные решения для осуществления связи могут обеспечить получение самых различных результатов в улучшении электрической и магнитной целостности экрана как в отношении снижения воздушного зазора, так и в отношении создания высокопроводящей траектории между основанием и крышкой.

В частности, заявитель заметил, что когда электрическое соединение устанавливается через плоский поверхностный контакт, то это электрическое соединение может оказаться неисправным из-за коррозионных воздействий, а также из-за накопления пыли и грязи на связующем стыке.

Заявитель обнаружил, что при соединении крышки и основания кабелепровода посредством упругой связи со взаимным проникновением материала или посредством местного металлического сплавления можно получить электромагнитную целостность, необходимую для эффективного экранирования кабелей, соизмеримого с эффективностью полностью закрытых экранов.

В настоящем изобретении выражение "взаимное проникновение материала" подразумевает состояние, достигаемое, когда одно тело подвергается пластической деформации, так чтобы принимать, в пределах своих границ, материал другого тела.

Выражение "местное металлическое сплавление" подразумевает металлическое сплавление, достигаемое сваркой (в котором связь двух частей является металлургической связью и требует значительной диффузии предпочтительно с добавлением материала, способствующего сварке), пайкой твердым припоем (в которой металл твердого припоя расплавляется, но соединяемые детали могут не расплавляться, так что связь обычно формируется ограниченной твердофазной диффузией металла твердого припоя в соединяемые части), пайкой (в которой не имеет места ни расплавление, ни твердофазная диффузия соединяемых деталей, и здесь связь обычно определяется адгезией расплавленного припоя к каждой металлической поверхности), или аналогичным приемом (таким как пайка-сварка, который является способом сварки, в котором соединение образуют нагреванием свыше 427°С и использованием наполнителя из цветного металла, имеющего температуру плавления ниже температуры плавления металлов основания, при этом, в отличие от пайки твердым припоем, капиллярное притяжение не распределяет металл наполнителя в соединении).

Упругая связь со взаимным проникновением материала может быть получена, например, использованием соединяющих элементов, снабженных острыми выступающими деталями, таких как упругие зажимы, имеющие проникающие зубцы, налагаемые на перекрывающиеся участки основания и крышки. Острые выступающие детали, кроме того, определяют точки электрического контакта, преимущественно выполняют локализованное очищающее воздействие на связующие поверхности во время наложения соединяющего элемента посредством удаления какого-либо оксида, грязи, песка или сыпучего материала, имеющихся на указанных точках поверхности.

Упругое соединение элементов со взаимным проникновением материала, такое как соединение зажимами, представляет собой простую и быструю операцию, и в отличие от соединения металлическим сплавлением, не требует местного источника электропитания (который может оказаться недоступным на месте прокладки кабеля).

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена силовая линия электропередачи, содержащая по меньшей мере один электрический кабель, кабелепровод из ферромагнитного материала, охватывающий упомянутый по меньшей мере один кабель и содержащий основание и крышку, и элементы электрического контакта, электрически связывающие основание и крышку, причем элементы электрического контакта выбраны из группы, состоящей из соединений металлическим сплавлением и упругих элементов, способных проникать в ферромагнитный материал.

Кабелепровод может быть проложен под землей.

Силовая линия электропередачи содержит три кабеля, соединенные в виде готической розетки (трилистника).

Основание и крышка имеют преимущественно перекрывающиеся участки на обеих сторонах кабелепровода, а элементы электрического контакта предпочтительно наложены на перекрывающиеся участки. Перекрывающиеся участки могут быть разделены воздушным зазором и предпочтительно имеют ширину, которая по меньшей мере в пять раз больше толщины упомянутого зазора. Зазор предпочтительно составляет максимум 3% от периметра поперечного сечения упомянутого кабелепровода. Материал, имеющий магнитную проницаемость, большую магнитной проницаемости воздуха, может быть размещен между перекрывающимися участками основания и крышки.

Элементы электрического контакта имеют взаимный продольный промежуток, равный предпочтительно, максимум 50 см, и предпочтительнее 25 см. Согласно одному варианту воплощения изобретения элементами электрического контакта могут быть упругие зажимы, снабженные участками, способными проникать в ферромагнитный материал, вызывая его пластическую деформацию.

Кабелепровод преимущественно содержит множество продольных секций, частично перекрывающих друг друга, и каждая секция содержит участок основания и участок крышки. Участок основания предпочтительно имеет U-образное поперечное сечение, а участок крышки является, по существу, плоским.

Предпочтительно продольные секции электрически связаны друг с другом. Например, продольные секции могут перекрываться на длину, которая предпочтительно составляет по меньшей мере 25% ширины упомянутого кабелепровода. Участки крышки и основания каждой из продольных секций могут быть смещены относительно друг друга в продольном направлении. По меньшей мере две из продольных секций могут проходить в различных направлениях, а кабелепровод может содержать соединяющий элемент для соединения упомянутых двух секций кабелепровода, при этом соединяющий элемент состоит из двух частей, электрически связанных посредством упомянутых элементов электрического контакта.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ экранирования магнитного поля, формируемого силовой линией электропередачи, содержащей по меньшей мере один электрический кабель, указанный способ содержит следующие шаги размещения электрического кабеля в кабелепроводе из ферромагнитного материала, содержащем основание и крышку, обеспечение электрического соединения между основанием и крышкой, имеющего активную проводимость в пересчете на метр длины, составляющую по меньшей мере 150 См/м, и более предпочтительно, по меньшей мере 1500 См/м.

Предпочтительно электрическое соединение формируют путем металлического сплавления (например, сваркой, пайкой, пайкой твердым припоем) или упругой связью со взаимным проникновением материала.

Предпочтительно размещают по меньшей мере один электрический кабель в кабелепроводе, для чего перекрывают соответствующие боковые участки основания и крышки, и электрически связывают основание и крышку путем электрической связи боковых участков.

Электрическая связь упомянутых боковых участков может включать наложение на боковые участки множества металлических упругих зажимов, способных проникать через поверхность боковых участков при их упругом воздействии.

Размещение упомянутого по меньшей мере одного электрического кабеля в кабелепроводе предпочтительно включает установку основания под землей, укладку по меньшей мере одного электрического кабеля в основание и накладывание крышки на основание, чтобы закрыть кабелепровод.

Кабелепровод преимущественно содержит множество продольных секций, а в способе дополнительно осуществляют электрическую связь продольных секций.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных примеров воплощения изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает общий вид части силовой линии электропередачи, согласно изобретению.

Фиг. 2а - поперечное сечение в плоскости II-II на Фиг.1.

Фиг.2b - вид в увеличенном масштабе участка, обозначенного пунктирной линией на Фиг. 2а.

Фиг. 2с - другой вариант воплощения участка, показанного на Фиг.2b, согласно изобретению.

Фиг. 3 - общий вид состоящего из двух частей кабелепровода, который является частью силовой линии электропередачи на Фиг.1 (крышка смещена в поперечном направлении для упрощения), согласно изобретению.

Фиг.4а - вид сбоку силовой линии электропередачи.

Фиг. 4b - вид в увеличенном масштабе участка, обозначенного пунктирной линией на Фиг.4а, согласно изобретению.

Фиг. 5 - изогнутый участок силовой линии электропередачи, согласно изобретению.

Фиг. 6 - диаграммы результатов экспериментальных исследований, согласно изобретению.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Электрическая линия 1 для передачи трехфазного тока средней или высокой мощности содержит кабелепровод 2, выполненный из ферромагнитного материала, и три кабеля 3 внутри кабелепровода 2. Кабели 3 используются для передачи переменного тока частотой обычно 50-60 Гц и установлены в контакте друг с другом с образованием трилистниковой конфигурации (другими словами, с их геометрическими центрами, размещенными в вершинах, по существу, равностороннего треугольника. Альтернативно кабели 3 могут лежать на днище кабелепровода 2, хотя такое решение может потребовать более широкого кабелепровода и может увеличить магнитное поле вокруг кабелей.

Электрическая линия 1 является, например, силовой электрической линией, пригодной для работы при напряжении около 132 кВ и токе около 400 А, и способной передавать токи до 860 А. Электрическая линия 1, в частности, предназначена для подземного применения, хотя при экранировании она может применяться над землей.

Каждый из кабелей 3 может включать, например, покрытый эмалью медный Милликеновый провод, изолированный посредством экструдированного полимера, например, типа сшитого полиэтилена (XLPE). Милликеновый провод может иметь поперечное сечение 1600 мм². Наружная поверхность каждого кабеля может быть также снабжена металлической оболочкой для защиты от влаги. Общий внешний диаметр каждого кабеля составляет обычно 100 мм.

Кабели 3 могут быть связаны в трилистниковую конфигурацию посредством соединительных элементов. Альтернативно при надлежащем выборе размеров кабелепровода 2 может быть установлен один или более клиновых элементов, предпочтительно деревянных, между кабелями 3 и внутренними стенками кабелепровода 2 на соответствующих расстояниях, чтобы удержать кабели 3 в трилистниковой конфигурации вдоль линии.

Более того, трилистник кабелей 3 может непосредственно контактировать с днищем кабелепровода 2 или может быть приподнят по отношению к нему в положение, которое ближе к геометрическому центру поперечного сечения кабелепровода 2. Для поднятия трилистника кабелей 3 могут быть установлены прокладочные элементы (не показаны) между кабелепроводом 2 и кабелями 3.

Пространство внутри кабелепровода 2, не занятое кабелями 3, может оставаться пустым, т.е. заполненным воздухом или заполненным материалом, имеющим низкое тепловое удельное сопротивление, например инертным наполнителем, описанным в публикации международной патентной заявки WO 9964367 A1.

Кабелепровод 2 является модульным кабелепроводом и содержит множество продольных секций 4 (на Фиг. 1 показаны только три), имеющих обычную длину в несколько метров и соединенных встык для образования вытянутого канала для кабелей.

Длину каждой секции выбирают из практических соображений, таких как вес секции и способ прокладки кабелепровода. Например, в случае, когда операция прокладки должна быть выполнена вручную, длина каждой секции должна быть такой, чтобы обеспечить вес, который можно легко поднять при прокладке рабочим персоналом. В других случаях, если предполагается операция прокладки с использованием механизмов, могут быть применены другие критерии выбора.

Каждая секция 4 содержит два отдельных элемента, в частности основание 5 и крышку 6, которые перекрываются и связаны друг с другом для образования, по существу, закрытого трубчатого канала. Секции 4 имеют предпочтительно ту же длину, а каждая крышка 6 имеет ту же длину и ширину соответствующего основания 5. Кроме того, основания 5 и крышки 6 имеют ту же толщину, которая предпочтительно составляет максимум 10 мм, более предпочтительно максимум 5 мм, и наиболее предпочтительно максимум 3 мм.

Как видно на поперечном сечении (Фиг. 2а) основание 5 может иметь, по существу, U-образное поперечное сечение, а крышка 6 может иметь форму плоской прямоугольной задвижки. Следует заметить, что основание 5 может иметь стенку 5а основания, две боковые стенки 5b, наклонно выходящие наружу из стенки 5а основания, и два фланца 5с, проходящие параллельно стенке 5а основания и в направлении наружу от концевых участков боковых стенок 5b для образования соответствующих "крыльев" основания 5. Основание 5 может быть изготовлено, например, сгибанием плоской прямоугольной задвижки вдоль четырех, по существу, параллельных линий. При использовании, если операции выемки грунта и установки кабелепровода 2 были выполнены правильно, стенка 5а основания и фланцы 5с должны занимать предпочтительно горизонтальное положение.

Крышка 6 размещена с боковыми кромками, выровненными с кромками основания 5, так что боковые участки 6а крышки 6 перекрывают фланцы 5с. Две области наложения определяются, таким образом, на обеих сторонах кабелепровода 2, имеющего ширину, по существу, соответствующую поперечным размерам фланцев 5с. Упомянутая ширина предпочтительно составляет 10-150 мм. Для лучшего ограничения магнитного поля кабелепровода 2 соотношение между шириной области наложения и возможным воздушным зазором между фланцем 5с и боковым участком 6 (обозначены соответственно w и g на Фиг. 2b) должно быть предпочтительно больше 5. Более того, общий воздушный зазор в поперечном сечении кабелепровода, который в два раза больше зазора g на каждой стороне кабелепровода, предпочтительно составляет менее 3%, а более предпочтительно - менее 1% периметра поперечного сечения кабелепровода (не включая крылья 5с и лицевые участки 6а крышки), чтобы обеспечить магнитную циркуляцию.

Как показано в альтернативном варианте воплощения изобретения (Фиг. 2с), зазор между основанием 5 и крышкой 6 может быть заполнен (по меньшей мере частично) материалом 9, имеющим магнитную проницаемость, большую магнитной проницаемости воздуха. Например, уплотняющий элемент 9 из магнитной резины может быть проложен между основанием 5 и крышкой 6 на каждой стороне кабелепровода 2. Как вариант решения, может быть использован жесткий уплотняющий элемент из стали или другого материала с высокой магнитной проницаемостью. В другом варианте могут быть использованы смола или клей с материалом с высокой магнитной проницаемостью, таким как железный порошок. При увеличении магнитной проницаемости между основанием 5 и крышкой 6 улучшается магнитная целостность кабелепровода 2. Материал уплотняющего элемента 9 преимущественно выбирают из материалов с низким электрическим удельным сопротивлением, чтобы улучшить электрическое соединение между основанием 5 и крышкой 6. Как вариант решения, может быть использован материал, имеющий высокую удельную электропроводность и низкую магнитную проницаемость, такой как медь. Любой остаточный воздушный зазор между основанием 5 и крышкой 6, не заполненный уплотняющим элементом 9, должен предпочтительно иметь ранее указанные максимальные размеры.

Если пространство внутри кабелепровода 2 (не занятое трилистником кабелей 3) содержит наполнитель, такой как бетонный состав, внимание должно быть уделено на то, чтобы избежать попадания бетона или аналогичного материала на фланцы 5с, прежде чем крышка 6 будет наложена на основание 5 во время монтажа линии электропередачи.

Основание 5 и крышку 6 предпочтительно выполняют из одинакового ферромагнитного материала, предпочтительно из стали. Относительная магнитная проницаемость μмакс. предпочтительно составляет более 1000, и более предпочтительно 4000, и наиболее предпочтительно более 8000, а удельная электропроводность составляет предпочтительно более 10⁶ См/м. Основание 5 и крышка 6 могут быть также выполнены из двух различных ферромагнитных материалов, предпочтительно из двух различных типов стали, имеющих вышеупомянутые магнитные и электрические свойства.

Поверхность основания 5 и крышки 6 предпочтительно обрабатывают гальваностегией и смолением. В Таблице 1 приведены состав, а также упругие и магнитные свойства двух различных типов стали, обозначенных "B" и "Q", которые могут быть использованы для изготовления кабелепровода 2.

Таблица 1Наименование"B""Q"ТипFe510СНСУ (сверхнизкое содержание углерода)   Элементы  Железо97,91099,668Углерод0,1800,010Марганец1,4600,190Кремний0,2700,030Сера0,0180,011Фосфор0,0150,005Хром0,0500,013Никель0,0300,025Молибден0,0200,005Алюминий0,0270,027Медь0,0200,016   Электрические/магнитные свойства  ρ[Ом · м]2,16 Е-071,17 Е-07μмакс.4824900Hμмакс.[A/м]1350145

В Таблице 1 ρ - электрическое удельное сопротивление, μмакс. - максимальная величина относительной магнитной проницаемости, Hμмакс. - напряженность магнитного поля при μмакс.

Из-за более высокого значения μмакс. сталь Q предпочтительнее стали В. Путем подбора материала с более высоким значением μмакс. возможно получить приемлемые экранирующие свойства для кабелепровода, имеющего меньшую толщину и поэтому меньший вес. Кабелепровод меньшего веса обеспечивает снижение расходов на установку, поскольку кабелепровод может быть проложен вручную рабочим персоналом вместо использования сложных машин. Заявитель обнаружил, что тот же самый экранирующий эффект, получаемый с кабелепроводом толщиной 3-4 мм из стали Q, можно было бы получить, используя кабелепровод толщиной 5-8 мм из стали В.

Другие стали, пригодные для такого применения, описаны, например, в Европейской патентной заявке EP 870848 A1.

Смежные секции 4 кабелепровода 2 предпочтительно перекрываются в продольном направлении (Фиг. 3, 4а и 4b), чтобы избежать разрывов магнитного поля. В частности, основания 5', 5" двух последовательных секций 4', 4" перекрываются на длину L. Наложение оснований 5', 5" оказывается возможным благодаря форме усеченного конуса. Соответствующие крышки 6',6" также перекрываются предпочтительно на ту же самую длину L. Однако каждая крышка 6 преимущественно смещена на заранее заданную длину по отношению к соответствующему основанию 5, длина смещения которой равна длине наложения L. Крышка 6' секции 4' размешена своим концом напротив конца основания 5' следующей секции 4" (Фиг. 4b).

Длина наложения L предпочтительно более 1/4 максимальной внутренней ширины W кабелепровода 2 (L>1/4W), более предпочтительно больше 1/2 этой ширины (L> 1/2W), и наиболее предпочтительно более 3/4 этой ширины (L>3/4W). В любом случае длина наложения L предпочтительно составляет 10-300 мм.

Основание 5 и крышка 6 связаны друг с другом для увеличения электрической и магнитной целостности на стыке и для улучшения способностей магнитного экранирования кабелепровода 2. Согласно настоящему изобретению связь между основанием 5 и крышкой 6 достигается местным металлическим сплавлением или упругой связью со взаимным проникновением материала. Кабелепровод 2 снабжен средствами 7 связи, которые являются или соединениями металлического сплавления, или прикладываемыми упругими элементами, пригодными для взаимного проникновения материала. Средства 7 связи кроме фиксации двух деталей и снижения любого возможного зазора на стыке позволяют сформировать электрический контакт между деталями, который гарантирует непрерывность потока магнитных силовых линий.

Другие типы связи, которые не могут гарантировать непрерывности потока из-за наличия зазоров, пыли, грязи и/или коррозии, которые предотвращают образование хорошего электрического контакта, значительно снижают способность магнитного экранирования кабелепровода. Например, если используют болты с плоскими шайбами, может оказаться плохим электрический контакт между шайбами и возможно грязной, покрытой оксидом поверхностью кабелепровода.

В одном варианте воплощения изобретения средствами 7 связи являются (Фиг. 2а и 2b) упругие зажимы из электропроводящего материала, предпочтительно из стали. Зажимы имеют С-образный упругий главный корпус 7а для захвата и зажима крышки 5, и основания 6 благодаря силе упругости. Зажимы также снабжены регулирующим фланцем 7b, который способствует фиксации. Два противоположных плеча 7d главного корпуса 7а снабжены одним или более зубцами 7с, направленными внутрь главного корпуса 7а, для поверхностного проникновения в материал основания 5 и крышки 6, когда наложен зажим. Концы плечей 7d загнуты преимущественно в направлении наружу, чтобы облегчить наложение зажимов. Проникновение в материал важно для гарантирования устойчивой связи и для образования контактной области, которая обеспечивает требуемую электромагнитную целостность между крышкой 6 и основанием 5. Более того, посредством проникновения в поверхность основания 5 и крышки 6 зажимы обеспечивают более устойчивую физическую связь между основанием 5 и крышкой 6.

Зажимы вышеописанного типа изготавливаются, например, фирмой ERICO Inc., 34600 Solon Road Solon, Ohio 44139 United States (зажимы зарегистрированных моделей охраняются товарным знаком CADDY H-Clips).

Зажимы могут быть легко и быстро наложены с использованием молотка, каждый зажим можно регулировать на фланце 7b, размещенном так, что концы плеч 7d обращены к боковым кромкам крышки 6 и основания 5, и они налагаются ударом молотка, вызывая проникновение зубцов 7с в материал крышки 6 и основания 5.

Зажимы могут быть наложены преимущественно в виде равноотстоящих пар (Фиг. 1). Как правило, меньшее влияние оказывает значение шага соединения, более эффективным является индуктивная связь между основанием 5 и крышкой 6. Однако должен быть достигнут компромисс, чтобы избежать чрезмерных расходов. Заявитель обнаружил, что улучшение экранирования магнитного поля на более чем 30% (относительно состояния отсутствия связи) может быть достигнуто при шаге зажимов 50 см в продольном направлении, и улучшение экранирования на более чем 45% можно достигнуть при шаге зажимов 25 см.

В областях наложения между смежными секциями 4 (Фиг.4b) зажимы будут захватывать три перекрывающиеся части (5', 5'',6' или 5'', 6', 6''), общая толщина которых в три раза больше толщины t отдельной части.

Как указывалось ранее, соединение путем металлического сплавления представляет альтернативный тип средств 7 связи, пригодный для реализации в настоящем изобретении. В частности, основание 5 и крышка 6 могут быть соединены непрерывной пайкой, сваркой или пайкой твердым припоем, проходящими на всю длину, или почти на всю длину кабелепровода, или точечной пайкой, сваркой или пайкой твердым припоем. Расстояние между последовательными точками металлического сплавления может соответствовать расстоянию, ранее указанному для зажимов. Соединение путем металлического сплавления имеет преимущество относительно соединения зажимом, заключающееся в том, что образуется более длинный и однородный электрический контакт между двумя связываемыми телами, но имеет недостаток, заключающийся в том, что они более подвержены коррозии и требуют большего времени и подвода энергии для их установки.

Кабелепровод 2 (фиг. 5) может включать изогнутые или искривленные элементы 8 секционной связи, чтобы обеспечить возможность горизонтальных или вертикальных отклонений в направлении линии 1 электропередачи. Элемент 8 связи является предпочтительно трубчатым элементом из того же материала, что и материал основания 5 и крышки 6, имеет участок, изогнутый или искривленный под углом α, предпочтительно составляющим 3-20°. Элемент 8 связи имеет такие размеры, которые обеспечивают возможность охвата конца двух соединяемых секций 4. Как вариант, элемент 8 связи может иметь размеры, обеспечивающие возможность установки на внутренней стороне секций 4.

Элемент 8 связи может включать две отдельные части, наложенные друг на друга, имеющие ту же форму поперечного сечения и те же размеры основания 5 и крышки 6, причем эти две части идентифицируются как основание и крышка элемента 8 связи.

Элемент 8 связи наложен на каждую из двух секций 4, соединяемых на длине, предпочтительно составляющей 10-300 мм, тогда как последовательные элементы 8 связи должны быть разнесены на расстояние не менее 1 метра, чтобы избежать изгиба из-за избыточной нагрузки на кабели 3.

Основание и крышка элементов 8 связи могут быть связаны посредством тех же самых зажимов, использованных для связи основания 5 и крышки 6. В области наложения между элементом 8 связи и секцией 4 зажимы должны связывать вместе четыре части (основание 5, крышку 6, основание и крышку элемента 8 связи), имеющие общую толщину, в четыре раза большую толщины отдельной части.

Для получения удовлетворительной магнитной целостности экрана средства связи должны быть выбраны и разнесены друг от друга так, чтобы обеспечить электрическое соединение между основанием 5 и крышкой 6, имеющее активную проводимость в пересчете на метр длины, равную по меньшей мере 150 См/м, более предпочтительно по меньшей мере 500 См/м и наиболее предпочтительно по меньшей мере 1500 См/м. Например, упругие зажимы вышеупомянутого типа, расположенные с шагом 50 см, могут обеспечить активную проводимость в пересчете на метр длины, большую 1500 См/м. Снижением шага средств связи можно достигнуть более высокого значения активной проводимости.

Основание 5 и крышка 6 могут иметь формы, отличные от описанных ранее. Например, крышка 6 может иметь полукруглое поперечное сечение или многоугольное поперечное сечение, например треугольное или трапецеидальное, основание 5 может иметь полукруглое поперечное сечение или многоугольное поперечное сечение, например трапецеидальное, фланцы 5с могут лежать на различных плоскостях, трилистник кабелей 3 может быть перевернутым, когда один кабель лежит внизу, а два кабеля - наверху, и боковые стенки 5b основания 5 могут быть наклонены для установки такой конфигурации. Элементы 8 связи, если это требуется, должны иметь соответствующую форму.

Более того, основание 5, крышка 6 и элементы 8 связи вместо того, чтобы быть выполненными полностью из ферромагнитного материала, могли бы включать слои из различных материалов, по меньшей мере один из которых является ферромагнитным материалом.

Что касается связи между смежными секциями 4, альтернативным решением для обеспечения непрерывности магнитного экрана 4 является размещение оснований 5 и крышек 6 смежных секций 4 встык и их сварка. Другим альтернативным решением является использование прямых элементов связи из ферромагнитного материала (предпочтительно из материала основания 5 и крышки 6), содержащих элемент основания и крышки, аналогично элементу 8 связи, и пригодных для наложения на каждую секцию 4 подсоединения на длину, составляющую предпочтительно 10-300 мм. Еще одним решением является использование на концах смежных секций поперечных фланцев и их связывание, например, зажимами.

Указанные зажимы являются лишь возможным примером средств связи, пригодных для осуществления упругой связи со взаимным проникновением материала. Средства 7 связи могут включать любой упругий элемент, способный проникать через материал кабелепровода (в частности, стали) при упругом воздействии, причем упругий элемент снабжен острым выступом, например зубцами 7с. Можно также использовать промышленно изготавливаемые средства, например самонарезающие винты или болты, снабженные стопорными зубчатыми шайбами и/или гайками (гайки со стопорящими защелками).

Пример 1

Заявитель измерил магнитное поле, формируемое над землей от проложенной в грунте электрической линии, как описано выше, при различных рабочих условиях.

Испытываемая линия содержала генератор электрического тока, три кабеля 3 в конфигурации трилистника, подсоединенные к генератору, цилиндрический стальной кабелепровод длиной 50 м, содержащий кабели 3 от выхода генератора и шесть продольных секций, содержащих кабели от конца цилиндрического кабелепровода. На выходе шести секций 4 кабели 3 были замкнуты накоротко. Продольные секции 4 были наложены с перекрытием в 200 мм и размещены на глубине 1,4 м под землей. Магнитное поле было измерено посредством магнитометра модели PLM-100WB Handheld ELF, фирмы Макинтайр Электроник Дизайн Ассошиейтс, Инк. (485 Spring Park Place, Herndon, VA, USA), в точке, на высоте 1 м над землей и между третьей и четвертой секциями (то есть в середине линии).

Элемент 5 основания имел следующие размеры:

- высота: 215 мм; ширина: 370 мм; длина: 3000 мм; наклон боковых стенок 5b: 8°; ширина стенки 5а основания: 230 мм, ширина фланцев 5с: 40 мм; толщина: 5 мм.

Элемент 6 крышки представлял собой плоскую панель толщиной 5 мм с размерами (370х3200) мм. Как основание 5, так и крышка 6 были выполнены из стали Q.

Тип кабелей 3, пригодный для 132 кВ линии, имел диаметр 105 мм. Кабели 3 были запитаны 400 А (среднеквадратичн.) 50 Гц уравновешенным и симметричным трехфазным током.

Магнитное поле было измерено при различных условиях:

а) кабели 3 непосредственно проложены в грунте (без экранирующего кабелепровода);

б) кабели 3 внутри кабелепровода 2 и крышка 6 прижаты к основанию 5 с усилием 60 кг/м ²;

в) кабели 3 внутри кабелепровода 2 и крышка 6 связаны с основанием 5 посредством зажимов через каждые 50 см;

г) кабели 3 внутри кабелепровода 2 и крышка 6 связаны с основанием 5 посредством зажимов через каждые 25 см.

Использовались зажимы, зарегистрированные и охраняемые товарным знаком моделей H- CADDY, фирмы ERICO Inc., (34600 Solon Road Solon, Ohio 44139 United States).

В Таблице 2 приведены максимальные величины магнитного поля, измеренные в указанных условиях.

Таблица 2УсловиеМаксимальное магнитное поле
[микротесла(мктл)]А)1,8Б)0,1 5В)0,10Г)0,08

Когда кабелепровод, в котором крышка 6 просто прижата к основанию 5 (но не связана с ним ), может снизить магнитное поле над землей более чем в 10 раз относительно непосредственно проложенных в грунте кабелей, дальнейшее снижение на 33% может быть достигнуто связью основания 5 и крышки 6 зажимами с шагом 50 см. Другое дополнительное 20%-ное улучшение характеристики можно получить уменьшением шага зажимов до 25 см. На практике при переходе от условия а) к условию г) магнитное поле снижают приблизительно в 22 раза.

Пример 2

Заявитель также обнаружил изменение магнитного поля при изменении положения измерения вдоль поперечного направления (то есть направления, перпендикулярного направлению кабелепровода) на высоте 1 м над землей. Форма, размеры и материал кабелепровода 2 были теми же самыми, что и в примере 1, и были рассмотрены следующие условия:

а) отсутствует связь и совершенная изоляция между основанием 5 и крышкой 6, достигаемая введением нейлонового листа между основанием 5 и крышкой 6;

б) связь зажимами, установленными через каждые 50 см,

в) связь зажимами, установленными через каждые 25 см.

На фиг. 6 представлены результаты этого эксперимента. Можно заметить, что кривые имеют колоколообразную форму с максимальным значением в точке нулевой абсциссы, т. е. в плоскости медианы кабелепровода 2. Улучшение характеристики, достигаемое при использовании зажимов, остается, по существу, постоянным при удалении от электрической линии 1.

Пример 3

Был выполнен новый ряд измерений для сравнения посредством параметра "ad hoc" эффективности различных решений. Параметр, названный здесь "электрической целостностью" и обозначенный символом λ, имеет следующее выражение.

где B_n - максимальное магнитное поле, измеренное на высоте 1 м над землей (посредством того же самого прибора, что и в первом примере) при общей гальванической развязке между основанием 5 и крышкой 6, достигнутой введением нейлонового листа между основанием 5 и крышкой 6; B_i - максимальное магнитное поле, измеренное на высоте 1 м над землей при определенных рабочих условиях. Параметр λ не зависит от расстояния измерения и поэтому является абсолютным показателем роста электрической целостности относительно условия совершенной развязки. Параметр λ зависит, однако, от характеристик материала кабелепровода, в частности от магнитной проницаемости.

Параметр λ был измерен при следующих условиях использованием двух типов кабелепроводов, имеющих те же самые форму и размеры, как в примере 1, но выполненных из двух различных сталей, а именно из стали Q и стали В:

а) крышка 6 наложена на основание 5 с введением изолирующего нейлонового листа;

б) крышка 6 наложена на основание 5 (без введения листа);

в) крышка 6 наложена и прижата к основанию 5 (60 кг/м²),

г) основание 5 и крышка 6 связаны болтами через каждые 50 см,

д) основание 5 и крышка 6 связаны болтами через каждые 25 см;

е) основание 5 и крышка 6 связаны зажимами 7 через каждые 50 см;

ж) основание 5 и крышка 6 связаны зажимами 7 через каждые 25 см;

з) основание 5 и крышка 6 связаны непрерывной пайкой.

В таблице 3 приведены результаты этих измерений.

Таблица 3УсловиеСталь QСталь Ва)λ=0%λ=0%б)λ=3%λ=0%в)λ=7%λ=0%г)λ=13%λ=1%д)λ=20%λ=2%е)λ=33%λ=4%ж)λ=47%λ=5%з)λ=82%λ=10%

Из результатов таблицы 3 можно видеть, что

- связывание с помощью зажимов 7, то есть упругая связь со взаимным проникновением материала обеспечивает улучшенную электрическую целостность, чем болтовое соединение,

- кабелепровод, выполненный из материала с большей магнитной проницаемостью (сталь Q), обеспечивает более эффективное магнитное экранирование.

Пример 4

Другие измерения были выполнены для проверки влияния наложения с перекрытием между смежными секциями 4 на измеренное магнитное поле. Форма, размеры и материал кабелепровода 2 были теми же самыми, что и в примере 1, а зажимы устанавливали через каждые 50 см для связывания основания 5 и крышки 6. Относительное расстояние между смежными секциями изменяли следующим образом:

а) наложение с перекрытием в 200 мм;

б) торцевой контакт (без смещения в продольном направлении между основанием и крышкой);

в) разнесение смежных секций друг от друга на 200 мм (без смещения в продольном направлении между основанием и крышкой).

Магнитные поля, измеренные, как в примере 1, приведены в таблице 4.

Таблица 4УсловиеМаксимальное магнитное поле
[микротесла(мктл)]а)0,10б)0,25в)0,40

Эти результаты показывают, что наложение с перекрытием между смежными секциями является важным для обеспечения целостности магнитного экранирования.

Пример 5

Заявитель также сравнил характеристики электрического соединения зажимов относительно обычных болтов.

Два плоских листа из стали Q, имеющие толщину 5,8 мм, были наложены с перекрытием и введением изолирующего нейлонового листа и электрически связаны. Стальные листы являлись промышленно изготавливаемыми листами, хранящимися при обычных условиях.

Электрическое соединение было получено сначала посредством использования одного зажима вышеупомянутого типа (модели H- CADDY), наложенного без подготовки поверхности, и затем посредством промышленно изготавливаемого болта М4 (затягиваемого гаечным ключом), снабженного плоскими шайбами между головкой болта и верхним листом и гайкой и нижним листом. В первом испытании поверхности листа, контактирующие с шайбами, оставались без подготовки, во втором испытании упомянутые поверхности были очищены стеклянными шкурками. Сопротивление между двумя плитами было измерено 4-контактным техническим приемом при использовании генератора постоянного тока и милливольтметра.

Обнаруженное сопротивление составляло 2,3 мОм в случае зажима и 4,2 мОм в случае болта с очищенными поверхностями.

Присутствие грязи и коррозии на зонах болтового контакта увеличивало измеренное сопротивление почти в два раза.

Силовая линия (1) электропередачи, содержащая по меньшей мере один электрический кабель (3), кабелепровод (2) из ферромагнитного материала, охватывающий электрический кабель (3) и содержащий основание (5) и крышку (6), также элементы (7) электрического контакта для электрического соединения основания (5) и крышки (6), причем элементы (7) электрического контакта выбраны из группы, состоящей из соединений металлическим сплавлением и упругих элементов, способных проникать в ферромагнитный материал, так что может быть обеспечена магнитная целостность между основанием (5) и крышкой (6) для улучшения магнитного экранирования кабелепровода (2). 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 9 ил., 4 табл.

1. Силовая линия (1) электропередачи, содержащая по меньшей мере один электрический кабель (3), кабелепровод (2) из ферромагнитного материала, охватывающий указанный по меньшей мере один кабель (3) и содержащий основание (5) и крышку (6), элементы (7) электрического контакта, предназначенные для электрического соединения основания (5) и крышки (6), в которой элементы (7) электрического контакта выбраны из группы, состоящей из соединений металлическим сплавлением и упругих элементов, способных проникать в ферромагнитный материал.2. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что основание (5) и крышка (6) имеют перекрывающиеся участки (5с, 6а) на обеих сторонах кабелепровода (2), причем упомянутые элементы (7) электрического контакта наложены на перекрывающиеся участки (5с, 6а).3. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что упругие элементы (7) являются зажимами, имеющими участки, способные проникать в ферромагнитный материал.4. Линия электропередачи по п.2, отличающаяся тем, что перекрывающиеся участки (5с, 6а) разделены воздушным зазором (g) и имеют ширину (w), которая по меньшей мере в пять раз больше толщины воздушного зазора (g).5. Линия электропередачи по п.4, отличающаяся тем, что воздушный зазор (g) составляет максимум 3% от периметра поперечного сечения кабелепровода (2).6. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что элементы (7) электрического контакта имеют взаимный продольный промежуток, составляющий максимум 50 см.7. Линия электропередачи по п.6, отличающаяся тем, что взаимный продольный промежуток составляет максимум 25 см.8. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что кабелепровод (2) содержит множество продольных секций (4), частично перекрывающих друг друга, каждая из которых содержит участок (5) основания и участок (6) крышки.9. Линия электропередачи по п.8, отличающаяся тем, что продольные секции (4) электрически связаны друг с другом.10. Линия электропередачи по п.8, отличающаяся тем, что участок (6) крышки и участок (5) основания каждой из продольных секций (4) смещены друг от друга в продольном направлении.11. Линия электропередачи по п.8, отличающаяся тем, что продольные секции (4) перекрываются на длину (L), которая составляет по меньшей мере 25% от ширины (W) кабелепровода (2).12. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что ферромагнитным материалом является сталь.13. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один кабель (3) содержит три кабеля, образующих готическую розетку (трилистник).14. Линия электропередачи по п.8, отличающаяся тем, что по меньшей мере две из продольных секций (4) проходят в различных направлениях, причем кабелепровод (2) содержит соединяющий элемент (8) для соединения двух секций (4) кабелепровода, при этом соединяющий элемент (8) состоит из двух частей, электрически связанных посредством упомянутых элементов (7) электрического контакта.15. Линия электропередачи по п.8, отличающаяся тем, что участок (5) имеет U-образное поперечное сечение.16. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что участок (6) крышки является, по существу, плоским.17. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что кабелепровод (2) предназначен для размещения под землей.18. Линия электропередачи по п.1, отличающаяся тем, что материал, имеющий магнитную проницаемость, больше магнитной проницаемости воздуха, размещен между перекрывающими участками (5с, 6а) основания (5) и крышки (6).19. Способ экранирования магнитного поля, генерируемого силовой линией электропередачи, содержащей по меньшей мере один электрический кабель, заключающийся в том, что размещают электрический кабель в кабелепроводе из ферромагнитного материала, содержащем основание и крышку, формируют электрическое соединение между основанием и крышкой, имеющее активную проводимость в пересчете на метр длины, составляющую по меньшей мере 150 См/м.20. Способ по п.19, отличающийся тем, что активная проводимость составляет по меньшей мере 500 См/м.21. Способ по п.20, отличающийся тем, что активная проводимость составляет по меньшей мере 1500 См/м.22. Способ по п.19, отличающийся тем, что формируют электрическое соединение между основанием и крышкой посредством формирования упругой связи между основанием и крышкой со взаимным проникновением материала.23. Способ по п.19, отличающийся тем, что формируют электрическое соединение между основанием и крышкой, для чего осуществляют металлическое сплавление основания и крышки.24. Способ по п.19, отличающийся тем, что при размещении электрического кабеля в кабелепроводе формируют перекрытие соответствующих боковых участков основания и крышки, причем при формировании электрического соединения между основанием и крышкой осуществляют электрическое соединение боковых участков.25. Способ по п.24, отличающийся тем, что для электрического соединения боковых участков осуществляют наложение на боковые участки множества металлических упругих зажимов, способных проникать через поверхность боковых участков при упругом воздействии.26. Способ по п.19, отличающийся тем, что при размещении электрического кабеля в кабелепроводе осуществляют установку основания под землей, укладку по меньшей мере одного кабеля в основание и накладывание крышки на основание, чтобы закрыть кабелепровод.27. Способ по п.19, отличающийся тем, что кабелепровод содержит множество продольных секций, которые электрически соединяют друг с другом.