ВЫДЕРЖИВАЮЩИЙ ПОЛНУЮ НАГРУЗКУ НА РАСТЯЖЕНИЕ ОБЖАТЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ ДЛЯ АРМИРОВАННОГО КАБЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК H01R4/10 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Данная заявка является частичным продолжением заявки 13/274503, поданной 17 октября 2011 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области передачи электроэнергии, а более конкретно - к выдерживающим полную нагрузку на растяжение соединителям для армированных кабелей, имеющих несущий сердечник, окруженный проводящими жилами, которые используют в электрических подстанциях и высоковольтных линиях электропередач.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Высокопрочные армированные многожильные кабели большой емкости обычно используют в воздушных линиях электропередачи. Примером такого кабеля является сталеалюминевый кабель (ACSR). В сталеалюминевом кабеле наружные жилы выполнены из алюминия, поскольку этот материал выбран за его превосходную электропроводность, малый вес и низкую стоимость. Наружные жилы окружают одну или более центральных жил из стали, которые обеспечивают прочность, необходимую для поддержания веса кабеля без вытягивания пластичных проводящих жил из алюминия. Это придает кабелю повышенную общую прочность на растяжение по сравнению с кабелем, состоящим только из алюминиевых жил. Другие типы армированных кабелей, имеющих несущий сердечник, окруженный проводящими жилами, включают кабели с алюминиевыми проводящими жилами и стальными несущими жилами (ACSS), с несущими жилами из стали, плакированной алюминием (ACSS/AW), с алюминиевыми проводящими жилами в форме трапеции и стальными несущими жилами (ACSS/TW), алюминиевые кабели, армированные алюминиевым сплавом (AGAR), и алюминиевые кабели с сердечником из композита (ACCC).

Соединители играют чрезвычайно важную роль в производительности и надежности систем передачи электроэнергии. В кабелях, используемых для воздушных линий электропередачи, требуются узлы сращивателей и анкеров. В принадлежащем тому же заявителю патенте США № 7874881 раскрыт выдерживающий полную нагрузку на растяжение фитинг для полностью алюминиевого кабеля. Хотя данный фитинг можно использовать и для армированных кабелей с несущим сердечником, окруженным проводящими жилами, получаемое в результате соединение не выдержит растягивающую нагрузку, на которую рассчитан сам кабель. Соединители для армированных кабелей обычно представляют собой узел из двух частей с корпусом соединителя и вкладышем соединителя или зажимом сердечника. Сначала к сердечнику кабеля прикрепляют вкладыш, а затем корпус соединителя прикрепляют к вкладышу и к проводящим жилам кабеля. В случае обжатых соединителей для этого требуются два штампа разного размера.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается усовершенствованный соединитель кабелей с вкладышем, имеющий осевое отверстие, выполненное с размером для приема сердечника кабеля. Корпус соединителя имеет по существу цилиндрическую наружную поверхность и по существу цилиндрическую полость. Дистальный участок полости, имеющий первую по существу цилиндрическую внутреннюю поверхность, выполнен с размером для приема вкладыша соединителя. Второй участок полости, проксимально смещенный от дистального участка, имеет по существу цилиндрическую вторую внутреннюю поверхность, выполненную с размером для приема проводящих жил кабеля. Корпус соединителя может иметь один или более дополнительных участков полости, имеющих по существу цилиндрические внутренние поверхности с последовательно увеличивающимися диаметрами, при этом количество таких участков зависит от размера кабеля. В качестве альтернативы, внутренняя поверхность полости может иметь небольшое сужение. Используя один и тот же штамп, корпус соединителя сжимают с помощью обжимного инструмента в нескольких аксиально разнесенных местах, для зажима проводящих жил, а также для зажима вкладыша соединителя, тем самым зажимая сердечник кабеля. В качестве альтернативы, при использовании двух разных штампов, сердечник соединителя может быть сжат после введения сердечника кабеля, но перед введением сердечника соединителя в корпус соединителя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе сталеалюминевого кабеля (ACSR).

Фиг. 2 представляет собой вид сбоку соединителя согласно варианту осуществления изобретения, установленного на кабеле.

Фиг. 3 представляет собой вид в разрезе по линии А-А соединителя и кабеля, показанных на фиг. 2.

Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе первого типа вкладыша соединителя.

Фиг. 5 представляет собой вид с торца вкладыша соединителя, показанного на фиг. 4.

Фиг. 6 представляет собой вид в перспективе второго типа вкладыша соединителя.

Фиг. 7 представляет собой вид с торца вкладыша соединителя, показанного на фиг. 6.

Фиг. 8 представляет собой вид в перспективе третьего типа вкладыша соединителя.

Фиг. 9 представляет собой вид с торца вкладыша соединителя, показанного на фиг. 8.

Фиг. 10 представляет собой вид в перспективе четвертого типа вкладыша соединителя.

Фиг. 11 представляет собой вид с торца вкладыша соединителя, показанного на фиг. 10.

Фиг. 12 представляет собой вид в разрезе корпуса соединителя, показанного на фиг. 2.

Фиг. 13 иллюстрирует участки обжатия на корпусе соединителя.

Фиг. 14 представляет собой вид в разрезе корпуса соединителя согласно другому варианту осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В приведенном ниже описании для пояснения, а не для ограничения представлены конкретные подробности для обеспечения полного понимание настоящего изобретения. Однако специалисту в данной области техники станет очевидно, что изобретение может быть воплощено и в других вариантах осуществления, отличающихся от приведенных конкретных подробностей. В других случаях подробное описание хорошо известных способов и устройств опущено, чтобы не затруднять описание изобретения ненужными подробностями.

Изобретение описано со ссылками на сталеалюминевый кабель (ACSR); однако оно также применимо к кабелям типа ACSS, ACSS/AW, ACSS/TW, AGAR, ACCC и любым другим армированным кабелям, в которых несущий сердечник окружен проводящими жилами. Сердечник может содержать сталь, высокопрочные алюминиевые сплавы или композиты, тогда как проводящие жилы могут содержать алюминий, медь или их сплавы.

Сталеалюминевый кабель 10 широко известного типа показан на фиг. 1. Данный конкретный тип кабеля, имеющий промышленное обозначение 26/7, имеет двадцать шесть наружных жил из алюминиевого проводника 12, окружающих сердечник 14, содержащий семь стальных жил. Как уже отмечено выше, стальной сердечник обеспечивает основную прочность кабеля 10 на растяжение.

Соединитель 20 согласно варианту осуществления изобретения показан на фиг. 2 и 3. Корпус 22 соединителя имеет по существу цилиндрическую наружную поверхность и расточенную центральную полость 24, продолжающуюся от проксимального конца 26 к кольцевой установочной поверхности 28. Вкладыш 30 соединителя введен в полость 24 и опирается на поверхность 28. Алюминиевые жилы на конце кабеля 10 удалены на расстояние, приблизительно равное длине самого соединителя. Конец кабеля 10 введен в полость 24, стальной сердечник 14 установлен в центральном осевом отверстии во вкладыше 30 соединителя, а срезанные концы алюминиевых жил заключены в проксимальном участке полости 24. После сборки данным способом соединитель 20 закрепляют на конце кабеля 10 многократным обжатием, как описано ниже.

Соединитель 20 может быть выполнен в виде сращивателя с трубчатым корпусом, принимающего кабель на каждом конце, или анкера, выдерживающего полную растягивающую нагрузку, у дистального конца корпуса которого имеется подходящее конструктивное соединение, такое как проушина или серьга. В качестве альтернативы, анкерное конструктивное соединение может быть встроено во вкладыш соединителя. Корпус 22 соединителя может быть выполнен из подходящего алюминиевого сплава, такого как 3003-H18.

Вкладыш 30 соединителя может иметь форму простого трубчатого корпуса 300, как показано на фиг. 4 или 5, а может иметь форму, соответствующую одной или более другим конструкциям. Одна из таких конструкций показана на фиг. 6 и 7. Вкладыш соединителя 310 выполнен в виде трубки с центральным осевым отверстием 312 и, в поперечном сечении, со спицами 314, продолжающимися радиально наружу от кольцевой области 316, окружающей центральное отверстие.

Еще одна конструкция вкладыша соединителя показана на фиг. 8 и 9. Вкладыш 320 соединителя выполнен в виде трубки с центральным осевым отверстием 322 и, в поперечном сечении, со спицами 324, продолжающимися радиально внутрь от кольцевого наружного участка 326.

Еще одна конструкция вкладыша соединителя показана на фиг. 10 и 11. Вкладыш 330 соединителя выполнен по существу трубчатым с центральным осевым отверстием 332 и множеством аксиально продолжающихся пазов 334, аналогично цанговому патрону. Объем изобретения не ограничивается данными конкретными вариантами. Можно использовать и другие формы вкладышей соединителя для зажима сердечника кабеля, когда корпус соединителя обжимают вокруг вкладыша соединителя. На внутреннюю поверхность осевого отверстия соединителя вкладыша может быть нанесен оксид алюминия или другой подходящий абразив, чтобы увеличить механическое сцепление с сердечником кабеля. В качестве альтернативы, внутренняя поверхность осевого отверстия может быть выполнена с внутренней резьбой, периферийными зубцами или подвергнута другой обработке для улучшения сцепления вкладыша соединителя с сердечником кабеля. Кроме того, вкладыш соединителя, а не корпус соединителя, может включать в себя конструктивное соединение соединителя анкера, такое как проушина или серьга. Вкладыш соединителя может быть выполнен из подходящих алюминиевых или стальных сплавов, таких как алюминий 6061-T6 или инструментальная сталь.

На фиг. 12 показан вид в разрезе корпуса 22 соединителя, на котором показана его внутренняя структура. В участке A корпуса соединителя, в который вводят вкладыш соединителя, полость 24 имеет диаметр d₁, который лишь немного больше наружного диаметра вкладыша соединителя. От участка A к проксимальному концу 26 корпуса соединителя диаметр полости ступенчато увеличивается. Каждая такая ступень передает разное усилие сжатие кабелю и служит для распределения усилия обжатия по всем слоям алюминиевых жил в сталеалюминевом кабеле. Участок B полости 24, проксимально смежный участку A, имеет диаметр d₂. Согласно приведенным иллюстрациям d₂ больше d₁. Однако данный участок может иметь такой же диаметр, как участок A. Участок C полости 24, проксимально смежный участку B, имеет диаметр d₃, который больше диаметра d₂. Дополнительные проксимально смещенные участки полости 24 могут иметь другие ступенчатые диаметры. Количество ступеней может быть меньше или больше, чем показано на чертежах, и в общем случае определяется размером кабеля.

Как показано на фиг. 13, после введения кабеля и вкладыша соединителя в полость 24 наружный корпус соединителя обжимают в нескольких местах, чтобы равномерно закрепить его вокруг алюминиевых жил кабеля и вокруг вкладыша соединителя, который зажимает стальные жилы кабеля. Обжатие предпочтительно выполняют с использованием инструмента для радиального обжатия на 360°, выпускаемого компанией DMC Power Inc., Гардена, Калифорния. Корпус соединителя обжимают на участке A, чтобы закрепить вкладыш соединителя и стальной сердечник кабеля. Для полного закрепления вкладыша кабеля может потребоваться множество обжатых участков, перекрывающих друг друга. Корпус соединителя также обжимают на участках B и C, чтобы закрепить алюминиевые проводящие жилы. Степень сжатия и напряжение при сжатии увеличиваются приблизительно на 3-20% с каждым участком по мере уменьшения внутреннего диаметра корпуса соединителя. Между всеми последовательно расположенными обжатыми участками на алюминиевых жилах имеется пространство, или промежуток, обозначенный позицией D. Данный промежуток, составляющий порядка 0,1-0,5 дюймов, позволяет алюминиевым жилам выступать позади каждого обжатого участка и фиксировать кабель позади обжатого участка, когда он подвергается воздействию растягивающего усилия.

Кроме того, между обжатыми участками на участках A и B также имеется промежуток D2, который также позволяет проводящим жилам выступать. Основной функцией обжатого участка на участке A, закрепляющего расположенные там вкладыш соединителя и стальной сердечник кабеля, является передача растягивающей нагрузки кабеля через соединитель, при этом обжатые участки на участках B и C (и любых других дополнительных участках со ступенчато увеличивающимися внутренними диаметрами) добавляют прочность на растяжение, а также служат для обеспечения электрической проводимости между кабелем и соединителем. Так как наружный корпус соединителя имеет одинаковый диаметр, для обжатия корпуса соединителя на каждом участке A, B и C требуется лишь один штамп.

Как и в случае с соединителями для армированных кабелей известного уровня техники, соединитель 20 также может быть прикреплен к кабелю с использованием двух штампов с отличающейся последовательностью ступеней. Сам соединитель, который в этом случае может представлять собой простую трубку (фиг. 4 и 5), может сначала быть обжат вокруг сердечника кабеля с помощью штампа меньшего размера, соответствующего наружному диаметру вкладыша. Затем корпус соединителя можно обжать вокруг вкладыша соединителя и проводящих элементов кабеля с помощью штампа большего размера, соответствующего наружному диаметру корпуса соединителя. В этом случае проводящие жилы в конце кабеля 10 сначала удаляют на расстояние, приблизительно равное длине вкладыша соединителя, как описано выше. Открытый сердечник в конце кабеля 10 вводят в центральное осевое отверстие во вкладыше 30 соединителя и используют штамп подходящего размера для обжатия вкладыша соединителя вокруг сердечника кабеля. Затем вкладыш соединителя вводят в полость 24 корпуса 22 соединителя, пока он не упрется в установочную поверхность 28. Затем корпус соединителя обжимают вокруг вкладыша соединителя и проводящих жил кабеля, как и в предыдущем случае.

На фиг. 14 показан вид в разрезе корпуса 220 соединителя согласно другому варианту осуществления изобретения. В то время как внутренняя полость 24 корпуса 22 соединителя имеет ступенчатую форму, полость 240 корпуса 220 соединителя сужается от диаметра d₁ до диаметра d₄ на участке E. Результатом применения данной формы также является то, что при каждом обжатии корпуса соединителя на участке E кабелю передается разная степень обжатия и разное усилие обжатия, которые зависят от внутреннего диаметра в каждом месте обжатия, что позволяет распределить усилие обжатия по всем слоям проводящих жил в кабеле.

Следует понимать, что вышеописанное изобретение может быть воплощено в других формах, не выходящих за рамки идеи или существенных признаков изобретения. Таким образом, подразумевается, что изобретение не ограничено описанными выше иллюстративными подробностями, а определяется приложенной формулой изобретения.

Соединитель для электрического кабеля с сердечником, окруженным проводящими жилами, включает вкладыш с осевым отверстием для приема сердечника армированного кабеля и корпус с отверстием на его проксимальном конце и, по существу, цилиндрической наружной поверхностью. Отверстие сообщается с полостью, имеющей дистальный участок для приема вкладыша. Дистальный участок имеет первую внутреннюю поверхность с первым внутренним диаметром. Полость имеет второй участок, который проксимально смещен от дистального участка и имеет вторую внутреннюю поверхность со вторым внутренним диаметром, выполненным с размером для приема жил кабеля и обжатия на них. Полость дополнительно содержит третий участок, проксимально смежный второму участку и имеющий третью внутреннюю поверхность с третьим внутренним диаметром, выполненным с размером для приема жил кабеля и обжатия на них. Третий внутренний диаметр больше второго внутреннего диаметра. Технический результат - создание соединителя, в котором переменный внутренний диаметр корпуса способствует его обжатию на проводящих жилах кабеля во многих аксиально смещенных местах с увеличивающимися усилиями сжатия, что повышает надежность прикрепления соединителя к кабелю с использованием единственного обжимного штампа. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Соединитель для электрического кабеля с сердечником, окруженным проводящими жилами, содержащий:
вкладыш соединителя с осевым отверстием, выполненным с размером для приема сердечника кабеля;
корпус соединителя с отверстием на его проксимальном конце и, по существу, цилиндрической наружной поверхностью, при этом отверстие сообщается с полостью, имеющей дистальный участок, выполненный с размером для приема вкладыша соединителя, причем дистальный участок имеет первую внутреннюю поверхность с первым внутренним диаметром, а полость дополнительно имеет второй участок, проксимально смещенный от дистального участка и имеющий вторую внутреннюю поверхность со вторым внутренним диаметром, выполненным с размером для приема проводящих жил и обжатия на них, при этом полость дополнительно содержит третий участок, проксимально смежный второму участку и имеющий третью внутреннюю поверхность с третьим внутренним диаметром, выполненным с размером для приема проводящих жил и обжатия на них, при этом третий внутренний диаметр больше второго внутреннего диаметра.

2. Соединитель по п.1, в котором полость выполнена ступенчатой между второй и третьей внутренними поверхностями.

3. Соединитель по п.1, в котором полость выполнена сужающейся между второй и третьей внутренними поверхностями.

4. Соединитель по п.1, в котором корпус соединителя выполнен в виде сращивателя.

5. Соединитель по п.1, в котором корпус соединителя выполнен в виде анкера.

6. Соединитель по п.1, в котором поперечное сечение вкладыша соединителя имеет множество спиц, продолжающихся радиально наружу от кольцевой области, окружающей отверстие.

7. Соединитель по п.1, в котором поперечное сечение вкладыша соединителя имеет множество спиц, продолжающихся радиально внутрь от кругового наружного периметра.

8. Соединитель по п.1, в котором вкладыш соединителя выполнен по существу трубчатым с множеством аксиально продолжающихся пазов.

9. Соединитель по п.1, в котором вкладыш соединителя выполнен в виде проушины анкера.

10. Соединитель по п.1, в котором вкладыш соединителя выполнен в виде серьги анкера.

11. Способ прикрепления соединителя по п.1 к электрическому кабелю с сердечником, окруженным проводящими жилами, включающий:
удаление участка проводящих жил вблизи конца кабеля для открытия соответствующего участка сердечника кабеля;
введение открытого участка сердечника кабеля в отверстие во вкладыше соединителя;
введение конца кабеля в полость корпуса соединителя так, что вкладыш соединителя вводится в дистальный участок полости в корпусе соединителя, а проводящие жилы - во второй участок полости;
сжатие наружной поверхности корпуса соединителя, окружающего дистальный участок полости, в первом месте с по меньшей мере первым усилием сжатия;
сжатие наружной поверхности корпуса соединителя, окружающего второй участок полости, во втором месте, аксиально разнесенном от первого места со вторым усилием сжатия;
сжатие наружной поверхности корпуса соединителя, окружающего третий участок полости, в третьем месте, аксиально разнесенном от второго места с третьим усилием сжатия;
тем самым позволяя проводящим жилам выступать между первым и вторым местами и между вторым и третьим местами.

12. Способ по п.11, в котором этапы сжатия наружной поверхности корпуса соединителя осуществляют с использованием обжимного инструмента.

13. Способ по п.11, дополнительно включающий сжатие вкладыша соединителя для зацепления участка сердечника кабеля, введенного во вкладыш соединителя, перед введением конца кабеля в полость корпуса соединителя.

14. Способ по п.13, в котором этап сжатия вкладыша соединителя осуществляют с использованием обжимного инструмента.