КАБЕЛЬ СИЛОВОЙ НА НАПРЯЖЕНИЕ 6-35 кВ Российский патент 2015 года по МПК H01B9/02 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям кабелей силовых с экструдированной полимерной изоляцией, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках при переменном напряжении 6-35 кВ частотой 50 Гц при температуре от минус 40°C до плюс 50°C и относительной влажности воздуха до 98% при температуре плюс 35°C.

Известно, что при формировании полимерных изоляционных и электропроводящих слоев методом экструзии при изготовлении электрических кабелей, в частности силовых кабелей на напряжение от 6 до 35 кВ включительно, в указанных слоях в готовом изделии образуются участки, в которых полимерный материал ориентирован вдоль силовых линий электрического поля. В частности, это имеет место в зоне стыка двух потоков материала, поперечно обтекающих экранируемую и изолируемую жилу в экструзионной головке.

Данный факт имеет место практически для всех существующих технологий изготовления силовых кабелей. Исключения могут составлять лишь кабели, изготовленные с применением прямоточных, в частности конических экструдеров, однако данная технология из-за высокой сложности и стоимости не нашла применения при производстве силовых кабелей.

Указанные участки являются в электрическом отношении слабыми местами: локальная электрическая прочность данных участков в среднем в два раза ниже, чем электрическая прочность остальной части изоляционной системы (которая состоит из электропроводящего полимерного экрана по жиле, изоляции, и электропроводящего полимерного экрана по изоляции), в которой материал ориентирован преимущественно не параллельно силовым линиям электрического поля. Причины этого состоят в следующем. Изоляционный материал, обычно химически сшиваемый полиэтилен низкой плотности [или этиленпропиленовая резина], является аморфно-кристаллическим полимером. Ориентация материала вдоль поля означает выстраивание вдоль поля в процессе формирования изоляционного слоя при производстве кабеля цепочек относительно крупномасштабных кристаллических образований (зародышевых сферолитов) и одновременно - образования между этими цепочками вытянутых вдоль поля через весь изоляционный слой областей с повышенным содержанием аморфной фазы. Именно эти области и являются электрически слабыми.

Кроме того, в указанных областях (как в изоляционном, так и в электропроводящих слоях) с преимущественной ориентацией материала вдоль поля скапливаются дефекты в виде микроскопических частиц загрязнений, которые также снижают электрическую прочность кабеля.

Известен кабель силовой, содержащий три токопроводящие алюминиевые или медные жилы секторной формы, поверх каждой из которых последовательно наложены методом экструзии первый экран из электропроводящей полимерной композиции, изоляция из сшитой полиэтиленовой композиции, второй экран из электропроводящей полимерной композиции, при этом изолированные жилы скручены в сердечник, поверх которого последовательно расположены скрепляющий слой, металлический экран из медных проволок, соединенных спирально наложенной медной лентой, разделительный слой и экструдированная наружная оболочка, отличающийся тем, что радиус закругления первого экрана имеет величину в диапазоне от 2,5 до 3,6 мм (Патент РФ на полезную модель №128773, 2013).

В данном кабеле электрическое поле распределено более равномерно, чем в других известных конструкциях, например в конструкции согласно патенту РФ на полезную модель №50338, 2005 г. Однако и в этом кабеле максимальные значения напряженности электрического поля имеют место вблизи мест закругления экрана по жиле, то есть на «углах» сектора. Но в этих же местах расположены области электропроводящих и изоляционного слоев, в которых соответствующие материалы ориентированы преимущественно вдоль силовых линий поля.

Вследствие этого области «углов» сектора оказываются менее электрически прочными, поскольку в этих областях одновременно и изоляционная система кабеля оказывается более электрически слабой, и напряженности поля - наибольшие.

Технический результат заключается в повышении электрической прочности, а значит, и надежности кабеля.

Технический результат достигается тем, что в кабеле, содержащем три токопроводящие алюминиевые или медные жилы секторной формы, поверх каждой из которых последовательно наложены методом экструзии первый экран из электропроводящей полимерной композиции, изоляция из сшитой полиэтиленовой композиции или этиленпропиленовой резины, второй экран из электропроводящей полимерной композиции, при этом изолированные жилы скручены в сердечник, поверх которого последовательно расположены скрепляющий слой, экран из металлических проволок, соединенных спирально наложенной медной лентой, разделительный слой и экструдированная наружная оболочка, участки изоляционного слоя с преимущественной ориентацией материала вдоль силовых линий электрического поля расположены вне углов образованных секторов, т.е. на их плоских и/или на цилиндрических, с большим радиусом кривизны, участках, в которых напряженность электрического поля ниже, чем в углах.

Дальнейшее повышение электрической прочности обеспечивается за счет того, что участки экранов из электропроводящих полимерных композиций с преимущественной ориентацией материала вдоль силовых линий электрического поля расположены вне углов образованных секторов со смещением их местоположения относительно участков изоляции с преимущественной ориентацией материала вдоль силовых линий электрического поля.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором экранированная и изолированная жила (фаза) кабеля показана в разрезе.

Фаза кабеля содержит токопроводящую жилу 1, электропроводящий экран по жиле 2, изоляцию из химически сшитого полиэтилена или этилен-пропиленовой резины 3, электропроводящий экран по изоляции 4, причем участки 5 электропроводящего экрана по жиле, в которых материал ориентирован вдоль силовых линий электрического поля, аналогичные участки 6 в изоляции и участки 7 в электропроводящем экране по изоляции расположены вне углов сектора, т.е. на плоских и/или цилиндрическом его участках, и при этом положения указанных участков во всех трех элементах изоляционной системы смещены друг относительного друга.

[Применение данного технического решения повышает электрическую прочность кабеля на 25-30%].

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям кабелей силовых с экструдированной полимерной изоляцией, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках при переменном напряжении 6-35 кВ частотой 50 Гц при температуре от минус 40°C до плюс 50°C и относительной влажности воздуха до 98% при температуре плюс 35°C. Фаза кабеля содержит токопроводящую жилу 1, электропроводящий экран по жиле 2, изоляцию из химически сшитого полиэтилена или этиленпропиленовой резины 3, электропроводящий экран по изоляции 4, причем участки 5 электропроводящего экрана по жиле, в которых материал ориентирован вдоль силовых линий электрического поля, аналогичные участки 6 в изоляции и участки 7 в электропроводящем экране по изоляции расположены вне углов сектора, т.е. на плоских и/или цилиндрическом его участках, и при этом положения указанных участков во всех трех элементах изоляционной системы смещены друг относительного друга. Изобретение обеспечивает повышение надежности кабеля за счет повышения его электрической прочности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Кабель силовой, содержащий три токопроводящие алюминиевые или медные жилы секторной формы, поверх каждой из которых последовательно наложены методом экструзии первый экран из электропроводящей полимерной композиции, изоляция из сшитой полиэтиленовой композиции или этиленпропиленовой резины, второй экран из электропроводящей полимерной композиции, при этом изолированные жилы скручены в сердечник, поверх которого последовательно расположены скрепляющий слой, металлический экран из медных проволок, соединенных спирально наложенной медной лентой, разделительный слой и экструдированная наружная оболочка, отличающийся тем, что участки изоляционного слоя с преимущественной ориентацией материала вдоль силовых линий электрического поля расположены вне углов образованных секторов.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что участки экранов из электропроводящих полимерных композиций с преимущественной ориентацией материала вдоль силовых линий электрического поля расположены вне углов образованных секторов со смещением их местоположения относительно участков изоляции с преимущественной ориентацией материала вдоль силовых линий электрического поля.