ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ Российский патент 2018 года по МПК H01B7/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области кабельной промышленности, а точнее - к кабелям, предназначенным для точной передачи электрического сигнала, в особенности к кабелям для подключения студийных и индивидуальных прецизионных аудиосистем, техники физического эксперимента, метрологического и медицинского оборудовании.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На протяжении десятилетий для питания электроприборов используют кабели традиционной конструкции, содержащие три (по числу фаз) цельных медных проводника в монолитной поливинилхлоридной изоляции без скрутки.

Эти кабели не только подвержены воздействию внешних электромагнитных помех, но и сами служат источником подобных помех для других электроприборов.

Поскольку влияние подобных помех является критически важным фактором для чувствительной радиоаппаратуры и даже для бытовых аудиосистем высокого класса, все еще существует необходимость в создании кабелей, которые были бы не так подвержены действию указанных вредных факторов.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание кабеля, обладающего, по меньшей мере, одним из следующих преимуществ или всеми преимуществами одновременно (по отношению к кабелю традиционной конструкции из трех цельных медных проводников одинаковой с предлагаемым кабелем площадью поперечного сечения проводников в монолитной поливинилхлоридной изоляции без скрутки):

- более высокая групповая скорость распространения электромагнитной энергии,

- сниженное собственное радиоизлучение кабеля и наводимые внешними полями токи и напряжения на 20-40 дБ,

- высокая помехозащищенность в низкочастотном, высокочастотном и сверхвысокочастотном диапазоне,

- низкий уровень электродинамического шума проводников, находящихся в магнитном поле Земли,

- более низкий и стабильный импеданс кабеля в диапазоне от постоянного тока (0 Гц) до десятков МГц,

- низкая погонная емкость,

- меньшие габариты,

- более высокая гибкость,

- низкий уровень потерь энергии в диэлектрике.

Вышеуказанная задача решена благодаря тому, что предлагаемый электрический кабель содержит:

проводники,

каждый из упомянутых проводников имеет линию фазы L, линию ноля N и заземляющий проводник G,

каждая из упомянутых линий фазы и L и линий ноля N содержит по три проводника (L1, L2, L3) и (N1, N2, N3),

упомянутые проводники линий фазы и линий ноля имеют, по существу, одинаковое сечение,

упомянутые проводники линий фазы, линий ноля и заземляющий проводник выполнены в виде многопроволочной токопроводящей жилы,

упомянутые жилы проводников линий фазы и линий ноля расположены вокруг заземляющего проводника (G) в гексагональной конфигурации,

изоляция упомянутых проводников линии L и N является многослойной и содержит внутренний и внешний слои,

упомянутый внутренний слой содержит ленты, выполненные из политетрафторэтилена,

упомянутый внешний слой является сплошным и выполнен из полиэтилена высокого давления,

изоляция упомянутого заземляющего проводника G является сплошной и выполнена из мягкого поливинилхлоридного пластиката.

Технический результат состоит в том, что при использовании кабеля, когда в разъемах на его концах фазовые (L₁, L₂, L₃) и нейтральные (N₁, N₂, N₃) проводники объединены по схеме кольцевого чередования, обеспечивается более высокая групповая скорость распространения электромагнитной энергии, а также снижается собственное радиоизлучение кабеля и наводимые внешними полями токи и напряжения на 20÷40 дБ по сравнению с классической конструкцией из трех цельных проводников. Малые потери на излучение определяют низкий и стабильный импеданс кабеля в диапазоне от постоянного тока (0 Гц) до десятков МГц и гарантируют практически идеальную передачу питающей энергии от источника к потребителю при сохранении минимальных внешних габаритов и хорошей гибкости.

Далее вышеупомянутое устройство, охарактеризованное в общих категориях, поясняется на примере некоторых особенно предпочтительных форм выполнения, обеспечивающих получение дополнительных преимуществ.

Предпочтительно, когда все токопроводящие элементы кабеля, включая вышеупомянутые жилы, выполнены из меди.

Особенно желательно, когда коэффициент упаковки вышеупомянутых жил вокруг вышеупомянутого заземляющего проводника G является, по существу, максимальным.

Целесообразно, когда вышеупомянутый внутренний слой изоляции выполнен, по меньшей мере, из двух обмоток политетрафторэтиленовыми лентами с взаимно-противоположными направлениями повивов.

Предпочтительной формой выполнения внутреннего слоя изоляции в вышеописанном кабеле является такая, при которой:

изоляция фазовых проводников L₁, L₂, L₃ выполнена четырехобмоточной,

в каждой следующей обмотке в направлении от внутренней обмотки к внешней обмотке направление повива каждой следующей обмотки отличается от такового в предшествующей обмотке,

три внутренние обмотки наложены с зазором между витками,

внешняя обмотка наложена, по меньшей мере, с 30% перекрытием витков.

Такая изоляция минимизирует потери энергии в диэлектрике, снижает электродинамический шум проводников, находящихся в магнитном поле Земли, снижает погонную емкость. В результате повышается разрешение во всем диапазоне частот и улучшается динамика.

Предпочтительной разновидностью политетрафторэтилена является фторопласт ф-4.

Кабель может применяться, в частности, в цепях переменного тока напряжением 100÷240 Вольт с частотой 50÷60 Герц.

Вышеописанный кабель может дополнительно содержать на своих концах силовые разъемы, в которых фазовые (L₁, L₂, L₃) и нейтральные (N₁, N₂, N₃) проводники объединены по схеме кольцевого чередования.

Вышеописанный кабель может дополнительно содержать в себе экран. Предпочтительной формой выполнения экрана в вышеописанном кабеле является такая, при которой экран является четырехслойным, с внутренним дренажным проводником, и содержит

две обмотки из лент фольги,

упомянутые обмотки имеют противоположные направления повивов,

упомянутая фольга является катанной, выполнена из меди, имеет толщину предпочтительно, 50 мкм,

оплетку, размещенную между упомянутыми обмотками,

упомянутая оплетка выполнена из медных проволок,

упомянутая оплетка имеет плотность, по меньшей мере, 50%,

внешнюю оплетку,

упомянутая внешняя оплетка выполнена из мишурной нити на основе медной плющенки,

упомянутая внешняя оплетка имеет плотность, по меньшей мере, 85%.

Мощная прокатная фольга эффективнее подавляет ЭМП в расширенной полосе, в особенности в области низких частот (НЧ), где высока интенсивность индустриальных помех. Большая масса позволяет снизить электродинамический шум, возникающий в экранной системе, до предельно низких значений. Дополнительный внешний слой из мишурной нити, обладая низким поверхностным импедансом, существенно улучшает помехозащищенность в ВЧ и СВЧ диапазоне.

Предпочтительно, когда вышеописанный кабель дополнительно содержит внешнюю оболочку, выполненную из термопластичного полиуретанового эластомера (ТПУ).

Особенно предпочтительной является оболочка из Elastollan® (производства концерна BASF, Германия).

В одной из предпочтительных форм выполнения кабель дополнительно содержит в себе поясную изоляцию, включающую в себя четырехслойную разнонаправленную обмотку лентами фторопласта, где три внутренних слоя упомянутой разнонаправленной обмотки наложены с зазором между витками, а внешний - по существу с 30±5%-ным перекрытием витков. Такой тип поясной изоляции минимизирует потери энергии в диэлектрике, снижает электродинамический шум проводников, находящихся в магнитном поле Земли, снижает погонную емкость. В результате повышается разрешение во всем диапазоне частот и улучшается динамика.

Предлагаемый кабель особенно хорошо подходит для точной передачи электрического сигнала, что необходимо для подключения студийных и индивидуальных прецизионных аудиосистем, техники физического эксперимента, метрологического и медицинского оборудовании.

Следует понимать, что в настоящем тексте изобретение охарактеризовано только такими признаками, которые достаточны для решения поставленной задачи, реализации назначения и достижения выбранного технического результата; специального упоминания всех без исключения признаков и утилитарных характеристик изобретения не требуется, если специалистам должно быть известно, что изделия того же рода обладают такими признаками и утилитарными характеристиками и без них не реализуется основное назначение; тем более не требуется ограничивать обобщенные признаки какими-либо конкретными вариантами, если таковые должны быть известны специалистам и (или) могут быть подобраны по известным правилам.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На фигуре изображен поперечный разрез одной из частных форм выполнения кабеля по изобретению.

Позициями на фигуре обозначены следующие элементы:

1 - медная многопроволочная токопроводящая жила линии фазы (L);

2 - внутренний слой изоляции проводника линии фазы (L) - 4-слойная разнонаправленная обмотка лентами фторопласта-4;

3 - внешний слой изоляции проводника линии фазы (L) - сплошной полиэтилен высокого давления;

4 - медная многопроволочная токопроводящая жила линии ноля (N);

5 - внутренний слой изоляции проводника линии ноля (N) - 4-слойная разнонаправленная обмотка лентами фторопласта-4;

6 - внешний слой изоляции проводника линии ноля (N) - сплошной полиэтилен высокого давления;

7 - медный многопроволочный заземляющий проводник (G);

8 - изоляция заземляющего проводника - мягкий поливинилхлоридный пластикат;

9 - демпфирующий жгут - крученая хлопковая нить;

10 - поясная изоляция - 4-слойная разнонаправленная обмотка лентами фторопласта-4;

11 - дренажный проводник, замыкающий витки обмотки внутреннего слоя экрана - плоская плетенка из медных проволок;

12 - первый (внутренний) слой экрана - обмотка лентой из медной фольги;

13 - второй (внутренний) слой экрана - оплетка медными проволоками;

14 - третий (внутренний) слой экрана - обмотка лентой из медной фольги;

15 - четвертый (внешний) слой экрана - оплетка мишурной нитью на основе медной плющенки;

16 - оболочка - термопластичный полиуретановый эластомер (ТПУ) «Elastollan».

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для проведения сравнительных испытаний изготавливают электрический кабель, содержащий в себе проводники, при этом:

- каждый из упомянутых проводников имеет линию фазы L, линию ноля N и заземляющий проводник G,

- каждая из упомянутых линий фазы и L и линий ноля N содержит по три проводника (L1, L2, L3) и (N1, N2, N3),

- упомянутые проводники линий фазы и линий ноля имеют, по существу, одинаковое сечение,

- упомянутые проводники линий фазы, линий ноля и заземляющий проводник выполнены в виде многопроволочной токопроводящей жилы,

- упомянутые жилы проводников линий фазы и линий ноля расположены вокруг заземляющего проводника (G) в гексагональной конфигурации,

- изоляция упомянутых проводников линии L и N является многослойной и содержит внутренний и внешний слои,

- упомянутый внутренний слой содержит ленты, выполненные из политетрафторэтилена,

- упомянутый внешний слой является сплошным и выполнен из полиэтилена высокого давления,

- изоляция упомянутого заземляющего проводника G является сплошной и выполнена из мягкого поливинилхлоридного пластиката.

Кроме того:

- упомянутые токопроводящие жилы выполнены из меди,

- коэффициент упаковки вышеупомянутых жил вокруг вышеупомянутого заземляющего проводника G является, по существу, максимальным,

- упомянутый политетрафторэтилен представляет собой фторопласт ф-4,

- упомянутый заземляющий проводник выполнен по схеме скрутки 1+6,

- на своих концах кабель дополнительно содержит силовые разъемы, в которых фазовые (L₁, L₂, L₃) и нейтральные (N₁, N₂, N₃) проводники объединены по схеме кольцевого чередования,

- внутренняя изоляция фазовых проводников L₁, L₂, L₃ выполнена четырехобмоточной,

- в каждой следующей обмотке изоляции фазовых проводников в направлении от внутренней обмотки к внешней обмотке направление повива каждой следующей обмотки отличается от такового в предшествующей обмотке,

- три внутренние обмотки изоляции фазовых проводников наложены с зазором между витками,

- внешняя обмотка изоляции фазовых проводников наложена, по меньшей мере, с 30% перекрытием витков,

- кабель содержит в себе четырехслойный экран с внутренним дренажным проводником,

- экран содержит в себе две обмотки из лент фольги,

- упомянутые обмотки из фольги имеют противоположные направления повивов,

- упомянутая фольга является катанной, выполнена из меди, имеет толщину, предпочтительно, 50 мкм,

- экран также содержит в себе оплетку, размещенную между упомянутыми обмотками,

- упомянутая оплетка выполнена из медных проволок,

- упомянутая оплетка имеет плотность 50%,

- упомянутый экран содержит в себе внешнюю оплетку,

- упомянутая внешняя оплетка выполнена из мишурной нити на основе медной плющенки,

- упомянутая внешняя оплетка имеет плотность 85%.

- кабель содержит внешнюю оболочку, выполненную из термопластичного полиуретанового эластомера (ТПУ).

Для сравнения изготовили кабель традиционной конструкции из трех цельных медных проводников одинаковой с предлагаемым кабелем суммарной площади поперечного сечения проводников в монолитной поливинилхлоридной изоляции без скрутки.

Вышеописанные кабели изготовили на известном оборудовании по известным технологиям из известных и коммерчески доступных материалов.

По результатам испытаний (методики испытаний раскрыты в государственных стандартах России, США и в технических регламентах таможенного союза) получили, что предлагаемый кабель обладает всеми техническими преимуществами, указанными в разделе «Раскрытие изобретения».

Изобретение относится к области кабельной промышленности. Предлагается электрический кабель, содержащий проводники, каждый из упомянутых проводников имеет линию фазы L, линию ноля N и заземляющий проводник G, каждая из упомянутых линий фазы и L и линий ноля N, содержит по три проводника (L1, L2, L3) и (N1, N2, N3), упомянутые проводники линий фазы и линий ноля имеют, по существу, одинаковое сечение, упомянутые проводники линий фазы, линий ноля и заземляющий проводник выполнены в виде многопроволочной токопроводящей жилы, упомянутые жилы проводников линий фазы и линий ноля расположены вокруг заземляющего проводника (G) в гексагональной конфигурации, изоляция упомянутых проводников линии L и N является многослойной. Технический результат - снижение собственного радиоизлучения кабеля и наводимых внешними полями токов и напряжений. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрический кабель, содержащий

проводники,

каждый из упомянутых проводников имеет линию фазы L, линию ноля N и заземляющий проводник G,

каждая из упомянутых линий фазы и L и линий ноля N содержит по три проводника (L₁, L₂, L₃) и (N₁, N₂, N₃),

упомянутые проводники линий фазы и линий ноля имеют, по существу, одинаковое сечение,

упомянутые проводники линий фазы, линий ноля и заземляющий проводник выполнены в виде многопроволочной токопроводящей жилы,

упомянутые жилы проводников линий фазы и линий ноля расположены вокруг заземляющего проводника (G) в гексагональной конфигурации,

изоляция упомянутых проводников линии L и N является многослойной и содержит внутренний и внешний слои,

упомянутый внутренний слой содержит ленты, выполненные из политетрафторэтилена,

упомянутый внешний слой является сплошным и выполнен из полиэтилена высокого давления,

изоляция упомянутого заземляющего проводника G является сплошной и выполнена из мягкого поливинилхлоридного пластиката.

2. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутые токопроводящие жилы выполнены из меди.

3. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что в нем коэффициент упаковки вышеупомянутых жил вокруг вышеупомянутого заземляющего проводника G является, по существу, максимальным,

4. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый внутренний слой изоляции выполнен по меньшей мере из двух обмоток политетрафторэтиленовыми лентами с взаимно противоположными направлениями повивов.

5. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что в нем:

внутренний слой изоляции фазовых проводников L₁, L₂, L₃ выполнен четырехобмоточным,

в каждой следующей обмотке в направлении от внутренней обмотки к внешней обмотке направление повива каждой следующей обмотки отличается от такового в предшествующей обмотке,

три внутренние обмотки наложены с зазором между витками,

внешняя обмотка наложена по меньшей мере с 30%-ным перекрытием витков.

6. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый политетрафторэтилен представляет собой фторопласт ф-4.

7. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что в нем вышеупомянутый заземляющий проводник выполнен по схеме скрутки 1+6.

8. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что он предназначен для цепей переменного тока напряжением 100÷240 В с частотой 50÷60 Гц.

9. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что он дополнительно содержит на своих концах силовые разъемы, в которых фазовые (L₁, L₂, L₃) и нейтральные (N₁, N₂, N₃) проводники объединены по схеме кольцевого чередования.

10. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что он дополнительно содержит в себе четырехслойный экран с внутренним дренажным проводником, содержащий в себе

две обмотки из лент фольги,

упомянутые обмотки имеют противоположные направления повивов,

упомянутая фольга является катанной, выполнена из меди, имеет толщину, предпочтительно, 50 мкм,

оплетку, размещенную между упомянутыми обмотками,

упомянутая оплетка выполнена из медных проволок,

упомянутая оплетка имеет плотность по меньшей мере 50%,

внешнюю оплетку,

упомянутая внешняя оплетка выполнена из мишурной нити на основе медной плющенки,

упомянутая внешняя оплетка имеет плотность по меньшей мере 85%.

11. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что он дополнительно содержит внешнюю оболочку, выполненную из термопластичного полиуретанового эластомера (ТПУ).

12. Кабель по п. 1, характеризующийся тем, что он дополнительно содержит в себе поясную изоляцию, включающую в себя четырехслойную разнонаправленную обмотку лентами фторопласта, где три внутренних слоя упомянутой разнонаправленной обмотки наложены с зазором между витками, а внешний, по существу, с 30±5%-ным перекрытием витков.