КАБЕЛЬ СИЛОВОЙ С ЭЛЕМЕНТАМИ КОНТРОЛЯ СОБСТВЕННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ Российский патент 2022 года по МПК H01B11/22 

Заявляемое техническое решение относится к кабельно-проводниковой технике, а именно - к конструкциям силовых кабелей на номинальное напряжение до 4 кВ постоянного тока, предназначенным для передачи и распределения электрической энергии на постоянном токе в сетях электрифицированного транспорта и в сетях общего назначения и имеющих при этом в своем составе датчики в виде оптического волокна, передающего при этом в режиме реального времени оптические сигналы, определяющие изменения параметров кабеля, места этих изменений, места обрыва кабеля и характеристики внешних воздействий на него.

На основании сигналов, полученных в режиме реального времени с оптического волокна на комплексах автоматизированного телематического контроля оперативно и точно определяют место, характер состояния кабеля на имеющейся геоподоснове, место его обрыва и диспетчером, либо изменяется токовая нагрузка на кабель, вплоть до его отключения, либо на этот адрес направляется ремонтная бригада для выявления и устранения причины изменения параметров или причины повреждения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известны конструкции кабелей, в которых в качестве контрольных жил и датчиков использовано оптоволокно, например, известно техническое решение, запатентованное как (19) RU (11) 190398 (13) U1 «КАБЕЛЬ СИЛОВОЙ ДЛЯ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННОГО ТРАНСПОРТА С ТЕРМОДАТЧИКОМ», характеризующийся следующей совокупностью существенных признаков, направленных на повышение стойкости кабеля к повреждениям:

«Кабель силовой, содержащий последовательно размещенные элементы: основную многопроволочную токопроводящую жилу (1), в наружном повиве которой размещены две или более дополнительные контрольные токопроводящие жилы (3), снабженные индивидуальной изоляцией (4) из термостойкой изоляционной кабельной бумаги, изоляцию (5) основной токопроводящей жилы из термостойкой изоляционной кабельной бумаги, пропитанной изоляционным пропиточным составом, металлическую оболочку (6), антикоррозионный слой (7), подушку (8) под броню, броню (9) из металлических лент и наружную оболочку (10) с продольными ребрами жесткости, отличающийся тем, что в повиве основной токопроводящей жилы дополнительно размещен один или более термодатчик (2) в виде оптического волокна в защитной оболочке, при этом кабельная бумага для изоляции (4), (5) контрольных и основной токопроводящих жил имеет температуру нагревостойкости не менее 110°С, пропиточный изоляционный состав имеет температуру каплепадения не менее 105°С, а наружная оболочка (10) выполнена из полимерного материала с твердостью по Шору по шкале Д не менее 30.»

Задача данного технического решения состоит в создании пожарного извещателя, способного к постоянному мониторингу температуры по всей длине чувствительного элемента, что позволяет прогнозировать опасные ситуации и контролировать все потенциально опасные объекты, контрольная функция которых построена на применении брэгговских дифракционных решеток, точнее, волоконных брэгговских решеток (ВБР) - датчиков ВБР.

Недостатком данного кабеля является его узкая специализация - использование его только в качестве пожарного извещателя, чрезвычайная дороговизна и технические сложности применения на большие, характерные для кабельных сетей, расстояния, а также тот фактор, что бумажно-пропитанная изоляция является устаревшей технологией, не отвечающей современным требованиям по противопожарной безопасности и экологии.

Наиболее близким является техническое решение кабеля, запатентованного как (19) RU (11) 195 214 (13) U1 (51) МПК H01B 11/22 (2006.01) (52) СПК H01B 11/22 (2019.08), (57) Кабель силовой для сетей постоянного тока с элементами контроля собственных физических параметров в режиме реального времени содержит последовательно размещенные элементы: основную многопроволочную токопроводящую жилу (11) с изоляцией (6), в наружном повиве которой размещено оптоволокно (10) с изоляцией (9) и может быть размещено не менее одной контрольной токопроводящей жилы (8), каждая из которых снабжена индивидуальной изоляцией (7), металлическую оболочку (5), антикоррозионный слой (4), подушку под броню(3), броню (2) из металлических лент и наружную оболочку (1). Надежность эксплуатации кабеля увеличена за счет того, что в составе данного кабеля имеются элементы контроля его собственных физических параметров в режиме реального времени, каковыми являются датчики ВБР оптоволокна (10), которое находится в трубке из термостойкого полимерного материала, заполненной гидрофобным гелем, поверхность среза которой выдерживает давление не менее 9,8 кПа не менее трех суток без проникновения воды вовнутрь трубки.

Недостатком данного кабеля является использование в кабеле только датчиков ВБР оптоволокна, которые на практике не получили широкого применения вследствие сложности изготовления, а также технические сложности, возникающие при применении ВБР оптоволокна на большие расстояния, характерные для кабельных сетей.

Технический результат заявляемого решения заключается в расширении ассортимента силовых кабелей с контролем собственных физических параметров в режиме реального времени за счет иной конструкции кабелей с оптическими модулями. Оптоволоконные модули, по которым в режиме реального времени передаются контрольные сигналы, расположены в оплетке экрана, или на поверхности экрана из фольги и защищены броней и защитным шлангом (оболочкой). Применение в силовом кабеле оптических модулей, расположенных в оплетке экрана или на поверхности экрана из фольги, водоблокирующих элементов, брони и защитного шланга позволяют сохранить работоспособность элементов конструкции кабеля в различных условиях эксплуатации, тем самым повышая надежность кабельной линии.

Датчики из оптического волокна могут быть выполнены одномодовыми и многомодовыми различных типов, в зависимости от телеметрического оборудования, имеющегося у заказчика, длины кабельной линии и условий ее эксплуатации.

На чертеже приведена конструкция заявляемого кабеля:

1 - токопроводящая жила;

2 - водоблокирующий элемент;

3 - контрольная изолированная жила;

4 - оптический модуль;

5 - изоляция;

6 - слой из водоблокирующих лент;

7 - экран;

8 - обмотка скрепляющей медной лентой;

9 - разделительный слой;

10 - подушка под броню;

11 - броня;

12 - обмотка брони;

13 - защитный шланг.

ОПИСАНИЕ ЗАЯВЛЯЕМОГО РЕШЕНИЯ

Силовой кабель на номинальное напряжение до 4 кВ постоянного тока, имеющий уплотненную токопроводящую жилу 1, выполненную из скрученных проволок из меди или медного сплава, или алюминиевых, или из алюминиевого сплава, между которыми размещены водоблокирующие элементы 2.

Токопроводящая жила 1 покрыта слоем изоляции 5 и затем слоем из водоблокирующих лент 6, препятствующих продольному проникновению влаги при повреждении кабеля или при повреждении капы на концах кабеля.

Следующий слой - экран 7, который может быть выполнен из фольги или из оплетки.

В кабеле в оплетке экрана или на поверхности экрана из фольги расположен один или более оптоволоконный модуль 4 (оптоволоконный модуль - оптические волокна в защитной оболочке), который выполняет функцию датчиков, передающих сигналы в режиме реального времени. В качестве оптоволоконных датчиков 4 могут быть использованы любые типы оптического волокна по требованию заказчика, например, одномодовый оптический модуль, либо многомодовый оптический модуль, либо их комбинация.

Также в экране 7, по требованию заказчика, могут располагаться не менее одной контрольной жилы 3, изолированной сшитым полиэтиленом или этилен-пропиленовой резиной.

Далее наложены следующие слои, обеспечивающие надежную защиту токопроводящей жилы и элементов контроля:

- обмотка проволок экрана скрепляющей медной лентой 8;

- разделительный слой 9;

- подушка под броню 10;

- броня 11;

- обмотка брони 12;

- защитный шланг 13.

Слой изоляции может быть выполнен или из сшитого полиэтилена или из этилен-пропиленовой резины, или безгалогенных сшитых композиций.

Подушка под броню может быть выполнена толщиной не менее 1,5 мм либо из полиэтилена для кабелей с полиэтиленовой оболочкой или из композиции, не содержащей галогенов для кабелей с оболочкой из композиций, не содержащих галогенов.

Броня может быть выполнена из стальных оцинкованных проволок, или лент.

Разделительный слой 9 между изоляцией и экраном может быть выполнен или из полипропиленовой или водоблокирующей ленты и предпочтительно имеет номинальную толщину 0,25 мм.

Обмотка по броне 12 защитного покрова предпочтительно выполнена из полипропиленовой ленты.

Защитный шланг 13 может быть выполнен либо из полиэтилена, либо из композиций, не содержащих галогенов (с индексом HF), либо из сшитых композиций не содержащих галогенов.

ПРИМЕРЫ ВЫПОЛНЕНИЯ КАБЕЛЯ

1. Силовой кабель на номинальное напряжение до 3,3 кВ постоянного тока имеет в своем составе уплотненную токопроводящую жилу из скрученных медных проволок, между которыми находятся водоблокирующие элементы, изоляцию из сшитого полиэтилена, разделительный слой из водоблокирующего элемента, экран из оплетки из медных проволок, в котором размещены два многомодовых оптоволоконных модуля стандарта G.651 и две контрольные медные изолированные жилы, поверх этого экрана имеется разделительный слой из полипропиленовой ленты толщиной 0,25 мм., далее - подушка под броню толщиной 1,8 мм, выполненная из полиэтилена, далее - броня из стальных оцинкованных лент.

Поверх брони наложены обмотка из полипропиленовой ленты и защитный шланг из полиэтилена.

2. Силовой кабель на номинальное напряжение 1 кВ постоянного тока имеет в своем составе уплотненную токопроводящую жилу из скрученных алюминиевых проволок, между которыми находятся водоблокирующие элементы, изоляцию из этилен-пропиленовой резины, разделительный слой из водоблокирующего элемента толщиной 0,25 мм, экран из оплетки из алюминиевых проволок, один одномодовый оптический модуль стандарта G.652.D и две контрольные медные изолированные жилы, которые размещены в медном экране, поверх которого имеется разделительный слой из полипропиленовой ленты, далее - подушка под броню толщиной 1,5 мм, выполненная из композиций, не содержащих галогенов, далее - броня из стальных оцинкованных проволок.

Поверх брони наложены обмотка из полипропиленовой ленты и защитный шланг из композиций не содержащих галогенов.

3. Силовой кабель на номинальное напряжение 1 кВ постоянного тока имеет в своем составе уплотненную токопроводящую жилу из скрученных алюминиевых проволок, между которыми находятся водоблокирующие элементы, изоляцию из этилен-пропиленовой резины, разделительный слой из водоблокирующего элемента толщиной 0,25 мм, экран из медной фольги, один многомодовый оптоволоконный модуль стандарта G.651, один одномодовый оптический модуль стандарта G.652.D, которые размещены на поверхности экрана из медной фольги, поверх которого имеется разделительный слой из полипропиленовой ленты, далее - подушка под броню толщиной 1,5 мм, выполненная из композиций, не содержащих галогенов, далее - броня из стальных оцинкованных проволок. Поверх брони наложены обмотка из полипропиленовой ленты и защитный шланг из полиэтилена.

Силовой кабель, рассчитанный на номинальное напряжение до 4 кВ постоянного тока, имеет изолированную уплотненную токопроводящую жилу из скрученных проволок с водоблокирующими элементами между этими проволоками, далее экран и далее - покрытие броней и защитным шлангом, где в экране из оплетки или поверх экрана из фольги расположены оптоволоконные модули, по которым в режиме реального времени передаются оптические сигналы. Конструкция кабеля позволяет сохранить работоспособность всех элементов конструкции кабеля, в том числе и его контрольных оптоволоконных модулей в различных условиях эксплуатации, т.е. такая кабельная линия имеет повышенную надежность. 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Силовой кабель на номинальное напряжение до 4 кВ постоянного тока с токопроводящей изолированной жилой из скрученных проволок, имеющий в своем составе оптоволоконные модули, выполняющие функции контроля собственных физических параметров кабеля в режиме реального времени, отличающийся тем, что токопроводящая жила выполнена уплотненной, с водоблокирующими элементами между проволоками, а оптоволоконные модули встроены в экран, поверх которого имеется разделительный слой, далее – подушка под броню, далее – броня, далее – обмотка брони и защитный шланг.

2. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что использованы одномодовые оптические модули.

3. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что использованы многомодовые оптические модули.

4. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что использована комбинация одномодовых и многомодовых модулей.

5. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что оптические модули выполнены в металлических или полимерных трубках.

6. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящая жила выполнена из меди или медного сплава.

7. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящая жила выполнена из алюминия или алюминиевого сплава.

8. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что изоляция токопроводящей жилы выполнена сшитой полимерной композицией, не содержащей галогенов.

9. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что изоляция токопроводящей жилы выполнена этилен-пропиленовой резиной.

10. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что в экран встроено не менее одной изолированной контрольной жилы, изолированной сшитым полиэтиленом.

11. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что экран выполнен из фольги.

12. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что экран выполнен из оплетки.

13. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что поверх экрана наложена скрепляющая медная лента.

14. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что подушка под броню выполнена из полиэтилена.

15. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что подушка под броню выполнена из композиций, не содержащих галогенов.

16. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что броня выполнена из стальных оцинкованных или плакированных лент или из стальных оцинкованных или плакированных проволок.

17. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что защитный шланг выполнен из сшитой полимерной композиции, не содержащей галогенов, или из композиций, не содержащих галогенов (с индексом HF), или из полиэтилена.

18. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что разделительный слой выполнен из полипропиленовой ленты, или из водоблокирующей ленты, или из полипропиленовой ленты.