СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРОВОДНИКОВ Российский патент 2023 года по МПК H02G15/68 H02G15/184 

Изобретение относится к системе электрических проводников с электрическим проводником, электроизоляционным изолирующим кожухом, расположенным вокруг, по меньшей мере, одной секции проводника упомянутого проводника, и электропроводящей оболочкой, расположенной вокруг секции изолирующего кожуха упомянутого изолирующего кожуха.

Такие системы проводников используются во многих типах электрооборудования и/или на них, например, в электрических вводах через отверстия в корпусе или в кабелях, при этом электропроводящая оболочка системы проводников служит, например, для экранирования электрических полей. Особым слабым местом такой системы проводников является область, в которой заканчивается оболочка вокруг изолирующего кожуха. В этой области вследствие высоких напряженностей электрического поля на конце оболочки, действующей как электрический электрод, на поверхности изолирующего кожуха могут возникать значительные разряды («искры»), которые могут повредить или быстро разрушить изолирующий кожух. Этот эффект еще более усиливается, если конец оболочки имеет острую кромку, поскольку малые радиусы кромки оболочки приводят к особенно высоким напряженностям электрического поля вблизи кромки.

Меры, влияющие на локальную напряженность электрического поля, называются управлением полем. Элементы для управления полем называются элементами управления полем. В зависимости от требований по управлению полем используются различные меры. Например, может быть достаточно сделать радиус электрода достаточно большим, чтобы поддерживать напряженность поля на граничной поверхности ниже диэлектрической прочности изолирующего кожуха. Этот тип управления полем называется геометрическим управлением полем.

В качестве альтернативы, на поверхность изолирующего кожуха в качестве элементов управления полем можно наносить слабопроводящие покрытия в виде лаков, лент или пластиков с наполнителем. Электрическое поле вызывает через эти вещества ток, что вместе с их сопротивлением приводит к падению напряжения. Это падение напряжения, в свою очередь, определяет потенциал вдоль наружной поверхности. Чем точнее можно установить сопротивление, тем точнее можно управлять потенциалом и, следовательно, полем. Этот тип управления полем называется резистивным управлением полем. Однако, в случае переменного напряжения напряженность поля вдоль такой системы не является постоянной, поскольку часть тока емкостно течет через изолирующий кожух к проводнику системы проводников. Вследствие этого уменьшается падение напряжения при большем удалении от оболочки. Этому можно противодействовать тем, что уменьшается сопротивление по длине элемента управления полем.

Другая возможность заключается в использовании материалов, проводимость которых проявляет сильную зависимость от напряженности приложенного поля. Такие материалы становятся проводящими в местах, где напряженность поля особенно высока, за счет чего еще больше снижается напряженность поля. Этот тип управления полем называется нелинейным управлением полем.

В качестве альтернативы для систем переменного напряжения можно использовать так называемые преломляющие материалы с высокой относительной диэлектрической проницаемостью. Эти материалы «разрывают» электрическое поле на совей границе раздела с изоляцией, тем самым отталкивая его от края электрода. Этот тип управления полем называется преломляющим управлением поля.

В DE 7722352 U1 описана муфта для силового кабеля с пластмассовой изоляцией. Из этого документа известна воронка управления полем, в кожух которой заделан непрерывный токопроводящий провод.

Изобретение основано на задаче обеспечения системы электрических проводников описанного выше типа с управлением полем, которое может быть реализовано просто, точно и может быть адаптировано к соответствующим требованиям, в частности, для электрических вводов и кабелей.

В соответствии с изобретением задача решается с помощью системы электрических проводников, имеющей признаки по пункта 1 формулы изобретения, способа изготовления системы электрических проводников, имеющей признаки по пункта 12 формулы изобретения, электрического ввода, имеющего признаки по пункта 13 формулы изобретения, и кабеля, имеющего признаки пункта 14 формулы изобретения.

Предпочтительные реализации изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Система электрических проводников, согласно изобретению, содержит электрический проводник, электроизоляционный изолирующий кожух, расположенный вокруг, по меньшей мере, одной секции проводника, электропроводящую оболочку, расположенную вокруг первой секции изолирующего кожуха изолирующего кожуха, и электропроводящую нить, которая для управления электрическим полем намотана на примыкающую к первой секции изолирующего кожуха вторую секцию изолирующего кожуха. В частности, для намотки используется намоточное устройство. Для намотки осуществляется вращательное движение. Например, вращается система проводников с изолирующим кожухом. Также возможно, например, во время намотки фиксировать систему проводников с изолирующим кожухом и наматывать нить вокруг системы проводников на изолирующий кожух с помощью вращающегося устройства. Нить (электропроводящая нить) может быть намотана непосредственно на изолирующий кожух. Нить (электропроводящая нить) намотана или наматывается непосредственно на изолирующий кожух.

Таким образом, согласно изобретению, система электрических проводников имеет электропроводящую нить для управления полем. Нить намотана на секцию изолирующего кожуха изолирующего кожуха, который имеет примыкающую к ней секцию изолирующего кожуха между проводником и электропроводящей оболочкой системы проводников. Нить используется в качестве элемента управления полем для электрического поля на конце электропроводящей оболочки. За счет выбора материала, из которого изготовлена нить, и конструкции намотки нити, можно предпочтительно реализовать точное и варьируемое управление полем, которое может быть адаптировано к соответствующим требованиям, что требует лишь небольшого места для установки и, следовательно, может использоваться предпочтительно, в частности, когда пространство ограничено.

В одном варианте осуществления изобретения концевая секция нити упомянутой нити соединена с концевой секцией оболочки упомянутой оболочки, например, склеиванием. В результате, конец нити упомянутой нити предпочтительно фиксируется вблизи концевой секции оболочки упомянутой оболочки, и нить гальванически и/или емкостно-электрически связана с оболочкой.

В другом варианте осуществления изобретения нить наматывается спирально вокруг второй секции изолирующего кожуха. В частности, спиральная намотка нити может иметь разные шаги. В результате электрическое сопротивление нити и его локальное изменение в направлении, параллельном проводнику, можно гибко адаптировать к соответствующим требованиям управления полем посредством шага спиральной намотки и его изменения по ходу намотки.

В другом варианте осуществления изобретения нить имеет более низкую удельную электропроводность, чем оболочка. В другом варианте осуществления изобретения намотанная нить имеет электрическое сопротивление в диапазоне от 1 МОм/м до 100 МОм/м. Эти варианты осуществления изобретения адаптированы к типичным конструкциям электропроводящих оболочек.

В других вариантах осуществлениям изобретения нить изготовлена из полиамидного волокна, заключенного в электропроводящий углеродсодержащий материал, или из смеси волокон, которая включает по меньшей мере одно полиамидное волокно и одно электропроводящее углеродное волокно, или из металлического волокна. Упомянутые материалы позволяют получать электрически слабо проводящую намотанную нить и поэтому особенно подходят для изготовления нити для системы проводников согласно изобретению.

В другом варианте осуществления изобретения нить окружена защитным слоем или защитной оболочкой. В результате нить может быть предпочтительно защищена от механических и/или химических повреждений. Кроме того, электрическая прочность к пробою системы, состоящей из нити и защитного слоя или защитной оболочки, может быть увеличена за счет соответствующего выбора материала и/или подходящей конструкции защитного слоя или защитной оболочки.

В одном варианте осуществления изобретения нить крепится ко второй секции изолирующей кожуха с помощью термореактивной или отверждаемой смолы. В результате нить может быть преимущественно стабилизирована и защищена от локальных и общих механических смещений. В частности, в случае спиральной намотки нити можно фиксировать локальные шаги намотки.

Соответственно, в способе изготовления системы проводников согласно изобретению, чтобы прикрепить нить ко второй секции изолирующего кожуха, на вторую секцию изолирующего кожуха наносят термореактивную или отверждаемую смолу, и наматывают нить на смоле вокруг второй секции изолирующего кожуха перед полным отверждением смолы.

Электрический ввод согласно изобретению через отверстие в корпусе корпуса электрооборудования имеет систему проводников согласно изобретению, оболочка которой электрически соединена с корпусом и проходит через отверстие в корпусе с проводником и изолирующим кожухом.

Кабель, согласно изобретению, имеет систему проводников согласно изобретению.

Поскольку электрический ввод в соответствии с изобретением и кабель в соответствии с изобретением имеют систему проводников в соответствии с изобретением, их преимущества вытекают из вышеупомянутых преимуществ системы проводников в соответствии с изобретением.

Описанные выше свойства, особенности и преимущества данного изобретения, а также вид и способ, которым они достигаются, станут более ясными и понятными из последующего описания примерных вариантов осуществления, которые будут объяснены более подробно со ссылкой на чертежи. При этом показано:

Фиг. 1 - в частичном разрезе примерный вариант системы электрических проводников,

Фиг. 2 - в частичном разрезе примерный вариант электрического ввода,

Фиг. 3 - в частичном разрезе примерный вариант кабеля.

Соответствующие друг другу детали снабжены одинаковыми ссылочными позициями на фигурах.

На фиг.1 показан примерный вариант выполнения системы 1 электрических проводников в соответствии с изобретением в частичном разрезе, причем верхняя часть фиг.1 показывает систему 1 проводников в разрезе. Система 1 проводников содержит электрический проводник 3, электроизоляционный изолирующий кожух 5, электропроводящую оболочку 7, электропроводящую нить 9 для управления электрическим полем, слой 11 смолы и защитный слой 13.

Изолирующий кожух 5 расположен вокруг секции 3.1 проводника упомянутого проводника 3. Оболочка 7 расположена вокруг первой секции 5.1 изолирующего кожуха упомянутого изолирующего кожуха 5. Слой 11 смолы нанесен на внешнюю поверхность второй секции 5.2 изолирующего кожуха упомянутого изолирующего кожуха 5, примыкающей к первой секции 5.1 изолирующего кожуха. Нить 9 спирально намотана на слой 11 смолы вокруг второй секции 5.2 изолирующего кожуха. Слой 11 смолы фиксирует нить 9 на второй секции 5.2 изолирующего кожуха. Концевая секция 9.1 нити упомянутой нити 9 электрически соединена с концевой секцией 7.1 оболочки упомянутой оболочки 7 и прикреплена клеем 15 неразъемно к концевой секции 7.1 оболочки. Концевая секция 7.1 оболочки имеет наружный диаметр, который конически уменьшается по направлению ко второй секции 5.2 изолирующего кожуха. Защитный слой 13 расположен вокруг нити 9 и слоя 11 смолы. Защитный слой 13 показан прозрачным, но он также может быть выполнен непрозрачным.

Проводник 3 выполнен, например, из меди. Изолирующий кожух 5 изготовлен, например, из полиэфирэфиркетона (ПЭЭК), сшитого полиэтилена (ПЭ-С), поливинилхлорида (ПВХ) или аналогичного полимера, промасленной бумаги, керамики, силикона, пропитанных смолой слюдяных лент или синтетической смолы. Оболочка 7 изготовлена, например, из нержавеющей стали. Нить 9 изготовлена, например, из полиамидного волокна, покрытого электропроводящим углеродсодержащим материалом, из смеси волокон, включающей по меньшей мере одно полиамидное волокно и одно электропроводящее углеродное волокно, или из тонкого металлического волокна. Слой 11 смолы изготовлен из термореактивной или отверждаемой смолы, такой как эпоксидная смола. Защитный слой 13 также выполнен, например, из термореактивной или отверждаемой смолы, в частности из той же смолы, что и слой 11 смолы.

Нить 9 имеет более низкую удельную электропроводность, чем оболочка 7. Например, намотанная нить 9 имеет электрическое сопротивление в диапазоне от 1 МОм/м до 100 МОм/м.

При изготовлении системы 1 проводников сначала изготавливают основной корпус, который включает в себя проводник 3, изолирующий кожух 5 и оболочку 7. Затем на вторую секцию 5.2 изолирующего кожуха наносят смолу для слоя 11 смолы. После этого нить 9 наматывается вокруг концевой секции 7.1 оболочки и вокруг второй секции 5.2 изолирующего кожуха, прижимаясь к смоле и соединяясь клеем 15 с концевой секцией 7.1 оболочки. Наконец, материал для защитного слоя 13 наносят на нить 9 и слой 11 смолы.

На фиг. 2 показан частичный разрез примерного варианта осуществления электрического ввода 17 согласно изобретению через отверстие 19.1 корпуса электропроводящего корпуса 19 электрооборудования. Электрооборудование представляет собой, например, электрическую машину, такую как двигатель, генератор или трансформатор, или электрическое коммутационное устройство, такое как автоматический выключатель или разъединитель. Ввод 17 содержит систему 1 проводников, выполненную, как на фиг.1, и уплотнение 21. Корпус 19 и уплотнение 21 показаны в разрезе, система 1 проводников показана частично в разрезе, как на фиг.1. Секция 5.2 изолирующего кожуха системы 1 проводников расположена внутри корпуса 19. Оболочка 7 выступает из отверстия 19.1 корпуса. Уплотнение 21 проходит по кругу вокруг оболочки 7, электрически проводящим образом соединяет оболочку 7 с корпусом 19 и герметизирует отверстие 19.1 корпуса. Например, оболочка 7 изготовлена из материала, содержащего графит. Проводник 3 подключается или может быть подключен к токопроводу электрооборудования (если электрооборудование представляет собой электрическую машину, то проводник 3 подключается, например, к обмотке машины; если электрооборудование представляет собой электрическую коммутационное устройство, проводник 3 подключается, например, к коммутационному контакту коммутационного устройства). Оболочка 7 и корпус 19 соединены, например, с потенциалом земли.

На фиг.3, аналогично фиг.1, показан вид с частичным разрезом варианта примерного варианта осуществления кабеля 23 в соответствии с изобретением. Кабель 23 содержит систему 1 проводников по фиг.1, которая образует первый конец кабеля упомянутого кабеля 23, при этом изолирующий кожух 5 проходит вокруг проводника 3 до второго, (не показанного) конца кабеля 23. Второй конец кабеля может быть выполнен так же, как и первый конец кабеля.

Примерные варианты осуществления системы 1 проводников, показанные на фиг.1-3, могут быть модифицированы различным образом. В частности, спиральная намотка нити 9 может иметь локально различные шаги, чтобы изменять электрическое сопротивление намотки по ее ходу и адаптировать ее к требованиям управления полем. Кроме того, вместо защитного слоя 13 может быть предусмотрена защитная оболочка, покрывающая нить 9 и слой 11 смолы. Дополнительные примерные варианты осуществления системы 1 проводников, согласно изобретению, не имеют слоя 11 смолы и/или вообще никакого защитного слоя 13. В дополнительных примерных вариантах осуществления нить 9 электрически не связана с оболочкой 7, а связана с оболочкой 7 только емкостно.

Хотя изобретение было проиллюстрировано и описано более подробно с помощью предпочтительных примерных вариантов осуществления, изобретение не ограничено раскрытыми примерами, и специалист в данной области техники может вывести из него другие варианты, не выходя за рамки объема притязаний изобретения.

Изобретение относится к системе (1) электрических проводников. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности управления полем и адаптивность к требованиям ограниченного пространства. Система (1) проводников содержит электрический проводник (3), электроизоляционный изолирующий кожух (5), расположенный вокруг по меньшей мере одной секции (3.1) проводника упомянутого проводника (3), электропроводящую оболочку (7), которая окружает первую секцию (5.1) изолирующего кожуха упомянутого изолирующего кожуха (5), и электропроводную нить (9) для управления электрическим полем, намотанную на вторую секцию (5.2) изолирующего кожуха упомянутого изолирующего кожуха (5), примыкающую к первой секции (5.1) изолирующего кожуха. Нить (9) может быть изготовлена из полиамидного волокна, покрытого электропроводящим углеродсодержащим материалом. Также нить (9) может быть изготовлена из смеси волокон, включающей по меньшей мере одно полиамидное вещество и электропроводящее углеродное волокно. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система (1) электрических проводников, включающая

- электрический проводник (3),

- электроизоляционный изолирующий кожух (5), расположенный вокруг по меньшей мере одной секции (3.1) проводника упомянутого проводника (3),

- электропроводящую оболочку (7), расположенную вокруг первой секции (5.1) изолирующего кожуха упомянутого изолирующего кожуха (5),

в которой электропроводящая нить (9) для управления электрическим полем намотана вокруг второй секции (5.2) изолирующего кожуха упомянутого изолирующего кожуха (5), примыкающей к первой секции (5.1) изолирующего кожуха, отличающаяся тем, что

нить (9) изготовлена из полиамидного волокна, покрытого электропроводящим углеродсодержащим материалом, или

нить (9) изготовлена из смеси волокон, включающей по меньшей мере одно полиамидное волокно и электропроводящее углеродное волокно.

2. Система (1) электрических проводников по п.1, отличающаяся тем, что концевая секция (9.1) нити упомянутой нити (9) соединена с концевой секцией (7.1) оболочки упомянутой оболочки (7), например, приклеиванием.

3. Система (1) электрических проводников по п.1 или 2, в которой нить (9) намотана спирально вокруг второй секции (5.2) изолирующего кожуха.

4. Система (1) электрических проводников по п.2, отличающаяся тем, что спиральная намотка нити (9) имеет различные шаги.

5. Система (1) электрических проводников по любому из предыдущих пунктов, в которой нить (9) имеет более низкую удельную электрическую проводимость, чем оболочка (7).

6. Система (1) электрических проводников по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что намотанная нить (9) имеет электрическое сопротивление в диапазоне от 1 до 100 МОм/м.

7. Система (1) электрических проводников по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что нить (9) изготовлена по меньшей мере из одного металлического волокна.

8. Система (1) электрических проводников по любому из предшествующих пунктов, в которой нить (9) окружена защитным слоем (13) или защитной оболочкой.

9. Система (1) электрических проводников по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что нить (9) закреплена на второй секции (5.2) изолирующего кожуха термореактивной или отверждаемой смолой.

10. Способ изготовления системы (1) электрических проводников по любому из предшествующих пунктов, в котором

- на вторую секцию (5.2) изолирующего кожуха наносят термореактивную или отверждаемую смолу для закрепления нити (9) ко второй секции (5.2) изолирующего кожуха, и

- наматывают нить (9) на смоле вокруг второй секции (5.2) изолирующего кожуха перед полным отверждением смолы, отличающийся тем, что

нить (9) изготавливают из полиамидного волокна, покрытого электропроводящим углеродсодержащим материалом, или

нить (9) изготавливают из смеси волокон, включающей по меньшей мере одно полиамидное волокно и электропроводящее углеродное волокно.

11. Электрический ввод (17) через отверстие (19.1) корпуса (19) электрооборудования, отличающийся тем, что ввод (17) имеет систему (1) электрических проводников по любому из пп.1-9, оболочка (7) которой электрически соединена с корпусом (19) и направляется через отверстие (19.1) корпуса совместно с проводником (3) и первой секцией (5.1) изолирующего кожуха упомянутого изолирующего кожуха (5).

12. Кабель (23) с системой (1) электрических проводников по любому из пп.1-9.