Кабель силовой

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к силовым кабелям на напряжение свыше 35 кВ. В кабеле поверх токопроводящей жилы последовательно наложены первый полимерный электропроводящий экран, полимерная изоляция, второй полимерный электропроводящий экран, металлический экран и защитная оболочка. Между первым полимерным экраном и изоляцией наложен слой полимерного материала с нанонаполнителем. Поверх изоляции может быть дополнительно наложен второй слой полимерного материала с нанонаполнителем. Технический результат - увеличение срока эксплуатации кабеля.

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям кабелей силовых с пластмассовой изоляцией и защитной оболочкой, предназначенных для передачи электрической энергии при переменном напряжении свыше 35 кВ частотой 50 Гц.

Известен силовой кабель на напряжение 64/110 кВ частотой 50 Гц, имеющий токопроводящую жилу, полимерный электропроводящий экран по жиле, изоляцию из полиэтиленовой композиции, полимерный электропроводящий экран по изоляции, металлический экран, и защитную оболочку (Информационно-технический сборник «Изделия кабельные» т.1, ч.1, с 219, Москва, ОАО «ВНИИКП», 2009).

Известно также, что основным механизмом разрушения высоковольтной полимерной кабельной изоляции является развитие электрических триингов (Известия Академии электротехнических наук РФ, 2, август 2009, с.11-20).

Указанный кабель имеет недостаточно высокую стойкость к зарождению электрических триингов, что приводит к преждевременному выходу кабеля из строя. Поставленная задача заключалась в разработке конструкции силового кабеля, имеющего повышенную стойкость к зарождению и развитию электрических триингов, а следовательно более высокое значение пробивного напряжения.

Технический результат достигается тем, что в кабеле силовом на напряжение свыше 35 кВ, содержащем токопроводящую жилу и последовательно нанесенные на нее первый полимерный электропроводящий экран, полимерную изоляцию, второй полимерный электропроводящий экран, металлический экран, защитную оболочку, между первым полимерным экраном и изоляцией наложен слой полимерного материала, включающего наночастицы неорганического наполнителя.

Кабель также может содержать второй слой полимерного материала, включающего наночастицы неорганического наполнителя, расположенный между изоляцией и полимерным электропроводящим экраном по изоляции.

В качестве полимерной основы материала, включающего наночастицы наполнителя, преимущественно используется сополимер этилена с винилацетатом, или сополимер этилена с винилакрилатом, или сополимер этилена с винилбутиратом.

В качестве нанонаполнителя для указанного полимерного материала предпочтительно используется одно из выбранных из группы веществ: оксид титана (TiO₂), титанат бария (BaTiO ₃), оксид алюминия (Al2O₃), оксид цинка (ZnO), оксид кремния (SiO₂), оксид магния (MgO), многогранный олигомерный силсескиоксан (POSS) в предпочтительных концентрациях от 1 до 40 мас.%.

Оптимальная толщина слоя (слоев) полимерного материала с нанонаполнителем должна находиться в пределах 50-500 мкм.

Кабель также может содержать поверх второго полимерного электропроводящего экрана и/или поверх металлического экрана влагонабухающие ленты.

Кабель также может содержать металлополимерную ленту или цельнометаллическую оболочку под защитной оболочкой.

Изоляция может быть выполнена, в частности, из химически сшитого полиэтилена низкой плотности, содержащего 0,1-5 мас.% наполнителя из оксида магния или алюминия или кремния.

Кабель также может содержать в слоях полимерного материала с нанонаполнителем оксид титана в виде микронаполнителя в количестве 1÷10 мас.%, имеющий размеры частиц от 0,5 микрон до 5 микрон, в количестве 10-25% от их общего числа.

Кабель также может содержать в изоляции 0,1-5 мас.% нанонаполнителя из оксида магния или оксида алюминия, или оксида кремния.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором показан силовой кабель в разрезе.

Кабель содержит токопроводящую жилу 1, первый полимерный экран 2, первый слой полимерного материала с нанонаполнителем 3, полимерную изоляцию 4, второй слой полимерного материала с нанонаполнителем 5, второй полимерный экран 6, влагонабухающую ленту 7, металлический экран 8, влагонабухающую ленту 9, металлополимерную ленту 10, защитную оболочку 11.

Далее приводятся сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.

Под наполнителями понимают вещества, которые вводят в полимерные материалы для придания им различных специфических свойств и снижения их стоимости. Размеры частиц наполнителя варьируются в широком диапазоне значений от нескольких мкм до 300 мкм (Энциклопедия полимеров, т.2, изд. "Советская энциклопедия", 1974, с.343).

Применяемый в данном техническом решении нанонаполнитель представляет собой порошок неорганического материала с размерами частиц в диапазоне от нескольких нм до 100 нм (Российский химический журнал, 2002, т.XLVI, 5, с.50-56).

Токопроводящая жила изготавливается из алюминиевой или медной проволоки. Полимерные композиции для экранов, изоляции, слоев с нанонаполнителем, нанонаполнители из оксида титана, титаната бария, оксида алюминия, оксида цинка, оксида кремния, оксида магния, многогранного олигомерного силсескиоксана (POSS) изготавливаются промышленно. Металлический экран изготавливается из проволок. Защитная оболочка изготавливается из традиционных для этих целей материалов - пластмассы или металла.

Технология изготовления кабеля является традиционной для этого типа изделий и сводится к следующему. На токопроводящую жилу методом экструзии на промышленном оборудовании накладываются все полимерные элементы конструкции. Наложение лент и проволок осуществляется методом обмотки.

Образцы предлагаемого кабеля силового были испытаны импульсным напряжением по ГОСТ 2990-78. Результаты испытаний по 10-ти точкам представлены в таблице.

Таким образом предлагаемый кабель имеет более высокую электрическую прочность E_0,63 и меньший разброс пробивных значений, что приводит к увеличению срока его эксплуатации.

1. Кабель силовой на напряжение свыше 35 кВ, содержащий токопроводящую жилу и последовательно наложенный на нее первый полимерный электропроводящий экран, полимерную изоляцию, второй полимерный электропроводящий экран, металлический экран, защитную оболочку, отличающийся тем, что между первым полимерным электропроводящим экраном и изоляцией наложен слой полимерного материала, включающего наночастицы неорганического наполнителя.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что между изоляцией и вторым полимерным электропроводящим экраном наложен второй слой полимерного материала, включающего наночастицы неорганического наполнителя.

3. Кабель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве полимерной основы материала, включающего наночастицы неорганического наполнителя, использовали сополимер этилена и винилацетата, или сополимер этилена и винилакрилата, или сополимер этилена и винилбутирата.

4. Кабель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в указанном полимерном материале содержатся наночастицы наполнителя, выбранного из группы веществ: диоксид титана, титанат бария, оксид алюминия, оксид цинка, диоксид кремния, оксид магния, многогранный олигомерный силсескиоксан (POSS) или его аналоги.

5. Кабель по п.1 или 2, отличающийся тем, что толщина слоя или слоев указанного полимерного материала находится в пределах 50-500 мкм.

6. Кабель по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержание наполнителя в указанном полимерном материале составляет 1-40 мас.%.

7. Кабель по п.1, отличающийся тем, что содержит поверх изоляции и/или поверх металлического экрана влагонабухающие ленты.

8. Кабель по п.1, отличающийся тем, что его изоляция выполнена из химически сшитого полиэтилена низкой плотности, содержащего 0,1-5 мас.% нанонаполнителя из оксида магния, или оксида алюминия, или оксида кремния.

9. Кабель по п.1, отличающийся тем, что содержит под защитной оболочкой металлополимерную ленту.

10. Кабель по п.1, отличающийся тем, что под защитной оболочкой содержит цельнометаллическую оболочку.