CZ38437U1 - Hybridní flexibilní silový kabel - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technickým řešením je hybridní flexibilní silový kabel sestávající z pružného pláště, ve kterém se nachází alespoň jedna vodivá žíla.

Dosavadní stav techniky

Silnoproudé kabely se skládají se z jednoho nebo více vodičů, tzv. vodivých žil a jejich izolace, případně dalších a ochranných obalů a dalších konstrukčních prvků. Silnoproudé kabely se užívají pro přenos a rozvod elektrické energie, zejména tam, kde není možné použít venkovní vedení. Používají se i v elektrárnách, rozvodnách, pro vedení výkonu z generátoru do rozvodny a podobně. Silnoproudé kabely se zpravidla používají pro napěťové soustavy do 400 kV. Vodivá žíla je označení vodiče, který je uzpůsobený pro vedení elektrické energie z jednoho místa na místo druhé.

Ze stavu techniky je znám silový kabel s vodivou žílou sestávající z měděného drátu o průměru 0,20 až 0,50 mm, množství měděného drátu se ve vodivé žíle určuje v závislosti na požadované třídě pružnosti a přípustném proudovém zatížení. Nevýhodou tohoto technického řešení je jeho vysoká cena v důsledku použití měděných drátů. Ze stavu techniky je dále kupříkladu z dokumentu RU 109903 U1 znám flexibilní napájecí kabel, ve kterém je každá vodivá žíla vyrobena z Al-Cu drátů, na které je aplikována izolace ze polyvinylchloridového plastu nebo pryže. Izolované vodivé žíly jsou uzavřeny v plášti vyrobeném z polyvinylchloridového plastu nebo pryže. Ze stavu techniky je dále známo řešení popsané v dokumentu EP 3531429 B1, kde je předmětem ochrany kabelové uspořádání nepravidelného tvaru s vodivým jádrem s vnější izolační vrstvou, přičemž vodivé jádro obsahuje alespoň dva vodivé segmenty jádra s různými tvary průřezu a alespoň dva vodivé segmenty jádra jsou spojeny svými konci tak, že konec jednoho segmentu vodivého jádra je připojen ke konci dalšího sousedního segmentu vodivého jádra, kdy účinná plocha průřezu pro elektrické vedení uvnitř každého vodivého segmentu jádra má toleranční rozsah ±20 %. Trendem je v dnešní době návrh tzv. hybridních kabelů, které jsou schopny v jednom plášti obsahovat větší množství různých typů vodivých žil či dalších přenosových zařízení, zpravidla ve formě vláken. Ze stavu techniky je dále známo řešení popsané v dokumentu CZ 19014 U1 kdy je předmětem ochrany víceprvkový kabel obsahující nejméně jeden koaxiální nebo datový kabel a nejméně jednu volnou trubičku či mikrotrubičky uložených ve flexibilním plášti pro vložení dalších přenosových vodičů ve formě vláken.

Nevýhodou těchto řešení je, že při výpočtu požadovaného průřezu vodivé žíly na základě proudového zatížení a/nebo provozních podmínek atd. je kvůli vysokému odporu hliníkoměděného drátu nutné zvolit průřez větší než průřez žíly sestavené pouze z měděných drátů, takže se zvětšují, jak rozměry samotné žíly, tak rozměry kabelu, ve kterém je taková žíla použita. To s sebou nese zvýšení spotřeby jak izolačních materiálů, tak všech ostatních materiálů používaných v konstrukci kabelu nebo drátu. Cílem předloženého technického řešení je inovace struktury silového kabelu a v ní obsažené vodivé žíly se zvýšenou flexibilitou a menšími rozměry.

Podstata technického řešení

Podstatou technického řešení je hybridní flexibilní silový kabel sestávající z pružného pláště, který vymezuje velikost vnitřního prostoru flexibilního silového kabelu, ve kterém se nachází alespoň jedna vodivá žíla a optický kabel. Vodivá žíla obsahuje vodič z Cu sestávající z alespoň jednoho měděného vlákna ve formě drátu a vodič sestávající z vláken z Al-Cu ve formě drátu. Povrch drátu z Al je výhodně opatřen povrchovou vrstvou z Cu, přičemž flexibilním silovým kabelem a/nebo vodivou žílou prochází optické vlákno.

- 1 CZ 38437 U1

Výraznou měrou ke snížení odporu vodivé žíly přispívá, pokud je průměr vodiče tvořeného z Cu vláken ve formě drátu a průměr vodiče tvořeného z Al-Cu vláken ve formě drátu totožný. V důsledku přítomnosti vodiče sestávajícího z Cu vláken je docíleno snížení odporu vodivé žíly.

Dále je výhodné, pokud je počet vláken vodiče z Al a Cu ve formě drátu v rozmezí 5 až 95%, zbytek tvoří Cu vlákna vodiče ve formě drátu a optické vlákno. Pružný plášť flexibilního silového kabelu je třídy pružnosti 4, 5, 6. Vodivé žíly sestávající z vodičů jsou uzpůsobeny k vedení elektrického proudu mezi rozvaděči. Přítomnost optického vlákna O k rozvodu datového signálu vytváří multifunkční technické řešení, které lze průmyslově využit v širokém spektru použití.

Objasnění výkresů

Na Obr. 1 je znázorněn řez flexibilním silovým kabelem sestávajícím z pláště vymezující vnitřní prostor flexibilního silového kabelu obsahujícího příkladně dvě vodivé žíly a optické vlákno, na Obr. 2 je znázorněn řez vodivou žílou obsahující vodič z Cu a vodič z Al-Cu, kde drát je tvořen jádrem z Al a vnější vrstvou z Cu, vodivou žílou dále prochází optické vlákno.

Příklad uskutečnění technického řešení

Hybridní flexibilní silový kabel sestává z pružného pláště P, jehož tvar vymezuje vnitřní prostor flexibilního silového kabelu, ve kterém se nachází flexibilní vodivá žíla V. Vodivá žíla V obsahuje vodič 1, který sestává z Cu vláken ve formě drátu a vodič 2 sestávající z vláken ve formě drátu z Al jádra s vnější vrstvu z Cu. Dráty vodičů 1 a 2 jsou stočené na standardním stáčícím zařízení, poté je na zkroucenou vodivou žílu aplikována izolace. Vnitřním prostorem flexibilního silového kabelu dále prochází optické vlákno O. Vodivá žíla V je opláštěna pružným pláštěm P2 Vnitřní prostor flexibilního silového kabelu definovaný pláštěm P je vyplněn nehořlavým izolačním materiálem I.

Průměr vodiče 1 sestávajícího z Cu vláken ve formě drátu a průměr vodiče 2 sestávajícího z vlákna ve formě drátu s jádrem z Al vnější vrtvou z Cu je totožný. Počet drátů vodiče 2 s jádrem z Al a vnější vrstvou z Cu je v tomto konkrétním provedení 80%, zbytek tvoří dráty z Cu vodiče 2. Vnitřním prostorem flexibilního silového kabelu prochází optické vlákno O, zbytek tvoří izolační materiál.

Jmenovitý průřez vodivé žíly [mm2]	Třída 4	Třída 5	Třída 6
Jmenovitý průměr drátu [mm2]	Počet drátů v žíle[-]	Jmenovitý průměr drátu [mm2]	Počet drátů v žíle[-]	Jmenovitý průměr drátu [mm2]	Počet drátů v žíle[-]
1,0	0,30	14	0,20	32	0,15	56
1,5	0,40	12	0,26	28	0,15	85
2,5	0,40	20	0,26	49	0,15	140
4,0	0,50	20	0,30	56	0,15	228
6,0	0,50	30	0,30	84	0,20	189
10	0,50	49	0,40	80	0,20	324
16	0,64	49	0,40	126	0,20	513
25	0,80	49	0,40	196	0,20	783
35	0,67	98	0,40	276	0,20	1107
50	0,67	144	0,40	396	0,30	402
70	0,67	192	0,50	360	0,30	999
95	0,80	189	0,50	475	0,30	1332

- 2 CZ 38437 U1

120	0,67	342	0,50	608	0,30	1702
150	0,85	266	0,50	756	0,30	2109
185	0,85	330	0,50	925	0,30	2590
240	0,85	420	0,50	1221	0,30	3360
300	0,85	518	0,50	1525	0,30	4270

Tab. 1 Počet jednotlivých drátů vodičů v příkladných provedeních v vodivé žíly v 5. třídě pružnosti

1-1 O v v '1 Průřez žíly [mm2]	a) [Ω]	b) [Ω]	c) [Ω]
1,5	12,9	17,25	12,5
2,5	7,88	10,69	7,45
4	4,72	6,09	4,55
6	3,8	4,58	3,16
10	1,9	2,5	1,82
16	1,2	1,62	1,18
25	0,762	0,98	0,69

Tab. 2 Stanovení elektrického odporu u jednotlivých typů vodivé žíly v 5. třídě pružnosti

a) vodivá žíla obsahující 30%Al drátů a 70%Cu drátů

b) vodivá žíla s dráty sestávajícími z jádra z Al a vnější vrstvy drátu z z Cu

c) vodivá žíla z drátů z Cu

Průmyslová využitelnost

Technické řešení je využitelné zejména v konstrukci silnoproudých kabelů a použije se pro přenos a rozvod elektrické energie a dále optického signálu, zejména tam, kde není možné použít venkovní vedení.

Claims (5)

1. Hybridní flexibilní silový kabel obsahuje pružný plášť (P), ve kterém se nachází alespoň jedna vodivá žíla (V), vyznačující se tím, že vodivou žílou (V) a/nebo mimo vodivou žílu (V) prochází 5 kabelem optické vlákno (O).

2. Hybridní flexibilní silový kabel podle nároku 1, vyznačující se tím, že vodivá žíla (V) obsahuje alespoň dva vodiče (1) a (2) sestávající z Cu a/nebo z Al a Cu.

3. Hybridní flexibilní silový kabel podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jmenovitý průměr vodiče (1) sestávajícího z Cu a jmenovitý průměr vodiče (2) sestávajícího z Al jádra a vnější 10 Cu vrstvy j e totožný.

4. Hybridní flexibilní silový kabel podle nároku 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že ve vodivé žíle (V) obsahující vodič (1) z Cu a vodič (2) z Al a Cu tvoří vodič (2) 5 až 95% hm. vodivé žíly (V), zbytek tvoří vodič (1) sestávající z Cu drátů.

5. Hybridní flexibilní silový kabel podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že 15 vnitřní prostor vodivé žíly (V) a/nebo kabelu je vyplněn izolačním materiálem (I).