RU216790U1

RU216790U1 - FLEXIBLE PROTECTIVE POLYMERIC PIPE FOR CABLE LAYING

Info

Publication number: RU216790U1
Application number: RU2022134755U
Authority: RU
Inventors: Михаил Константинович Портнов; Павел Валерьевич Моряков; Ян Иванович Анисов; Андрей Владимирович Жуков
Original assignee: Акционерное общество "Москабель" (АО "МКМ"); Общество с ограниченной ответственностью "Завод Москабель" (ООО "Завод Москабель")
Filing date: 2022-12-28
Publication date: 2023-03-01

Abstract

Полезная модель относится к области прокладки кабельных линий. Гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля содержит полый цилиндрический корпус со сквозным, продольным кабель-каналом, ограниченным поверхностью корпуса, и концевые участки для ввода и вывода кабеля в/из полости кабель-канала. Поверхность корпуса трубы выполнена из сплошного слоя полимерного материала. Внутри полимерного материала размещены армирующие элементы в виде металлической ленты и проволок. В качестве полимерного материала используется полиолефиновая силанольносшиваемая композиция. Полезная модель обеспечивает повышение надежности эксплуатации кабельных линий. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

The utility model relates to the field of laying cable lines. SUBSTANCE: flexible protective polymeric pipe for cable laying contains a hollow cylindrical body with a through, longitudinal cable channel limited by the body surface, and end sections for cable input and output into/out of the cable channel cavity. The surface of the pipe body is made of a continuous layer of polymeric material. Reinforcing elements in the form of a metal tape and wires are placed inside the polymeric material. As a polymeric material, a polyolefin silanol crosslinkable composition is used. The utility model improves the reliability of cable lines. 3 w.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области прокладки кабельных линий, в т.ч. кабельных линий передачи электроэнергии, в частности предназначенных для использования при прокладке силовых кабельных линий классов напряжения 0,38 кВ и выше в трубах, затянутых в грунт методом горизонтально-направленного бурения (ГНБ).The utility model relates to the field of laying cable lines, incl. cable power transmission lines, in particular, intended for use in laying power cable lines of voltage classes of 0.38 kV and higher in pipes pulled into the ground using the horizontal directional drilling (HDD) method.

Известна гибкая труба и способ сооружения трубопровода (RU 2030674 С1, 10.03.1995), состоящая из упругих кольцеобразных элементов, например из отслуживших свой срок автопокрышек, соединенных между собой посредством стяжек с фиксаторами, пропущенных через отверстия в боковинах кольцеообразных элементов, при этом по меньшей мере на одном из торцов трубы в боковине упругого кольцеобразного элемента выполнены дополнительные отверстия для стыковки, расположенные на окружностях, концентричных оси трубы, со смещением относительно отверстий под стяжки, и по меньшей мере один конец стяжки выполнен выступающим за торец трубы.A flexible pipe and a method for constructing a pipeline are known (RU 2030674 C1, 10.03.1995), consisting of elastic annular elements, for example, out-of-date tires connected to each other by means of ties with clamps, passed through holes in the sidewalls of the annular elements, while at least At least on one of the ends of the pipe in the sidewall of the elastic ring-shaped element, additional holes for joining are made, located on circles concentric with the axis of the pipe, with an offset relative to the holes for the ties, and at least one end of the tie is made protruding beyond the end of the pipe.

Недостатком данного технического решения является сложность монтажа протяженных трубопроводов с учетом особенностей предложенной конструкции.The disadvantage of this technical solution is the complexity of the installation of long pipelines, taking into account the features of the proposed design.

Известны кабелепроводное устройство с по меньшей мере одной кабелепроводной трубой из термопластичной пластмассы и способ втягивания кабелей в кабелепроводные трубы (RU 2128389 С1, 27.03.1999), которое содержит комбинацию следующих признаков:A conduit device with at least one thermoplastic conduit pipe and a method for pulling cables into conduit pipes are known (RU 2128389 C1, 03/27/1999), which contains a combination of the following features:

1) ребра скольжения выполнены волнообразно и между участками с постоянным углом поворота образованы реверсивные зоны;1) sliding ribs are made in a wave-like manner and reversible zones are formed between sections with a constant angle of rotation;

2) контактная ширина b ребер, число z ребер скольжения, распределенных по окружности внутренней стенки канала на равном удалении друг от друга, внутренний радиус r трубы и обозначенная как Lк длина контактных участков ребер между реверсивными зонами удовлетворяют равенству:2) the contact width b of the ribs, the number z of the sliding ribs distributed around the circumference of the inner wall of the channel at an equal distance from each other, the inner radius r of the pipe and the length of the contact sections of the ribs between the reversal zones, designated as Lk, satisfy the equation:

Ar=0,16b²zLK,Ar=0.16b ² zLK,

при этом А определяет контактную поверхность кабельной оболочки в точках пересечения с ребрами скольжения в контактных участках ребер и лежит в числовых пределах от 4,5 до 32 мм²;while A determines the contact surface of the cable sheath at the points of intersection with the sliding ribs in the contact areas of the ribs and lies in the numerical range from 4.5 to 32 mm ² ;

3) измеренный в радианах угол g наклона ребер скольжения, измеренный на внутренней стенке канала, удовлетворяет равенству3) measured in radians, the angle g of the inclination of the sliding ribs, measured on the inner wall of the channel, satisfies the equality

g=rа/Lк g=ra/Lk

и лежит в числовых пределах от 0,001 до 0,2 рад, при этом r выбран в пределах от 12 до 100 мм, a Lк выбрана в пределах от 500 до 10000 мм, и вводимые кабели имеют наружный радиус в пределах от 5 до 45 мм. Заданный размер угла поворота относится при этом к продольному участку оси кабельного канала между реверсивными зонами.and lies in the numerical range from 0.001 to 0.2 rad, while r is selected in the range from 12 to 100 mm, and Lk is selected in the range from 500 to 10000 mm, and the input cables have an outer radius in the range from 5 to 45 mm. The specified size of the angle of rotation refers in this case to the longitudinal section of the axis of the cable channel between the reversing zones.

Недостатком данного технического решения является то, что оно не обеспечивает стойкости к атмосферным воздействиям, а также требуемых прочностных характеристик и устойчивости к динамическим нагрузкам.The disadvantage of this technical solution is that it does not provide resistance to weathering, as well as the required strength characteristics and resistance to dynamic loads.

Наиболее близким аналогом выбрана труба для прокладки кабельной линии с защитой оболочки кабеля от механических повреждений на концевых участках (RU 187923 U9, 25.03.2019), содержащая полый цилиндрический корпус со сквозным, продольным кабель-каналом, ограниченным боковой поверхностью корпуса, и концевые участки для ввода и вывода кабеля в/из полости кабель-канала, причем не менее чем один концевой участок трубы снабжен трубчатым торцевым профильным расширителем с раструбом, сформированным изгибом боковой поверхности корпуса расширителя с плавным расширением раскрыва раструба к свободному концу, где радиус изгиба боковой поверхности раструба расширителя трубы RT по его внутренней поверхности не превышает наибольший радиус изгиба кабеля RK под собственным весом.The closest analogue is a pipe for laying a cable line with protection of the cable sheath from mechanical damage at the end sections (RU 187923 U9, 03/25/2019), containing a hollow cylindrical body with a through, longitudinal cable channel limited by the side surface of the body, and end sections for input and output of the cable to/from the cavity of the cable channel, and at least one end section of the pipe is equipped with a tubular end profile expander with a socket formed by bending the side surface of the expander body with a smooth expansion of the socket opening to the free end, where the radius of bending of the side surface of the expander socket pipe RT on its inner surface does not exceed the maximum bending radius of the cable RK under its own weight.

Недостатком известного технического решения является то, что в данном случае обеспечивается лишь защита кабеля в месте выхода его на концевых участках трубы подземной кабельной линии, при этом не обеспечивается возможность сохранения всех прочностных свойств кабеля на длительный срок эксплуатации.The disadvantage of the known technical solution is that in this case only protection of the cable is provided at the point of its exit at the end sections of the pipe of the underground cable line, while it is not possible to maintain all the strength properties of the cable for a long service life.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание гибкой защитной полимерной трубы для прокладки кабеля с повышенными эксплуатационными характеристиками и обладающей малым весом.The technical problem to be solved by the claimed utility model is the creation of a flexible protective polymer tube for cable laying with improved performance and low weight.

Технический результат заключается в повышении надежности эксплуатации гибкой защитной полимерной трубы для прокладки кабеля, обеспечиваемой механической прочностью, герметичностью, высокой эластичностью и повышенной термостойкостью материала трубы.The technical result is to increase the reliability of the flexible protective polymer pipe for cable laying, provided with mechanical strength, tightness, high elasticity and increased heat resistance of the pipe material.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в гибкой защитной полимерной трубе для прокладки кабеля, содержащей полый цилиндрический корпус со сквозным, продольным кабель-каналом, ограниченным поверхностью корпуса, и концевые участки для ввода и вывода кабеля в/из полости кабель-канала, поверхность корпуса трубы выполнена из сплошного слоя полимерного материала, внутри которого размещены армирующие элементы в виде металлической ленты и проволок, при этом в качестве полимерного материала использована полиолефиновая силанольносшиваемая композиция.The specified technical result is ensured by the fact that in a flexible protective polymer pipe for cable laying, containing a hollow cylindrical body with a through, longitudinal cable channel limited by the surface of the body, and end sections for the input and output of the cable into / out of the cavity of the cable channel, the surface of the body the pipes are made of a continuous layer of polymeric material, inside of which reinforcing elements are placed in the form of a metal tape and wires, while a polyolefin silanol crosslinkable composition is used as a polymeric material.

Проволоки могут быть выполнены медными или алюминиевыми.Wires can be made of copper or aluminum.

В качестве проволок могут использоваться токопроводящие жилы, количество которых не превышает 10-30% от общего числа проволок.Conductive wires can be used as wires, the number of which does not exceed 10-30% of the total number of wires.

Предложенная полезная модель представлена на фиг. 1, где показано поперечное сечение гибкой полимерной трубы.The proposed utility model is shown in Fig. 1 showing a cross section of a flexible polymer pipe.

Позициями на чертеже обозначены:The positions in the drawing indicate:

1 - кабель-канал; 2, 3, 4 - армирующие элементы, причем 2 - металлическая лента, уложенная под углом 70-85° к оси трубы, 3 - повив металлических проволок, имеющих форму спирали и угол повива к оси трубы 15-30°, 4 - повив металлических проволок, имеющих форму спирали и угол повива к оси трубы 15-30°; 5 - наружная оболочка.1 - cable channel; 2, 3, 4 - reinforcing elements, and 2 - a metal tape laid at an angle of 70-85 ° to the pipe axis, 3 - a coil of metal wires having the shape of a spiral and a coil angle to the pipe axis of 15-30 °, 4 - a coil of metal wires having the shape of a spiral and a lay angle to the pipe axis of 15-30°; 5 - outer shell.

На фиг. 2 показано снижение механической прочности полиэтилена низкого давления (ПНД) - труб в зависимости от температуры и времени.In FIG. 2 shows the decrease in the mechanical strength of low-pressure polyethylene (HDPE) pipes depending on temperature and time.

Предложенная гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля применяется в кабельных линиях как при обустройстве открытых переходных пунктов, когда в месте перехода воздушной линии в кабельные концевые муфты размещаются прямо на траверсе опоры на большой высоте, экономя землю, которую раньше было нужно отвести для строительства закрытого переходного пункта; так и при прокладке методом горизонтально-направленного бурения (ГНБ) с длиной участков более 500 м и глубиной заложения кабеля более 10 м.The proposed flexible protective polymer pipe for cable laying is used in cable lines as in the arrangement of open transition points, when at the point of transition of the overhead line to cable terminations are placed directly on the traverse of the support at a high height, saving the land that previously had to be taken away for the construction of a closed transition point; and when laying by horizontal directional drilling (HDD) with a section length of more than 500 m and a cable laying depth of more than 10 m.

Преимуществом выполнения поверхности корпуса трубы из полиолефиновой силанольносшиваемой композиции является отсутствие ограничений на перепад высот по трассе кабельной линии. Это свойство, которого лишены кабели с бумажно-масляной изоляцией и маслонаполненные.The advantage of making the surface of the pipe body from a polyolefin silanol crosslinkable composition is the absence of restrictions on the height difference along the cable line route. This is a property that oil-paper-insulated and oil-filled cables lack.

Наличие армирующих элементов в виде металлических лент и проволок, которые могут быть выполнены из медных или алюминиевых сплавов, обеспечивает прочность трубы.The presence of reinforcing elements in the form of metal strips and wires, which can be made of copper or aluminum alloys, ensures the strength of the pipe.

Наличие, в частности, токопроводящих жил в полимерной трубе для кабеля в количестве от 10 до 30%, дополнительно к повышению прочности, позволяет получить хорошо защищенный от внешних воздействий канал связи и управления аппаратурой, датчиками и исполнительными механизмами, что позволяет также применять такую трубу в качестве грузонесущей трубы при использовании в скважинах.The presence, in particular, of conductive cores in a polymer pipe for a cable in an amount of from 10 to 30%, in addition to increasing strength, makes it possible to obtain a communication channel and control equipment, sensors and actuators that are well protected from external influences, which also makes it possible to use such a pipe in as a load-carrying pipe when used in wells.

Таким образом, предложенная гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля в сочетании с наличием армирующих элементов и материалом поверхности корпуса трубы, обладающего малым весом, морозостойкостью, химической, атмосферной, радиационной стойкостью, диэлектрической прочностью, прочностью при растяжении и сжатии, ударопрочностью и устойчивостью к динамическим нагрузкам, позволяет не только поднимать современный кабель на большую высоту над землей (опоры высоковольтных линий), но и размещать его на большой глубине под землей (метод ГНБ).Thus, the proposed flexible protective polymer pipe for cable laying in combination with the presence of reinforcing elements and the surface material of the pipe body, which has low weight, frost resistance, chemical, atmospheric, radiation resistance, dielectric strength, tensile and compressive strength, impact resistance and resistance to dynamic loads, allows not only to lift a modern cable to a great height above the ground (high-voltage line supports), but also to place it at a great depth underground (HDD method).

Важнейшим критерием надежности эксплуатации и увеличения длительности срока службы кабельной линии является ее ремонтопригодность. К сожалению, кабельные линии, проложенные методом ГНБ, далеко не всегда удовлетворяют этому критерию, ведь при ГНБ кабели зачастую оказываются в неподходящих трубах, да еще на значительной глубине. Без решения вопроса о ремонтопригодности метод ГНБ не является способом строительства сетей будущего, а приводит к оставлению в земле дорогостоящего кабеля.The most important criterion for the reliability of operation and increase in the service life of a cable line is its maintainability. Unfortunately, cable lines laid by the HDD method do not always satisfy this criterion, because during HDD cables often end up in unsuitable pipes, and even at a considerable depth. Without resolving the issue of maintainability, the HDD method is not a way to build networks of the future, but leads to the abandonment of expensive cables in the ground.

Ремонт или замена кабеля, проложенного методом ГНБ, возможны лишь если полимерные трубы, в которых размещен кабель, предполагают многоразовое использование, т.е. из них можно беспрепятственно извлекать кабель и затягивать его обратно. Подобную возможность обеспечивает предложенная гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля, которая позволяет не только проложить кабель, но и сохранять все свои прочностные свойства на десятилетия вперед, что обеспечивает увеличение длительности срока службы кабельной линии.Repair or replacement of a cable laid by the HDD method is possible only if the polymer pipes in which the cable is placed are reusable, i.e. you can easily remove the cable from them and tighten it back. A similar possibility is provided by the proposed flexible protective polymer pipe for cable laying, which allows not only to lay the cable, but also to maintain all its strength properties for decades to come, which ensures an increase in the service life of the cable line.

Предлагаемая гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля изготавливается методом экструзии, с последующим наложением армирующих элементов методом обмотки, продольно - под углом 15-30 градусов, поперечно - под углом 70-85 градусов. Поверх армирующих элементов наносится слой полимера методом экструзии.The proposed flexible protective polymer pipe for cable laying is manufactured by extrusion, followed by the application of reinforcing elements by winding, longitudinally at an angle of 15-30 degrees, transversely at an angle of 70-85 degrees. A layer of polymer is applied over the reinforcing elements by extrusion.

Сложность создания термостойких труб для нужд кабельной отрасли состоит в том, что необходимо найти состав полимеров, который обеспечил бы сочетание в одном и том же материале свойств, присущих и дорогому сшитому полиэтилену, и простому ПНД. Термостойкие трубы должны иметь необходимую кратковременную стойкость к перегреву (как сшитый полиэтилен), но в то же время должны без проблем подвергаться стыковой сварке (как ПНД).The complexity of creating heat-resistant pipes for the needs of the cable industry is that it is necessary to find a composition of polymers that would provide a combination in the same material of the properties inherent in both expensive cross-linked polyethylene and simple HDPE. Heat-resistant pipes must have the necessary short-term resistance to overheating (like cross-linked polyethylene), but at the same time must be butt welded without problems (like HDPE).

ПНД (РЕ) не является термостойким полимером, а сшитый полиэтилен (XLPE) и ряд других материалов напротив являются термостойкими.HDPE (PE) is not a heat-resistant polymer, but cross-linked polyethylene (XLPE) and a number of other materials, on the contrary, are heat-resistant.

Трубы из ПНД (полиэтилена низкого давления, например, марки РЕ 100) допускается применять только при температуре до 40°С. Это связано исключительно со свойствами полиэтилена низкого давления, который не является термостойким (термостабильным) и поэтому не может обеспечить сохранность всех физико-механических свойств при температуре более 40°С. Длительная прочность материала ПНД (РЕ100) ограничена 40°С, а скажем при 80°С (такова температура оболочки кабеля, жила которого разогрета до 90°С) длительная прочность ПНД труб сохраняется всего лишь на протяжении 10-11 месяцев, а затем наступает краткосрочная деструкция материала и быстрое снижение механической прочности.Pipes made of HDPE (low pressure polyethylene, for example, PE 100 brand) can only be used at temperatures up to 40 ° C. This is due solely to the properties of low-pressure polyethylene, which is not heat-resistant (thermostable) and therefore cannot ensure the preservation of all physical and mechanical properties at temperatures above 40°C. The long-term strength of HDPE (PE100) material is limited to 40°C, and say at 80°C (this is the temperature of the cable sheath, the core of which is heated to 90°C), the long-term strength of HDPE pipes lasts only for 10-11 months, and then a short-term destruction of the material and a rapid decrease in mechanical strength.

Анализ информации на фиг. 2 показывает, что при температурах, характерных для кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена, термическая стабильность ПНД-труб сохранится лишь в краткосрочном периоде, и через определенное время труба уже не сможет обеспечить возможность ремонта или замены кабеля, необходимые для эксплуатирующей организации. Именно этим объясняется отказ при строительстве кабелей от использования ПНД и переход на различные специальные термостойкие трубы.Analysis of the information in FIG. 2 shows that at temperatures typical for cable lines with XLPE insulation, the thermal stability of HDPE pipes will remain only in the short term, and after a certain time the pipe will no longer be able to provide the ability to repair or replace the cable necessary for the operating organization. This explains the refusal to use HDPE during the construction of cables and the transition to various special heat-resistant pipes.

Для изготовления предложенной гибкой защитной полимерной трубы для прокладки кабеля был выбран материал, состоящий из полиолефиновой силанольносшиваемой композиции. Основная полимерная сшиваемая композиция перед экструдированием смешивается с катализатором в соотношении 95:5. Процесс сшивки происходит путем погружения заготовки в горячую воду или воздействию пара при температуре 90°С.For the manufacture of the proposed flexible protective polymer pipe for cable laying, a material was chosen consisting of a polyolefin silanol crosslinkable composition. The main crosslinkable polymer composition is mixed with the catalyst in a ratio of 95:5 before extrusion. The crosslinking process takes place by immersing the workpiece in hot water or steam at a temperature of 90°C.

Предложенная гибкая защитная полимерная труба для прокладки кабеля обладает следующими характеристиками:The proposed flexible protective polymer pipe for cable laying has the following characteristics:

- является термостойкой и имеет рабочую температуру 110°С, что соответствует и нормальному режиму кабельных линий с изоляцией из сшитого полиэтилена (90°С), и режиму перегрузок (105-110°С), и имеет:- is heat-resistant and has an operating temperature of 110°C, which corresponds to both the normal mode of cable lines with XLPE insulation (90°C) and the overload mode (105-110°C), and has:

- температуру плавления 200°С;- melting point 200°C;

- температуру размягчения 150°С;- softening temperature 150°C;

- внутреннее давление до 25 МПа;- internal pressure up to 25 MPa;

- наружное давление до 25 МПа;- external pressure up to 25 MPa;

- разрывное усилие до 250 кН.- breaking force up to 250 kN.

Следует отметить, что с годами число кабельных линий, проложенных в полимерных трубах методом ГНБ, будет только возрастать. При этом полимерная труба - важный элемент кабельной системы, от которого напрямую зависит возможность будущего ремонта или замены кабеля, и материалу которой при строительстве кабельных линий необходимо уделять особое внимание.It should be noted that over the years the number of cable lines laid in polymer pipes by the HDD method will only increase. At the same time, a polymer pipe is an important element of the cable system, on which the possibility of future repair or replacement of the cable directly depends, and the material of which must be given special attention during the construction of cable lines.

Предложенная гибкая защитная полимерная труба для кабеля обладает всеми необходимыми физико-механическими свойствами для обеспечения высокой надежности эксплуатации кабельных линий.The proposed flexible protective polymer tube for cable has all the necessary physical and mechanical properties to ensure high reliability of cable lines.

В сравнении с известными полимерными защитными трубами, у которых гарантийный срок эксплуатации 12 мес. и срок службы 18 мес., предлагаемая труба имеет гарантийный срок эксплуатации 18 мес., а срок службы - 24 мес.In comparison with the well-known polymer protective pipes, which have a warranty period of 12 months. and a service life of 18 months, the proposed pipe has a warranty period of 18 months, and a service life of 24 months.

Claims

1. A flexible protective polymer pipe for cable laying, containing a hollow cylindrical body with a through, longitudinal cable channel limited by the surface of the body, and end sections for input and output of the cable into / out of the cavity of the cable channel, characterized in that the surface of the pipe body is made from a continuous layer of polymeric material, inside which reinforcing elements in the form of a metal tape and wires are placed, while a polyolefin silanol crosslinkable composition is used as a polymeric material.

2. Pipe according to claim 1, characterized in that the wires are made of copper.

3. Pipe according to claim 1, characterized in that the wires are made of aluminum.

4. Pipe according to one of paragraphs.

1-3, characterized in that the conductors are used as wires, the number of which does not exceed 10-30% of the total number of wires.