RU219965U1 - Кабель силовой для линии электропередачи - Google Patents
Кабель силовой для линии электропередачи Download PDFInfo
- Publication number
- RU219965U1 RU219965U1 RU2023114181U RU2023114181U RU219965U1 RU 219965 U1 RU219965 U1 RU 219965U1 RU 2023114181 U RU2023114181 U RU 2023114181U RU 2023114181 U RU2023114181 U RU 2023114181U RU 219965 U1 RU219965 U1 RU 219965U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cable
- cross
- layer
- pyramid
- electrically conductive
- Prior art date
Links
Abstract
Полезная модель относится к кабельной отрасли промышленности. Технический результат заключается в обеспечении возможности повысить длительно допустимый ток и термическую стойкость кабеля без увеличения площади поперечного сечения и рабочей температуры. Силовой кабель для линий электропередачи содержит токопроводящую жилу, изолированную не менее чем тремя слоями экструдированного сшитого полиэтилена, первый слой - из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена, второй слой - из изоляции сшитого полиэтилена, третий слой - из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена. На изолированные жилы уложен слой из электропроводящих лент, на слой электропроводящих лент уложены металлический экран из медного или алюминиевого слава, разделительный слой и защитная оболочка. Защитная оболочка выполнена в виде группы правильных усеченных пирамид, расположенных в шахматном порядке. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Полезная модель относится к кабельной отрасли промышленности, а именно к конструкциям кабелей для сетей с заземленной и изолированной нейтралью, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии в стационарных установках на номинальное переменное напряжение 0,22-330 кВ номинальной частотой 50 Гц. Данные кабели могут быть использованы, как элемент электрической сети, соединяющий источник электроэнергии и объект промышленного или гражданского строительства.
Известна конструкция силового кабеля [RU 119928 U1, МПК Н01В9/02 (2006.01), опубл. 27.08.2012], состоящего из токопроводящей медной или алюминиевой жилы, изолированной не менее чем тремя слоями экструдированного сшитого полиэтилена (первый слой - из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена, второй слой - из изоляционного сшитого полиэтилена, третий слой - из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена), на изолированные жилы наложен слой из электропроводящих лент, на слой электропроводящих лент наложены металлический экран из алюминия или алюминиевого сплава, разделительный слой и защитная оболочка.
Недостатком известной конструкции является низкая интенсивность охлаждения кабеля, что приводит к ограничению длительно допустимого тока и снижению термической стойкости кабеля.
Известны конструкции кабельных линий, которые позволяют увеличить длительно допустимый ток за счет принудительного его охлаждения, то есть улучшения условий теплоотвода от кабеля.
Различают внутренние, внешние и косвенные системы охлаждения.
Основные особенности системы внутреннего охлаждения: охлаждение токопроводящей жилы осуществляется за счет прокачивания масла по внутреннему каналу; для циркуляции масла по замкнутому циклу необходимы обратный трубопровод и теплообменник для его охлаждения; длины кабельных линий ограничены за счет малых объемов охлаждающего масла. Кабели с внутренней системой охлаждения изготавливаются по ГОСТ 16441-78.
Системы с внешним (поверхностным) охлаждением кабельной линии имеют следующие особенности: в качестве охлаждающей среды могут применяться воздух, вода, масло под высоким давлением; охлаждающая среда находится в непосредственном контакте с наружной поверхностью кабеля; в качестве конструктивного решения применяется прокладка кабельной линии в трубе (объединенно или с разделением по фазам), по которой продувается воздух, прокачивается вода или масло [SU № 150 142 A1, МПК H01B 7/42, опубл. 1960]. К данной системе относится поверхностное охлаждение кабельной линии криогенной системой, где в качестве охлаждающей среды выступает криоген [RU №2491671 С2, МПК H01B 12/16 (2006.01), опубл. 2013].
Основные особенности системы косвенного охлаждения: отсутствует непосредственное охлаждение кабеля водой, маслом или воздухом; в качестве теплоотвода служат трубы с проточной водой, прокладываемые около кабельной линии; теплоотдача от кабельной линии происходит за счет снижения температуры окружающей среды.
Основными недостатками принудительного охлаждения кабеля являются создание и эксплуатация сложных дополнительных систем охлаждения проводника.
Так же из уровня техники известно техническое решение (прототип), представляющее собой силовой кабель для линий электропередачи (онлайн каталог «КомплексЭнерго» доступен на дату обращения 09.04.2023, по адресу https://kompleksenergo.ru/catalog/apvpug-1x120/ , фото, раздел страницы «Конструкция АПвПуг 10 1х120/35», размещение информации в сети Интернет на 23.07.2021 подтверждено сервисом «Интернет-архив» http://web.archive.org/web/20210723231239/https://kompleksenergo.ru/catalog/apvpug-1x120/ - далее Д1), содержащий токопроводящую жилу и внешнюю защитную оболочку, при этом внешняя защитная оболочка выполнена с продольными ребрами, состоящими из впадин и зубьев.
Недостатком данной конструкции является затрудненное омывание воздухом (ухудшение конвекции) под внешней защитной оболочки из-за продольных прямых каналов, которые образованы прямыми ребрами.
Так же известна конструкция кабеля связи содержащая сердечник из изолированных токопроводящих жил, поясную изоляцию из слоев кабельной бумаги, экран, выполненным обмоткой металлическими лентами, металлическую оболочку, подушку под бронепокровы и бронепокровы, что, с целью повышения эффективности защиты от термодинамического воздействия больших токов, металлические ленты выполнены перфорированными и расположены между слоями кабельной бумаги, причем отверстия перфорированных лент, по крайней мере частично, совпадают между собой, а бронепокровы выполнены гофрированными с перфорацией между гофрами [SU 1300571 A1, МПК H01B 11/10 (2000.01), опубл.1987].
Недостатком данной конструкции является затрудненное омывание воздухом под внешней защитной оболочки из-за поперечных прямых каналов, которые образованы гофрой.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка конструкции кабеля для линии электропередачи, с улучшенными эксплуатационным характеристиками.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении пропускной способности линий электропередачи и повышении термической стойкости кабеля без увеличения площади поперечного сечения.
Технический результат достигается тем, что в известном силовом кабеле для линий электропередачи, содержащем токопроводящую жилу, изолированную не менее чем тремя слоями экструдированного сшитого полиэтилена (первый слой - из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена, второй слой - из изоляции сшитого полиэтилена, третий слой - из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена), на изолированные жилы уложен слой из электропроводящих лент, на слой электропроводящих лент уложен металлический экран из медного или алюминиевого слава, разделительный слой и защитная оболочка, новым является то, что защитная оболочка выполнена в виде правильных усеченных пирамид расположенных в шахматном порядке.
Заявленная конструкция силового кабеля позволяет повысить длительно допустимый ток проводника и повысить термическую устойчивость изоляции без увеличения площади поперечного сечения и рабочей температуры проводника, а также без создания систем принудительного охлаждения. Увеличение эксплуатационныххарактеристик осуществляется путем увеличения отдачи количества тепла кабеля в окружающую среду от боковой поверхности защитной оболочки за счет увеличения периметра продольного сечения и повышении интенсивности омывании воздухом внешней защитной оболочки из-за шахматного расположения правильных усеченных пирамид.
Увеличение пропускной способности проводника с помощью повышения длительно допустимого тока известно. Для этого применяется специальный токопроводящий материал - термостойкий сплав или специальные системы улучшения условий теплоотвода от проводника. Также известно повышение термической стойкости кабеля с помощью использовании гофрированной поверхности на внешней оболочке, что приводит к увеличению интенсивности отвода газа образуемого в изоляции кабеля от сильного термодинамического действия тока короткого замыкания в проводнике [SU 1300571 A1]. Также известна конструкция проводника с улучшенными условиями теплоотвода от проводника, с помощью увеличения площади боковой поверхности проводника, и тем самым повышается длительно допустимый ток [Полезная модель РФ №156801 от 25.05.2015], [Полезная модель РФ №156715 от 17.04.2015]. В известных конструкция провода высота зуба H составляет не более 2r. Но неизвестна конструкция для изолированного проводника - кабеля, где для увеличения интенсивности охлаждения используется неровная внешняя защитная оболочка, неровность оболочки создается правильными усеченными пирамидами, расположенными в шахматном порядке.
При использовании защитной оболочки с правильными увеченными пирамидами проводник охлаждается быстрее по сравнению с кабелем с защитной оболочкой с рефленой поверхности (прототип), так как отсутствует застой воздуха, эффект «шубы» в продольных каналах, омывание воздухом внешней защитной оболочки становиться выше при размещении в шахматном порядке правильных усеченных пирамид и следовательно, по проводнику в нормальном режиме можно передать больше электроэнергии, при этом температура проводника не превысит допустимой температуры рекристаллизации активного материала, при этом в аварийном режиме термическая устойчивость изоляции становиться выше, так как при воздействии сильных токов короткого замыкания на изоляцию в изоляции появляется газогенерация и объем газов больше выходит через внешнюю защитную оболочку с большей боковой поверхности, чем с меньшей поверхности.
На фиг. 1 изображен общий вид силового кабеля (прототип)
На фиг. 2 изображен общий вид силового кабеля (полезная модель).
На фиг. 3 изображен поперечное сечение силового кабеля (прототип).
На фиг. 4 изображен боковая поверхности силового кабеля (полезная модель).
На фиг. 5 изображен правильная усеченная пирамида (полезная модель).
На фиг. 1 цифрами обозначены: 1 - круглая многопроволочная уплотненная медная или алюминиевая токопроводящая жила; 2 - экран по жиле из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена; 3 - изоляция из сшитого полиэтилена; 4 - экран по изоляции из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена; 5 - разделительный слой из электропроводящей бумаги или из электропроводящих водоблокирующих лент; 6 - цельновыпрессованный экран (оболочка) из алюминия или алюминиевого сплава/меди; 7 - медный проволочный экран, скрепленный медной лентой; 8 - защитная оболочка с продольными ребрами (прототип).
На фиг. 2 цифрами обозначены: 1 - круглая многопроволочная уплотненная медная или алюминиевая токопроводящая жила; 2 - экран по жиле из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена; 3 - изоляция из сшитого полиэтилена; 4 - экран по изоляции из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена; 5 - разделительный слой из электропроводящей бумаги или из электропроводящих водоблокирующих лент; 6 - цельновыпрессованный экран (оболочка) из алюминия или алюминиевого сплава/меди; 7 - медный проволочный экран, скрепленный медной лентой; 9 - защитная оболочка с правильными усеченными пирамидами (полезная модель).
На фиг. 3 цифрами обозначены: 10 - периметр поперечного сечения с гладкой защитной оболочкой силового кабеля P; 11 - внешний диаметр силового кабеля с гладкой внешней зашитой оболочкой d.
На фиг. 4 цифрами обозначены: 10 - периметр поперечного сечения с гладкой защитной оболочкой силового кабеля P; 12 - сторона основания правильной усеченной пирамиды а1; 13 - сторона верхней плоскости правильной усеченной пирамиды а2; 14 - погонный метр кабельной линии.
На фиг. 5 цифрами обозначены: 12 - сторона основания правильной усеченной пирамиды а1; 13 - сторона верхней плоскости правильной усеченной пирамиды а2; 15 - угол между основанием пирамиды и апофемой α; 16 - высота правильной усеченной пирамиды - h; 17 - апофема пирамиды - С.
При размещении в окружающей среде (в воздухе, в воде и т.п.) силового кабеля (прототип) с внешней защитной оболочкой в виде правильной усеченной пирамиды, согласно фиг. 5, молекулы среды окружают внешнюю защитную оболочку кабеля, омывая его со скоростью υ. При протекании тока по кабелю выделяется тепловой поток, вектор которого направлен перпендикулярно вверх от поверхности защитной оболочки, плотность вектора теплового потока зависти от площади боковой поверхности внешней защитной оболочки (чем выше неровность поверхности, тем больше плотность теплового потока), молекулы воздуха вблизи внешней защитной оболочки, получая кинетическую энергию, начинают перемечаться вертикально вверх (повышения конвекционного охлаждении).
Молекулы воздуха сверху кабеля свободно перемещаются вверх, когда, как под кабелем происходит скопление молекул воздуха за счет препятствий продольных или поперечных ребер на внешней защитной оболочке образую в итоге «шубу», подожку из молекул с высокой кинетической энергией, что снижает интенсивность охлаждения снизу у кабеля.
Размещение усеченных правильных пирамид в шахматном порядке на внешней защитной оболочке позволяет повысить площадь боковой поверхности кабели и при этом создать каналы для перемещения молекул воздуха снизу кабеля повышая их скорость, создавая тем самым поток воздуха, повышая при этом и скорость движения воздуха, и интенсивность охлаждения кабеля.
Основные положения физической сущности конструкции силового кабеля с увеличенным длительным допустимым током:
наличие тока в проводе вызывает его нагрев;
охлаждение кабеля быстрее при большей его площади боковой поверхности защитной оболочки;
периметр геометрических фигур (треугольник, круг, шестиугольник) разный при одинаковой площади;
длительно допустимый ток зависит от периметра поперечного сечения проводника;
коэффициент теплоотдачи конвекции зависит от периметра поперечного сечения кабеля и скорости омывания внешней средой;
термическая стойкость кабеля выше при большей интенсивности его охлаждения.
Покажем возможность использования силового кабеля с защитной оболочкой, в виде правильных усеченных пирамид размещенных на внешней защитной оболочке.
Обоснование конструкции
Количество выделяемого тепла при протекании тока
При протекании длительно допустимого тока токопроводящая жила силового кабеля нагревается в соответствии с законом Джоуля - Ленца. Максимальное количество тепла без нарушения механической прочности жилы, выделяемого в проводнике за единицу времени, определяется выражением [Александров, Г. Н. Передача электрической энергии / Г. Н. Александров. - 2-е изд. - СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2009. - 412 с. - (Энергетика в политехническом университете). - С. 16]:
где - ток, нагревающий жилу при заданных климатических условиях до допустимой температуры по условиям механической прочности жилы, А;
- удельное активное сопротивление проводника, Ом⋅м;
- удельное электрическое сопротивление проводника при температуре провода 25°C, Ом⋅м;
F - площадь поперечного сечения, мм2.
Температура нагрева проводника во многом зависит от активного сопротивления и условий окружающей среды.
Охлаждение силового кабеля
Охлаждение поверхности силового кабеля происходит путем излучения и конвекции. Количество тепла, отдаваемого поверхностью силового кабеля (единичной длины) в окружающую среду в единицу времени, определяется выражением [Александров, Г.Н. Передача электрической энергии / Г. Н. Александров. - 2-е изд. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. - 412 с. - (Энергетика в политехническом университете). - С. 16]:
где - коэффициент теплоотдачи, зависящий от температуры кабеля и его размера, Вт/(м2⋅K);
- площадь боковой поверхности кабеля на 1 м длины кабеля, м2;
T - абсолютная температура кабеля, K;
T 0 - абсолютная температура окружающей среды (на территории России рекомендуется принимать t0 = 25°C), K.
Площадь боковой поверхности единицы длины проводника выражается формулой:
где L - длина проводника, мм;
P - периметр площади поперечного сечения проводника, м.
Анализ соотношений (3) - (4) показывает, что увеличение периметра поперечного сечения кабеля увеличивает площадь боковой поверхности защитной оболочки единичной длины провода и, следовательно, количество отводимого тепла от его поверхности.
Периметр геометрических фигур
Из геометрии известно, что при одинаковой площади (например, 300 мм2) у разных фигур их периметр различается.
В таблице 1 приведены значения периметров различных геометрических фигур.
Таким образом, из рассмотренных в таблице 1 геометрических фигур самый большой периметр у звезды и у треугольника.
Длительно допустимый ток кабеля
Длительно допустимый ток силового кабеля найдем, приравняв правые части выражений (1) и (2) с учетом выражения (3):
где χ з - коэффициент заполнения проводника активным материалом.
Соотношение (4) показывает зависимость длительно допустимого тока от периметра поперечного сечения проводника.
Коэффициент теплоотдачи
Коэффициент теплоотдачи нагретого силового кабеля, обтекаемого воздухом, температура которого меньше температуры кабеля, равен:
где - коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м2⋅K);
- коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2⋅K).
Коэффициент теплоотдачи излучением зависит от температуры наружной поверхности силового кабеля и находится по закону Стефана - Больцмана:
где ε - коэффициент черноты поверхности кабеля;
С0 - постоянная излучения абсолютно черного тела, Вт/(м2K4), С0 = 5,7⋅10-8;
T - абсолютная температура кабеля, K;
- абсолютная температура окружающей среды, K.
Коэффициент теплоотдачи конвекции зависит от периметра поперечного сечения кабеля [RU 2417905 C1] и определяется соотношением:
где , b - постоянные коэффициенты;
λ - теплопроводность воздуха, Вт/(м·K), λ = 0,026;
ν - кинетическая вязкость воздуха, м2/с, ν = 1,51⋅10-5;
υ - скорость омывания (завысить от места размещения кабеля и от шероховатости поверхности), м/с, υ = 0,6 - для гладкой поверхности кабеля, υ = 0,3 - для ребристой поверхности кабеля.
P - периметр поперечного сечения кабеля, м.
Значение коэффициентов и b принимаются из следующих условий:
если 102 ≤ ≤ 103, то = 0,44; b = 0,813;
если 103 ≤ ≤ 105, то = 0,59; b = 0,288.
Значение отношения принимается из следующих условий:
если 102 ≤ ≤ 103, то ,= 2,73;
если 103 ≤ ≤ 105, то ,= 5,19.
Соотношение (7) показывает, что охлаждение кабеля быстрее при улучшении условий его омывания окружающей средой.
Термическая стойкость кабеля
Для повышения защиты от термодинамического воздействия больших токов, бронепокровы выполнены гофрированными с перфорацией между гофрами [SU № 1300571 A1].
Расчет предлагаемой конструкции внешней защитной оболочки
Выполним расчет конструкции внешней защитной оболочки силового кабеля ПвП-10 1х300П (полезная модель, П - пирамида) с правильными усеченными пирамидами на внешнем защитном слое.
Периметр поперечного сечения с гладкой защитной оболочкой силового кабеля ПвП-10 1х300 (аналог) определяется по формуле:
где R - внешний радиус силового кабеля с гладкой внешней зашитой оболочкой, мм.
Удельная площадь боковой поверхности силового кабеля при известном периметре поперечного сечения погонного метра определяется выражением:
С целью увеличения площади боковой поверхности кабеля используется объемная геометрическая фигура - правильная усеченная пирамида.
Для определения удельной площади боковой поверхности с учетом правильных усеченных пирамид рассматривается не метр кабеля, а лишь часть участок его длинны - квадрат, стороны квадрата равны периметру P поперечного сечения кабеля, то есть квадрат с размером P ⋅ P.
Площадь рассматриваемого квадрата P ⋅ P разбивается на сетку в клеточку, при этом ячейки сетки представляет из себя так же форму квадрата, размером а1 ⋅ а1.
Для лучшего омывания воздухом поверхности внешней защитной оболочки, правильные усеченные пирамиды размещаются в шахматном порядке.
Расчет площади внешней защитной оболочки с учетом правильных усеченных пирамид осуществляется по следующему алгоритму:
По внешнему диаметру кабеля определяется поперечного сечения силового кабеля по формуле (8).
Периметр поперечного сечения кабеля разбивается на равные отрезки, количество отрезов должно быть четным значением:
где n - четное количество отрезков, а1- сторона ячейки сетки, мм.
Площадь клетки ячейки стеки находится по формуле:
Правильные усеченные пирамиды размещаются по сетке в шахматном порядке и занимают половину площади рассматриваемой боковой поверхности кабеля. Сторона верхней плоскости правильной усеченной пирамиды определяется по формуле:
где h - высота правильной усеченной пирамиды, α - угол между основанием пирамиды и апофемой.
Апофема пирамиды определяется:
Площадь верхней поверхности правильной усеченной пирамиды находится по формуле:
Площадь боковой поверхности правильной усеченной пирамиды находится по формуле:
где P1 - периметр основная правильной усеченной пирамиды, P2 - периметр верхней поверхности правильной усеченной пирамиды.
Периметр основания правильной усеченной пирамиды:
, мм.
Периметр верхней поверхности правильной усеченной пирамиды:
, мм.
Площадь квадрата боковой поверхности P × P кабеля:
, мм2.
Удельная площадь боковой поверхности кабеля:
, мм2,
где k - коэффициент отношение длины рассматриваемого квадрата P × P к погонному метру длинны кабеля.
Рассчитаем площадь боковой поверхности кабеля с усеченными правильными пирамидами на внешней оболочке ПвП-10 1х300П (полезная модель).
Результаты расчета площади боковой поверхности кабеля ПвП-10 1х300П с изменением количества правильных усеченных пирамид приведены в таблице 3.
| Таблица 3 - Площадь боковой поверхности кабеля при изменении количества пирамид | ||||||||
| Параметр | Количество участков «n» на которые разделен периметр поперченного сечения кабеля, шт. | |||||||
| 0 | 12 | 24 | 36 | 48 | 54 | 60 | 60 | |
| Высота усеченной пирамиды h, мм | - | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 |
| Угол между апофемой и основанием пирамиды α, ° | - | 51° | 51° | 51° | 51° | 51° | 51° | 51° |
| Сторона основания правильной усеченной пирамиды (сторона ячейки сетки) а1, мм | - | 14,58 | 7,29 | 4,86 | 3,64 | 3,24 | 2,915 | 2,915 |
| Сторона верхней плоскости правильной усеченной пирамиды а2, мм* | - | 11,34 | 4,05 | 1,62 | 0,405 | 0,0002 | -0,324 | 1,296 |
| Апофема пирамиды С, мм | - | 2,57 | 2,57 | 2,57 | 2,57 | 2,57 | 2,57 | 1,287 |
| Площадь верхней поверхности правильной усеченной пирамиды S2, м2 | - | 1,28 ×10-4 | 0,165х10-4 | 0,026 ×10-4 | 0,0016 ×10 -4 | 3,8 ×10-14 | - | 1,67 ×10-6 |
| Периметр основная правильной усеченной пирамиды P1, мм | - | 58,3 | 29,15 | 19,44 | 14,58 | 12,96 | 11,66 | 11,66 |
| Периметр верхней поверхности правильной усеченной пирамиды P2, мм* | - | 45,35 | 16,19 | 6,48 | 1,62 | 0,0008 | -1,295 | 5,18 |
| Площадь боковой поверхности правильной усеченной пирамиды Sбок, м2 | - | 1,334 ×10-4 | 0,58 × 10-4 |
0,33 × 10-4 |
0,208×10 -4 | 0,017×10-4 | 0,013×10-4 | 0,016 ×10-4 |
| Площадь квадрата боковой поверхности P x P кабеля Spxp, м2 | - | 0,034 | 0,037 | 0,039 | 0,039 | 0,04 | 0,039 | 0,038 |
| k - коэффициент отношение длинны рассматриваемого квадрата P × P к погонному метру длинны кабеля | - | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,717 |
| Количество пирамид на боковой поверхности кабеля, шт | - | 72 | 288 | 648 | 1152 | 1458 | 1800 | 1800 |
| Удельная площадь боковой поверхности кабеля, , м2 | 0,175 | 0,195 | 0,211 | 0,221 | 0,226 | 0,226 | 0,226 | 0,216 |
| Увеличение площади боковой поверхности относительно гладкого площади боковой поверхности кабеля | - | 111% | 121% | 126% | 129% | 129% | - | 123% |
| - граница диапазона количества пирамид на боковой поверхности кабеля * Отрицательное значение стороны верхней плоскости правильной усеченной пирамиды а2, и периметр верхней поверхности правильной усеченной пирамиды P2 означает, что усеченная правильная пирамида трансформируется в пирамиду, дальнейшее увеличения количество примами на боковой поверхности кабеля приводит к уменьшению высоты пирамиды, а следовательно, и к уменьшению площади боковой поверхности кабеля. |
||||||||
Количество правильных усеченных пирамид на боковой поврехности кабеля принимается при условии:
.
При отрицательном значении стороны верхней плоскости правильной усеченной пирамиды а2, усеченная правильная пирамида трансформируется в пирамиду и дальнейшее увеличения количества усеченных правильных пирамид на боковой поверхности кабеля приводит к уменьшению высоты пирамиды h, а следовательно, и к уменьшению площади боковой поверхности кабеля ,.
По таблице 4 установлено, что для кабеля ПвП-10 1х300П оптимальное количество усеченных пирамид на боковой поверхности - 1152, при этом удельная площадь боковой поверхности кабеля составляет 0,226 м2, площадь увеличилась на 29 % по сравнению с площадью боковой поверхности гадкого кабеля. Дальнейшее увеличения количества усеченных пирамид не дает увеличения площади боковой поверхности, а наоборот ее уменьшает, снижая при этом высоту самой пирамиды.
Теперь определим оптимальный угол между апофемой и основанием пирамиды, при котором площадь боковой поверхности будет иметь максимальное значение при количестве усеченных пирамид 1152 шт.
Результаты расчета площади боковой поверхности с изменением угла между апофемой и основанием пирамиды приведены в таблице 4.
| Таблица 4 - Площадь боковой поверхности силового кабеля при изменении угла между апофемой и основанием пирамиды при n=48 участков. | |||||||||||||
| Параметр | Угол между апофемой и основанием пирамиды α | ||||||||||||
| 0° | 30° | 30° | 47,7° | 49° | 51° | 53° | 60° | 70° | 80° | 90° | 110° | ||
| Высота усеченной пирамиды, h мм | - | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| Количество участков по длине периметра поперченного сечения кабеля, n шт. | - | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | 48 | |
| Сторона основания правильной усеченной пирамиды (сторона ячейки сетки) а1, мм | - | 3,64 | 3,64 | 3,64 | 3,64 | 3,64 | 3,64 | 3,64 | 3,64 | 3,64 | 3,64 | 3,64 | |
| Сторона верхней плоскости правильной усеченной пирамиды а2, мм* | - | 0,18 | -3,28 | 0,000058 | 0,167 | 0,405 | 0,63 | 1,34 | 2,19 | 2,94 | 3,64 | 5,1 | |
| Апофема пирамиды С, мм | - | 2 | 4 | 2,7 | 2,65 | 2,57 | 2,5 | 2,31 | 2,13 | 2,03 | 2 | 2,13 | |
| Площадь верхней поверхности правильной усеченной пирамиды S2, м2 | - | 3,245 × 10-8 |
0,108 × 10-4 |
3,418 × 10-15 |
2,79 × 10-8 |
1,64 × 10-7 |
3,96 × 10-7 |
1,78 × 10-6 |
4,8 × 10-6 |
8,64 × 10 -6 |
13,3 × 10-6 |
26 × 10-6 |
|
| Периметр основная правильной усеченной пирамиды P1, мм | 14,58 | 14,58 | 14,58 | 14,58 | 14,58 | 14,58 | 14,58 | 14,58 | 14,58 | 14,58 | 14,58 | ||
| Периметр верхней поверхности правильной усеченной пирамиды P2, мм* | - | 0,721 | -13,1 | 0,00023 | 0,67 | 1,62 | 2,52 | 5,34 | 8,75 | 11,76 | 14,58 | 20,4 | |
| Площадь боковой поверхности правильной усеченной пирамиды Sбок, м2 | - | 1,53 × 10-5 |
0,028х10-4 | 0,19х10-4 | 0,202х10-4 | 0,208х10-4 | 0,21х10-4 | 0,22х10-4 | 0,248х10-4 | 0,267х10 -4 | 0,291х10-4 | 0,372х10-4 | |
| Площадь квадрата боковой поверхности P x P кабеля Spxp, м2 | 0,033 | 0,031 | 0,038 | 0,039 | 0,039 | 0,04 | 0,044 | 0,049 | 0,056 | 0,064 | 0,088 | ||
| k - коэффициент отношение длинны рассматриваемого квадрата P x P к погон-ному метру длинны кабеля | - | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | 5,71 | |
| Количество пирамид на боковой поверхности кабеля, шт | - | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 | 1152 | |
| Удельная площадь боковой поверхности кабеля, , м2 | 0,175 | 0,188 | 0,177 | 0,217 | 0,221 | 0,226 | 0,231 | 0,251 | 0,283 | 0,320 | 0,367 | 0,504 | |
| Увеличение площади боковой поверхности относительно гладкого площади боковой поверхности кабеля | - | 107,4% | - | 124% | 126% | 129% | 132% | 143% | 162% | 183% | 209% | - | |
| - граница диапазона изменения угла между апофемой и основанием пирамиды * Отрицательное значение стороны верхней плоскости правильной усеченной пирамиды а2, и периметр верхней поверхности правильной усеченной пирамиды P2 означает что, усеченная правильная пирамида трансформируется в правильную пирамиду, дальнейшее угла α возможно при уменьшении высоты пирамиды. Верхняя граница увеличение угла 90°, при данном угле правильная усеченная пирамида трансформируется в прямоугольный параллелепипед. Угол более 90° трансформирует правильную усеченные пирамиду в перевернутую усеченную пирамиду, верхняя поверхность становиться основанием пирамиды, так как а2 становится большее а1 |
|||||||||||||
Диапазон изменения угла α находится в пределах от до 90°.
Если угол будет α ≤ то, усеченная правильная пирамида трансформируется в правильную пирамиду, при уменьшении высоты пирамиды h.
Если угол будет α = 90° то, усеченная правильная пирамида трансформируется в прямоугольный параллелепипед, без изменения высоты пирамиды h.
Если угол будет α ≥ 90° то, усеченная правильная пирамида трансформируется в перевернутую усеченную пирамиду, верхняя поверхность пирамиды становиться основанием пирамиды, так как а2 становиться большее а1, без изменения высоты пирамиды h.
Оптимальный угол, для правильной пирамиды являете α = 80°.
Таким образом, на внешней оболочке одного метра кабеля ПвП-10 1х300П (полезная модель) с сеченым жилы 300 мм2, и диаметром 55,68 мм размещается 1152 усеченных пирамид, высотой 2 мм и углом между апофемой и основанием пирамиды α = 80°, при этом удельная площадь боковой поверхности кабеля составляет 0,320 м2.
Площадь боковой поверхности кабеля ПвП-10 1х300П увеличилась на 82 % по сравнению с площадью боковой поверхности гадкого кабеля.
Далее приведены сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.
Круглая многопроволочная уплотненная медная или алюминиевая токопроводящая жила 1 для кабеля изготавливается по шнуровой (пучковой) системе скрутки.
Берется медная катанка, например диаметром 8 мм, протаскивается через серию волок до достижения нужного диаметра проволоки, например диаметром 1…2 мм, далее полученную проволоку скручивают в круглую многопроволочную жилу 1, затем на наклонной экструзионной линии накладывают сразу три слоя - экран по жиле из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена 2, изоляция из сшитого полиэтилена 3, экран по изоляции из электропроводящей сшитой композиции на основе полиэтилена 4, затем изолированную жилу пропускают через серию обмоточных машин, где накладывают остальные элементы - разделительный слой из электропроводящей бумаги или из электропроводящих водоблокирующих лент 5, цельновыпрессованный экран (оболочка) из алюминия или алюминиевого сплава или меди 6; медный проволочный экран, скрепленный медной лентой 7, далее заготовку кабеля пропускают через экструзионную линию шлангования, на выходе экструдера устанавливается специальная фильера, придающая защитной оболочке соответствующую форму, 9.
Также кабель может быть изготовлен из современных материалов, металлов и их сплавов на базе существующих технологий с применением волочильного оборудования и оснастки для изготовления профильной защитной оболочки.
Элементы, упомянутые в единственном числе, не исключат множественности элементов, если отдельно не указано иное.
Несмотря на то, что вариант осуществления был подробно описан и показан на сопроводительных чертежах, следует понимать, что такой вариант осуществления является лишь иллюстративными и не предназначен ограничивать более широкую полезную модель и что данная полезная модель не должна ограничиваться конкретными показателями и описанными компоновками и конструкциями, поскольку различные другие модификации могут быть очевидны специалистам в соответствующей области.
Claims (8)
1. Силовой кабель для линий электропередачи, содержащий токопроводящую жилу, изолированную не менее чем тремя слоями экструдированного сшитого полиэтилена, на изолированные жилы уложен слой из электропроводящих лент, на слой электропроводящих лент уложены металлический экран, разделительный слой и защитная оболочка, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена в виде ряда правильных усеченных пирамид, расположенных в шахматном порядке.
2. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что при этом удельная площадь боковой поверхности кабеля определена по формуле
, мм2,
где k - коэффициент отношение длины квадрата P × P к погонному метру длины кабеля, а размеры усеченных пирамид определены периметром поперечного сечения кабеля, высотой h и углом α межу основанием пирамиды и апофемой.
3. Кабель по п. 2, отличающийся тем, что указанный угол α изменяется в диапазоне от arсtg((2⋅h)/a1) до 90°.
4. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена из полимерной композиции, не содержащей галогенов.
5. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена из поливинилхлоридного пластиката.
6. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена из термореактивного компаунда.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU219965U1 true RU219965U1 (ru) | 2023-08-16 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2352009C2 (ru) * | 2005-02-18 | 2009-04-10 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Циркуляционная система охлаждения криогенного кабеля |
| RU2491671C2 (ru) * | 2011-10-24 | 2013-08-27 | Открытое акционерное общество Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (ВНИИ КП) | Способ и устройство для охлаждения сверхпроводящего кабеля |
| US20150017473A1 (en) * | 2012-02-06 | 2015-01-15 | Nv Bekaert Sa | Non-magnetic stainless steel wire as an armouring wire for power cables |
| RU156801U1 (ru) * | 2015-05-25 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи |
| RU2631421C1 (ru) * | 2016-04-13 | 2017-09-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром проектирование" | Провод для воздушных линий электропередачи |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2352009C2 (ru) * | 2005-02-18 | 2009-04-10 | Сумитомо Электрик Индастриз, Лтд. | Циркуляционная система охлаждения криогенного кабеля |
| RU2491671C2 (ru) * | 2011-10-24 | 2013-08-27 | Открытое акционерное общество Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (ВНИИ КП) | Способ и устройство для охлаждения сверхпроводящего кабеля |
| US20150017473A1 (en) * | 2012-02-06 | 2015-01-15 | Nv Bekaert Sa | Non-magnetic stainless steel wire as an armouring wire for power cables |
| RU156801U1 (ru) * | 2015-05-25 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи |
| RU2631421C1 (ru) * | 2016-04-13 | 2017-09-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром проектирование" | Провод для воздушных линий электропередачи |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5674961B2 (ja) | 高圧電気ケーブル | |
| US10847286B2 (en) | Metal sheathed cable with jacketed, cabled conductor subassembly | |
| BR102013026682A2 (pt) | Cabo de energia de alta potência e de alta frequência | |
| CN107078496B (zh) | 超导电力系统以及超导电缆铺设方法 | |
| CA2408896C (en) | Superconducting power cable with enhanced superconducting core | |
| RU219965U1 (ru) | Кабель силовой для линии электропередачи | |
| CN211699815U (zh) | 一种散热的电线电缆 | |
| US6917272B2 (en) | Electric device | |
| EP3043357B1 (en) | Metal sheathed cable with jacketed, cabled conductor subassembly | |
| CN217280193U (zh) | 一种充电线缆 | |
| CA1048117A (en) | High-tension overhead lines | |
| CN110473668A (zh) | 一种自散热高压电缆 | |
| JP2017062982A (ja) | 超電導ケーブル用断熱管及び超電導ケーブル | |
| KR102366614B1 (ko) | 냉매관 및 이를 구비하는 초전도 케이블 | |
| KR102380328B1 (ko) | 초전도 케이블 | |
| EP1551038A1 (en) | Superconducting power cable with enhanced superconducting core | |
| RU2631421C1 (ru) | Провод для воздушных линий электропередачи | |
| CN209149857U (zh) | 500kV超高压阻水防鼠防白蚁交联电缆 | |
| KR102608511B1 (ko) | 진공부 구획장치 및 이를 구비하는 초전도 케이블 | |
| KR102328369B1 (ko) | 초전도 케이블 | |
| CN211181744U (zh) | 一种液冷电缆 | |
| CN210692178U (zh) | 一种中空护套电缆 | |
| RU202509U1 (ru) | Кабель силовой, содержащий саморегулирующийся кабель | |
| KR102413359B1 (ko) | 코러게이션 구조의 냉매 금속관 및 이를 구비하는 초전도 케이블 | |
| CN215527327U (zh) | 新能源储能用液冷型大电流充电电缆 |