RU220205U1 - Кабель шахтный с термостойкой бронёй - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к кабельной отрасли электротехнической промышленности, а именно к конструкциям силовых шахтных кабелей. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надёжности шахтного кабеля на напряжение до 10 кВ для прокладки по горизонтальным, наклонным и вертикальным выработкам в шахтах. Технический результат достигается тем, что силовой кабель содержит токопроводящие жилы, на каждую из которых последовательно наложены внутренний экран из электропроводящей сшиваемой полимерной композиции, высокомодульная резиновая изоляция, экран по изоляции из электропроводящей сшиваемой полимерной композиции, металлический экран и защитный покров. Защитный покров состоит из внутренней оболочки, наложенной поверх скрученных токопроводящих жил, брони и наружной оболочки. Причем броня выполнена из алюминиево-циркониевого сплава повышенной термокоррозионностойкости, содержащего в составе помимо алюминиевой основы цирконий в пределах 0,20÷0,42% и магний не менее 0,01%. 7 з.п. ф-лы.

Description

Полезная модель относится к кабельной отрасли электротехнической промышленности, а именно, к конструкциям силовых шахтных кабелей, предназначенных для прокладки по горизонтальным, наклонным и вертикальным выработкам в шахтах на номинальное переменное напряжение 6000 и 10000 В частотой 50 Гц и до 380 В на вспомогательных жилах.

Из предшествующего уровня техники известен наиболее близкий аналог (прототип) – Кабель силовой одножильный, содержащий токопроводящую жилу, поверх которой последовательно наложены слои, а именно первый электропроводящий экран, изоляция, второй электропроводящий экран, слой из электропроводящей ленты, металлический экран, разделительный слой и внутренняя оболочка, кроме того, поверх внутренней оболочки либо наложена наружная оболочка, либо последовательно наложены броня из проволок алюминия или алюминиевого сплава и наружная оболочка, при этом упомянутая изоляция выполнена из этиленпропиленовой резины с усиливающим гидрофобным наполнителем, а упомянутые первый и второй электропроводящие экраны выполнены из этиленпропиленовой резины, содержащей сажу (патент RU № 148883 «Кабель силовой одножильный», М.кл. H01B 9/02, опубликованный 20.12.2014).

Признаки известного кабеля, совпадающие с признаками заявленной полезной модели, заключаются в выполнении кабеля с изоляцией, двумя электропроводящими экранами из этиленпропиленовой резины (в частных случаях исполнения), металлическим экраном, внутренней и наружной оболочками и бронёй из алюминия или алюминиевого сплава.

Причиной, препятствующей получению в известном техническом решении технического результата, который обеспечивается заявленной полезной моделью, является выполнение шахтного кабеля многожильным с бронёй из термокоррозионностойкого алюминиево-циркониевого сплава с содержанием в составе помимо алюминиевой основы циркония в пределах 0,20÷0,42% и магния не менее 0,01%.

Техническая задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в необходимости разработки конструкции кабеля силового шахтного, обеспечивающей высокую надёжность эксплуатации кабеля на напряжение до 10 кВ при прокладке по горизонтальным, наклонным и вертикальным выработкам в шахтах.

Техническим результатом, обеспечиваемым предложенной полезной моделью, является повышение эксплуатационной надёжности шахтного кабеля на напряжение до 10 кВ для прокладки по горизонтальным, наклонным и вертикальным выработкам в шахтах за счёт применения защитного покрова, содержащего термокоррозионную броню из алюминиево-циркониевого сплава, указанного состава.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что кабель силовой шахтный содержит три основные, скрученные между собой токопроводящие жилы, на каждую из которых последовательно наложены внутренний экран из электропроводящей сшиваемой полимерной композиции, резиновая изоляция, экран по изоляции из электропроводящей сшиваемой полимерной композиции, металлический экран и защитный покров, состоящий из внутренней оболочки, наложенной поверх скрученных токопроводящих жил, брони и наружной оболочки, при этом броня выполнена из алюминиево-циркониевого сплава повышенной термокоррозионностойкости, содержащего в составе помимо алюминиевой основы цирконий в пределах 0,20÷0,42% и магний не менее 0,01%.

Кроме того, шахтный кабель дополнительно может содержать одну или несколько вспомогательных жил, покрытых резиновой изоляцией и скрученных вокруг резинового жгута или неизолированную жилу заземления, а внутренняя и наружная оболочки выполнены либо из безгалогенной полимерной композиции, либо из поливинилхлоридной композиции пониженной пожароопасности.

Анализ аварий на шахтах показывает, что наиболее часто воспламенение метановоздушной смеси происходит из-за повреждения силового кабеля.

Надёжность эксплуатации шахтного кабеля обуславливается условиями его эксплуатации, т.е. сохранением работоспособности кабеля при воздействии внешних факторов, характерных для шахт, в том числе в горизонтальных, наклонных и вертикальных выработках. Это такие внешние факторы как повышенные температуры, воздействие агрессивных жидкостей, высокие нагрузки на несущие конструкции кабеля при вертикальной или наклонной прокладке в шахтах. Указанная броня обеспечивает высокую надёжность всей кабельной линии благодаря снижению нагрузки на несущие конструкции при вертикальной или наклонной прокладке в шахтах за счёт в несколько раз меньшего удельного веса алюминиевого-циркониевого сплава, по сравнению с оцинкованной сталью. Капеж, падающие куски угля и породы в стволе, вибрация, происходящая вследствие движения скипов и клетей, воздействие высоких температур, возрастающих при больших глубинах, воздействие агрессивных газов и жидкостей, разъедают и разрушают кабель. Неправильное крепление кабеля в стволе приводит к перегрузке за счет собственного веса, достигающей большой величины при значительной глубине ствола. Обычные алюминиевые сплавы не выдерживают таких нагрузок, при длительной работе при температурах выше 100÷150°С проволоки из таких сплавов со временем рекристаллизуются, т.е. теряют свою прочность и становятся «полностью отожженными». Для решения этой проблемы в броне предложенной полезной модели используется термокоррозионностойкий алюминиево-циркониевый сплав, содержащий в составе помимо алюминиевой основы, цирконий в пределах 0,20÷0,42% и магний не менее 0,01%. Основной путь повышения прочности и термостойкости брони из алюминиевого сплава – легирование цирконием, обладающего пластичностью и устойчивостью к коррозии. Оптимальное содержание циркония в пределах 0,20÷0,42% необходимо для формирования когерентных частиц Al₃Zr , частицы обеспечивают хорошую термостойкость и препятствуют развитию рекристаллизационных процессов при повышенных температурах. Завышенное содержание циркония приводит к выделению первичных частиц Al₃Zr, которые ухудшают технологичность сплава и приводят к растрескиванию материала в процессе дальнейшей деформации. Легирование сплава цирконием менее 0,2% приводит к ухудшению термостойкости. Следовательно, добавка циркония в указанных пределах повышает термостойкость алюминиевого сплава и длительную эксплуатацию шахтного кабеля без потери прочности при растяжении, а многокомпонентный состав с добавкой магния в количестве не менее 0,01% и циркония в указанных пределах делает алюминиевый сплав коррозионно-стойким в агрессивных средах. Оболочки кабеля также являются необходимым конструктивным элементом, влияющим на достижение общего технического результата, поскольку обеспечивают обязательную в шахтных условиях защиту кабеля от внешних механических и вредных воздействий.

Таким образом, использование в предложенной полезной модели брони из алюминиево-циркониевого сплава повышенной термокоррозионностойкости, содержащего в составе помимо алюминиевой основы цирконий в пределах 0,20÷0,42% и магний в количестве не менее 0,01% играет важную роль в обеспечении надёжности эксплуатации шахтного кабеля за счёт существенного облегчения удельного веса кабеля (по сравнению с шахтными кабелями бронированных стальными оцинкованными проволоками и лентами), обеспечения защиты шахтного кабеля от воздействия высоких температур и воздействия агрессивных сред за счёт термокоррозионностойкости используемого в броне алюминиево-циркониевого сплава (по сравнению с алюминием и не термокоррозионностойкими алюминиевыми сплавами) и в совокупности с оболочками кабеля решает поставленную техническую задачу для заявленной конструкции шахтного кабеля и приводит к заявленному техническому результату.

Для защиты силового кабеля и повышения его надёжности в процессе эксплуатации используются также технические решения, направленные на введение в конструкцию кабеля защитных элементов, которые при повреждении его оболочки способны дать опережающий сигнал на отключение до электрического пробоя изоляции. Для этого используют в качестве защитных элементов вспомогательные жилы кабелей для цепей управления и контроля. Такое решение повышает надёжность эксплуатации кабеля. Использование неизолированной жилы заземления отводит статическое электричество для исключения воспламенения агрессивной газовоздушной смеси от электростатических искр. Полностью защитить кабель только при помощи вспомогательной жилы (жил) и жилы заземления невозможно, но во многих случаях эти технические решения способны предотвратить развитие аварии и в совокупности с другими существенными признаками способны значительно повысить надёжность эксплуатации силового шахтного кабеля и решить поставленную техническую задачу. Полученный технический результат (надёжность эксплуатации кабеля в шахтах) является следствием использования защитного покрова в конструкции шахтного кабеля, содержащего термокоррозионную броню из алюминиево-циркониевого сплава.

Заявляемая конструкция шахтного кабеля содержит основные металлические многопроволочные токопроводящие жилы круглой или секторной формы, которые для продольной герметизации могут быть покрыты водоблокирующими нитями или лентами. На основные токопроводящие жилы последовательно наложены внутренний экран из электропроводящей сшиваемой полимерной или резиновой композиции, изоляция, например, из высокомодульной этиленпропиленовой резины и наружный экран из электропроводящей сшиваемой полимерной или резиновой композиции. В конструкции могут присутствовать одна или несколько изолированных этиленпропиленовой резиной или высокомодульной этиленпропиленовой резиной вспомогательных жил, скрученных вокруг резинового сердечника. Поверх скрученных вспомогательных жил может быть наложена оболочка из резины. В конструкции может присутствовать неизолированная жила заземления в центре кабеля или в пространстве между основными изолированными жилами, расположенная с обеспечением контакта с металлическими экранами основных токопроводящих жил, жила заземления может быть расщеплена. Поверх экрана по изоляции кабелей с круглыми жилами, поверх сердечника кабелей с секторными жилами наложен слой из ленты/лент электропроводящей бумаги или электропроводящей полимерной ленты, электропроводящего нетканого полотна или электропроводящей водоблокирующей ленты. Поверх слоя электропроводящих лент наложен экран из медных проволок, поверх которых спирально накладывается медная лента. Экранированные основные жилы, изолированная вспомогательная жила или предварительно скрученные вспомогательные жилы, или вспомогательные жилы, расположенные в межфазном пространстве, и жила заземления должны быть скручены до круга в сечении. Все токопроводящие жилы скручены с заполнением промежутков между ними негигроскопичным волокнистым или полимерным материалом, либо материалом на основе резины, в том числе не распространяющей горение, либо герметизирующими элементами в виде водоблокирующих лент или нитей. Поверх скрученных жил может быть наложена скрепляющая обмотка из полимерных нитей или лент полимерного или волокнистого материала, также может присутствовать разделительный слой из ленты крепированной или кабельной бумаги, или полипропиленовой ленты, или ленты нетканого полотна, или прорезиненной ткани или в виде электропроводящей водоблокирующей ленты. Внутренняя и наружная оболочки выполнены из материалов с пониженной пожароопасностью или из материалов, не содержащих галогенов. Поверх внутренней оболочки накладывается броня. Броня выполнена из проволок алюминиево-циркониевого сплава повышенной термокоррозионностойкости, содержащего в составе помимо алюминиевой основы, цирконий в пределах 0,20÷0,42% и магний не менее 0,01%.

Изготовление кабеля осуществляется на базе известного кабельного оборудования и стандартных технологий. Процесс изготовления включает такие операции, как волочение проволоки на волочильных машинах, скрутку токопроводящей жилы на крутильных машинах для скрутки токопроводящих жил. Изоляция, токопроводящие полимерные экраны, внутренняя и наружная оболочки накладываются методом экструзии. Броня выполнена методом спирального наложения проволоки из алюминиево-циркониевого сплава.

Конструкция заявленной полезной модели успешно опробована в условиях производства.

Claims (8)

1. Кабель силовой шахтный на напряжение до 10 кВ, содержащий три основные скрученные между собой токопроводящие жилы, на каждую из которых последовательно наложены внутренний экран из электропроводящей сшиваемой полимерной композиции, высокомодульная резиновая изоляция, экран по изоляции из электропроводящей сшиваемой полимерной композиции, металлический экран и защитный покров, состоящий из внутренней оболочки, наложенной поверх скрученных токопроводящих жил, брони и наружной оболочки, отличающийся тем, что броня выполнена из алюминиево-циркониевого сплава повышенной термокоррозионностойкости, содержащего в составе помимо алюминиевой основы цирконий в пределах 0,20÷0,42% и магний не менее 0,01%.

2. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит вспомогательную жилу, покрытую резиновой изоляцией.

3. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит группу скрученных вокруг резинового жгута вспомогательных жил, каждая из которых покрыта резиновой изоляцией.

4. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит неизолированную жилу заземления.

5. Кабель по пп. 1-4, отличающийся тем, что жилы скручены в сердечник вокруг резинового жгута.

6. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что поверх экрана по изоляции наложена обмотка из полупроводящей ленты.

7. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя и наружная оболочки выполнены из безгалогенной полимерной композиции.

8. Кабель по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя и наружная оболочки выполнены из поливилхлоридной композиции пониженной пожароопасности.