RU2546644C1

RU2546644C1 - POWER CABLE RATED TO 6-35 kV

Info

Publication number: RU2546644C1
Application number: RU2013144832/07A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Иванович Мещанов; Михаил Юрьевич Шувалов; Михаил Кузьмич Каменский; Владимир Леонидович Овсиенко
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-10
Also published as: RU2013144832A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power cables with extruded polymer insulation intended for transmission and distribution of electric power at stationary electric plants at variable voltage of 50 Hz 6-35 kV at minus 40°C to plus 50°C and air relative humidity of up to 98% at plus 35°C. Cable phase comprises current conducting conductor 1, conducting shield over conductor 2, insulation of chemically cross-linked polyethylene or ethylene-propylene rubber 3 and conducting shield 4 over insulation. Note here that material of conducting shield sections 5 is oriented along electric field power lines. Similar sections 6 in insulation and sections 7 in conducting shield over insulation are located outside the sector angles, i.e. at flat and/or cylindrical shield sections. Note here that positions of said sections in all three elements of insulation system are shifted relative to each other.

EFFECT: higher reliability due to higher electric strength.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям кабелей силовых с экструдированной полимерной изоляцией, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках при переменном напряжении 6-35 кВ частотой 50 Гц при температуре от минус 40°C до плюс 50°C и относительной влажности воздуха до 98% при температуре плюс 35°C.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the construction of power cables with extruded polymer insulation, intended for the transmission and distribution of electrical energy in stationary electrical installations with an alternating voltage of 6-35 kV at a frequency of 50 Hz at a temperature from minus 40 ° C to plus 50 ° C and relative humidity up to 98% at a temperature of plus 35 ° C.

Известно, что при формировании полимерных изоляционных и электропроводящих слоев методом экструзии при изготовлении электрических кабелей, в частности силовых кабелей на напряжение от 6 до 35 кВ включительно, в указанных слоях в готовом изделии образуются участки, в которых полимерный материал ориентирован вдоль силовых линий электрического поля. В частности, это имеет место в зоне стыка двух потоков материала, поперечно обтекающих экранируемую и изолируемую жилу в экструзионной головке.It is known that during the formation of polymer insulating and electrically conductive layers by extrusion in the manufacture of electrical cables, in particular power cables for voltage from 6 to 35 kV inclusive, in these layers sections are formed in the finished product in which the polymer material is oriented along the electric field lines. In particular, this takes place at the junction of two streams of material transversely flowing around a shielded and insulated core in an extrusion head.

Данный факт имеет место практически для всех существующих технологий изготовления силовых кабелей. Исключения могут составлять лишь кабели, изготовленные с применением прямоточных, в частности конических экструдеров, однако данная технология из-за высокой сложности и стоимости не нашла применения при производстве силовых кабелей.This fact takes place for almost all existing technologies for manufacturing power cables. Only cables made using straight-through, in particular conical extruders can make exceptions, but this technology, due to its high complexity and cost, was not used in the production of power cables.

Указанные участки являются в электрическом отношении слабыми местами: локальная электрическая прочность данных участков в среднем в два раза ниже, чем электрическая прочность остальной части изоляционной системы (которая состоит из электропроводящего полимерного экрана по жиле, изоляции, и электропроводящего полимерного экрана по изоляции), в которой материал ориентирован преимущественно не параллельно силовым линиям электрического поля. Причины этого состоят в следующем. Изоляционный материал, обычно химически сшиваемый полиэтилен низкой плотности [или этиленпропиленовая резина], является аморфно-кристаллическим полимером. Ориентация материала вдоль поля означает выстраивание вдоль поля в процессе формирования изоляционного слоя при производстве кабеля цепочек относительно крупномасштабных кристаллических образований (зародышевых сферолитов) и одновременно - образования между этими цепочками вытянутых вдоль поля через весь изоляционный слой областей с повышенным содержанием аморфной фазы. Именно эти области и являются электрически слабыми.The indicated sections are electrically weak points: the local electric strength of these sections is on average two times lower than the electric strength of the rest of the insulation system (which consists of an electrically conductive polymer screen for core, insulation, and an electrically conductive polymer screen for insulation), in which the material is oriented mainly not parallel to the electric field lines. The reasons for this are as follows. The insulation material, typically chemically crosslinkable low density polyethylene [or ethylene propylene rubber], is an amorphous crystalline polymer. Orientation of the material along the field means alignment along the field during the formation of the insulating layer during cable production of chains of relatively large-scale crystalline formations (germinal spherulites) and, at the same time, the formation between these chains of regions elongated along the field through the entire insulating layer with a high content of the amorphous phase. It is these areas that are electrically weak.

Кроме того, в указанных областях (как в изоляционном, так и в электропроводящих слоях) с преимущественной ориентацией материала вдоль поля скапливаются дефекты в виде микроскопических частиц загрязнений, которые также снижают электрическую прочность кабеля.In addition, in the indicated areas (both in the insulating and in the electrically conductive layers), with the predominant orientation of the material along the field, defects accumulate in the form of microscopic contamination particles, which also reduce the electric strength of the cable.

Известен кабель силовой, содержащий три токопроводящие алюминиевые или медные жилы секторной формы, поверх каждой из которых последовательно наложены методом экструзии первый экран из электропроводящей полимерной композиции, изоляция из сшитой полиэтиленовой композиции, второй экран из электропроводящей полимерной композиции, при этом изолированные жилы скручены в сердечник, поверх которого последовательно расположены скрепляющий слой, металлический экран из медных проволок, соединенных спирально наложенной медной лентой, разделительный слой и экструдированная наружная оболочка, отличающийся тем, что радиус закругления первого экрана имеет величину в диапазоне от 2,5 до 3,6 мм (Патент РФ на полезную модель №128773, 2013).A power cable is known, containing three conductive aluminum or copper conductors of a sector shape, on top of each of which a first screen of an electrically conductive polymer composition is sequentially applied by extrusion, insulation is made of a cross-linked polyethylene composition, a second screen is of an electrically conductive polymer composition, while the insulated conductors are twisted into a core, on top of which a bonding layer is arranged successively, a metal screen made of copper wires connected by a spirally imposed copper tape, section Tel'nykh layer and outer extruded sheath, characterized in that the radius of curvature of the first screen has a value in the range of 2.5 to 3.6 mm (Russian utility model patent №128773, 2013).

В данном кабеле электрическое поле распределено более равномерно, чем в других известных конструкциях, например в конструкции согласно патенту РФ на полезную модель №50338, 2005 г. Однако и в этом кабеле максимальные значения напряженности электрического поля имеют место вблизи мест закругления экрана по жиле, то есть на «углах» сектора. Но в этих же местах расположены области электропроводящих и изоляционного слоев, в которых соответствующие материалы ориентированы преимущественно вдоль силовых линий поля.In this cable, the electric field is distributed more evenly than in other known structures, for example, in the design according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 50338, 2005. However, in this cable, the maximum values of the electric field strength occur near the curvature of the screen along the core, then there are at the "corners" of the sector. But at the same places are areas of electrically conductive and insulating layers, in which the corresponding materials are oriented mainly along the field lines of the field.

Вследствие этого области «углов» сектора оказываются менее электрически прочными, поскольку в этих областях одновременно и изоляционная система кабеля оказывается более электрически слабой, и напряженности поля - наибольшие.As a result of this, the areas of the “corners” of the sector turn out to be less electrically strong, since in these areas the cable insulation system is also more electrically weak and the field strengths are greatest.

Технический результат заключается в повышении электрической прочности, а значит, и надежности кабеля.The technical result is to increase the electrical strength, and hence the reliability of the cable.

Технический результат достигается тем, что в кабеле, содержащем три токопроводящие алюминиевые или медные жилы секторной формы, поверх каждой из которых последовательно наложены методом экструзии первый экран из электропроводящей полимерной композиции, изоляция из сшитой полиэтиленовой композиции или этиленпропиленовой резины, второй экран из электропроводящей полимерной композиции, при этом изолированные жилы скручены в сердечник, поверх которого последовательно расположены скрепляющий слой, экран из металлических проволок, соединенных спирально наложенной медной лентой, разделительный слой и экструдированная наружная оболочка, участки изоляционного слоя с преимущественной ориентацией материала вдоль силовых линий электрического поля расположены вне углов образованных секторов, т.е. на их плоских и/или на цилиндрических, с большим радиусом кривизны, участках, в которых напряженность электрического поля ниже, чем в углах.The technical result is achieved in that in a cable containing three conductive aluminum or copper conductors of a sector shape, on top of each of which a first screen of an electrically conductive polymer composition is sequentially applied by extrusion, insulation is made of a cross-linked polyethylene composition or ethylene-propylene rubber, a second screen is made of an electrically conductive polymer composition, at the same time, the isolated conductors are twisted into a core, over which a bonding layer, a screen of metal wires, are connected in series In this case, a spiral layer of copper tape, a separation layer and an extruded outer shell, sections of the insulating layer with a predominant orientation of the material along the electric field lines are located outside the corners of the formed sectors, i.e. on their flat and / or cylindrical, with a large radius of curvature, areas in which the electric field is lower than in the corners.

Дальнейшее повышение электрической прочности обеспечивается за счет того, что участки экранов из электропроводящих полимерных композиций с преимущественной ориентацией материала вдоль силовых линий электрического поля расположены вне углов образованных секторов со смещением их местоположения относительно участков изоляции с преимущественной ориентацией материала вдоль силовых линий электрического поля.A further increase in electric strength is provided due to the fact that the sections of the screens of electrically conductive polymer compositions with a predominant orientation of the material along the electric field lines are located outside the corners of the formed sectors with a shift in their location relative to the insulation sections with the preferred orientation of the material along the electric field lines.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором экранированная и изолированная жила (фаза) кабеля показана в разрезе.The invention is illustrated in the drawing, in which a shielded and insulated core (phase) of the cable is shown in section.

Фаза кабеля содержит токопроводящую жилу 1, электропроводящий экран по жиле 2, изоляцию из химически сшитого полиэтилена или этилен-пропиленовой резины 3, электропроводящий экран по изоляции 4, причем участки 5 электропроводящего экрана по жиле, в которых материал ориентирован вдоль силовых линий электрического поля, аналогичные участки 6 в изоляции и участки 7 в электропроводящем экране по изоляции расположены вне углов сектора, т.е. на плоских и/или цилиндрическом его участках, и при этом положения указанных участков во всех трех элементах изоляционной системы смещены друг относительного друга.The phase of the cable contains a conductive core 1, a conductive screen along the core 2, insulation made of chemically cross-linked polyethylene or ethylene-propylene rubber 3, an electrical conductive screen over insulation 4, and sections 5 of the conductive screen along the core, in which the material is oriented along electric field lines, similar sections 6 in isolation and sections 7 in the electrically conductive screen for insulation are located outside the corners of the sector, i.e. on its flat and / or cylindrical sections, and the positions of these sections in all three elements of the insulation system are offset relative to each other.

[Применение данного технического решения повышает электрическую прочность кабеля на 25-30%].[The application of this technical solution increases the electric strength of the cable by 25-30%].

Claims

1. Power cable containing three conductive aluminum or copper conductors of a sector shape, on top of each of which a first screen of an electrically conductive polymer composition is sequentially laid by extrusion, insulation is made of a cross-linked polyethylene composition or ethylene-propylene rubber, a second screen is of an electrically conductive polymer composition, while the insulated conductors twisted into a core, on top of which a bonding layer is arranged successively, a metal screen of copper wires connected spirally imposed copper tape, the separation layer and the extruded outer shell, characterized in that the sections of the insulating layer with the predominant orientation of the material along the electric field lines are located outside the corners of the formed sectors.

2. The cable according to claim 1, characterized in that the sections of the screens of electrically conductive polymer compositions with a predominant orientation of the material along the electric field lines are located outside the corners of the formed sectors with a shift in their location relative to the insulation sections with the preferred orientation of the material along the electric field lines.