RU2650195C2

RU2650195C2 - Underwater coaxial connector

Info

Publication number: RU2650195C2
Application number: RU2016109039A
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Михайлов
Original assignee: Валерий Михайлович Михайлов; ООО "Конструкторское бюро "Энергодвижение"
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2018-04-11
Also published as: RU2016109039A

Abstract

FIELD: electrical equipment.

SUBSTANCE: invention relates to electrical equipment, namely to underwater electric cables to a diver performing under water works connecting devices, for example, of the subsea sub-ice arrangement of oil and gas fields technical facilities system single-core cables connection. Connector consists of cable and modular parts. Connector cable part is inserted into the modular part and fixed in it by a push mechanism. Conductive medium remnants removal is performed by the mobile insulator displacement, before its displacement, flushing of the internal conductive and external insulating volumes cavities and their filling with an insulating liquid are performed.

EFFECT: invention provides creation of the connector enabling stable operation at a voltage of up to 6 kV, a current of up to 500 A and allowing connection and disconnection of parts under water.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, именно к устройствам для подсоединения подводных электрических кабелей водолазом, выполняющим работы под водой, например для подсоединения одножильных кабелей комплекса технических средств подводно-подледного обустройства нефтегазовых месторождений.The invention relates to electrical engineering, namely to devices for connecting underwater electric cables to a diver performing work underwater, for example, for connecting single-core cables of a complex of technical means for underwater-under-ice arrangement of oil and gas fields.

Имеется герметичный электрический соединитель кабелей (патент RU 1640756), содержащий две ответные части, соединенные между собой электрическими контактами, разъем которых герметизирован эластичным кожухом, охватывающим уплотнительные пояски корпусов каждой ответной части. Герметичный корпус выполнен полым с продольным разъемом и его полость закрыта с торцов крышками, в одной из которых установлены электрические контакты, а в центральном ступенчатом отверстии другой крышки размещены кабель и его эластичный герметизатор, причем в полости корпуса с осевой фиксацией установлен барабан, на периферийной и упорной поверхностях которого выполнены каналы с размещенными в них проводами кабеля, огибающими барабан. Разъемные плоскости корпуса герметизированы эластичным уплотнительным элементом, выполненным в виде двух соосно расположенных колец, соединенных между собой двумя шнурами, при этом кольцевые части уплотнительного элемента расположены по торцовому сопряжению корпуса и крышки, а шнуры - по продольному разъему корпуса.There is a sealed electrical cable connector (patent RU 1640756), containing two mating parts interconnected by electrical contacts, the connector of which is sealed with an elastic casing, covering the sealing belts of the bodies of each mating part. The sealed case is hollow with a longitudinal connector and its cavity is closed at the ends by covers, in one of which electrical contacts are installed, and in the central step hole of the other cover there is a cable and its elastic sealant, and a drum is mounted in the cavity of the case with axial fixing, on the peripheral and the persistent surfaces of which channels are made with cable wires placed in them enveloping the drum. The detachable planes of the housing are sealed with an elastic sealing element made in the form of two coaxially arranged rings interconnected by two cords, while the annular parts of the sealing element are located at the end mating of the housing and the cover, and the cords are located along the longitudinal connector of the housing.

Приведенная конструкция рассчитана на небольшие токи и не обеспечивает соединение кабелей под водой. The above design is designed for small currents and does not provide cable connections under water.

Имеется электрический разъем (патент RU 1679572), предназначенный для соединения высоковольтных кабелей в условиях повышенного гидростатического давления, состоящий из двух герметично соединенных частей, каждая из которых содержит корпус, изолятор с центральным отверстием и контактные штыревые элементы и гнездовой контактный элемент. Контактный элемент представляет собой стержень, на торцах которого выполнены контактные гнезда, имеющие радиальные выступы на внутренней поверхности. Штыревой контактный элемент снабжен пазами на наружной поверхности, взаимодействующими при сочленении разъема с радиальными выступами гнезд. Стержень герметично соединен с торцами изоляторов и образует с ними и с внутренними стенками корпусов полость, заполненную диэлектрической жидкостью или газом с высоким коэффициентом теплопроводности.There is an electrical connector (patent RU 1679572) designed to connect high-voltage cables under high hydrostatic pressure conditions, consisting of two hermetically connected parts, each of which contains a housing, an insulator with a central hole and contact pin elements and a socket contact element. The contact element is a rod, at the ends of which contact sockets are made having radial protrusions on the inner surface. The pin contact element is provided with grooves on the outer surface that interact when connecting the connector with the radial protrusions of the sockets. The rod is hermetically connected to the ends of the insulators and forms a cavity filled with a dielectric fluid or gas with a high coefficient of thermal conductivity with them and with the inner walls of the housings.

Приведенная конструкция не обеспечивает:The above design does not provide:

- развитую площадь контакта для обеспечения допустимой плотности тока;- developed contact area to ensure acceptable current density;

- необходимое усилие сжатия контактов, обеспечивающее разрушение окисной пленки в контакте при соединении под водой.- the necessary compression force of the contacts, ensuring the destruction of the oxide film in contact when connected under water.

Имеется электрический разъем (патент RU 1369669), предназначенный для работы в токопроводящей среде, содержащей вилку и розетку, герметично соединенные с кабелями, уплотнительный элемент на вилке и компенсатор изменения внутреннего давления, размещенный на корпусе розетки. В корпусе розетки со стороны сочленения установлено диэлектрическое кольцо с коническим отверстием, а штырь выполнен подпружиненным относительно корпуса вилки и связан эксцентриковыми тягами с корпусом розетки. There is an electrical connector (patent RU 1369669), designed to work in a conductive medium containing a plug and a socket, hermetically connected to the cables, a sealing element on the plug and an internal pressure change compensator located on the socket body. A dielectric ring with a conical hole is installed in the socket housing on the articulation side, and the pin is spring-loaded relative to the plug housing and connected by eccentric rods to the socket housing.

Приведенная конструкция рассчитана на небольшие плотности тока.The above design is designed for low current densities.

Целью изобретения является создание разъема, обеспечивающего стабильную работу при напряжении до 6 кВ, токе до 500 А и допускающего соединение и рассоединение частей под водой.The aim of the invention is to create a connector that ensures stable operation at voltages up to 6 kV, current up to 500 A and allowing connection and disconnection of parts under water.

Основной технической проблемой при создании высоковольтных мощных быстроразъемных соединителей является обеспечение изоляции токоведущих жил от проводящей окружающей среды – морской воды.The main technical problem when creating high-voltage powerful quick-disconnect connectors is the isolation of current-carrying conductors from a conductive environment - sea water.

Предлагаемая конструкция разъема состоит из кабельной и блочной частей. Кабельная часть представлена на фиг. 1. Электрическое соединение жилы кабеля 1 с коаксиальным контактом - розеткой 2 осуществляется с помощью сегментного прижима 3 и винтов 4. Розетка запрессована в корпус 5 из изоляционного материала. Кабель в оболочке вместе с корпусом 5 установлен в корпусе 6. Уплотнение оболочки кабеля в корпусе 6 осуществлено с помощью уплотнения 7 и гайки 8. Корпус 6 представляет сборную конструкцию, состоящую из стального фланца с запрессованным в него цилиндром из изоляционного материала, фланец служит для восприятия усилий при включении и выключении контакта и обеспечивает необходимый ресурс изделия.The proposed connector design consists of cable and block parts. The cable portion is shown in FIG. 1. The electrical connection of the cable core 1 with a coaxial contact - socket 2 is carried out using the segment clamp 3 and screws 4. The socket is pressed into the housing 5 from insulating material. The cable in the sheath together with the housing 5 is installed in the housing 6. The sealing of the cable sheath in the housing 6 is carried out by means of a seal 7 and a nut 8. The housing 6 is a prefabricated structure consisting of a steel flange with a cylinder of insulating material pressed into it, the flange serves for perception efforts when turning on and off the contact and provides the necessary resource of the product.

Блочная часть соединителя (фиг. 2) состоит из изоляционного корпуса 9, в который запрессованы металлические втулки 10, с помощью которых блочная часть соединителя крепится к корпусу. Вилка представляет собой набор ламелей 11, собранных на расклинивающем узле, удерживаемых пружинной вставкой 16 и соединенных с аксиальным проводником 17 гибкими токопроводящими перемычками 13. Набор ламелей по наружному диаметру ограничен электропроводящей оболочкой, состоящей из цилиндра 14 с формованными гофрированными участками. Во внутреннем отверстии корпуса вилки установлен стержень аксиального механизма зажатия контакта 17 с шариками 15. В цилиндрической внутренней проточке корпуса установлен передвижной изолятор 18 с манжетами 19, который служит для вытеснения объема остатков морской воды и промывочной жидкости из зоны контакта и создания изоляционных барьеров на пути проводник - окружающая среда.The block part of the connector (Fig. 2) consists of an insulating body 9 into which metal bushings 10 are pressed in, with which the block part of the connector is attached to the body. The plug is a set of lamellas 11, assembled on a proppant assembly, held by a spring insert 16 and connected to the axial conductor 17 by flexible conductive jumpers 13. The set of lamellas is limited in outer diameter by an electrically conductive shell consisting of a cylinder 14 with molded corrugated sections. A rod of an axial mechanism for clamping contact 17 with balls 15 is installed in the inner hole of the plug housing. A movable insulator 18 with cuffs 19 is installed in the cylindrical inner groove of the housing, which serves to displace the volume of residual sea water and washing liquid from the contact zone and create insulating barriers to the conductor - Environment.

На фиг. 3 показано соединение разъема в промежуточном состоянии, перед приведением разъема в состояние, обеспечивающее изоляцию токоведущих частей от окружающей среды. Конструкция соединения в «замкнутом» состоянии приведена на фиг. 4. Контактный механизм, каналы и компенсаторы баростатирования с внешней средой, привод выдвижного контакта на чертежах условно не показаны.In FIG. Figure 3 shows the connection of the connector in an intermediate state, before bringing the connector into a state that provides isolation of live parts from the environment. The design of the connection in the “closed” state is shown in FIG. 4. The contact mechanism, channels and barostat expansion joints with the external environment, the sliding contact drive are not conventionally shown in the drawings.

Соединение кабельной и блочной частей контактов производится следующим образом.The connection of the cable and block parts of the contacts is as follows.

Кабельная часть разъема вставляется в блочную часть и фиксируется в ней нажимным механизмом (условно не показан). Заведение кабельной части в блочную часть осуществляется в два этапа. На первом этапе до сжатия уплотнительного кольца 20 и разделения объемов производится промывка внутреннего объема контактной зоны, удаление ионов и заполнение объема контактной части разъема изоляционной жидкостью. Дальнейшее увеличение силы поджатия кабельной части к блочной части разъема обеспечивает разделение и герметизацию объемов контактной зоны и изоляционной зоны. Смещение передвижного изолятора 18 по ранее промытой поверхности и дальнейшее механическое удаление уплотняющими манжетами 19 остатков солей морской воды обеспечивает необходимый изоляционный промежуток. Смещение изолятора производится давлением в полости изолятора исполнительным механизмом (условно не показан). Остатки промывочного нейтрализующего раствора через дренажный клапан (условно не показан) сбрасываются в окружающую среду. Далее включается зажимной аксиальный механизм, обеспечивая контакт ламелей вилки и розетки. Ламели прижимаются к мембране, мембрана прижимается к коаксиальному контакту розетки, тем самым разъем приведен в рабочее замкнутое состояние. Мембрана может быть изготовлена из меди с никелированием поверхности. Возможно изготовление мембраны из нержавеющей хромоникелевой стали.The cable part of the connector is inserted into the block part and fixed in it by a push mechanism (not shown conditionally). The establishment of the cable part in the block part is carried out in two stages. At the first stage, before compression of the sealing ring 20 and separation of volumes, the internal volume of the contact zone is washed, ions are removed, and the volume of the contact part of the connector is filled with insulating liquid. A further increase in the force of compression of the cable part to the block part of the connector provides separation and sealing of the volumes of the contact zone and the insulation zone. The displacement of the movable insulator 18 along the previously washed surface and the further mechanical removal by the sealing cuffs 19 of the residual salts of sea water provides the necessary insulating gap. The insulator is displaced by pressure in the insulator cavity by an actuator (not shown conditionally). The rest of the wash neutralizing solution through the drain valve (not shown conditionally) is discharged into the environment. Next, the clamping axial mechanism is activated, providing contact between the lamellas of the plug and the outlet. The lamellas are pressed against the membrane, the membrane is pressed against the coaxial contact of the socket, thereby the connector is brought into a working closed state. The membrane can be made of nickel-plated copper. It is possible to manufacture a membrane made of stainless chromium-nickel steel.

Наличие нержавеющей вставки в контактной зоне незначительно увеличивает контактное сопротивление, но повышает надежность конструкции. Возможно использование других материалов, отвечающих требованиям коррозионной стойкости и низким обрастанием микроорганизмами. The presence of a stainless insert in the contact zone slightly increases contact resistance, but increases the reliability of the design. It is possible to use other materials that meet the requirements of corrosion resistance and low fouling by microorganisms.

Коаксиальный контакт кабельной части разъема – розетка изготавливается из меди с покрытием из никеля, но может быть и биметаллическим.Coaxial contact of the cable part of the connector - the socket is made of copper with a nickel coating, but it can also be bimetal.

Claims

An electrical coaxial connector designed for operation in a conductive medium, comprising a block part in the form of a plug and a cable part hermetically connected to the cable in the form of a socket, characterized in that the plug-socket contact occurs through movable lamellas and a membrane, movable lamellas of the plug with effort mechanically pressed through the membrane to the socket contact and provide sufficient force to create the necessary contact in the connection; separation of the contact zone and the external conductive medium and the removal of residual conductive medium is carried out by moving the movable insulator; before moving it, the cavities of the insulating volumes are washed and filled with insulating liquid.