Гнучкий силовий кабель

Гнучкий силовий кабель, що містить основні, контрольні і заземлювальну жили, внутрішню і зовнішню оболонки, між якими прокладено броньоване обплетення, виконане з мідно-сталевих ниток, який відрізняється тим, що виконане з мідно-сталевих ниток броньоване обплетення має ромбоподібне переплетення, довжина сторони якого становить не більше 2,5-4,0мм, а гострий кут біля вершини - не більше 37-63°, при цьому виконані розщепленими основні жили покладено симетрично навколо оболонки, у котру поміщено скручені розщеплену заземлювальну й контрольні жили, а з внутрішнього боку заглиблень між основними жилами укладено сепаратори, які сполучаються з оболонкою. Запропоноване технічне рішення належить до області електротехніки, зокрема до кабельної продукції, і спрямовано на створення гнучких силових кабелів з параметрами вибухопожежобезпеки. Такі кабелі знайдуть застосування у вугільній промисловості і в інших галузях, де є вибухонебезпечне середовище. Слід особливо зазначити, що розв'язання проблеми безпечного застосування електроенергії у вибухонебезпечному середовищі є дуже актуальним для вугільних шахт. У системі електропостачання гірничо-шахтного устаткування на цей час тільки електричні кабелі не мають спеціального виконання на рівні РВ (рудникове вибухозахищене) через складність виконання. Це обумовлено тим, що кабель неможливо помістити в металеву оболонку, не порушивши його гнучкості. До цього часу вибухозахищеність електричних кабелів досягалася створенням швидкодіючих електричних захистів, за допомогою яких можна було вчасно визначити і вимкнути пошкоджений кабель за час, що не перевищує Юмс. Проте реалізувати технічно випереджальне вимикання, тобто вимкнути до розвитку аварійної ситуації, поки не удалося. Відомий шахтний комбінований гнучкий силовий кабель типу CBDU Зх70+Зх 16+1 х 16+6x2,5+1 х 10 (виготовлювачзавод KABLO KLADNO, Чехія), що складається з: трьох жил перерізом 70мм2, які утворюють першу систему електропостачання напругою 1140В; трьох жил перерізом 16мм2, що утворюють другу систему електропостачання напругою 500В; захисної жили перерізом 16мм2 (використовується в мережах із заземленою нейтраллю); шести контрольних жил перерізом 2,5мм , поміщених у спільну оболонку, і однієї заземлювальної жили, перерізом 10мм , прокладеної уздовж осі осердя. Конструкція кабелю типу CBDU така: по осі прокладено осердя з поздовжнім отвором посередині, у якому прокладено заземлювальну жилу перерізом 10мм , навкруги цього осердя навито три силові жили перерізом 70мм 2 і скрутень контрольних жил в оболонці, а в торцевих частинах променів осердя покладено три силові й одна захисна жили перерізом 16мм2. Поверх скрутня жил накладено послідовно внутрішню та зовнішню оболонки. До достоїнств цього кабелю слід віднести: наявність двошарової оболонки, що забезпечує підвищені міцнісні характеристики кабелю; підвищення механічної міцності кабелю за рахунок демпфірувальних властивостей профільованого осердя; зниження механічних напруг між жилами внаслідок розподілу тиску основних жил на велику площу увігнутої поверхні осердя. Останнє підвищує стійкість кабелю до роздушувальних і ударних навантажень. Разом з тим відомому кабелю властиві такі недоліки: 00 CM со О) 9328 - застосування для ізоляції жил і внутрішньої оболонки пожежонебезпечних матеріалів. Матеріал оболонки є труднопальним, однак перебування кабелю в зоні відкритого вогню призведе до вигоряння оболонки й ізоляції жил до міді. Це спричинить к.з. між фазами; - недостатня гнучкість кабелю унаслідок твердого з'єднання внутрішньої та зовнішньої оболонок; - не передбачено матеріали і конструктивні рішення, що забезпечують вогнестійкість і вибухозахист кабелю; - прийняті форма та розміри профільованого осердя не враховують кількість жил у кабелі. Це призводить до зниження ефективності використання осердя й порушення геометричної стабільності жил другої лінії електропостачання; - асиметричне укладення контрольних жил щодо основних призводить до формування наведеної е.р.с. у колах керування, складених з контрольних і заземлювальної жил. Вплив наведеної е.р.с. викликає самовмикання схем керування і, отже, несанкціоноване вмикання машин [порушення вимоги п.5.8.6 Правил безпеки у вугільних шахтах ДНАОП 1.1.30-1.01.00 і п.2.8.19.3 "Нормативів з безпеки вибійних машин, комплексів та агрегатів". - Макіївка -Донбас. -1990р.]. Відомий броньований гнучкий кабель SCHRAEM-TENAX-Z [див. рекламні матеріали відділу гнучких кабелів акціонерного товариства "FELTEN & GUILLEAUME ENERGIETECHNIK AG", м. Кельн, Німеччина]. Кабель має три основні (силові), три контрольні й одну заземлювальну жили, а також один захисний провід. Основні та контрольні жили ізольовано термостійкою сумішшю EPR-3 G13 з особливо високими механічними властивостями. Заземлювальну жилу виконано в ізоляції із струмопровідної гумової суміші. Контрольні та заземлювальна жили розміщені в заглибленнях із зовнішньої сторони основних жил. Внутрішня оболонка охоплює всі жили і виконана з матеріалу з високими механічними властивостями. Захисний провід накладено поверх внутрішньої оболонки і виконано у вигляді броньованого обплетення з комбінованих мідносталевих ниток, поверх якого накладено захисну зовнішню оболонку. Достоїнством даної конструкції є стійкість кабелю при згинальних навантаженнях, а також навантаженнях на розрив і скручування. До недоліків кабелю, визначеного за прототип, слід віднести таке: - відсутність осердя і нерозщеплені жили призводить до того, що останні стикаються між собою малою площею і, отже, на них впливають великі зусилля; - асиметрично прокладені контрольні жили викликають наведену е.р.с. у колах керування, складених з використанням зазначених жил. Під час такого впливу стороннього джерела на схему керування можливо несанкціоноване вмикання машин, що призводить до небезпечних наслідків. У основу корисної моделі поставлено завдання зі створення гнучкого силового кабелю, у якому за рахунок нової конструкції захисного обплетення забезпечено можливість підвищити його вибухопожежобезпеку і, у остаточному підсумку, безпеку використання електроенергії в шахтах. Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що в гнучкому силовому кабелі, що містить основні, контрольні та заземлювальну жили, внутрішню і зовнішню оболонки, між якими прокладено броньоване обплетення, сплетене з комбінованих мідно-сталевих дротів, відповідно до корисної моделі, виконане з мідно-сталевих дротів броньоване обплетення має ромбоподібне переплетення, довжина сторони якого становить 2,5-4,0мм, а гострий кут біля вершини 37-63°, при цьому виконані розщепленими основні жили покладено симетрично навколо оболонки, у котру поміщено скручені розщеплену заземлювальну й контрольні жили, а з внутрішнього боку поглиблень між основними жилами укладено сепаратори, які сполучаються з оболонкою. У заявленій конструкції вперше реалізовано вибухозахист кабелю шляхом виготовлення обплетення з заданими параметрами проміжків, утворених переплетенням дротів. Одночасно за допомогою такого обплетення, виготовленого з мідних і сталевих дротів, досягається зміцнення кабелю й підвищення його механічної міцності. Підвищення міцності кабелю досягається також використанням профільованого осердя, виконаного складеним. На фігурі 1 наведено конструкцію запропонованого кабелю; на фігурі 2 - вигляд броньованого обплетення. Кабель містить шість основних жил 1, поміщених в ізоляцію 2, скрутень з контрольних 3 і заземлювальної 4 жил, укладених в оболонку 5, сепаратори 6, внутрішню оболонку 7, броньоване обплетення 8, зовнішню оболонку 9, складене профільоване осердя, утворене оболонкою 5 і сепараторами 6. Структура кабелю така: уздовж осі розміщено круглу оболонку 5, усередині якої укладено контрольні 3 і заземлювальні 4 жили, щодо оболонки 5 навито основні жили 1, а в заглиблення між цими жилами з боку оболонки 5 покладено сепаратори 6. На скрутень основних жил 1 накладено внутрішню оболонку 7, поверх якої послідовно накладено: броньоване обплетення 8 і зовнішню оболонку 9. Гострі кути у вершин ромба прийняті в діапазоні 37-63° вибираються залежно від виду деформацій, що діють на кабель. Якщо в процесі експлуатації кабелю переважає деформація розтягання, значення кута приймають убік зменшення, але не менше 37°. У тому випадку, коли кабель піддається вигину або крутінню, гострий кут необхідно збільшити, але не більше 63°. Довжина сторони ромба визначає розміри довжини осередків переплетення і щільність перекриття внутрішньої оболонки. Проведені експериментальні дослідження дозволили установити довжину сторони ромба в межах 2,5-4,0мм, що забезпечують достатню механічну міцність і безпеку кабелю відносно вибухопожежозахисту. Конструкція кабелю передбачає розщеплення основних жил, що дозволяє кожну фазу трифазної мережі утворювати за допомогою двох окремих 9328 проводів в ізоляції. У кабелі з розщепленими основними жилами досягається: підвищення гнучкості за рахунок зменшення діаметра кожної жили; поліпшення механічної та електричної міцності ізоляції; правильне й симетричне розташування жил у кабелі; підвищення на 15-20% струмового навантаження на жили (фази); зниження витрати міді за рахунок підвищення щільності струму в жилах меншого перерізу; зменшення зовнішнього діаметра кабелю; утруднення умов для виникнення режиму короткого замикання (к.з.) і його зниження внаслідок збільшеного опору кожного проводу, що складає основну жилу, порівняно з перерізом жили в цілому; краще заповнення структури кабелю разом із сепараторами; шунтування короткозамкненого контуру другими проводами жил, що знижує струм к.з. і обмежує час його дії. Розщеплена жила заземлення, уведена в спільний скрутень з контрольними жилами, дозволяє підвищити її механічну міцність. Розміщення круглої оболонки з контрольними і заземлювальною жилами уздовж осі кабелю і симетрично щодо основних жил, дозволяє виключити негативний вплив індукованої е.р.с. силового кола на кола керування гірничо-шахтним обладнанням, оскільки вони знаходяться в зоні нульового потенціалу електромагнітного поля, що виникає в результаті проходження струму в силовому колі. Сепаратори 6, уведені з внутрішньої сторони в заглиблення між основними жилами, стабілізують жили в кабелі і, тим самим, забезпечують їх геометричну стабільність, підвищену рухливість жил і поліпшують механічну міцність. Сепаратори і кругла оболонка, що сполучаються з контрольними і заземлювальною жилами, утворюють складене профільоване осердя, за допомогою якого досягається: підвищення механічної міцності основних жил за рахунок зниження на останні концентрованих навантажень; підвищення механічної міцності кабелю під час дії роздушувальних і ударних навантажень за рахунок демпферувальних властивостей осердя (ці властивості підсилюються розміщенням під круглою оболонкою контрольних і заземлювальної жил); геометрична стабільність жил у структурі кабелю; захист від механічного навантаження, що діє на кабель, за рахунок прокручування основних жил щодо круглої оболонки; погіршення умов для виникнення режиму к.з. Броньоване обплетення, прокладене між вну трішньою і зовнішньою оболонками, утворює вибухопожежобезпечний бар'єр у разі виникнення к.з. усередині кабелю або коли кабель піддається впливові зовнішнього джерела горіння. Крім того, броньоване обплетення істотно підвищує механічну міцність кабелю за рахунок забезпечення рухливості оболонок відносно одна одної. Воно робить кабель стійким до скручування і розтягання, а також забезпечує високу здатність кабелю до згинання. Зазначені властивості дозволяють використовувати кабель при роботі разом з кабелеукладачем тракового типу, який застосовується на шахтах. Загальне захисне обплетення, ізольоване від екранних шарів струмопровідних жил дозволяє ввести схемний контроль пошкодження зовнішньої оболонки кабелю і, тим самим, підвищити його безпечні властивості. Вибухозахист кабелю забезпечується: комірчастою формою броньованого обплетення, його механічною стійкістю під час дії динамічних навантажень, які виникають у режимі к.з.; дробленням дуги за рахунок комірчастості обплетення; зниженням швидкості поширення продуктів к.з.; підвищеною термостійкістю оплетки. Крім того, вибухобезпека кабелю визначається параметрами пакетного щілинного вибухозахисту, що забезпечує, по-перше, зниження температури продуктів к.з., а, по-друге, шлях уздовж кабелю для їх вихоДУ Експериментальними дослідженнями встановлено, що вибухобезпека кабелю на рівні РВ досягається наявністю обплетення, виготовленого переплетенням мідно-сталевих ниток із заданими параметрами переплетення. Одержані осередки мають форму ромба з стороною завдовжки не більше 2,5-4,0мм і гострим кутом не більше 37-63°. У запропонованій конструкції кабелю практично відсутній вільний об'єм, заповнений повітрям, який сприяє розвиткові дуги. Броньоване обплетення з заданими параметрами в сукупності з іншими елементами формує параметри щілинного вибухозахисту, які забезпечують вибухонепроникність кабелю відповідно до вимог ДСТ 22782.6 «Електроустаткування вибухозахищене з видом вибухозахисту «Вибухоненпроникна оболонка». Створення вибухопожежобезпечних кабелів на рівні РВ є важливим розв'язанням проблеми щодо забезпечення безпеки застосування електричної енергії в шахтах. 9328 Фіг. 1 ФІГ. 2 Комп'ютерна верстка Л.Литвиненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601