Токопровод
Изобретение относится к средствам передачи электроэнергии от источника тока к его потребителю, в частности к токопроводу, который предназначен для использования в электротехнике и строительстве. Токопровод содержит трубчатый проводник 1, вокруг которого концентрично и последовательно от его центра расположены следующие слои изоляции: внутренний полупроводящий слой 2 из этиленвинилацетата, изоляционный слой 3 из этиленпропиленового каучука, наружный полупроводящий слой 4 из этиленвинилацетата, слой 5 эпоксидной смолы, отвержденной до состояния упругости и гибкости, в котором расположен заземляющий элемент 6, выполненный в виде медной перфорированной обечайки, и слой защитной оболочки 7, при этом все слои и заземляющий элемент соединены между собой и сжаты защитной оболочкой усилиями, направленными к центру токопровода. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции токопровода и повышение его надежности. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Данное техническое решение относится к средствам передачи электроэнергии от источника тока к его потребителю, в частности к токопроводам. Оно предназначено для использования в электротехнике и строительстве.
Из зарубежной патентной документации известна слоистая конструкция токопровода, состоящая по крайней мере из трех экструдированных слоев материала на основе полимера, в котором промежуточный слой (4) между первым слоем (3) и вторым слоем (5) раздвоенно связан с первым слоем (3) и полностью связан со вторым слоем (5) таким образом, что второй слой (5) вместе с промежуточным слоем (4) легко отделяется от первого слоя (3). Изобретение относится к изолированному электрическому кабелю, в котором слоистая конструкция образована соосными слоями вокруг проводника - сердечника (1), при этом первый слой (3) является внутренним слоем изоляционного материала, промежуточный слой (4) выполнен либо из изоляционного материала, либо из полупроводящего экранирующего материала, а второй наружный слой (5) выполнен из полупроводящего экранирующего материала. Предпочтительно, чтобы дополнительный слой (4) из полупроводящего экранирующего материала располагался между проводником - сердечником (1) и первым слоем (US 4767894А, 30.08.1988, В32В15/02).
В патентном документе US 4767894А конструкция токопровода включает проводник круглого сечения, расположенный в первом слое (3), первый слой имеет толщину, которая больше толщины второго слоя, а слой (5) является защитным слоем, расположенным вокруг промежуточного слоя (4) и покрывающий слой (4) так, что слой (5) образует собой по сути защитную рубашку.
В описании US4767894А содержится также, что токопровод имеет три слоя материалов на основе полимеров, экструдируемых вокруг электрического проводника, причем два смежных слоя полимерных слоев скрепляются друг с другом, при этом для применений со средним и высоким напряжением кабель обычно содержит проводник с центральной жилой, коаксиально окруженной (в последовательном порядке) полупроводящим полимерным экранирующим слоем, полимерным первичным изоляционным слоем и внешним полупроводниковым полимерным экраном, а также покровным изоляционным слоем, покрывающий изоляцию. Может также присутствовать внешний металлический проводник (например, нейтральный проводник), перекрывающий или встроенный во внешнее полупроводящее экранирование, выполненный, например, в виде плетеных проводов или металлической ленты. Кабель также может быть снабжен усиливающим покрытием и дополнительными слоями для обеспечения, например, защиты от атмосферных воздействий или повышенной механической прочности. Предпочтительно, кольцевые поверхности полимерных слоев являются гладкими и концентрическими. Слои предпочтительно формируются путем экструзии. Внутренний полупроводящий полимерный экранирующий слой, полимерный первичный изоляционный слой и вышележащий полупроводящий экранирующий слой электрического кабеля образуют коаксиальную слоистую структуру и могут наноситься на металлический проводник с использованием технологий экструзионного покрытия, хорошо известных в данной области техники. Один или несколько слоев в слоистой структуре могут быть сшиты между собой. Преимущественно, для сращивания или заделки кабелей внешний полупроводящий экранирующий слой должен быть относительно легко отделен от первичного изоляционного слоя, оставляя мало или совсем не проводящий остаток, прилипший к первичной изоляции и не повреждающий поверхность первичной изоляции. Тем не менее, внешний полупроводящий экранирующий слой должен быть в достаточной степени связан с первичной изоляцией, чтобы эти два слоя не разделялись во время монтажа и эксплуатации, а также для исключения проникновения между слоями загрязняющих веществ, таких как воздух или вода. Комбинации первичных изолирующих материалов и полупроводящих экранирующих материалов, имеют желаемые характеристики взаимного сцепления/разделения. Однако такие ламинированные комбинации материалов, которые были разработаны в предшествующем уровне техники, страдают от недостатка, заключающегося в том, что они обычно требуют использования полупроводящего материала, имеющего относительно высокую стоимость и/или плохие физические, химические или механические свойства. Например, если используемый полупроводящий экранирующий слой является относительно твердым, часто довольно трудно отделить его от первичной изоляции, и, возможно, придется использовать ручной инструмент для прорезания полупроводящего экранирующего слоя до первичной изоляции для того чтобы облегчить удаление. Использование такого инструмента для прорезания полупроводящего экранирующего слоя может привести к повреждению внешней поверхности первичной изоляции. Если полупроводящий экранирующий слой является относительно мягким, он может иметь тенденцию разрываться при снятии с первичной изоляции. В соответствии с описываемым аналогом токопровод содержит, по меньшей мере, три экструдированных слоя материала на основе полимера, причем промежуточный слой между первым слоем и вторым слоем скреплен с первым слоем и полностью связан со вторым слоем, так что второй слой вместе с практически всем промежуточным слоем легко удаляется с первого слоя. Предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает изолированный кабель, содержащий проводник электрического сердечника и экструдированный, по существу, соосно, вокруг проводника слоистую конструкцию, содержащую, по меньшей мере, три слоя материала на основе полимера, отличающийся тем, что первый слой является внутренним слоем и представляет собой слой изолирующего материала, промежуточный слой, который представляет собой слой полупроводящего экранирующего материала или изолирующего материала, при этом второй слой представляет собой внешний слой полупроводящего экранирующего материала, причем промежуточный слой скрепляется с первым слоем и полностью связан со вторым слоем, так что внешний полупроводящий экранирующий материал вместе, по существу, со всем промежуточным слоем легко отделяется от изолирующего материала. Изолированный кабель может дополнительно содержать дополнительный слой из полупроводящего экранирующего материала между проводником электрического сердечника и первым слоем изоляционного материала. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения изоляционный материал первого слоя обычно выбирают из хорошо известных первичных изоляционных материалов, включающих, например, полиэтилен, сополимеры полиэтилена, EPR или EPDM, причем этот материал предпочтительно является сшитым. Слой, который содержит внешний слой полупроводящего экранирования в предпочтительном варианте осуществления (то есть второй слой), предпочтительно является сшитым и может быть изготовлен из любой подходящей полимерной композиции, которая способна полностью связываться с промежуточным слоем. Примерами полимеров, подходящих для использования при получении второго слоя, являются полиэтилен низкой плотности, линейный полиэтилен низкой плотности, сополимер этилена/ винилацетата, сополимер этилена/этилакрилата, полиэтилен высокой плотности, EPDM и смеси этих материалов. Как указано выше, первый слой изоляционного материала и второй слой полупроводящего экранирования предпочтительно выполнены из сшиваемых материалов. Таким образом, материалы на полимерной основе, которые готовят для использования в качестве первого и/или второго слоев, представляют собой, например, пероксидно-сшиваемые композиции, содержащие основной полимер и пероксидно-сшивающий агент. Подходящие полимеры для первого и/или второго слоя также включают модифицированные силилом полимеры, которые сшиваются при обработке катализатором конденсации вода/силанол. Модифицированные силилом полимеры включают, например, сополимеры этилена с ненасыщенными силановыми соединениями; привитые полимеры, полученные прививкой ненасыщенных гидролизуемых силановых соединений на полиэтилен или другие подходящие полимеры; или полимеры, которые имеют гидролизуемые группы, введенные в них путем переэтерификации. В случае, когда полимерная композиция, используемая при изготовлении первого и/или второго слоя, содержит силилмодифицированный полимер, композиция предпочтительно содержит подходящее количество катализатора конденсации силанола. Когда желательно использовать силильный модифицированный полимер, его можно получить в процессе экструзии, например, с использованием хорошо известного процесса Monosil, в котором основной полимер подают в экструдер с композицией, содержащей инициатор пероксидной прививки, гидролизуемый ненасыщенный силан и катализатор конденсации силанола. Предпочтительно, один и тот же способ сшивания используется для каждого уровня, так что требуется только один этап сшивания, например, все слои пероксидно-сшиты или все силаны сшиты. Чтобы сделать композицию для второго слоя полупроводящей, необходимо включить в композицию электропроводящий материал. Использование технического углерода в полупроводящих экранирующих композициях хорошо известно в данной области техники, и любой такой технический углерод в любой подходящей форме может быть использован. Промежуточный слой, используемый в настоящем изобретении, может представлять собой либо полупроводящий слой, либо изолирующий слой. Существенным признаком настоящего изобретения является то, что материал промежуточного слоя выбирается таким образом, чтобы он был способен полностью связываться со вторым слоем, но образовывал удаляемую связь с первым слоем. Соответственно, выбор подходящего материала для промежуточного слоя зависит, прежде всего, от природы первого и второго слоев и в незначительной степени от процесса изготовления кабеля. Полимерными композициями, обладающими желаемыми характеристиками пропускаемости, подходящими для изготовления промежуточного слоя, являются, например, этилен/винилацетатный сополимер, этилен/этилакрилатный сополимер, акрилонитрильные каучуки, сплавы вышеуказанных полимеров или смеси этих сополимеров с полиэтиленом низкой плотности или линейные полиэтилен низкой плотности. Композиция, которая, как было обнаружено, особенно подходит для использования в качестве промежуточного слоя, представляет собой смесь, содержащую этилен / винилацетатный сополимер и акрилонитрильный каучук. Предпочтительно содержание винилацетата в такой композиции составляет по меньшей мере 28 мас.% в расчете на общую массу этилен/ винилацетатного сополимера и акрилонитрильного каучука и предпочтительно составляет от 30 до 45 мас.%. Если требуется, чтобы промежуточный слой был полупроводящим, необходимо включить в композицию электропроводящий материал, такой как, например, технический углерод. Такие полупроводящие композиции имеются в продаже, например, материалы, продаваемые BP Chemicals под торговыми наименованиями BPH 310ES и BPH 315ES. Однако особенностью настоящего изобретения является то, что слой, который склеивается с изоляционным слоем в электрическом кабеле, не обязательно должен быть полупроводящим материалом.Подходящие композиции для использования в качестве промежуточного слоя, которые не являются полупроводящими, также имеются в продаже, например, этилен/винилацетатные сополимеры; EVATENE, поставляемый ICI/ATO, LEVAPREN, поставляемый Bayer & Co, OREVAC, поставляемый ATO, и ESCORENE, поставляемый Esso Chemicals, торговыми марками которых являются EVATENE, LEVAPREN, OREVAC и ESCORENE. Материал на основе полимера, используемый в качестве промежуточного слоя, может быть сшиваемым. Отношение толщины второго слоя к толщине промежуточного слоя предпочтительно находится в диапазоне от 10:1 до 1:1. Для универсального кабеля среднего напряжения и высокого напряжения абсолютная толщина промежуточного слоя обычно находится в диапазоне от 0,01 до 2,0 мм, предпочтительно от 0,1 до 0,5 мм. Как указано выше, промежуточный слой предпочтительно является сшитым. Однако относительно тонкий слой материала на основе полимера предпочтителен, как в настоящем изобретении, причем этот слой содержит пероксидный сшивающий агент, может иметь тенденцию к к предварительному сшиванию. В варианте осуществления настоящего изобретения первый и второй слои содержат пероксидный сшивающий агент, материал на основе полимера, используемый в качестве промежуточного слоя, сам по себе не содержит пероксидного сшивающего агента, но сшивается путем диффузии сшивающего агента из первого и второго слоя. Изоляционный слой и полупроводниковый слой могут быть нанесены на кабель обычными способами, например, методом тандемной экструзии или соэкструзии. Предпочтительно первый, промежуточный и второй слои являются одновременно соэкструдированными. Предпочтительно кабель в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления содержит проводник с металлическим сердечником, окруженный дополнительным слоем полупроводящего экранирования, причем первый, промежуточный и второй слои одновременно экструдируют на этот дополнительный полупроводящий слой. Предпочтительный дополнительный слой полупроводящего экранирующего материала между проводником и первым слоем изоляционного материала может быть обычным материалом. Удобно, когда предпочтительный дополнительный слой полупроводящего экранирующего материала имеет тот же состав, что и внешний слой (то есть второй слой) полупроводящего экранирующего слоя. Изолированный кабель в соответствии с настоящим изобретением может иметь другие обычные слои, такие как, например, нейтральный проводник, бронированное покрытие и покрытия, защищающие от атмосферных воздействий. Конструкция изоляции кабеля по настоящему изобретению обеспечивает множество преимуществ по сравнению с обычной изоляцией кабеля. При этом могут быть использованы в качестве полупроводящего материала для слоя 2 в сравнительном кабеле и слоев 2 и 5 в примере 1, имеющие состав: ЕАОС сополимер - 61,22 мас.ч.; сажа (класс P) - 37,78 весовых мас. частей; антиоксидант (DQA) - 0,4 весовых мас. части; перекисный отвердитель - 0,9 мас.частей, при этом сополимер EEA, представляющий собой этилен/этилакрилатный сополимер, полученный методом полимеризации высокого давления, катализируемой свободными радикалами. Он имеет содержание этилакрилата около 18 мас.%, индекс расплава около 6 и плотность 0,93. DQA представляет собой дигидротриметилхинолин. Далее - (б) изоляционный материал, используемый в качестве слоя 3 как в сравнительном кабеле, так и в примере 1, является коммерчески доступным материалом, поставляемым BP Chemicals под торговым обозначением HFDM 4201, имеющим состав: ПЭВД - 97,92 мас.ч.; антиоксидант - 0,18 мас.ч.; пероксидный отвердитель (пероксид дикумила) - 1,9 мас.ч. ПЭНП представляет собой полиэтилен низкой плотности с индексом расплава 2,0 и плотностью 0,92, полученный способом, катализируемым свободными радикалами высокого давления. Далее - (c) снимаемый полупроводящий материал: слой 4 как в сравнительном кабеле, так и в примере 1, представляет собой коммерчески доступный продукт, поставляемый BP Chemicals под торговым названием BPH 315ES Black, содержащий сополимер этилена/винилацетата, содержащий 45 мас.% винилацетата и имеющий плотность 0,985, вязкость по Муни 20 (ML4'-100°C), акрилонитрильный каучук, сажу, пероксидный отвердитель и обычные добавки (US4767894A, 30.08.1988).
Известен токопровод, содержащий медный или алюминиевый сердечник, залитые в упаковочное вещество или композицию, содержащую эпоксидную смолу, вводимую под высоким давлением. Сердцевина, образованная проводниками, встроенными в упаковочное вещество, окружена слоем полупроводникового полиэтилена, выполненного путем добавления порошка углерода. Указанный слой из полупроводникового полиэтилена окружен изоляционным полиэтиленом. Далее расположен алюминиевый или медный экран с продольными гофрами. Промежутки между наружной поверхностью полиэтиленового изолятора и гофрами экрана заполнены веществом того же состава, что и вещество, окружающее проводники, при этом кабель может дополнительно иметь внешнюю оболочку, усиленную стальной проволокой (US4435613A, H01B1/24, 06.03.1984 – аналог).
Также в описании заявки EP3421523A1 на выдачу патента «Реактивная композиция на основе этиленвинилацетата» представлен пример кабеля для среднего напряжения 6-36 кВ и высокого напряжения больше 36 кВ, в котором электрический проводник покрыт внутренним полупроводниковым слоем, за которым следует изолирующий слой, затем внешний полупроводниковый слой, за которым следует необязательный слой или слои, например, водобарьерный слой (слои), и наружный слой (слои), образующие оболочку. Слои кабеля обычно основаны на различных типах этиленовых полимеров. Изолирующий слой и полупроводниковые слои обычно состоят из гомо-и/или сополимеров этилена, которые предпочтительно являются поперечно-сшитыми. ПЭНП (полиэтилен низкой плотности, то есть полиэтилен, полученный радикальной полимеризацией при высоком давлении), сшитый пероксидом, например, перекись дикумила. Внутренний полупроводниковый слой обычно содержит этиленовый сополимер, такой как этилен-винилацетатный сополимер (EVA), этиленметилакрилатный сополимер (EMA), этиленэтилакрилатный сополимер (EEA), этилен-бутилакрилатный сополимер (EBA), сшивающий агент (например, пероксид) и достаточное количество и тип проводящего наполнителя, чтобы сделать композицию полупроводниковой. Состав внешнего полупроводникового слоя может отличаться от состава внутреннего полупроводникового слоя в зависимости от того, должен ли он иметь возможность удаляться или быть несъемным. Помимо того, что слои являются полупроводниковыми, желательно чтобы внешний полупроводниковый слой отделялся от изолирующего слоя для облегчения соединения двух концов кабеля. Эта способность к удалению достигается путем придания внешнему полупроводниковому слою большей полярности (например, с помощью полярного полимера, такого как ЭВА), чем у нижележащего изолирующего слоя, и сшивания внешнего полупроводникового слоя. В патенте описан пример токопровода с полупроводниковым слоем, содержащим композицию на основе ацетилвинилацета. Кроме того, полимерная композиция может дополнительно содержать добавки, такие как антиоксиданты, антипирены, агенты, модулирующие сшивание (например, бустеры или ингибиторы), стабилизаторы, технологические добавки, смазывающие вещества, компатибилизаторы, разделяющие агенты, антипирены, акцепторы кислот, неорганические наполнители, стабилизаторы напряжения, добавки для улучшения водостойкости или их смеси (EP3421523A1, 02.01.2019).
В другом токопроводе, содержащем оболочку из первого материала и разделительную прокладку, нанесенную на оболочку из второго материала, отличного от первого материала, и оболочку из третьего материала, при этом разделительный слой выполнен из сшитого второго материала и расположен между оболочками. Разделительный слой может состоять из УФ-отверждаемого второго материала. в качестве второго материала может быть использован акрилат. Толщина слоя находится в диапазоне по меньшей мере от 10 мкм и предпочтительно до 100 мкм, причем толщина слоя находится, в частности, в диапазоне от 20 мкм до 70 мкм и особенно в диапазоне от 30 мкм до 40 мкм, в качестве первого материала используется, по меньшей мере, один термопластичный материал, который выбран из группы, состоящей из сшитого полиэтилена (PE-X), полипропилена (PP), сшитого этиленвинилацетата (EVA) и поливинилхлорида (ПВХ). В качестве третьего материала используется по меньшей мере один термопластичный эластомер (ТПЭ), который выбран из группы, состоящей из ТПЭ-О, ТПЭ-S и ТПЭ-U. Токопровод может содержать множество линейных элементов, каждый из которых имеет покрытие, нанесенное на разделительный слой оболочки, и который совместно окружен оболочкой. По, меньшей мере, один линейный элемент может быть выполнен в виде сердечника с внутренним проводником и оболочкой. Сшиваемый второй материал наносят на корпус для формирования разделительного слоя, а затем отверждают, а затем наносят оболочку. Разделительный слой отверждают ультрафиолетовым излучением. В качестве линейных элементов используются сердечники с внутренним проводником и оболочкой, причем множество проводов подготавливают с разделительным слоем, а затем объединяют несколько проводов и окружают оболочкой (WO2018197365A1, 01.11.2018).
Известен также токопровод, содержащий проводники, расположенные в слоях изоляции, при этом токопровод оснащен полупроводниковым слоем (14) вокруг проводников, высоковольтным изоляционным корпусом (15), наружным полупроводниковым слоем (16), защитным слоем (17) и оболочкой (18). Высоковольтная изоляция (15) состоит из изолирующей композиции, содержащей 0,5-5 частей по массе неорганического наполнителя по отношению к 100 частям по массе олефинового полимера, а средний дисперсионный диаметр зерна неорганического наполнителя составляет 1 мкм и менее указанного значения (WO2010090034А1, 12.08.2010).
Известен также токопровод (варианты), содержащий, по меньшей мере, пару токоведущих проводников, расположенных в общем массиве электроизоляции на основе эпоксидной смолы, в массиве электроизоляции выполнены сквозные отверстия, которые расположены последовательно по длине токопровода между проводниками. Токопровод имеет решетчатые защитные экраны, которые расположены снизу и сверху токопровода и каждый защитный экран имеет пару сходящихся к середине экрана наклонных граней, простирающихся вдоль токопровода наклонно по отношению к продольной оси токопровода. Токопровод содержит профильные элементы, имеющие первый и второй желоба для крепления защитного экрана, а также Т-образный паз для крепления токопровода к опорам строительных конструкций (RU634919С1, 08.11.2017 – аналог).
Известен токопровод, разработанный компанией РТК-ЭЛЕКТРО-М, который содержит изготовленную из алюминиевой трубы, или из медной трубы, или из прутка токопроводящую шину, на наружной поверхности шины расположен слой графита, вокруг которого намотаны проводящие ток слои из проводящей бумаги, а между проводящими слоями намотаны изолирующие ток слои из изолирующей бумаги, при этом на последнем проводящем слое намотан алюминиевый слой из алюминиевой фольги, на котором наложены медные полосы из медной фольги, расположенные с противоположных сторон шины, на медные полосы намотан слой изолирующей бумаги, на который в средней части секции надета термоусадочная гибкая труба, на каждой концевой части секции расположена концевая термоусадочная гибкая труба, надетая внахлест на среднюю термоусадочную трубу, все указанные слои из бумаги, зазоры между слоями и зазоры между термоусадочными трубами заполнены отвержденной эпоксидной смолой, соединения между термоусадочными трубами выполнены герметичными, вокруг термоусадочных труб расположена защитная стальная труба, а все упомянутые слои секции, расположены по длине шины между фланцами ее контактов. В секции выполнен заземляющий контакт, соединенный с указанными медными полосами, при этом заземляющий контакт расположен на наружной поверхности стальной защитной трубы. В секции выполнен заземляющий контакт, соединенный с указанными медными полосами, при этом заземляющий контакт расположен на наружной поверхности любой термоусадочной трубы. Шина из алюминиевой трубы имеет толщину стенки 15-25 мм, а шина из медной трубы имеет толщину стенки 10-20 мм. Изолирующий слой выполнен из крепированной крафт-бумаги с удельным весом в пределах 100-120 г/м2 при толщине ее слоя 0,15-0,5 мм. Эпоксидная смола выбрана с пластификатором, обеспечивающим постоянство вязкости смолы при температуре 20-80°С и ее поэтапное отверждение при постепенном возрастании температуры до 130-150°С. Каждая концевая термоусадочная труба имеет свойство термоусадки, уменьшающее ее диаметр при нагреве, при этом указанное свойство концевой трубы выше свойства термоусадки средней термоусадочной трубы. На места соединений между термоусадочными трубами наклеена герметизирующая лента из полиизобутилена (RU 2439764 C1, 10.01.2012 – близкий аналог).
Известен токопровод производства компании РТК-ЭЛЕКТРО-М, содержащий токоведущую шину круглого сечения, покрытую слоем твёрдой изоляции различной толщины в зависимости от уровня напряжения, при этом внутри слоя изоляции расположены полупроводящие слои и заземляющий слой (Яндекс. РТК-ЭЛЕКТРО-М. Токопроводы российского производства типа ТПЛ. Устройство. Конструкции токопроводов, 2018 – близкий аналог).
Известен токопровод, содержащий расположенный в полупроводящих слоях изоляции проводник, расположенный снаружи полупроводящих слоев заземляющий слой, при этом все слои токопровода расположены в отвержденной изоляции (Яндекс. Конструкции токопроводов. Конструкция литого токопровода ТПЛ производства компании RTK-ELEKTRO-M. Конструкция секции токопровода, Machinеpedia. оrg., 04.05.2013 – близкий аналог).
Известна секция токопровода, разработанная компанией РТК-ЭЛЕКТРО-М, решающая задачу повышения огнестойкости секции в условиях чрезмерного нагрева, содержащая расположенную в электроизоляции токоведущую шину с контактами на концах, заземляющий экран, который охватывает электроизоляцию шины, и металлический кожух с наружным огнезащитным покрытием, при этом между металлическим кожухом и заземляющим экраном расположен огнезащитный слой из отвержденного композитного материала, включающего связующее и вспучивающийся наполнитель, образующий в огнезащитном слое пустоты при температурном воздействии на секцию. Толщина огнезащитного слоя находится в пределах 3,0-25 мм. Композитный материал содержит в качестве связующего эпоксидную смолу с отвердителем, а в качестве наполнителя - вспучивающийся графит при соотношении, мас.%: графит 5-60, смола - остальное. Вспучивающийся графит выбран с размерами частиц 0,5-0,8 мм (RU2610478С1, 13.02.2017 – прототип).
Общими признаками прототипа и заявленного токопровода чвляются такие признаки, что токопровод, выполнен из расположенного в слоях изоляции трубчатого проводника, расположенного в слоях изоляции соединенных между собой и концентрично расположенных вокруг проводника, последовательно от центра проводника.
Прототип не отвечает новым требованиям, предъявляемым к токопроводам по параметрам защищенности от влаги и воды, эластичности изоляционного материала, влияющего на требуемую монтажную гибкость токопровода и качество его монтажа.
Другим недостатком прототипа является сравнительно высокая трудоемкость изготовления токопровода, связанная с трудоемкими процессами образования изоляционного слоя. Вышеизложенные недостатки связаны прямо и косвенно с качеством токопроводов и их надежностью в работе.
Техническим результатом представленного в данном описании изобретения является упрощение конструкции токопровода и повышение его надежности.
Технический результат получен токопроводом, выполненным из расположенного в слоях изоляции трубчатого проводника, расположенного в слоях изоляции соединенных между собой и концентрично расположенных вокруг проводника, последовательно от центра проводника, причем на наружной поверхности проводника расположен внутренний полупроводящий слой из этиленвинилацетата, на внутреннем полупроводящем слое расположен изоляционный слой из этиленпропиленового каучука, на изоляционном слое расположен наружный полупроводящий слой из этиленвинилацетата, на котором расположен слой эпоксидной смолы отвержденной до состояния ее упругости и гибкости, в слое эпоксидной смолы расположен заземляющий элемент, выполненный в виде медной перфорированной обечайки, снаружи на слое эпоксидной смолы расположена охватывающая под давлением на этот слой защитная оболочка, причем все слои токопровода и заземляющий элемент соединены между собой и сжаты защитной оболочкой усилиями, направленными к центру токопровода. Защитная оболочка выполнена из термоусадочного материала и образует наружный слой токопровода. Защитная оболочка выполнена из термоусадочного материала и расположенного на ней снаружи трубчатого элемента из немагнитного металла.
Проводник имеет толщину стенки в пределах 7,0-25 мм, при его внутреннем диаметре в пределах 25-50мм, внутренний и наружный полупроводящие слои имеют толщину 0,2-2,0 мм, а изоляционный слой имеет толщину в пределах 5-30мм.
Внутренний и наружный полупроводящие слои выполнены из этиленвинилацетата, имеющего в своем составе: этилен, мас.% – 60-90, винилацетат, мас.% –10-40.
Изоляционный слой выполнен из этиленпропиленового каучука, имеющего в своем составе: этилен, мас. % – 60-80, пропилен, мас.% – 40-20 и диен, мас.% - 3-5.
Данный токопровод повышает устойчивость его работы в условиях повышенной влажности, эластичность изоляционного слоя и других слоев, работающих в условиях повышенных температур до 150°С и качество токопровода, исключающего полупроводящие слои внутри изоляции, что в результате исключает расслаивание слоев токопровода и, в итоге, повышает его надежность.
На фиг.1 показан токопровод в поперечном разрезе для его использования внутри помещений.
На фиг.2 показан токопровод в поперечном разрезе для его использования в незащищенной естественной среде (вне помещений).
Токопровод (фиг.1), предназначенный для его использования в закрытых помещениях, является условно внутренним токопроводом. Этот токопровод содержит медный или алюминиевый трубчатый проводник 1, расположенный в слоях изоляции, которые соединены между собой и концентрично расположены от центра проводника 1 в наружную сторону. Проводник 1 выполнен из алюминиевой или медной трубы, при этом алюминиевая труба имеет толщину стенки в пределах 10-25 мм, а медная труба имеет толщину стенки в пределах 7-20 мм. Для указанных проводников наружный диаметр токопровода находится в пределах 50,0-100,0 мм и его базовым определяющим размером является внутренний диаметр dп трубчатого проводника 1. Данный диаметр определяет размеры внутренней полости проводника, которая оказывает влияние на его работу. Вокруг трубчатого проводника 1 концентрично расположены (последовательно от центра проводника) – внутренний полупроводящий слой 2 толщиной 0,2-2,0 мм, изготовленный из этиленвинилацетата, имеющего в своем составе - этилен 60-90 мас.% и винилацетат 10-40 мас.%, далее изоляционный слой 3 толщиной 5-30мм, который выполнен из этиленпропиленового каучука, имеющего в своем составе - этилен мас. % - 60-80, пропилен, мас.% - 40-20 и диен, мас.% - 3-5, затем наружный полупроводящий слой 4, выполненный из этиленвинилацетата, имеющего в своем составе этилен, мас.% - 60-90 и винилацетат 10-40 мас.%. (Диен - непредельные алифатические углеводороды).
За наружным полупроводящим слоем 4 расположен слой 5 из отвержденной эпоксидной смолы, в котором расположен заземляющий элемент 6, выполненный в виде медной перфорированной обечайки. Снаружи слой 5 из отвержденной эпоксидной смолы плотно охвачен защитной оболочкой 7. Все слои токопровода находятся в отвержденном статическом состоянии. Проводник 1, все слои токопровода и заземляющий элемент 6 соединены между собой путем сцепления их смежных поверхностей между собой и сжаты защитной оболочкой 7 усилиями, направленными к центру токопровода. Сжатие осуществлено с целью обеспечения заданной плотности взаимодействующих между собой слоев токопровода. Данные усилия сжатия получены в процессе изготовления токопровода. Для этого защитная оболочка 7 выполнена из термоусадочного материала, в исходном положении (перед его применением в процессе изготовления токопровода) имеющего форму рукава, образующего при его нагреве и последующем охлаждении прочный и твердый слой защитной оболочки токопровода. Токопровод (фиг.2) предназначен для его использования вне закрытых помещений и в этой связи он является наружным токопроводом. Этот токопровод имеет все признаки токопровода, показанного на фиг.1, при этом токопровод наружного применения (фиг.2) выполнен с двумя защитными слоями, один из которых является вышеописанной защитной оболочкой 7 из термоусадочного материала, а второй слой 8 изготовлен из трубы, выполненной из немагнитного металла. Этот слой 8 расположен вокруг защитной оболочки 7 и является наружным защитным слоем токопровода.
Работает токопровод следующим образом. При пропускании тока по токопроводу он нагревается, расширяется, удлиняется, подвергается известным механическим, температурным, химическим и гидравлическим нагрузкам, при этом в процессе работы токопровода выравнивается электрическое поле в материале изоляционного слоя 3, имеющего толщину 5-30мм из этиленпропиленового каучука, содержащего этилен 60-80 мас. % и пропилен 40-20 мас.%. Благодаря выравниванию электрического поля в материале изоляционного слоя, в местах окончания внешнего полупроводящего слоя электрическое поле также выравнивается, что оказывает положительное влияние на повышение надежности работы токопровода. Использование в качестве изоляции не гигроскопичного, твердого и эластичного диэлектрика с повышенной теплостойкостью, позволяет исключить расслаивание слоев токопровода, обеспечить герметичность слоев в местах их соединений, исключить пробой изоляции вследствие попадания и проникновения влаги внутрь изоляции, а также исключает влияние на работу токопровода погрешностей некачественного монтажа за счет облегчения процесса формирования трассы токопровода. При этом материал изоляционного слоя, рассчитанный на указанный температурный предел изоляции, исключает вероятность пробоя изоляционного слоя, который, как показывает практика, в значительной мере возникает вследствие нарушения условий эксплуатации, или вследствие некачественного монтажа.
Конструкция токопровода, имеющая упрощенную структуру позволила сократить трудоемкость его изготовления за счет использования в токопроводе более эластичного изоляционного материала и отсутствия в нем внутренних полупроводящих слоев. При этом упрощенная конструкция позволила изготавливать более эффективно прямолинейные протяженные заготовки, торцевать его на секции. После на секции монтируются заземляющий элемент и термоусадочный рукав, который затем нагревают и охлаждают, а при необходимости монтируют на каждой секции металлическую оболочку. После проведенных операций секции токопровода сгибают в соответствии с конфигурацией трассы, обрабатывают концы проводников и изоляции, которые после обработки соединяют друг с другом. Более простая конструкция токопровода позволила существенно повысить его надежность за счет исключения влияния множества конструктивных элементов на работу токопровода.
1. Токопровод, выполненный из расположенного в слоях изоляции трубчатого проводника, расположенного в слоях изоляции, соединенных между собой и концентрично расположенных вокруг проводника последовательно от центра проводника, отличающийся тем, что на наружной поверхности проводника расположен внутренний полупроводящий слой из этиленвинилацетата, на внутреннем полупроводящем слое расположен изоляционный слой из этиленпропиленового каучука, на изоляционном слое расположен наружный полупроводящий слой из этиленвинилацетата, на котором расположен слой эпоксидной смолы, отвержденной до состояния ее упругости и гибкости, в слое эпоксидной смолы расположен заземляющий элемент, выполненный в виде медной перфорированной обечайки, снаружи на слое эпоксидной смолы расположена охватывающая под давлением на этот слой защитная оболочка, причем все слои токопровода и заземляющий элемент соединены между собой и сжаты защитной оболочкой усилиями, направленными к центру токопровода.
2. Токопровод по п.1, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена из термоусадочного материала и образует наружный слой токопровода.
3. Токопровод по п.1, отличающийся тем, что защитная оболочка выполнена из термоусадочного материала и расположенного на ней снаружи трубчатого элемента из немагнитного металла.
4. Токопровод по п.1, отличающийся тем, что проводник имеет толщину стенки в пределах 7,0-25 мм при его внутреннем диаметре в пределах 50-100 мм, внутренний и наружный полупроводящие слои имеют толщину 0,2-2,0 мм, а изоляционный слой имеет толщину в пределах 5-30 мм.
5. Токопровод по п.1, отличающийся тем, что внутренний и наружный полупроводящие слои выполнены из этиленвинилацетата, имеющего в своем составе, мас.%: этилен – 60-90, винилацетат – 10-40.
6. Токопровод по п.1, отличающийся тем, что изоляционный слой выполнен из этиленпропиленового каучука, имеющего в своем составе, мас. %: этилен – 60-80, пропилен – 40-20 и диен - 3-5.
