Кабель электрический

Изобретение относится к области электротехнической промышленности и может быть использовано в качестве силового электрического кабеля для питания электродвигателя погружного нефтяного насоса. Кабель содержит три токопроводящих жилы, первый, второй слои изоляции и слой оболочки, покрывающие каждую из жил, общие защитную подушку и бронепокров. Изоляция изготавливается из фторсополимеров, за счет чего термостойкость кабеля увеличивается до 230°С. Решается задача снижения веса кабеля, уменьшения геометрических размеров, повышения термостойкости. 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области электротехнической промышленности и может быть использовано в качестве силового электрического кабеля для питания погружаемого в скважину электрического устройства, в частности электродвигателя погружного нефтенасоса.

В настоящее время в электротехнической промышленности России и зарубежных государствах усилия разработчиков направлены на решение задачи по созданию силового кабеля, в частности для нефтехимической и газовой промышленности, обладающего уменьшенными размерами, сниженным весом и повышенной термостойкостью.

Известен кабель электрический, бронированный, который содержит три медные жилы, наложенный на них слой изоляции, поверх жил изоляции намотана защитная подушка и броня из профилированной стальной ленты. Между броней и защитной подушкой по боковой поверхности жил выполнен зазор, который обеспечивает компенсацию напряжений, возникающих при нагревании кабеля до 100-130°С (RU, патент 2154319, Н01В 7/29, 1998 г.).

Надежность кабеля, по сравнению с аналогами, повысилась, однако температурные режимы его эксплуатации в пластовой жидкости недостаточно высокие.

Также известен кабель, содержащий параллельно расположенные токопроводящие жилы, поверх каждой из которых расположен слой изоляции из полимерного материала, поверх которого нанесены с помощью спиральной намотки с перекрытием металлические ленты, имеющие полимерное покрытие и способные за счет этого спекаться в монолит. Поверх слоя из указанных лент в каждой жиле нанесена полимерная оболочка, и все жилы заключены с общую броню из металлических лент, наложенных спирально. Данная конструкция кабеля обеспечивает высокую степень защиты от механических воздействий, однако кабель обладает большим весом и недостаточно высокой термостойкостью (US, патент 4449013, Н01В 7/22, 1984 г.).

Известен также электрический кабель, используемый для питания электродвигателя нефтяного насоса, погружаемого в скважину, и являющийся наиболее близким аналогом. Кабель содержит три токопроводящие жилы, последовательно наложенные на них слои изоляции из композиции на основе полиэтилена высокой плотности, между слоями расположен дополнительный элемент изоляции из фторопластовых лент, при этом кабель имеет общую броню, наложенную на подушку.

Поставленная задача относительно существующих на момент подачи заявки аналогов решена: при температуре 110-150°С сопротивление изоляции и электрическая прочность у кабеля остается на исходном уровне (RU, патент 2109359, Н01В 7/18, 1998 г.).

Приведенные аналоги, однако, не соответствуют современным техническим требованиям, предъявляемым к силовым кабелям по весу, размеру, термостойкости.

Решаемая техническая задача заключается в разработке и создании силового кабеля, выдерживающего повышенные механические и термические нагрузки, а также в снижении его веса.

Достигаемый технический результат заключается в снижении веса кабеля, уменьшении габаритных размеров и повышении его термостойкости.

Указанный технический результат достигается тем, что кабель электрический содержит три токопроводящих жилы, расположенные параллельно в одной плоскости, причем каждая покрыта первым изоляционным слоем в виде полиимидно-фторопластовой пленки, соединенной с токопроводящей жилой спеканием, два других слоя: вторую изоляцию и оболочку, причем второй слой изоляции и оболочки выполнены из фторсополимера и соединены друг с другом и первым слоем изоляции экструзионно, защитную подушку, расположенную на последнем слое фторсоплимера и бронепокров, расположенный поверх защитной подушки, а также тем, что

полиимидно-фторопластовая пленка покрывает медную жилу с перекрытием 50%;

в качестве фторсополимера используют тетрафторэтилен с гексафторпропиленом;

в качестве фторсополимера используют поливинилиденфторид;

в качестве фторсополимера используют тетрафторэтилен с этиленом;

в качестве фторсополимера используют тетрафторэтилен с перфторалкилперфторвиниловыми эфирами;

второй слой изоляции выполнен толщиной 0,6-0,8 мм;

третий слой, оболочка, выполнен толщиной 0,9-1,1 мм;

защитная подушка выполнена из нетканого материала, например, из ленты термоскрепленного иглопробивного полотна;

лента расположена в три слоя;

первый слой ленты наложен поперек на три параллельно уложенные изолированные токопроводящие жилы, с перекрытием 10%, два других слоя - продольно, сверху и снизу первого слоя;

бронепокров, в виде металлической ленты с противозадирным профилем, наложен на защитную подушку с перекрытием 50%;

бронепокров выполнен лентой из оцинкованной стали;

бронепокров выполнен лентой из коррозийно-стойких сплавов;

противозадирный профиль имеет в сечении форму буквы «S»;

На чертеже приведена конструкция предлагаемого кабеля силового электрического. В данном примере конкретного выполнения кабель содержит три токопроводящих жилы 1, расположенные параллельно в одной плоскости, первый слой 2 изоляции, второй слой 3 изоляции, третий слой 4 оболочки, покрывающие каждую из токопроводящих жил 1, поверх слоя 4 оболочки каждой из жил 1 расположена общая защитная подушка 5. Изолированные и покрытые защитной подушкой 5 жилы 1 имеют общий бронепокров 6. Токопроводящие жилы 1 изготовлены из меди или из идентичного ей по электротехническим и механическим свойствам металла или сплава. В данном случае медная жила марки ММ изготовлена из медной заготовки 8АТУ 1844-01-48564189-2000. Медная токопроводящая жила 1 обмотана полиимидно-фторопластовой пленкой (первый слой 2 изоляции) с 50% перекрытием, с последующим запечением в печи. Применяется пленка марки ПМФ-С-352, при этом основа пленки - полиимид толщиной 30 мкм, с каждой стороны нанесена фторопластовая суспензия толщиной 10 мкм. Так как обмотка осуществляется с перекрытием 50%, то первый слой 2 изоляции получается толщиной 100 мкм. Затем поверх первого слоя 2 изоляции экструдируется второй слой 3 изоляции из фторсополимера толщиной 0,7 мм. В данном случае в качестве основного материала изоляции при изготовлении нефтепогружного кабеля применен тетрафторэтилен с гексафторпропиленом. Данный сополимер обладает высокими электроизоляционнми свойствами при повышенных температурах (до 230°С) и чрезвычайно стоек к различным агрессивным средам.

Возможно использование и других фторсополимеров, перерабатываемых экструзией, таких как поливинилиденфторид, тетрафторэтилен с этиленом, тетрофторэтилен с перфторалкилперфторвиниловыми эфирами. Максимальная рабочая температура кабеля будет соответствовать максимально допустимой рабочей температуре применяемого фторсополимера. В данном случае используется фторсополимер 4МБ (Ф-4МБ), может также использоваться зарубежный аналог. Затем на второй изоляционный слой 3 накладывается (экструдируется) оболочка 4 также из тетрафторэтилена с гексафторпропиленом толщиной 1 мм. Затем на три параллельно уложенные, изолированные слоем 3 и спрятанные в оболочку 4 жилы 1, накладывается общая защитная подушка 5 из лент иглопробивного термоскрепленного полотна, при этом защитная подушка 5 состоит из трех лент: одна обмотана вокруг трех параллельно уложенных изолированных жил с перекрытием 10%, а две другие ленты наложены продольно на обмотанную заготовку сверху и снизу (в целях исключения загромождения чертежа показана часть защитной подушки 5: поперечная лента вокруг изолированных жил). Поверх защитной подушки 5 накладывается бронепокров 6, который изготовлен из оцинкованной стальной ленты шириной 15 мм с коэффициентом перекрытия 50%. Могут быть применены ленты из иных коррозийно-стойких металлов или сплавов. Для увеличения механической прочности бронепокров 6 выполнен из металлической ленты, имеющей противозадирный профиль, причем противозадирный профиль имеет в сечении форму буквы «S».

Приведенные примеры не ограничивают притязаний заявителя и служат иллюстрацией предпочтительной реализации изобретения.

Были проведены сравнительные испытания кабеля фторопластового КИФБП и кабеля освинцованного КЭСБП (выпускаемого заводом). При одинаковых электрических свойствах кабелей кабель с фторопластовой изоляцией и заявленной конструкцией по сравнению со свинцовым кабелем обладает рядом существенных преимуществ:

- при одинаковом сечении токопроводящей жилы вес кабеля на единицу длинны почти в два раза меньше;

- геометрические размеры кабеля на 30% меньше, чем у свинцового.

Сравнительные данные приведены в таблице.

Число и сечение ТПЖ, кв. мм	Вес кабеля кг/км	Максимальные габаритные размеры, ширина х высота, мм
Марка КИФБП	Марка КЭСПБ	Марка КИФБП	Марка КЭСПБ
3×10	0,875	1,580	12×26	13,3×32,5
3×16	1,130	2,245	13×29	15×37,6
3×25	1,470	2,470	14×32	16,2×41,2

Поскольку заводы - изготовители не публикуют абсолютных параметров изделий, приведены сравнительные данные заявляемого кабеля и выпускаемого заводом в настоящее время.

Таким образом, благодаря разработанной конструкции кабеля и используемым материалам получены высокие механические характеристики, при этом значительно уменьшились геометрические размеры кабеля, что крайне важно при ограниченном пространстве нефтяной скважины, существенно снижен вес кабеля, а его рабочая температура увеличилась до 230°С.

1. Кабель электрический, характеризующийся тем, что состоит из трех токопроводящих жил, расположенных параллельно в одной плоскости, причем каждая покрыта первым слоем изоляции в виде полиимидно-фторопластовой пленки, соединенной с токопроводящей жилой спеканием, двух других слоев: второй изоляции и оболочки, причем второй слой изоляции и оболочка выполнены из фторсополимера, например, тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, или поливинилиденфторида, или тетрафторэтилена с этиленом, или тетрафторэтилена с перфторалкилперфторвиниловыми эфирами, при этом второй слой изоляции выполнен толщиной 0,6-0,8 мм, а слой оболочки выполнен толщиной 0,9-1,1 мм, и соединены друг с другом и с первым слоем изоляции экструзионно, из защитной подушки, расположенной на оболочке и расположенного поверх защитной подушки бронепокрова.

2. Кабель по п.1, в котором полиимидно-фторопластовая пленка покрывает медную жилу с перекрытием 50%.

3. Кабель по п.1, в котором защитная подушка выполнена из нетканого материала, например, из ленты термоскрепленного иглопробивного полотна.

4. Кабель по п.3, в котором лента расположена в три слоя.

5. Кабель по п.4, в котором первый слой ленты наложен поперек на три параллельно уложенные изолированные токопроводящие жилы, с перекрытием 10%, два других слоя - продольно, сверху и снизу первого слоя.

6. Кабель по п.1, в котором бронепокров наложен на защитную подушку с перекрытием 50%.

7. Кабель по п.1, в котором бронепокров выполнен из стальной оцинкованной ленты.

8. Кабель по п.1, в котором бронепокров выполнен из ленты на основе коррозийно-стойких сплавов.

9. Кабель по п.1, в котором бронепокров выполнен из металлической ленты с противозадирным профилем, причем противозадирный профиль имеет в сечении форму буквы "S".