Электровзрывной способ концевой заделки кабеля и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в электротехнике, радиотехнике, в электромонтажной технологии. Электровзрывной способ концевой заделки кабеля заключается в опрессовке наконечника и жилы кабеля под действием силового воздействия электровзрыва, вызванного в результате разрядки высоковольтных импульсных конденсаторов, общей емкостью С_зар не менее 5 мкФ, посредством создания импульса тока с амплитудой не менее 50-150 кА в проводнике электрического тока, расположенного в саморазрушающемся при электровзрыве патроне устройства для электровзрывной концевой заделки кабеля. Результат достигается за счет создания необходимой величины давления на наконечник при электровзрыве саморазрушающегося патрона, при этом давление распределено по поверхности наконечника равномерно, а величина давления позволяет достигнуть качественного электрического соединения. Изобретение применимо ко всем типам кабелей и обеспечивает качественное и надежное соединение внутренней поверхности наконечника с жилой кабеля. 2 н.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в электротехнике, радиотехнике, в электромонтажной технологии.

Современные способы концевой заделки кабеля основаны на механическом или термическом воздействии на наконечник, насаженный на жилу кабеля, и не в полной мере обеспечивают качественное соединение наконечника с жилой кабеля. В результате чего с течением времени контактное соединение между наконечником и жилой кабеля ухудшается и возрастает контактное сопротивление, что ведет к дополнительным потерям электроэнергии, а с течением времени и к полному выходу из строя кабеля, что может принести ущерб потребителю электрической энергии. Одним из удачных способов мог бы служить способ термического воздействия на наконечник с жилой кабеля, то есть воздействие посредством сварки. Однако данный способ требует поддержания особой среды, в частности при сварке, где один из элементов выполнен из алюминия, между соединяемыми элементами может возникнуть оксидная пленка, которая через некоторое время разрушается, что ведет к разрушению соединения.

К современным способам концевой заделки кабеля можно отнести многоручьевой способ опрессовки наконечника (патент RU 2145457, МПК H01R 43/04, H01R 9/11, H02G 15/04, опубликован 10.02.2000 г.), основанный на операции обжатия механической опрессовкой несколькими поясами шестигранным контуром. Способ включает операции обжатия механической опрессовкой несколькими поясами шестигранным контуром. Опрессовку осуществляют одним обжатием с разной степенью обжатия поясов, с заданным диаметром обжатия по каждому поясу по показателям диапазона допустимой плотности тока по температуре перегрева ΔТ, определяемой температурой нагрева проводника током Т_n и температурой перегрева за счет переходного сопротивления на границе проводник - наконечник Т_c, по формуле ΔТ=Т_n+Т_c.

Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа: используется устройство, в которое помещается наконечник, насаженный на жилу кабеля.

Обжатие жилы кабеля, насаженной на наконечник, по данному способу достигается механической опрессовкой с разной степенью обжатия по каждому из поясов, для обеспечения заданных параметров обжатия в различных поясах (ручьях). Обжатие осуществляется не менее чем в двух поясах с заданным диаметром обжатия по каждому поясу по показателям диапазона допустимой плотности тока по перегреву контакта.

Недостатком аналога по патенту RU 2145457 является то, что контактное электрическое соединение создается механическим способом с неравномерностью мест обжатия. В результате чего в местах со слабым обжатием будет возрастать сопротивление контакта электрического соединения, что ведет к нагреванию не только данного места обжатия, но и места с увеличенным обжатием, как следствие нагревается все соединение, которое при дальнейшем нагреве при прохождении электрического тока будет ухудшаться, что может привести к последующему разрушению контактного электрического соединения.

К способам концевой заделки кабеля можно отнести также способ, который основан на применении рабочего инструмента с пороховым приводом для соединения токопроводящих жил опрессовкой (патент RU 1667585, МПК H01R 43/04, опубликован 20.09.1995 г.). Данный способ основан на том, что при ударе пуансона происходит сдавливание зажима в матрице, в результате чего осуществляется формирование зажима по форме и размерам, заложенным в матрице и пуансоне.

Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа: используется устройство, в которое помещается наконечник, насаженный на жилу кабеля, силовое воздействие осуществляется взрывом.

При этом металл зажима вытекает в канавки и, поскольку объем канавок больше объема вытекаемого металла, он не препятствует схождению плоскостей матрицы и пуансона, чем обеспечивается гарантированный размер опрессованного зажима по диаметру. Одновременно заостренные кромки канавок подрезают вытекающий металл (облой), обеспечивая проход металла через зазор. Контактное соединение образуется за счет обжатия по всей длине опрессовываемого элемента и формирования наружной поверхности опрессовываемого элемента в строгом соответствии с формой и размерами матрицы и пуансона.

Недостатком способа по патенту RU 1667585 является невозможность достижения качественного и надежного электрического контактного соединения, в результате недостаточного механического воздействия пуансона на поверхность матрицы, в которой размещен наконечник, насаженный на жилу кабеля. Давление, создаваемое пуансоном на матрицу, не обеспечивает высокоскоростного соударения внутренней поверхности наконечника с жилой кабеля.

Кроме того, сила, действующая на пуансон, образуется посредством порохового привода, что является небезопасным с точки зрения реализации способа, транспортировки пороха и его хранения.

Известно устройство для опрессовки наконечника с жилой кабеля многоручьевым способом (патент RU 2145457, МПК H01R 43/04, H01R 9/11, H02G 15/04, опубликован 10.02.2000 г.), выполненного в виде поясов шестигранного контура.

Общим признаком аналога с заявляемым устройством является только назначение объекта, заключающегося в концевой заделке жилы кабеля.

Известен рабочий инструмент с пороховым приводом для соединения токопроводящих жил опрессовкой (патент RU 1667585, МПК H01R 43/04, опубликован 20.09.1995 г.), выполненный в виде порохового привода, в котором установлен пуансон и матрица лоткового типа.

Общим признаком аналога с заявляемым устройством является только назначение объекта, заключающееся в концевой заделке жилы кабеля.

Из уровня техники не известны электровзрывные способы концевой заделки кабеля и устройства для их осуществления, что не позволяет выбрать прототипы заявляемым способу и устройству, которые были бы близки по решаемой задаче, по технической сущности и достигаемому результату.

Заявляемое изобретение направлено на повышение качества электрического соединения элементов схем в системах электроснабжения, в частности создания качественного электрического контактного соединения между наконечником и жилой кабеля, по качеству и надежности не отличающемуся от сварного соединения, но выполненного более технологичным и экономичным способом.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в создании более качественного и надежного электрического контактного соединения внутренней поверхности наконечника с жилой кабеля путем обеспечения высокоскоростного соударения, создаваемого за счет волны давления после взрыва проводника электрического тока в саморазрушающемся патроне.

Технический результат изобретения достигается тем, что, согласно изобретению, электровзрывной способ концевой заделки кабеля заключается в насаживании наконечника на жилу кабеля, установке их в снабженный проводником электрического тока саморазрушающийся при электровзрыве патрон устройства для электровзрывной концевой заделки кабеля, закреплении саморазрушающегося при электровзрыве патрона с жилой и наконечником кабеля в заземленной оснастке и в последующей опрессовке наконечника и жилы кабеля под действием силового воздействия электровзрыва, вызванного в результате разрядки высоковольтных импульсных конденсаторов посредством создания импульса тока с амплитудой не менее 50-150 кА в проводнике электрического тока, расположенного в саморазрушающемся при электровзрыве патроне устройства для электровзрывной концевой заделки кабеля.

Технический результат изобретения достигается тем, что, согласно изобретению, устройство для электровзрывной концевой заделки кабеля содержит заземленную оснастку, установленный внутри оснастки саморазрушающийся при электровзрыве патрон, выполненный из полимерного материала в виде вала с насаживаемым на него пустотелым цилиндром с раструбом и с коаксиально расположенным на валу в пустотелом цилиндре проводником электрического тока, соединенным одним своим концом с коммутатором высоковольтной установки, а другим концом - с заземленной оснасткой, при чем коммутатор высоковольтной установки соединен с параллельно расположенными электрически связанными между собой высоковольтными импульсными конденсаторами общей емкостью С_зар не менее 5 мкФ, при этом вход параллельно связанных высоковольтных импульсных конденсаторов электрически связан с выходом выпрямительного диодного моста, вход которого соединен с выходом высоковольтного трансформатора.

Технический результат достигается посредством использования устройства для концевой заделки кабеля, включающего оснастку и патрон специальной конструкции.

Опрессовка наконечника, насаженного на жилу кабеля, под действием силового воздействия электровзрыва позволяет достигнуть необходимой величины обжатия по всей поверхности наконечника таким образом, что будет достигнут эффект сварки металлов, что и обеспечивает качество и надежность соединения.

Осуществление разрядки высоковольтных импульсных конденсаторов посредством создания импульсов тока с амплитудой не менее 50-150 кА в проводнике электрического тока, расположенного в саморазрушающемся при электровзрыве патроне устройства для электровзрывной концевой заделки кабеля, позволит обеспечить электровзрыв проводника электрического тока и достигнуть необходимую величину силового воздействия электровзрыва.

Экспериментально установлено, что при создании импульса тока с амплитудой менее 50 кА, например при 48,3 кА, недостаточно для инициирования силового воздействия электровзрыва.

Экспериментально установлено, что при создании импульса тока с амплитудой более 150 кА, например при 154,5 кА, происходит пробой разряда на заземленную оснастку, электровзрыва не происходит, патрон разрушается частично.

Введение заземленной оснастки в заявляемом устройстве позволяет обеспечить безопасность процесса электровзрывной концевой заделки кабеля, кроме того, она является неотъемлемой частью устройства для электровзрывной концевой заделки кабеля, вследствие наличия заземления, обеспечивающего электровзрыв.

Установка внутри заземленной оснастки саморазрушающегося при электровзрыве патрона позволяет обеспечить безопасность процесса электровзрыва, создать волну давления необходимого направления, что обеспечивает необходимую величину обжатия наконечника, насаженного на жилу кабеля.

Выполнение саморазрушающегося при электровзрыве патрона из полимерного материала в виде вала с насаженным на него пустотелым цилиндром с раструбом позволяет достичь конструкционного решения по созданию необходимой равномерно распределенной волны давления по поверхности наконечника, насаженного на жилу кабеля, что обеспечивает оптимальность обжатия.

Коаксиальное расположение на валу в пустотелом цилиндре проводника электрического тока позволяет достичь равномерно распределенного по патрону при импульсе тока электровзрыва этого проводника и обеспечить создание необходимой равномерно распределенной волны давления по поверхности наконечника, насаженного на жилу кабеля.

Соединение одного конца проводника электрического тока с коммутатором высоковольтной установки, а другого - с заземленной оснасткой позволяет подать необходимый разряд импульса тока от коммутатора высоковольтной установки на проводник электрического тока, обеспечивающего электровзрыв электрического тока.

Соединение коммутатора высоковольтной установки с параллельно расположенными электрически связанными между собой высоковольтными импульсными конденсаторами общей емкостью С_зар не менее 5 мкф позволяет достичь необходимой величины разряд импульса тока, обеспечивающего электровзрыв проводника электрического тока.

Параллельное расположение электрически связанных между собой высоковольтных импульсных конденсаторов общей емкостью С_зар не менее 5 мкф позволяет обеспечить оптимальность и технологичность установки, снизить индуктивные потери и обеспечить необходимую величину разряда импульса тока.

Использование высоковольтных импульсных конденсаторов общей емкостью С_зар менее 5 мкф не обеспечивает необходимую величину разряда импульса тока, а следовательно, и величину электровзрыва патрона.

Электрическое соединение входа параллельно связанных высоковольтных импульсных конденсаторов с выходом выпрямительного диодного моста, вход которого соединен с выходом высоковольтного трансформатора, позволяет подать на высоковольтные импульсные конденсаторы выпрямленное высокое напряжение в десятки киловольт.

Соответствие заявляемой группы изобретений критерию «новизна» доказывается тем, что из уровня техники не найдено электровзрывного способа концевой заделки кабеля и устройства для электровзрывной концевой заделки кабеля, следовательно, и заявляемые совокупности признаков, представленные в пункте 1 и пункте 2 формулы изобретения, являются новыми.

Из уровня техники известен способ сварки труб с трубными решетками электрическим взрывом проводника [В.Г.Дмитриев, В.Т.Платоненко, В.П.Колмаков, В.М.Кудинов. Определение параметров соударения при сварке труб с трубными решетками электрическим взрывом проводника. Журнал: Автоматическая сварка, 1981 г., №9 (342)], заключающийся в использовании высокоскоростного соударения, которое достигается за счет волны давления после взрыва проводника, по направлению к трубе, предварительно выполненной с переменной конусностью.

В отличие от известного объекта, в заявляемом объекте используется оснастка, патрон устанавливается снаружи наконечника внутрь оснастки, волна давления после взрыва проводника направлена внутрь к наконечнику, проводник электрического тока в патроне установлен коаксиально оси патрона, т.е. по валу пустотелого цилиндра.

В известном из уровня техники способе сварки труб с трубными решетками электрическим взрывом проводника оснасткой является сама трубная решетка, объектом воздействия волны давления является труба и заведенный внутрь трубы патрон, патрон является также саморазрушающимся при электровзрыве, причем проводник электрического тока расположен в нем аксиально, а не коаксиально, как в заявляемом способе. Волна давления после взрыва проводника в известном проводнике направлена к внешней части трубы, а не внутрь объекта, подвергающегося опрессовке.

В заявляемом электровзрывном способе концевой заделки кабеля прием электровзрывного воздействия в новой совокупности признаков обеспечивает новую функцию, заключающуюся в высокоскоростном соударении наконечника с жилой кабеля посредством направления волны давления внутрь объекта подвергаемого опрессовке и создания равнораспределенной волны давления по поверхности наконечника за счет использования патрона специальной формы, установленного в заземленную оснастку, заведенного в него наконечника, насаженного на жилу кабеля и за счет расположения в нем проводника электрического тока коаксиально оси патрона. Именно это обеспечивает оптимальную равнораспределенную волну давления по поверхности наконечника и создает необходимый уровень опрессовки, что не является очевидным и явным образом не следует для специалиста в данной области техники для решения данной задачи.

Сопоставительный анализ с вышеуказанными способами показывает, что из уровня техники не следует очевидность заявляемого технического решения, что доказывает соответствие заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 - представлено устройство для концевой заделки кабеля;

на фиг.2 - осциллограмма напряжения соединения алюминиевого наконечника и медной жилы, напряжение заряда 38 кВ;

на фиг.3 - осциллограмма напряжения, свидетельствующая об обжатии алюминиевого наконечника и алюминиевой жилы;

на фиг.4, фиг.5, фиг.6, фиг.7, фиг.8, фиг.9 - металлографическое исследование срезов образцов после электровзрывной концевой заделки алюминиевого наконечника и медной жилы кабеля по всей длине наконечника.

Устройство для электровзрывной концевой заделки кабеля содержит заземленную оснастку 1, установленный внутри заземленной оснастки 1 саморазрушающийся при электровзрыве патрон 2, выполненный из полимерного материала в виде вала с насаживаемым на него пустотелым цилиндром с раструбом и с коаксиально расположенным на валу в пустотелом цилиндре проводником электрического тока 3.

Проводник электрического тока 3 соединен одним своим концом с коммутатором высоковольтной установки 4, а другим концом - с заземленной оснасткой 1, причем коммутатор высоковольтной установки 4 соединен с параллельно расположенными электрически связанными между собой высоковольтными импульсными конденсаторами 5 общей емкостью С_зар не менее 5 мкФ. При этом вход параллельно связанных высоковольтных импульсных конденсаторов 5 электрически связан с выходом выпрямительного диодного моста 6, вход которого соединен с выходом высоковольтного трансформатора 7.

Заявляемый способ реализуется при работе заявляемого устройства следующим образом. При монтаже или наладке кабелей, после их разделки и зачистки концов жил, на жилу кабеля 8, предварительно заведенную в заземленную оснастку 1, насаживают наконечник 9 соответствующего сечения, на который предварительно насажен полиэтиленовый саморазрушающийся при электровзрыве патрон 2, в котором коаксиально расположен проводник электрического тока 3. Снаружи патрон закрыт крышкой 10, соединяемый одним контактным концом 11 проводника электрического тока 3 с заземленной оснасткой 1, а другим контактным концом 12 проводника электрического тока 3 - с высоковольтным коммутатором 4, электрически одним концом связанным параллельно с выводами импульсных высоковольтных конденсаторов 5 и последовательно с выводом высоковольтного выпрямительного диодного моста 6, вход которого соединен электрически с выводом высоковольтного трансформатора 7, второй вывод высоковольтного трансформатора 7, как и оснастка 1, заземлен 13 (Фиг.1).

После сбора устройства для электровзрывной концевой заделки кабеля подается напряжение на высоковольтный трансформатор 7. Посредством высоковольтного выпрямительного диодного моста 6 производится выпрямление тока и производится зарядка импульсных высоковольтных конденсаторов 5, связанных между собой параллельно. После зарядки импульсных высоковольтных конденсаторов 5 происходит их разрядка на высоковольтном коммутаторе 4 и импульс тока амплитудой не менее 50-150 кА подается на контакт 12 проводника электрического тока 3, после чего импульс тока начинает протекать по проводнику электрического тока 3 с временем нарастания в несколько микросекунд.

Проводник электрического тока 3, нагреваемый током, протекающим в разрядном контуре, расплавляется, однако, удерживаемый силами инерции и магнитным давлением, нагревается дальше. По мере подвода тепла к расплавленному проводнику электрического тока 3 температура растет и достигает точки кипения, но условия при этом не соответствуют равновесному состоянию, наступает перегрев. Температура растет во все еще жидком металле. Кипение в этом случае требует энергии не только для обеспечения скрытой теплоты плавления, но и для преодоления фазового барьера. Температура в связи с этим возрастает гораздо выше номинальной точки кипения. После преодоления фазового барьера испарение происходит с интенсивностью взрыва.

После взрыва возникает волна давления, направленная к наконечнику 9, насаженному на жилу кабеля 8, причем величина волны давления достаточна для образования электрического контактного соединения наконечника 9 с жилой кабеля 4. Благодаря чему создается качественное и надежное электрическое соединение (Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4, Фиг.5, Фиг.6, Фиг.7, Фиг.8, Фиг.9).

1. Электровзрывной способ концевой заделки кабеля, заключающийся в насаживании наконечника на жилу кабеля, установке их в снабженный проводником электрического тока саморазрушающийся при электровзрыве патрон устройства для электровзрывной концевой заделки кабеля, закреплении саморазрушающегося при электровзрыве патрона с жилой и наконечником кабеля в заземленной оснастке и в последующей опрессовке наконечника и жилы кабеля под действием силового воздействия электровзрыва, вызванного в результате разрядки высоковольтных импульсных конденсаторов посредством создания импульса тока с амплитудой не менее 50-150 кА в проводнике электрического тока, расположенном в саморазрушающемся при электровзрыве патроне устройства для электровзрывной концевой заделки кабеля.

2. Устройство для электровзрывной концевой заделки кабеля, содержащее заземленную оснастку, установленный внутри оснастки саморазрушающийся при электровзрыве патрон, выполненный из полимерного материала в виде вала с насаживаемым на него пустотелым цилиндром с раструбом и с коаксиально расположенным на валу в пустотелом цилиндре проводником электрического тока, соединенным одним своим концом с коммутатором высоковольтной установки, а другим концом с заземленной оснасткой, причем коммутатор высоковольтной установки соединен с параллельно расположенными электрически связанными между собой высоковольтными импульсными конденсаторами общей емкостью С_зар не менее 5 мкФ, при этом вход параллельно связанных высоковольтных импульсных конденсаторов электрически связан с выходом выпрямительного диодного моста, вход которого соединен с выходом высоковольтного трансформатора.