Кабель с параллельной структурой и арматурой для проводников, обладающий высокой проводимостью
Изобретение относится к энергосберегающзему кабелю, обладающему высокой проводимостью. Кабель включает арматуру для проводников, диэлектрическую ленту, пластмассовую оболочку и два медных цилиндра. Арматура для проводников имеет множество канавок. Каждый неизолированный проводник проложен в соответствующей канавке арматуры для проводников и имеет первый конец и второй конец. Первый конец и второй конец неизолированного проводника выступают из арматуры для проводников соответственно так, что образуются два пространства. Диэлектрическая лента намотана вокруг арматуры для проводников. Диэлектрическая лента покрыта пластмассовой оболочкой. Два медных цилиндра установлены в пространствах между неизолированными проводниками, соответственно, для обеспечения расположения неизолированных проводников вокруг медных цилиндров и соединения неизолированных проводников параллельно друг другу. Таким образом, скин-эффект сводят к минимуму, а неизолированные проводники обладают эффективностью, заключающейся в значительном уменьшении расхода электроэнергии и выброса диоксида углерода при плавлении меди. 9 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.
1. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к кабелю, и в частности, к энергосберегающему кабелю, обладающему высокой проводимостью.
2. Известный уровень техники
На Фиг.13 показан стандартный кабель, проводящий электрический ток и содержащий множество проводников 100, диэлектрическую ленту 200 и пластиковую оболочку 300. Проводники 100 скручены и скреплены вместе для образования больших по размерам проводников, которые могут быть закреплены для предотвращения разборки. Проводники 100 обернуты снаружи диэлектрической лентой 200. Диэлектрическая лента 200 покрыта снаружи пластмассовой оболочкой 300.
Однако в данном случае проводники 100 скручены при помощи станка для скрутки, а его применение обладает такими недостатками, как потребность в большой производственной площади и высокие расходы на оборудование. Кроме того, электрический ток обладает тенденцией к протеканию по поверхности каждого проводника 100, и это явление известно как «скин-эффект» (поверхностный эффект). Скин-эффект присущ переменному току, который стремится к распределению в проводнике 100 таким образом, чтобы ток вблизи поверхности проводника 100 был больше, чем в сердечнике проводника 100. Скин-эффект приводит к увеличению сопротивления проводника 100 по мере увеличения частоты тока.
Для устранения названных недостатков согласно настоящему изобретению предлагается кабель, который позволяет избежать указанных затруднений или обойти их.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной целью настоящего изобретения является создание энергосберегающего кабеля, обладающего высокой проводимостью и высоким коэффициентом полезного действия.
Кабель согласно настоящему изобретению содержит арматуру для проводников, множество неизолированных проводников, диэлектрическую ленту, пластмассовую оболочку и два медных цилиндра. Арматура для проводников имеет две торцевые поверхности, кольцевую поверхность и множество канавок. Канавки выполнены продольно на кольцевой поверхности арматуры для проводников, а также сквозь две торцевые поверхности арматуры для проводников. Каждый неизолированный проводник проложен в соответствующей канавке, и при этом он имеет первый конец и второй конец. Первый и второй концы неизолированного проводника выступают из двух торцевых поверхностей арматуры для проводников так, что образуются два пространства, соответственно. Арматура для проводников обернута вокруг диэлектрической лентой. Диэлектрическая лента покрыта вокруг пластмассовой оболочкой. Медные цилиндры установлены в пространствах между неизолированными проводниками, соответственно, для расположения неизолированных проводников вокруг медных цилиндров и соединения неизолированных проводников параллельно друг другу. Таким образом, неизолированные проводники могут быть зафиксированы при помощи арматуры для проводников без необходимости их скручивания при помощи станка для скрутки, что позволяет повысить эффективность изготовления и снизить расходы на изготовление. Кроме того, неизолированные проводники соединяют параллельно посредством медных цилиндров, что позволяет свести к минимуму скин-эффект.
Другие цели, преимущества и отличительные признаки изобретения будут ясны из нижеследующего подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1А представляет собой увеличенный вид спереди арматуры для проводников согласно настоящему изобретению.
Фиг.2А представляет собой перспективное изображение с пространственным разделением деталей арматуры для проводников и неизолированных проводников кабеля согласно настоящему изобретению.
Фиг.3А представляет собой частично увеличенное перспективное изображение арматуры для проводников, неизолированных проводников и диэлектрической ленты кабеля согласно настоящему изобретению.
Фиг.4А представляет собой частично увеличенное перспективное изображение арматуры для проводников, неизолированных проводников, диэлектрической ленты и пластмассовой оболочки согласно настоящему изобретению.
Фиг.1В представляет собой увеличенный вид спереди арматуры для проводников согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2В представляет собой перспективное изображение с пространственным разделением деталей другого варианта выполнения арматуры для проводников и неизолированных проводников кабеля согласно настоящему изобретению.
Фиг.3В представляет собой частично увеличенное перспективное изображение другого варианта выполнения арматуры для проводников, неизолированных проводников и диэлектрической ленты согласно настоящему изобретению.
Фиг.4В представляет собой частично увеличенное перспективное изображение другого варианта выполнения арматуры для проводников, неизолированных проводников, диэлектрической ленты и пластмассовой оболочки кабеля согласно настоящему изобретению.
Фиг.5В представляет собой частично увеличенное перспективное изображение кабеля согласно настоящему изобретению.
Фиг.6В представляет частично увеличенное перспективное изображение кабеля, показанного на Фиг.5В.
Фиг.7А представляет собой увеличенный вид спереди арматуры для проводников кабеля большой мощности согласно настоящему изобретению.
Фиг.8А представляет собой частично увеличенное перспективное изображение с пространственным разделением деталей арматуры для проводников и медного цилиндра для кабеля большой мощности согласно настоящему изобретению.
Фиг.9А представляет собой частично увеличенное перспективное изображение с пространственным разделением деталей арматуры для проводников, медного цилиндра и концевой муфты для кабеля большой мощности согласно настоящему изобретению.
Фиг.10А представляет собой частично увеличенное перспективное изображение кабеля большой мощности, показанного на Фиг.9А.
Фиг.11А представляет собой увеличенный вид спереди с частичным разрезом кабельной сборки согласно настоящему изобретению.
Фиг.12А представляет собой частично увеличенное перспективное изображение кабельной сборки, показанной на Фиг.11А.
Фиг.11В представляет собой увеличенный вид спереди с частичным разрезом другого варианта выполнения кабельной сборки согласно настоящему изобретению.
Фиг.12В представляет собой частично увеличенное перспективное изображение другого варианта выполнения кабельной сборки, показанной на Фиг.11В.
Фиг.13 представляет собой увеличенное перспективное изображение стандартного кабеля согласно известному уровню техники.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1А-4В показан кабель согласно настоящему изобретению, содержащий арматуру 10а, 10b для проводников, множество проводников 20а, 20b, диэлектрическую ленту 30а, 30b и пластмассовую оболочку 40а, 40b.
Как показано на Фиг.1А и 1В, арматура 10а, 10b для неизолированных проводников выполнена в виде столбика, который изготовлен из полиэтилена или тому подобного материала, и имеет удлиненную форму и две торцевые поверхности, а также кольцевую поверхность, центральную ось, множество канавок 11a, 11b и сквозное отверстие 12а, 12b. Канавки 11а, 11b выполнены продольно на кольцевой поверхности арматуры 10а, 10b для проводников и проходят насквозь две торцевые поверхности арматуры 10а, 10b для проводников, и при этом каждая канавка 11а, 11b имеет вогнутую нижнюю поверхность (дно). Сквозное отверстие 12а, 12b выполнено проходящим в осевом направлении сквозь арматуру 10а, 10b для проводников по центральной оси. Полимерный провод 13а, показанный на Фиг.2А, проложен внутри сквозного отверстия 12а арматуры 10а для проводников с целью повышения конструкционной прочности арматуры 10а для проводников. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, арматура 10а для проводников, показанная на Фиг.1А, имеет практически треугольное сечение, а арматура 10b для проводников, показанная на Фиг.1В, имеет круглое сечение.
Как показано на Фиг.2А и 2В, каждый неизолированный проводник 20а, 20b имеет круглое сечение, проложен в одной из канавок 11а, 11b арматуры 10а, 10b для проводников и имеет изгиб, первый конец и второй конец. Изгиб неизолированного проводника 20а, 20b соответствует изгибу соответствующей канавки 11а, 11b арматуры 10а, 10b для проводников. Первый конец и второй конец неизолированного проводника 20а, 20b выступают из двух торцевых поверхностей арматуры 10а, 10b для проводников, соответственно, так, что образуются два пространства 21а, 21b между первыми и вторыми концами неизолированных проводников 20а, 20b, как показано на Фиг.3А и 3В. Неизолированные проводники 20а, 20b изготовлены из металла и могут представлять собой медные провода, омедненные (покрытые медью) стальные провода, омедненные алюминиевые провода или алюминиевые провода.
Как показано на Фиг.3А и 3В, кольцевая поверхность арматуры 10а, 10b для проводников обмотана снаружи вокруг кольцевой поверхности арматуры диэлектрической лентой 30а, 30b. Диэлектрическая лента 30а, 30b может быть изготовлена из полиэтилена или может быть бумажной.
Как показано на Фиг.4А и 4В, диэлектрическая лента 30а и 30b покрыта вокруг пластмассовой оболочкой 40а, 40b. Пластмассовая оболочка 40а, 40b может быть изготовлена из поливинилхлорида или может представлять собой изоляцию, не содержащую галогены.
Как показано на Фиг.5В и 6В, кабель согласно настоящему изобретению содержит также два медных цилиндра 50b и две концевые муфты 60b.
Медные цилиндры 50b установлены в пространствах 21b между неизолированными проводниками 20b, соответственно, для расположения неизолированных проводников 20b вокруг медных цилиндров 50b и соединения неизолированных проводников 20b параллельно друг другу. Каждый медный цилиндр 50b имеет две торцевые поверхности, кольцевую поверхность, центральную ось, множество выемок 51b и центральное отверстие 52b. Выемки 51b выполнены продольно в кольцевой поверхности медного цилиндра 50b и проходят сквозь две торцевые поверхности медного цилиндра 50b. Выемки 51b совмещены соответственно с канавками 11b арматуры 10b для проводников и удерживают, соответственно, концы неизолированных проводников 20b внутри. Центральное отверстие 52b выполнено проходящим в осевом направлении сквозь медные цилиндры 50b по центральной оси и совмещено со сквозным отверстием 12b арматуры 10b для проводников. Полимерный провод 53b проложен сквозь центральные отверстия 52b медных цилиндров 50b и сквозное отверстие 12b арматуры 10b для проводников для повышения конструктивной прочности арматуры 10b для проводников и медных цилиндров 50b.
Концевые муфты 60b установлены на первых концах и вторых концах неизолированных проводников 20b, соответственно, и каждая концевая муфта 60b имеет хомутик 61b и крепежное приспособление 62b, выступающее из хомутика 61b в продольном направлении. Эти хомутики 61b двух концевых муфт установлены вокруг первых концов и вторых концов неизолированных проводников 20b, соответственно.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, как показано на Фиг.7А и 10А, кабель большой мощности содержит арматуру 10а' для проводников, множество проводников, внешнюю диэлектрическую ленту 30а, внешнюю пластмассовую оболочку 40а', два медных цилиндра 50а и две концевые муфты 60а.
Как показано на Фиг.7А, арматура 10а' для проводников выполнена в виде столбика и имеет две торцевые поверхности, кольцевую поверхность, центральную ось, множество канавок 11а' и сквозное отверстие 12а'. Канавки 11а' выполнены продольно в кольцевой поверхности кабельной арматуры 10а' для проводников и проходят сквозь две торцевые поверхности арматуры 10а' для проводников. Сквозное отверстие 12а' выполнено проходящим в осевом направлении сквозь арматуру 10а' для проводников по центральной оси.
Как показано на Фиг.8А, проводники имеют вышеупомянутую структуру, но без пластмассовых оболочек, и каждый проводник проложен в одной из канавок 11а' в арматуре 10а' для проводников и имеет первый конец и второй конец. Первый конец и второй конец проводника выступают над двумя торцевыми поверхностями арматуры 10а' для проводников, соответственно, так, что образуются два пространства 13а' между первыми концами и вторыми концами проводников.
Как показано на Фиг.9А, внешняя диэлектрическая лента 30а' намотана вокруг кольцевой поверхности арматуры 10а' для проводников.
Как показано на Фиг.10А внешняя диэлектрическая лента 30а' покрыта вокруг снаружи внешней пластмассовой оболочкой 40а'.
Как показано на Фиг.8А и 9А, медные цилиндры установлены в пространствах 13а' между проводниками, соответственно, для обеспечения равномерного расположения проводников вокруг медных цилиндров 50а и соединения неизолированных проводников 20 кабеля параллельно друг другу. Каждый медный цилиндр имеет две торцевые поверхности, кольцевую поверхность, центральную ось, множество выемок 51а и центральное отверстие 52а. Выемки 51а выполнены продольно на кольцевой поверхности медного цилиндра 50а и проходят сквозь обе торцевые поверхности медного цилиндра 50а. Выемки 51а совмещены, соответственно, с канавками 11а' арматуры 10а' для проводников и удерживают, соответственно, концы проводников внутри. Центральное отверстие 52а выполнено в осевом направлении проходящим сквозь медный цилиндр 50а по центральной оси и совмещено со сквозным отверстием 12а' арматуры 10а' для проводников.
Как показано на Фиг.9А и 10А, концевые муфты 60а установлены на первых концах и вторых концах проводников, соответственно, и каждая концевая муфта 60а включает хомутик 61а и крепежное приспособление 62а, выступающее из хомутика 61а в продольном направлении. Хомутики 61а двух концевых муфт 60а установлены вокруг первых концов и вторых концов проводников, соответственно.
Как показано на Фиг.11А-12В, кабельная сборка согласно настоящему изобретению содержит множество проводников, множество трубок 71а, 71b, изоляцию 72а, 72b и пластмассовую оболочку 73а, 73b.
Проводники имеют вышеупомянутую структуру и расположены параллельно друг другу.
Каждая трубка 71а, 71b установлена между двумя проводниками, параллельно проводникам. Между трубками 71а, 71b и проводниками образовано множество промежутков 74а, 74b для рассеяния тепла.
Изоляция 72а, 72b установлена вокруг проводников и трубок 71а, 71b и имеет более короткую длину, чем изоляция проводников, чтобы концевые муфты 60а, 60b выступали из изоляции 72а, 72b.
Изоляция 72а, 72b покрыта вокруг пластмассовой оболочкой 73а, 73b.
В кабеле согласно настоящему изобретению применяется арматура 10а, 10b для проводников с целью фиксирования неизолированных проводников 20а, 20b без необходимости скручивания неизолированных проводников 20а, 20b при помощи станка для скручивания, и таким образом повышается эффективность изготовления кабеля и снижаются расходы на его изготовление. Кроме того, согласно закону Ома: Iполный=V(I/R1+I/R2+I/R3+…I/Rn), полный ток (I) представляет собой сумму токов, протекающих в отдельных элементах, когда эти элементы соединены параллельно. Неизолированные проводники 20а, 20b согласно настоящему изобретению соединены параллельно посредством медных цилиндров 50а, 50b, чтобы ток в неизолированных проводниках 20а, 20b был больше тока в стандартном кабеле, и скин-эффект мог быть сведен к минимуму. Неизолированные проводники 20а, 20b обладают также большей эффективностью, заключающейся в значительном уменьшении расхода электроэнергии и уменьшении выброса диоксида углерода во время плавления меди. Таким образом, обладающий высокой проводимостью и энергосберегающий кабель согласно настоящему изобретению способствует охране окружающей среды и обладает более высоким коэффициентом полезного действия при практическом применении.
| ТАБЛИЦА 1 | ||||||
| Кабель с параллельной структурой, обладающий высокой проводимостью | Ток согласно условиям безопасности (А) | Стандартный кабель | ||||
| Среднее значение тока (А/мм2) | Расход меди (кг/км) | Площадь проводника (мм2) | Площадь проводника (мм2) | Расход меди (кг/км) | Среднее значение тока (А/мм2) | |
| 11,42 | 31,2 | 3,5 | 40 | 8 | 71,19 | 5 |
| 10 | 93,35 | 12 | 120 | 50 | 435,1 | 2,4 |
| 9,5 | 266,7 | 30 | 285 | 150 | 1390 | 1,9 |
Как показано в вышеприведенной таблице, среднее значение тока в кабеле согласно настоящему изобретению в 2,28-5 раз больше, чем среднее значение тока в стандартном кабеле. К тому же кабель согласно настоящему изобретению позволяет сэкономить 50-80 процентов меди по сравнению со стандартным кабелем, что приводит к уменьшенному расходу электроэнергии и уменьшенному выбросу диоксида углерода.
Хотя в вышеприведенном описании приведены многочисленные характерные признаки и преимущества настоящего изобретения вместе с подробным описанием структуры и оптимальными признаками изобретения, раскрытие изобретения носит только лишь иллюстративный характер. Могут быть внесены изменения, касающиеся деталей, в частности, изменения, касающиеся формы, размера и расположения частей в пределах принципов изобретения и в полном объеме, обозначенном широким общим значением терминов, примененных в прилагаемой формуле изобретения.
1. Кабель, содержащий
арматуру для проводников, изготовленную из пластмассы, выполненную удлиненной и имеющую
две торцевые поверхности,
кольцевую поверхность и
множество канавок, выполненных продольно на кольцевой поверхности арматуры для проводников и проходящих сквозь две торцевые поверхности арматуры для проводников,
множество неизолированных проводников, изготовленных из металла, при этом каждый неизолированный проводник проложен в одной из канавок арматуры для проводников и имеет первый конец и второй конец, причем первый конец и второй конец неизолированного проводника выполнены выступающими из двух торцевых поверхностей арматуры для проводников соответственно с образованием двух пространств между первыми концами и вторыми концами неизолированных проводников,
диэлектрическую ленту, обмотанную вокруг кольцевой поверхности арматуры для проводников,
пластмассовую оболочку, покрывающую диэлектрическую ленту, и
два медных цилиндра, закрепленных в пространствах между неизолированными проводниками соответственно для обеспечения расположения неизолированных проводников вокруг медных цилиндров и соединения неизолированных проводников параллельно друг другу.
2. Кабель по п.1, в котором каждый медный цилиндр имеет
две торцевые поверхности,
кольцевую поверхность и
множество выемок, выполненных продольно на кольцевой поверхности медного цилиндра, проходящих сквозь две торцевые поверхности медного цилиндра, совмещенных соответственно с канавками арматуры для проводников и удерживающих соответственно концы неизолированных проводников внутри.
3. Кабель по п.1, содержащий дополнительно две концевые муфты, установленные на первых концах и вторых концах неизолированных проводников соответственно.
4. Кабель по п.2, содержащий дополнительно две концевые муфты, установленные на первых концах и вторых концах неизолированных проводников соответственно.
5. Кабель по п.3, в котором каждая концевая муфта включает
хомутики концевых муфт, установленные вокруг первых концов и вторых концов неизолированных проводников соответственно, и
крепежное приспособление, выступающее из хомутика.
6. Кабель по п.4, в котором каждая концевая муфта включает хомутики концевых муфт, установленные вокруг первых концов и вторых концов неизолированных проводников соответственно, и крепежное приспособление, выступающее из хомутика.
7. Кабель по любому из пп.1-6, в котором
арматура для проводников выполнена со сквозным отверстием, проходящим сквозь арматуру для проводников, и
каждый медный цилиндр имеет также центральное отверстие, проходящее сквозь медный цилиндр и совмещенное со сквозным отверстием арматуры для проводников.
8. Кабель по любому из пп.1-6, в котором арматура для проводников имеет треугольное сечение.
9. Кабель по любому из пп.1-6, в котором арматура для проводников имеет круглое сечение.
10. Кабель по любому из пп.1-6, в котором каждый неизолированный проводник имеет круглое сечение и изгиб, соответствующий изгибу соответствующей канавки арматуры для проводников.
