Кабель электрический

(51) 01 1/02 (2006.01) 01 7/04 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна Ляджин Владимир Алексеевич Ляджин Алексей Владимирович(57) Электрический кабель для погружных электрических насосных устройств, включает токопроводящие жилы,изготовленные из алюминия, или плакированного медью алюминия,или его сплавов, защитную оболочку и изоляцию, и также защитная оболочка выполнена из подушки и брони, отличающийся тем, что токопроводящие жилы изготовлены из алюминия, или омедненного гальваническим способом алюминия, или его сплавов, содержащего редкие или редкоземельные металлы цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан,ванадий, гафний, или их соединения.(72) БАРСУКОВ Валерий КондратьевичБАРСУКОВ Евгений ВалерьевичКУРАШОВ Денис Александрович Общество с ограниченной ответственностью СЕВАН Настоящая полезная модель относится к области кабельных конструкций, а именно к электрическому кабелю для подачи электрической энергии к погружным электрическим насосам установок добычи нефти, подъема воды и перекачки жидкостей из шурфов. Российский патент 14473 описывает конструкцию электрического кабеля, содержащего три медные токопроводящие жилы, которые уложены параллельно или скручены между собой,снабжены полимерной изоляцией и оболочкой. Лента из оцинкованной стали служит в качестве брони, причем под броней проложена подушка. Недостатком электрического кабеля данной конструкции является большой вес и высокие затраты в процессе его изготовления. Кроме того,имеет место отрицательное воздействие меди на полимерную изоляцию, приводящее к усиленному разрушению изоляции. Российский патент 57959 описывает конструкцию электрического кабеля, которая по своим параметрам является наиболее близкой к электрическому кабелю согласно полезной модели. Она содержит токопроводящие жилы из алюминия или из омедненного алюминия или его сплавов. Электрический кабель состоит из токопроводящих жил, изоляции токопроводящих жил, оболочки токопроводящих жил, подушки под броню и брони. Электрический кабель изготавливается по следующей технологии поверх каждой из токопроводящих жил способом экструзии наносят(полимерную) оболочку. Затем поверх токопроводящих жил,которые уложены параллельно или скручены между собой, наносят подушку, изготовленную из полимерных лент, и стальные оцинкованные ленты, служащие в качестве брони. Недостатки электрического кабеля с такой конструкцией состоят в том, что он имеет пониженную длительно допустимую температуру нагрева токопроводящих жил (до 90 С) и пониженный длительно допустимый ток нагрузки. Недостатки вышеуказанного электрического кабеля существенно снижают эксплуатационные характеристики и область применения кабеля для установок погружных электронасосов,в особенности в нефтяных скважинах. Более конкретно, электрические кабели с алюминиевыми токопроводящими жилами не допускают применения в нефтяных скважинах большой глубины и при температуре окружающей среды,превышающей 90 С, поскольку существующие в настоящее время марки электротехнического алюминия и его сплавов утрачивают прочность и становятся в значительной степени ломкими при таких высоких температурах. Кроме того,использование существующих термостойких алюминиевых сплавов для токопроводящих жил является проблематичным вследствие их высокого удельного электрического сопротивления и низкой эффективности. Настоящая полезная модель была выполнена с учетом вышеуказанных проблем. Цель полезной модели состоит в создании усовершенствованного электрического кабеля для подачи электрической энергии к погружным насосам, который имеет лучшие эксплуатационные характеристики по сравнению с традиционными электрическими кабелями. Кроме того, электрический кабель должен быть надежным в эксплуатации и экономичным в изготовлении. Эти и дополнительные цели достигаются с помощью электрического кабеля согласно независимому пункту патентной формулы. Предпочтительные варианты исполнения приведены в зависимых пунктах формулы полезной модели. Согласно полезной модели, предложен новый электрический кабель для подачи электрической энергии к погружным электрическим насосам установок добычи нефти, подъема воды и перекачки жидкостей из шурфов. Электрический кабель для погружных электрических насосных устройств согласно полезной модели содержит токопроводящие жилы,изготовленные из алюминия или омедненного гальваническим способом алюминия, или из его сплавов, причем защитная оболочка состоит из подушки и брони. Отличительным признаком электрического кабеля согласно полезной модели является то,что токопроводящие жилы,изготовлены из алюминия или омедненного гальваническим способом алюминия, или из его сплавов, содержащих редкие или редкоземельные металлы цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан,ванадий, гафний или их соединения. Основным преимуществом нового электрического кабеля является общедоступность алюминиевых проводников, или проводников,изготовленных из плакированного медью алюминия или его сплавов. В то же время предлагаемый электрический кабель отличается от существующих в настоящее время кабелей тем, что используются алюминиевые проводники или проводники,изготовленные из омедненного гальваническим способом алюминия, или из его сплавов,содержащие редкие или редкоземельные металлы цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан, ванадий,гафний, или их соединения. Более конкретно, небольшие добавки (до 1 процента по массе) вышеупомянутых редких или редкоземельных металлов позволяют существенно повысить прочность,термостойкость и коррозионную стойкость алюминия и его сплавов,без снижения электрической проводимости. Содержание редкого или редкоземельного металла в процентах по массе ( по массе) принято рассчитывать как массу редкого или редкоземельного металла, деленную на совокупную массу смеси, с умножением на 100. Например, добавление церия в количестве 0,5 по массе повышает прочность и термостойкость алюминия примерно в два раза. В то же время коррозия уменьшается в 10 раз, и значительно возрастает его электрическая проводимость. Добавление 0,3 по массе иттрия увеличивает электрическую проводимость алюминия на 7,5, а также повышает его прочность и термостойкость. Добавление 0,4 по массе скандия увеличивает прочность алюминия на 35. При этом возрастают электрическая проводимость и термостойкость алюминия. Добавление циркония до 0,5 по массе позволяет существенно (в 2-2,5 раза) повысить термостойкость алюминия и его сплавов без снижения его электрической проводимости. Ползучесть под нагрузкой алюминия и его сплавов,содержащих редкие или редкоземельные металлы,практически отсутствует. Технология гальванического нанесения меди на алюминий позволяет значительно повысить прочность адгезии медного покрытия к алюминиевой токопроводящей жиле благодаря силам молекулярного сцепления. Тем самым существенно возрастает сопротивление плакированной медью токопроводящей жилы коррозии. Преимущества нового кабеля заключаются в следующем- высокие эксплуатационные характеристики,- повышенная надежность и долговечность,- более широкая область применения. Ограничения на выбор марки алюминия и его сплавов для токопроводящих жил обуславливаются конкретными требованиями к изготовлению,монтажу, демонтажу и эксплуатации кабеля электрического для подачи электрической энергии к погружным электронасосам установок добычи нефти- изготовление токопроводящей жилы из катанки способом волочения- эксплуатация кабеля в нефтяных скважинах на большой глубине в агрессивной среде при температуре до 160 С необходимые физико-механические характеристики токопроводящих жил максимальное разрушающее усилие и относительное удлинение, минимальная ползучесть,минимальное электрическое сопротивление,максимальная термостойкость и длительный срок службы- стоимость. По существу, алюминий и плакированный медью алюминий, или его сплавы, модифицированные вышеуказанными редкими или редкоземельными металлами или их соединениями, удовлетворяют упомянутым выше требованиям. Широко распространенными и самыми дешевыми являются алюминиевые сплавы,модифицированные цирконием. Для изготовления кабельных токопроводящих жил из прутка предпочтительным является применение термостойкого алюминиевого сплава марки ТАС согласно техническому нормативу ТУ 1712-04350289046-2012, год ввода 2012, Россия, в котором термостойкий алюминиевый сплав модифицирован цирконием. Сущность предлагаемого электрического кабеля иллюстрирована следующими примерами. Варианты образцов проволоки для токопроводящих жил из алюминия и алюминиевого сплава и их основные характеристики приведены в Таблице 1. Для изготовления проволоки использовали пруток с диаметром 9-9,5 мм- пруток согласно техническому нормативу ГОСТ 13843-78, Россия, изготовленная из электротехнического алюминия (марки А 5 Е)- пруток согласно техническому нормативу ГОСТ 20967-75, Россия, изготовленная из алюминиевого сплава (марки )- пруток согласно техническому нормативу ТУ 1712-042-50289046-2012, год ввода 2012, год ввода 2012, Россия, изготовленная из термостойкого алюминиевого сплава марки ТАС,модифицированного цирконием, с содержанием, впо массе 0,05 0,25 0,35. Показатели качества образцов трехжильного кабеля приведены в Таблице 2 марки-160 316 согласно техническому нормативу ТУ 3542-015-109958632005, год ввода 2006, Россия, с медными токопроводящими жилами сечением 16 мм 2(сравнительный пример 1 согласно Российскому патенту 14473) марки-90 325 согласно техническому нормативу ТУ 3542-015-109958632005, с токопроводящими жилами из алюминиевого сплава маркисечением 25 мм 2 (сравнительный пример 2 согласно Российскому патенту 57959)- марки -160 325 согласно техническому нормативу ТУ 3542-044-502890462012, год ввода 2012, Россия, с токопроводящими жилами из термостойкого алюминиевого сплава марки ТАС, модифицированного цирконием, с содержанием, впо массе 0,05 0,25 0,35(примеры согласно полезной модели). Как показано на фиг.1 все образцы кабеля состоят из трех уложенных параллельно токопроводящих жил 1 с двухслойной изоляцией 2 из сшитого РЕ (полиоксиэтилена), защитной оболочки 3 токопроводящих жил, изготовленной из термопластичного эластомера, подушки 4 из лент нетканого полотна, и брони 5 из стальной оцинкованной ленты. Конструкция и технология изготовления всех образцов кабеля (включая сравнительный пример 2 согласно Российскому патенту 57959) были аналогичными в приведенных примерах. Таблица 1 показывает, что термостойкий алюминиевый сплав марки ТАС,модифицированный цирконием, обладает лучшими характеристиками. Таблица 2 показывает, что новый кабель согласно полезной модели имеет лучшие эксплуатационные характеристики. Новый кабель для погружных электрических насосных устройств прошел всесторонние испытания на кабельных предприятиях РФ с положительными результатами. Дополнительные аспекты полезной модели приведены в нижеследующем описании Электрический кабель для установок погружных электронасосов, включающий одну или более 3 электрических токопроводящих жил из алюминия или из плакированного медью алюминия, или его сплавов, в котором каждая токопроводящая жила содержит один или более редких или редкоземельных металлов, выбранных из групп,включающих цирконий, скандий, иттрий, церий,лантан, ванадий, гафний, и их соединения. В одном варианте исполнения каждая токопроводящая жила содержит один редкий или редкоземельный металл,выбранный из группы, включающей цирконий,скандий, иттрий, церий, лантан, ванадий, гафний, и их соединения. В одном из вариантов осуществления настоящей полезной модели используется алюминий омедненный гальваническим способом. В одном варианте исполнения электрический кабель оснащен защитной оболочкой токопроводящей жилы и изоляцией. В одном варианте исполнения защитная оболочка токопроводящей жилы выполнена из подушки и брони. В одном варианте исполнения токопроводящие жилы выполнены из алюминиевого сплава, в частности, термостойкого алюминиевого сплава марки ТАС, содержащего цирконий. В одном варианте исполнения каждая из токопроводящих жил содержит вышеуказанный редкий или редкоземельный металл в количестве до 1 процента по массе. Таблица 1 Временное сопротивление разрыву, МПа, по ГОСТ 10446-80 Относительное удлинение при разрыве, , по ГОСТ 10446-80 Удельное электрическое сопротивление при 20 С постоянного тока, Оммм 2/м, по ГОСТ 7229-76 Температура начала рекристаллизации, С Предел ползучести при 200 С, МПа, по ГОСТ 3248-81 1 - Характеристики 2 - Варианты образцов проволоки из алюминия и алюминиевого сплава 3 - Временное сопротивление разрыву, МПа,согласно ГОСТ 10446-80 4 - Относительное удлинение при разрыве, ,согласно ГОСТ 10446-80 Варианты образцов проволоки из алюминия и алюминиевого сплава А 5 Е АВЕ ТАС-0,05 ТАС-0,25 ТАС-0,35 147 180 182 189 190 2 5 - Удельное электрическое сопротивление при температуре 20 С, постоянный ток, Оммм 2/м,согласно ГОСТ 7229-76 6 - Температура начала рекристаллизации, С 7 - Предел ползучести при температуре 200 С,МПа, согласно ГОСТ 3248-81 Таблица 2 Показатели качества электрических кабелей Расчетная масса 1 км, кг Длительно допустимая температура нагрева жил, С Длительно допустимый ток нагрузки при температуре 90 С,А, по ГОСТ Р 51777-2001 Кабель Кабель Варианты кабелей АКПвТБП-160 КПвТБП-160 АКПвТБП-90 325 с 325 ЭЛКА с жилами из 316 с медными жилами из алюминиевого сплава,жилами (аналог) алюминиевого сплава модифицированного АВЕ (прототип) цирконием ТАС-0,05 ТАС-0,25 ТАС-0,35 1016 872 870 865 867 160 90 140 160 160 106 1 - Показатели качества электрических кабелей 2 - Кабель -160 316 с медными токопроводящими жилами (сравнительный пример 1) 3 Кабель-90 325 с токопроводящими жилами из алюминиевого сплава(сравнительный пример 2) 4 - Варианты кабеля -160 325 с токопроводящими жилами из алюминиевого сплава,модифицированного цирконием 5 - Расчетная масса 1 км, кг 4 6 - Длительно допустимая температура нагрева жил, С 7 - Длительно допустимый ток нагрузки при температуре нагрева токопроводящей жилы 90 С, А,по ГОСТ Р 51777-2001 Список условных обозначений 1 Токопроводящая жила 2 Изоляция токопроводящей жилы 3 Оболочка токопроводящей жилы 4 Подушка 5 Броня ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ 1. Кабель электрический для установок погружных электронасосов,содержащий токопроводящие жилы из алюминия или из омедненного алюминия или его сплавов, изоляцию и защитную оболочку жил, а также защитный покров из подушки и брони, отличающийся тем,что токопроводящие жилы выполнены из алюминия или из омедненного гальваническим способом алюминия или его сплавов, модифицированных редкими или редкоземельными металлами из группы цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан,ванадий, гафний или их смесями. 2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что токопроводящие жилы изготовлены из термостойкого алюминиевого сплава марки ТАС,модифицированного цирконием. 3. Кабель по п.1 или 2, отличающийся тем, что токопроводящие жилы содержат редкие или редкоземельные металлы цирконий, скандий,иттрий, церий, лантан, ванадий, гафний, или их соединения, в количестве до 1 процента по массе.