RU131230U1 - POLICOMPOSITION CARRYING CORE FOR ELECTRICAL WIRE AND METHOD OF PRODUCING IT, AND ALSO ELECTRIC WIRE CONTAINING SUCH CORE - Google Patents

Abstract

1. Сердечник для электрического провода, отличающийся тем, что он содержит:внутренний несущий элемент, выполненный из базальтовых волокон и полимерного связующего;промежуточный слой, охватывающий внутренний несущий элемент и выполненный из волокон углеродного материала и полимерного связующего; ивнешнюю оболочку, охватывающую промежуточный слой и выполненную из волокон на основе стекла и полимерного связующего.2. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что связующее внутреннего несущего элемента отличается от связующего промежуточного слоя.3. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит защитное покрытие на внешней оболочке.4. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения промежуточного слоя, по существу, равна площади поперечного сечения внешней оболочки.5. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что несущий элемент состоит из, по меньшей мере, одной нити или жгута базальтового волокна.6. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что внешняя оболочка выполнена, в основном, из нескольких слоев стекловолокна на основе одного из компонентов, выбранных из группы, состоящей из: алюмоборосиликатного стекла, боросиликатного стекла, E-CR-стекла, алюмосиликатного стекла, R-стекла, RH-стекла и S2-стекла.7. Электрический провод, отличающийся тем, что он содержит сердечник по любому из пп.1-6 и многопроволочную токопроводящую жилу, намотанную на сердечник.8. Электрический провод по п.7, отличающийся тем, что многопроволочная токопроводящая жила выполнена в виде нескольких многожильных проводящих элементов, намотанных на внешнюю оболочку сердечника.9. Электрический провод по п.8, отличающийся тем, что пр1. A core for an electric wire, characterized in that it comprises: an internal supporting element made of basalt fibers and a polymeric binder; an intermediate layer covering an internal supporting element and made of fibers of a carbon material and a polymeric binder; and an outer shell covering the intermediate layer and made of fibers based on glass and a polymer binder. 2. The core according to claim 1, characterized in that the binder of the inner supporting element is different from the binder intermediate layer. The core according to claim 1, characterized in that it further comprises a protective coating on the outer shell. The core according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the intermediate layer is essentially equal to the cross-sectional area of the outer shell. The core according to claim 1, characterized in that the supporting element consists of at least one strand or tow of basalt fiber. The core according to claim 1, characterized in that the outer shell is made mainly of several layers of fiberglass based on one of the components selected from the group consisting of: aluminosilicate glass, borosilicate glass, E-CR glass, aluminosilicate glass, R glass, RH glass and S2 glass. 7. An electric wire, characterized in that it contains a core according to any one of claims 1 to 6 and a multi-wire conductive core wound around a core. An electric wire according to claim 7, characterized in that the multi-wire conductive core is made in the form of several multi-core conductive elements wound on the outer shell of the core. The electric wire according to claim 8, characterized in that

Description

2420-301159RU/0422420-301159RU / 042

ПОЛИКОМПОЗИЦИОННЫЙ НЕСУЩИЙ СЕРДЕЧНИК ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРОВОДА И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА, А ТАКЖЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОВОД, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЙ СЕРДЕЧНИКPOLICOMPOSITION CARRYING CORE FOR ELECTRICAL WIRE AND METHOD OF PRODUCING IT, AND ALSO ELECTRIC WIRE CONTAINING SUCH CORE

ОПИСАНИЕDESCRIPTION

Область техникиTechnical field

Данное изобретение относится к области электроэнергетики, в частности, к производству электрических неизолированных проводов и к производству сердечников электрических неизолированных проводов, состоящих из композиционных материалов.This invention relates to the field of electric power, in particular, to the production of uninsulated electrical wires and to the production of cores of uninsulated electrical wires consisting of composite materials.

Уровень техникиState of the art

Рост энергопотребления в промышленных зонах и жилых массивах вызывает необходимость в модернизации инфраструктуры высоковольтных линий и соответствующей инфраструктуры трансформаторных подстанций. При реконструкции изношенных и перегруженных высоковольтных линий сетевого комплекса возникают проблемы с необходимостью использования неизолированных проводов большего поперечного сечения и, соответственно, веса взамен существующих для обеспечения передачи требуемой мощности. Однако часто оказывается невозможным сохранение действующих опор высоковольтных линий, замена которых ведет не только к удорожанию реконструкции линии, но и к значительному увеличению сроков проекта из-за сложности его согласования.The increase in energy consumption in industrial zones and residential areas necessitates the modernization of the infrastructure of high-voltage lines and the corresponding infrastructure of transformer substations. When reconstructing worn-out and overloaded high-voltage lines of a network complex, problems arise with the need to use uninsulated wires of a larger cross-section and, accordingly, the weight instead of existing ones to ensure the transmission of the required power. However, it often turns out to be impossible to maintain the existing supports of high-voltage lines, the replacement of which leads not only to a higher cost of reconstruction of the line, but also to a significant increase in the terms of the project due to the complexity of its coordination.

При проектировании новых опор возникают проблемы с их расстановкой в районах плотной застройки, природоохранных зон и при наличии естественных преград (реки, проливы, горы и т.д.).When designing new supports, problems arise with their placement in areas of dense development, nature protection zones and in the presence of natural barriers (rivers, straits, mountains, etc.).

Современные электрические неизолированные провода высоковольтных линий электропередач представляют собой центральный стальной сердечник с навитым на него алюминиевым проводником. Такие провода используются в течение нескольких последних десятилетий с внесением ряда небольших конструкционных изменений. Одним из недостатков такого провода является возможное его сильное провисание в определенных климатических условиях и при определенных режимах эксплуатации. Кроме того, стальной сердечник такого провода подвержен коррозии.Modern electric bare wires of high-voltage power lines are a central steel core with an aluminum conductor wound around it. Such wires have been used over the past few decades with a number of minor structural changes. One of the drawbacks of such a wire is its possible severe sagging in certain climatic conditions and under certain operating conditions. In addition, the steel core of such a wire is susceptible to corrosion.

Для устранения таких недостатков были разработаны конструкционные решения на основе композитных материалов. Примеры таких решений приведены в патенте США № 7060326, в заявках на патент США №№ 20040131834, 20040131851, 20050227067, 20050129942, 20050186410, 20060051580, а также в публикации WO 03/091008. Указанные конструкционные решения предполагают замену стального сердечника сердечником из композиционного материала, центральный элемент которого образуется посредством использования композиционного материала на основе углеродных волокон и эпоксидного связующего. Кроме того, в таких сердечниках предусмотрена внешняя оболочка из волокнистого материала, отличающегося от композиционного материала из углеродных волокон и эпоксидного связующего. Сердечник изготавливается методом пултрузии.To eliminate such shortcomings, structural solutions based on composite materials were developed. Examples of such solutions are given in US patent No. 7060326, in applications for US patent No. 20040131834, 20040131851, 20050227067, 20050129942, 20050186410, 20060051580, as well as in the publication WO 03/091008. These structural solutions involve replacing the steel core with a core of composite material, the central element of which is formed by using a composite material based on carbon fibers and an epoxy binder. In addition, an outer shell of fibrous material is provided in such cores, which is different from the composite material of carbon fibers and an epoxy binder. The core is made by pultrusion.

Однако такие провода имеют определенные недостатки. Несмотря на высокую устойчивость к коррозии сердечника и малое провисание провода, технология изготовления приводит к образованию неравномерной структуры сердечника. Композитный сердечник из углеродного волокна является относительно хрупким материалом по отношению к традиционному стальному сердечнику, что в значительной степени ограничивает условия его транспортировки и монтажа. Современная технология производства углекомпозитного сердечника и стоимость материалов приводят к тому, что стоимость провода с углекомпозитным сердечником в разы превышает стоимость традиционного провода со стальным сердечником.However, such wires have certain disadvantages. Despite the high resistance to core corrosion and low sagging of the wire, manufacturing technology leads to the formation of an uneven core structure. The carbon fiber composite core is a relatively brittle material relative to a traditional steel core, which greatly limits the conditions for its transportation and installation. Modern technology for the production of a carbon composite core and the cost of materials lead to the fact that the cost of a wire with a carbon composite core is several times higher than the cost of a traditional wire with a steel core.

Все вышеуказанные факты приводят к тому, что использование в энергетике электрических кабелей на основе углекомпозитного сердечника ограничивается специальными проектными решениями и не находит массового применения.All the above facts lead to the fact that the use in the power industry of electric cables based on a carbon composite core is limited by special design solutions and does not find mass application.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является создание поликомпозитного сердечника для электрического высоковольтного неизолированного провода, по своим технико-экономическим параметрам не уступающего сердечнику на основе углеродного волокна и лишенного соответствующих недостатков последнего.An object of the present invention is to provide a multicomposite core for an electric high-voltage bare wire, which in its technical and economic parameters is not inferior to a carbon fiber core and devoid of the corresponding disadvantages of the latter.

Дополнительной задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления сердечника из композиционного материала, который предназначен для использования в составе электрического высоковольтного неизолированного провода.An additional objective of the present invention is the development of a method of manufacturing a core of composite material, which is intended for use in the composition of an electric high-voltage bare wire.

Согласно первому объекту изобретения, создан сердечник для электрического провода, содержащий внутренний несущий элемент, выполненный из базальтовых волокон и полимерного связующего; промежуточный слой, охватывающий внутренний несущий элемент и выполненный из волокон углеродного материала и полимерного связующего; и внешнюю оболочку, охватывающую промежуточный слой и выполненную из волокон на основе стекла и полимерного связующего.According to a first aspect of the invention, there is provided a core for an electrical wire, comprising an internal support member made of basalt fibers and a polymer binder; an intermediate layer covering the inner supporting element and made of fibers of a carbon material and a polymer binder; and an outer shell covering the intermediate layer and made of fibers based on glass and a polymer binder.

Предпочтительно, связующее внутреннего несущего элемента отличается от связующего промежуточного слоя.Preferably, the binder of the inner support member is different from the binder intermediate layer.

Предпочтительно, сердечник дополнительно содержит защитное покрытие на внешней оболочке.Preferably, the core further comprises a protective coating on the outer shell.

Предпочтительно, площадь поперечного сечения промежуточного слоя, по существу, равна площади поперечного сечения внешней оболочки.Preferably, the cross-sectional area of the intermediate layer is substantially equal to the cross-sectional area of the outer shell.

Предпочтительно, несущий элемент состоит из, по меньшей мере, одной нити или жгута базальтового волокна.Preferably, the carrier element consists of at least one strand or tow of basalt fiber.

Предпочтительно, внешняя оболочка выполнена, в основном, из нескольких слоев стекловолокна на основе одного из компонентов, выбранных из группы, состоящей из: алюмоборосиликатного стекла, боросиликатного стекла, E-CR-стекла, алюмосиликатного стекла, R-стекла, RH-стекла и S2-стекла.Preferably, the outer shell is made essentially of several layers of fiberglass based on one of the components selected from the group consisting of: aluminosilicate glass, borosilicate glass, E-CR glass, aluminosilicate glass, R-glass, RH-glass and S2 glass.

Согласно второму объекту изобретения, создан электрический провод, содержащий вышеописанный сердечник и многопроволочную токопроводящую жилу, намотанную на сердечник.According to a second aspect of the invention, an electric wire is provided comprising the core described above and a multi-wire conductive core wound around the core.

Предпочтительно, многопроволочная токопроводящая жила выполнена в виде нескольких многожильных проводящих элементов, намотанных на внешнюю оболочку сердечника.Preferably, the multi-wire conductive core is made in the form of several multi-core conductive elements wound on the outer shell of the core.

Предпочтительно, проводящие элементы представляют собой металлическую проволоку круглой формы или профилированную металлическую проволоку трапецеидальной, клиновидной или Z-образной формы.Preferably, the conductive elements are a round metal wire or a profiled metal wire of a trapezoidal, wedge-shaped or Z-shaped.

Согласно третьему объекту изобретения, создан способ изготовления сердечника электрического провода, при котором формируют из базальтовых волокон и полимерного связующего внутренний несущий элемент; осуществляют, по меньшей мере, частичную полимеризацию связующего внутреннего несущего элемента; формируют из волокон углеродного материала и полимерного связующего промежуточный слой, охватывающий внутренний несущий элемент; осуществляют, по меньшей мере, частичную полимеризацию связующего промежуточного слоя; формируют из волокон на основе стекла и полимерного связующего внешнюю оболочку, охватывающую промежуточный слой; и осуществляют, по меньшей мере, частичную полимеризацию связующего внешней оболочки.According to a third aspect of the invention, there is provided a method for manufacturing an electric wire core, in which an internal support element is formed from basalt fibers and a polymer binder; carry out at least partial polymerization of the binder of the inner supporting element; forming from the fibers of the carbon material and the polymer binder an intermediate layer covering the inner supporting element; carry out at least partial polymerization of the binder intermediate layer; forming from the fibers based on glass and a polymer binder an outer shell covering the intermediate layer; and carry out at least partial polymerization of the binder outer shell.

Предпочтительно, полимеризацию связующего внутреннего несущего элемента осуществляют отдельно от полимеризации связующего внешней оболочки.Preferably, the polymerization of the binder inner bearing member is carried out separately from the polymerization of the binder outer shell.

Предпочтительно, полимеризацию связующего внутреннего несущего элемента, по меньшей мере, частично осуществляют воздействием ультрафиолетового излучения.Preferably, the polymerization of the binder inner carrier is at least partially carried out by ultraviolet radiation.

Предпочтительно, промежуточный слой и внешнюю оболочку формируют, по существу, одновременно.Preferably, the intermediate layer and the outer shell are formed substantially simultaneously.

Предпочтительно, на внешнюю оболочку дополнительно наносят защитное покрытие.Preferably, a protective coating is additionally applied to the outer shell.

Промежуточный слой или внешнюю оболочку можно наматывать по спирали под углом от 1 до 40є.The intermediate layer or the outer shell can be wound in a spiral at an angle from 1 to 40є.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг.1 - вид в поперечном сечении электрического провода с сердечником, согласно настоящему изобретению;Figure 1 is a view in cross section of an electric wire with a core according to the present invention;

Фиг.2 - внешний вид электрического кабеля, протянутого между двумя опорами;Figure 2 is an external view of an electric cable stretched between two supports;

Фиг.3 - вид в поперечном сечении сердечника, согласно настоящему изобретению;Figure 3 is a view in cross section of a core according to the present invention;

Фиг.4 - схематическая иллюстрация примера реализации способа изготовления сердечника, согласно настоящему изобретению; и4 is a schematic illustration of an example implementation of a method of manufacturing a core according to the present invention; and

Фиг.5 - вид в поперечном разрезе альтернативного варианта сердечника, согласно настоящему изобретению.5 is a cross-sectional view of an alternative core according to the present invention.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В связи с тем, что в рамках настоящего изобретения возможно изготовление сердечников различной формы, то приложенные чертежи и нижеследующее подробное описание следует рассматривать в качестве примера применения основных принципов, указанных в настоящем изобретении. Следует понимать, что данное изобретение не ограничивается только указанным конструкционным решением. При этом аналогичные элементы на разных чертежах обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Кроме того, подразумевается, что чертежи являются простым схематическим представлением изобретения, и масштаб определенных элементов может быть увеличен или уменьшен для их наглядности.Due to the fact that in the framework of the present invention it is possible to manufacture cores of various shapes, the attached drawings and the following detailed description should be considered as an example of the application of the basic principles specified in the present invention. It should be understood that this invention is not limited only to the specified structural solution. Moreover, similar elements in different drawings are denoted by the same reference position. In addition, it is understood that the drawings are a simple schematic representation of the invention, and the scale of certain elements can be increased or decreased for clarity.

На Фиг.1 представлен электрический неизолированный провод. Рассматриваемый в настоящем изобретении электрический высоковольтный неизолированный провод с сердечником из поликомпозиционного материала представляет собой многожильный проводник, предназначенный для передачи и распределения электрической энергии. Такие проводники используются для передачи и распределения электрической энергии в высоковольтных линиях электропередач, которые формируют федеральную электрическую сеть страны. Электрический провод 1 высоковольтной линии натягивается между опорами 8 так, как это показано на Фиг.2. Диапазон рабочего напряжения, которое подается через данные электрические проводники, обычно находится в диапазоне от 10 кВ до 1000 кВ, хотя он и не ограничивается данными значениями.Figure 1 presents an electric bare wire. The electric high-voltage non-insulated wire with a core of multicomposite material considered in the present invention is a multicore conductor intended for transmission and distribution of electrical energy. Such conductors are used for the transmission and distribution of electrical energy in high voltage power lines, which form the country's federal electric network. The electric wire 1 of the high-voltage line is stretched between the supports 8 as shown in FIG. 2. The range of operating voltage that is supplied through these electrical conductors is usually in the range of 10 kV to 1000 kV, although it is not limited to these values.

Электрический провод 1 состоит из сердечника 2 и намотанных на него электрических проводников 3. Детализированный чертеж сердечника 2 представлен на Фиг.3. Сердечник состоит из внутреннего несущего элемента 4, промежуточного слоя 5, внешней оболочки 6 и, при необходимости, защитного покрытия 7. При отгрузке и монтаже сердечник, который состоит из гибких и гнущихся элементов, может быть намотан на стандартную транспортировочную катушку.The electric wire 1 consists of a core 2 and wound electrical conductors 3. A detailed drawing of the core 2 is shown in FIG. 3. The core consists of an inner supporting element 4, an intermediate layer 5, an outer shell 6 and, if necessary, a protective coating 7. During shipment and installation, the core, which consists of flexible and bending elements, can be wound on a standard shipping reel.

В связи с необходимостью эксплуатации электрических проводов при различных и меняющихся напряжениях, их производят с различными диаметрами. Диапазон изменения силы тока в таких проводниках находится в диапазоне от 500 А (70°С) до 3200 А и выше (180+°С). Диаметр сердечника может составлять от 6 мм до 12 мм.Due to the need to operate electric wires at different and changing voltages, they are produced with different diameters. The range of current strength in such conductors is in the range from 500 A (70 ° C) to 3200 A and higher (180 + ° C). The core diameter can range from 6 mm to 12 mm.

Внутренний несущий элемент 4 сердечника состоит из заданного количества базальтовых волокон 9 в матрице из полимерного связующего 10. Внутренний несущий элемент 4 имеет определенный диаметр и, в основном, имеет правильную круглую форму. Диаметр внутреннего несущего элемента сердечника изменяется в зависимости от диаметра провода и его номинальной нагрузки.The inner core carrier 4 consists of a predetermined number of basalt fibers 9 in a matrix of polymer binder 10. The inner carrier 4 has a certain diameter and basically has a regular round shape. The diameter of the inner core supporting element varies depending on the diameter of the wire and its rated load.

Базальтовые волокна 9 обычно располагаются продольно по всей длине сердечника и параллельно друг другу. Преимущество такого внутреннего несущего элемента, армированного базальтовым волокном, в том, что он обладает высокой устойчивостью к коррозии и хрупкому излому при наличии растягивающего напряжения. Рекомендуется, чтобы диаметр данных базальтовых волокон составлял приблизительно 13±1 микрон, хотя он не ограничивается данными значениями. При таком конструкционном решении номинальная линейная плотность жгутов из таких волокон будет составлять 2400-4800 текс. Обычно соотношение базальтового волокна к связующему составляет приблизительно 80:20 ±5. Предел прочности на разрыв таких волокон находится в диапазоне от 4 до 4,5 ГПа. Кроме того, необходимо отметить, что углеродные волокна могут проникать внутрь такого сердечника, хотя в большинстве рекомендуемых конструкционных решений данного изобретения внутренний несущий элемент сердечника не содержит углеродного волокна.Basalt fibers 9 are usually located longitudinally along the entire length of the core and parallel to each other. The advantage of such an internal supporting element reinforced with basalt fiber is that it is highly resistant to corrosion and brittle fracture in the presence of tensile stress. It is recommended that the diameter of these basalt fibers be approximately 13 ± 1 microns, although it is not limited to these values. With this design solution, the nominal linear density of bundles of such fibers will be 2400-4800 tex. Typically, the ratio of basalt fiber to binder is approximately 80:20 ± 5. The tensile strength of such fibers is in the range from 4 to 4.5 GPa. In addition, it should be noted that carbon fibers can penetrate inside such a core, although in most recommended structural solutions of the present invention, the core core does not contain carbon fiber.

Связующее для внутреннего несущего элемента может состоять из произвольного количества компонентов, которые сочетаются с армирующими волокнами. Например, в состав связующего могут быть включены следующие компоненты: полиэфирная смола, винилэфирная смола, эпоксидная смола, фенолформальдегидная смола, уретан, термопласты и многие другие. В связи с тем, что температура стеклования (Tg) стержня, состоящего из композитных материалов, составляет 190-210°С, то рабочая температура смолы должна превышать указанную температуру. В данном случае матрица связующего состоит из высокотемпературной эпоксидной смолы, отверждаемой с помощью ангидрида, температура стеклования которой приблизительно составляет от 190 до 250°С.The binder for the inner supporting element may consist of an arbitrary number of components that are combined with reinforcing fibers. For example, the following components may be included in the composition of the binder: polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, phenol formaldehyde resin, urethane, thermoplastics and many others. Due to the fact that the glass transition temperature (Tg) of the rod, consisting of composite materials, is 190-210 ° C, the working temperature of the resin must exceed the specified temperature. In this case, the matrix of the binder consists of a high temperature epoxy resin cured with anhydride, the glass transition temperature of which is approximately from 190 to 250 ° C.

Полимеризация связующего внутреннего несущего элемента происходит до процесса пултрузии промежуточного слоя и внешней оболочки. Это позволяет обеспечить надлежащее центрирование наложения промежуточного и внешнего слоя, а также избежать провисания сердечника в ходе полимеризации связующего. Кроме этого, отверждение связующего внутреннего несущего элемента перед нанесением последующих слоев существенно облегчает процесс полимеризации и отверждения связующего всего сердечника. Также отдельная полимеризация различных слоев позволяет использовать различные варианты химического состава связующего, что предоставляет возможность подобрать соответствующую комбинацию связующих разных типов к волокнам с определенными параметрами. Таким образом, различные виды связующего могут использоваться в разных местах сердечника, состоящего из композитных материалов. Также раздельная полимеризация внутреннего несущего элемента облегчает более равномерную укладку промежуточного слоя.The polymerization of the binder of the inner supporting element occurs before the pultrusion process of the intermediate layer and the outer shell. This allows you to ensure proper centering of the overlay of the intermediate and outer layer, as well as to avoid sagging of the core during polymerization of the binder. In addition, the curing of the binder of the inner supporting element before applying the subsequent layers greatly facilitates the process of polymerization and curing of the binder of the entire core. Separate polymerization of various layers also allows the use of various variants of the chemical composition of the binder, which makes it possible to choose the appropriate combination of different types of binders for fibers with specific parameters. Thus, different types of binder can be used in different places of the core, consisting of composite materials. Separate polymerization of the inner supporting element also facilitates a more uniform laying of the intermediate layer.

На Фиг.3 показан промежуточный слой 5, состоящий из армирующих волокон 11 и полимерного связующего 12. Промежуточный слой равномерно наносится на внешний слой внутреннего несущего элемента 4 сердечника. Промежуточный слой 5 в поперечном разрезе имеет кольцеобразное поперечное сечение равномерной толщины. В зависимости от размера всего электрического провода, значение толщины промежуточного слоя может находиться в диапазоне от 1,6 до 9,5 мм. В зависимости от варианта конструкции сердечника, промежуточной слой может содержать углеродное волокно, диаметр которого составляет 7 микрон. Рекомендуется, чтобы величина отношения волокна к связующему в процентном отношении составляла приблизительно 80:20 ±5. Преимуществом такого подхода является то, что коэффициент линейного теплового расширения углеродного волокна близок к нулю. Предел прочности на разрыв таких углеродных волокон находится в диапазоне от 3,5 до 5 ГПа. Полимерное связующее 12 состоит из вещества, которое представляет собой смесь материалов, аналогичных материалам, из которых состоит связующее 10 внутреннего несущего элемента сердечника.Figure 3 shows the intermediate layer 5, consisting of reinforcing fibers 11 and a polymer binder 12. The intermediate layer is uniformly applied to the outer layer of the inner core 4 of the core. The intermediate layer 5 in cross section has an annular cross section of uniform thickness. Depending on the size of the entire electrical wire, the thickness of the intermediate layer can range from 1.6 to 9.5 mm. Depending on the design of the core, the intermediate layer may contain carbon fiber, the diameter of which is 7 microns. It is recommended that the ratio of fiber to binder as a percentage is approximately 80:20 ± 5. An advantage of this approach is that the coefficient of linear thermal expansion of the carbon fiber is close to zero. The tensile strength of such carbon fibers is in the range from 3.5 to 5 GPa. The polymer binder 12 consists of a substance, which is a mixture of materials similar to the materials of which the binder 10 of the inner core support element consists.

Предполагается, что промежуточный слой 5 состоит, главным образом, из однородного вещества, в частности, из композитционного материала на основе углеродного волокна. Тем не менее, также предполагается, что промежуточный слой 5 может, в свою очередь, состоять из большого количества слоев и иметь разнообразные структуры. Например, в промежуточном слое 5 могут образовываться несколько колец или слоев A, B, C (см. Фиг.5), каждый из которых может состоять из различных материалов, например, различных видов углеродного волокна, или компоненты углеродного волокна сочетаются с элементами из неуглеродных материалов (например, стекловолокна и т.д.).It is assumed that the intermediate layer 5 consists mainly of a homogeneous substance, in particular, a composite material based on carbon fiber. However, it is also contemplated that the intermediate layer 5 may, in turn, consist of a large number of layers and have a variety of structures. For example, in the intermediate layer 5, several rings or layers A, B, C can be formed (see Figure 5), each of which can consist of different materials, for example, different types of carbon fiber, or the components of the carbon fiber are combined with elements from non-carbon materials (e.g. fiberglass, etc.).

Композитный слой внешней оболочки 6 состоит из слоя, который имеет кольцеобразное поперечное сечение равномерной толщины из композиционного материала, состоящего из армирующих волокон 13 и полимерного связующего 14. Данный композитный слой состоит из слоя стекловолокна на основе алюмоборосиликатного стекла, не содержащего бор, или высокомодульного высокопрочного стекловолокна. Помимо вышеприведенных преимуществ использования композитного слоя, состоящего из стекловолокна на основе алюмоборосиликатного стекла и не содержащего бор, получаемый композит препятствует возникновению процессов электрохимической коррозии между углеродом и поверхностным слоем алюминия проводника. Допускается использование других материалов, которые подходят для применения вместе с внешним слоем внутреннего несущего элемента сердечника, например, алюмоборосиликатного стекла, боросиликатного стекла, E-CR-стекла, алюмосиликатного стекла, R-стекла, RH-стекла и S2-стекла, а также других видов стекол.The composite layer of the outer shell 6 consists of a layer that has an annular cross-section of uniform thickness of a composite material consisting of reinforcing fibers 13 and a polymer binder 14. This composite layer consists of a layer of fiberglass based on aluminum-borosilicate glass that does not contain boron, or high-modulus high-strength glass fiber . In addition to the above advantages of using a composite layer consisting of fiberglass based on aluminosilicate glass and not containing boron, the resulting composite prevents the occurrence of electrochemical corrosion between carbon and the surface layer of aluminum conductor. It is allowed to use other materials that are suitable for use with the outer layer of the inner supporting element of the core, for example, aluminosilicate glass, borosilicate glass, E-CR glass, aluminosilicate glass, R-glass, RH-glass and S2-glass, as well as others types of glasses.

Полимерное связующее оболочки 6 является идентичным или аналогичным связующему промежуточного слоя 5. В предпочтительном варианте связующее 12 промежуточного слоя и связующее 14 оболочки должны состоять из одного и того же материала. В некоторых вариантах связующее внутреннего несущего элемента 4 сердечника может отличаться по своему составу от связующего промежуточного слоя 5 и внешней оболочки 6. В остальных случаях связующее должно быть одинаковым для всего сердечника.The polymer binder of the shell 6 is identical or similar to the binder of the intermediate layer 5. In a preferred embodiment, the binder 12 of the intermediate layer and the binder 14 of the shell should consist of the same material. In some embodiments, the binder of the inner core supporting member 4 may differ in composition from the binder intermediate layer 5 and the outer shell 6. In other cases, the binder should be the same for the entire core.

Внешняя оболочка 6 должна быть однородной и иметь кольцевую форму. Желательно, чтобы площадь поперечного сечения промежуточного слоя и внешней оболочки были, по существу, равны. Это позволяет снизить степень прогиба в ходе изготовления провода по причине неравномерного распределения армирующих элементов по сечению сердечника. Кроме того, должно существовать определенное соотношение между радиальными толщинами слоев, так как площади поперечного сечения практически равны между собой. При этом допускается некоторая разница значений площадей поперечного сечения. Кроме того, величина объемного соотношения армирующих волокон к полимерному связующему должна составлять приблизительно 80:20 ±5.The outer shell 6 should be homogeneous and have an annular shape. It is desirable that the cross-sectional area of the intermediate layer and the outer shell be substantially equal. This allows you to reduce the degree of deflection during the manufacture of the wire due to the uneven distribution of the reinforcing elements over the cross section of the core. In addition, there must be a certain relationship between the radial thicknesses of the layers, since the cross-sectional areas are almost equal to each other. In this case, some difference in the values of the cross-sectional area is allowed. In addition, the volume ratio of the reinforcing fibers to the polymer binder should be approximately 80:20 ± 5.

Для защиты внешней оболочки на нее может быть нанесено защитное покрытие 7 с определенной толщиной. Такое защитное покрытие 7 позволяет защитить сердечник от воздействия ультрафиолетового излучения, а также предупреждает эрозию его поверхности. Кроме того, оно предохраняет сердечник от электрических разрядов. Защитное покрытие может состоять из термопластичных полимеров, лакокрасочных материалов или других подобных материалов.To protect the outer shell, a protective coating 7 with a certain thickness can be applied to it. Such a protective coating 7 allows you to protect the core from exposure to ultraviolet radiation, and also prevents erosion of its surface. In addition, it protects the core from electrical discharges. The protective coating may consist of thermoplastic polymers, paints and varnishes, or other similar materials.

Как показано на Фиг.1, электрический провод 1 может состоять из определенного количества многожильных проводников 3, которые, в основном, производятся из алюминия или из соответствующего алюминиевого сплава. Обычно такие многожильные проводники имеют круглое поперечное сечение. В ходе изготовления провода они наматываются на сердечник 2. В других вариантах изобретения в электрическом проводе могут предусматриваться многожильные проводники, например, трапециевидного сечения, которые также навиваются вокруг сердечника 2. Подразумевается, что данное изобретение не ограничивается только одной какой-либо конфигурацией элемента электрического кабеля, какого-либо определенного размера или количеством жил. Кроме того, подразумевается, что данное изобретение не ограничивается использованием какого-либо одного вида проводящего материала.As shown in FIG. 1, the electric wire 1 may consist of a certain number of stranded conductors 3, which are mainly made from aluminum or from a corresponding aluminum alloy. Typically, such stranded conductors have a circular cross section. During the manufacture of the wire, they are wound around the core 2. In other embodiments of the invention, multicore conductors, for example, of a trapezoidal cross section, which are also wound around the core 2, may be provided in the electric wire. It is intended that this invention is not limited to just one configuration of an electric cable element , any particular size or number of cores. In addition, it is understood that the invention is not limited to the use of any one type of conductive material.

В соответствии с настоящим изобретением, при изготовлении сердечника 2, в первую очередь, формируется внутренний несущий элемент 4. Внутренний несущий элемент 4 получается в результате пултрузии или полимеризации связующего 10 внутреннего несущего элемента 4 под воздействием ультрафиолетового излучения. В ходе процесса пултрузии армирующее волокно 9 помещается в жидкое связующее 10 (то есть осуществляется процесс пропитки связующим). Затем состав протягивается сквозь фильеру или пресс-форму, которая обжимает волокна. Таким образом, первая фильера формирует внутренний несущий элемент 4 (не показано на чертеже). Кроме того, первая фильера позволяет удалить излишки связующего, которые присутствуют на пучке волокон 9 до его введения в фильеру.In accordance with the present invention, in the manufacture of the core 2, the inner supporting member 4 is primarily formed. The inner supporting member 4 is obtained by pultrusion or polymerization of the binder 10 of the inner supporting member 4 by ultraviolet radiation. During the pultrusion process, the reinforcing fiber 9 is placed in a liquid binder 10 (i.e., a binder impregnation process is carried out). The composition is then pulled through a die or mold that compresses the fibers. Thus, the first die forms an internal carrier 4 (not shown in the drawing). In addition, the first die makes it possible to remove excess binder that is present on the fiber bundle 9 before it is introduced into the die.

Как показано на Фиг.4, после протяжки внутреннего несущего элемента 4 через фильеру, происходит отверждение связующего 10. В одном из вариантов изобретения рекомендуется проводить полное отверждение внутреннего несущего элемента 4 с последующей его намоткой на барабан. Далее с данного приемного барабана несущий элемент 4 подается на оборудование для нанесения промежуточного слоя. В другом варианте изобретения связующее 10 внутреннего несущего элемента полимеризуется под воздействием ультрафиолетового излучения. В иных случаях допускается пултрузия внутреннего несущего элемента 4 с тепловой полимеризацией.As shown in FIG. 4, after drawing the inner carrier 4 through the die, curing of the binder 10 takes place. In one embodiment of the invention, it is recommended to completely cure the inner carrier 4 with its subsequent winding onto the drum. Further, from this receiving drum, the supporting element 4 is fed to the equipment for applying an intermediate layer. In another embodiment of the invention, the binder 10 of the inner carrier is polymerized by ultraviolet radiation. In other cases, pultrusion of the inner supporting element 4 with thermal polymerization is allowed.

После завершения процесса отверждения внутренний несущий элемент 4 подается на оборудование для нанесения промежуточного слоя 5 и внешней оболочки 6. Таким образом, внутренний несущий элемент 4 протягивается сквозь вторую фильеру 15 и выравнивается. Затем после прохождения пропиточной ванны 16 на армирующие волокна 11 и 13 наносится связующее 12 и 14, и в преформере 17 происходит предварительное формирование промежуточного слоя 5 и внешней оболочки 6. Затем такой комплексный элемент протягивается сквозь вторую фильеру 15. При этом фильера позволяет удалить излишки связующего, которые присутствуют на пучках волокон, до их введения в фильеру. Одновременно происходит распределение армирующих волокон и полимеризация и отверждение связующего 12 промежуточного слоя 5 и связующего 14 внешней оболочки 6 сердечника.After the curing process is completed, the inner carrier 4 is fed to the equipment for applying the intermediate layer 5 and the outer shell 6. Thus, the inner carrier 4 is pulled through the second die 15 and leveled. Then, after passing through the impregnation bath 16, a binder 12 and 14 is applied to the reinforcing fibers 11 and 13, and in the preformer 17, the intermediate layer 5 and the outer shell 6 are pre-formed. Then, such a complex element is pulled through the second die 15. In this case, the die allows you to remove excess binder that are present on bundles of fibers prior to their introduction into the die. At the same time, the distribution of reinforcing fibers and the polymerization and curing of the binder 12 of the intermediate layer 5 and the binder 14 of the outer shell 6 of the core occur.

Технология предварительной полимеризации центрального несущего элемента с отдельным нанесением и полимеризацией промежуточного и внешнего слоев рассматривается в качестве подхода, позволяющего избежать повреждения сердечника, с оптимизацией параметров производственного процесса для получения всех типов сердечников на композитной основе. Данная технология обеспечивает более высокое качество изготовления композитного сердечника по сравнению с технологическим процессом, при котором производится погружение всех типов армирующих волокон в пропиточную ванну с жидким связующего с последующей вытяжкой через фильеру при одновременном формообразовании и придании соответствующих размеров производимого сердечника. Такой процесс приводит к возникновению колебаний толщины внутреннего слоя сердечника вдоль его длины и, соответственно, неравномерности механических параметров производимого сердечника.The technology of preliminary polymerization of the central bearing element with the separate deposition and polymerization of the intermediate and external layers is considered as an approach to avoid core damage, with optimization of the production process parameters to obtain all types of cores on a composite basis. This technology provides a higher quality of manufacturing the composite core compared to the technological process, in which all types of reinforcing fibers are immersed in an impregnating bath with a liquid binder, followed by drawing through a die while shaping and adjusting the size of the produced core. Such a process leads to the occurrence of fluctuations in the thickness of the inner layer of the core along its length and, accordingly, the unevenness of the mechanical parameters of the produced core.

Согласно изобретению, контролируемый процесс полимеризации внутреннего несущего элемента позволяет получать равномерный стержень, который облегчает равномерное нанесение промежуточного компаунда и компаунда внешней оболочки. В частности, полимеризация сердечника с определенными размерами и снятие излишков связующего позволяет избежать значительного провисания сердечника, что ведет к формированию однородного слоя вокруг несущего элемента. Таким образом, получаемый сердечник является, в целом, однородным, а колебания диаметра промежуточного слоя по длине сердечника минимальны. Кроме того, при первоначальном формировании несущего элемента легче контролировать значение соотношения волокон. То есть технологический процесс протекает с более высокой точностью. Связующее 10 несущего элемента представляет собой отдельный элемент, который полимеризуется отдельно от связующего 12 промежуточного слоя, которое, в свою очередь, может проникать в связующее 14, то есть между ними существует физическая граница раздела. Даже если технологический процесс предполагает лишь частичную полимеризацию связующего 10 перед непосредственным нанесением элементов промежуточного слоя и связующего 12, то, все равно, две матрицы представляют собой отдельные друг от друга элементы и имеют четкую границу. И наконец, отсутствие углеродного волокна в структуре внутреннего несущего элемента 4 и использование его во внешних слоях улучшает технические параметры сердечника.According to the invention, a controlled polymerization process of the inner supporting element allows to obtain a uniform rod, which facilitates the uniform application of the intermediate compound and the compound of the outer shell. In particular, the polymerization of the core with certain dimensions and the removal of excess binder avoids significant sagging of the core, which leads to the formation of a uniform layer around the supporting element. Thus, the resulting core is generally homogeneous, and fluctuations in the diameter of the intermediate layer along the length of the core are minimal. In addition, when the carrier is initially formed, it is easier to control the fiber ratio. That is, the technological process proceeds with higher accuracy. The binder 10 of the carrier element is a separate element that polymerizes separately from the binder 12 of the intermediate layer, which, in turn, can penetrate into the binder 14, that is, a physical interface exists between them. Even if the technological process involves only partial polymerization of the binder 10 before the direct application of the elements of the intermediate layer and the binder 12, then, all the same, the two matrices are separate elements from each other and have a clear boundary. And finally, the absence of carbon fiber in the structure of the inner supporting element 4 and its use in the outer layers improves the technical parameters of the core.

После полимеризации связующего внутреннего несущего элемента 4, промежуточного слоя 5 и внешней оболочки 6 размеры получаемого сердечника остаются постоянными. При этом существует возможность на установке 18 нанести на сердечник защитное покрытие. В частности, существует большое количество разнообразных технологических процессов нанесения защитного покрытия на сердечник, а именно: экструзия, напыление, оплетка, окраска, наплавка, укладка синтетической сетки, а также другие способы нанесения защитных покрытий. Как было показано, покрытие 7 позволяет избежать эрозии полимерного связующего и защищает сердечник от электрических разрядов, а также предохраняет элементы сердечника от воздействия ультрафиолетового излучения.After polymerization of the binder of the inner supporting element 4, the intermediate layer 5 and the outer shell 6, the dimensions of the resulting core remain constant. At the same time, it is possible to install a protective coating on the core 18. In particular, there are a large number of various technological processes for applying a protective coating to the core, namely: extrusion, spraying, braiding, painting, surfacing, laying of synthetic mesh, as well as other methods of applying protective coatings. As was shown, the coating 7 avoids erosion of the polymer binder and protects the core from electrical discharges, and also protects the core elements from ultraviolet radiation.

Так как примеры осуществления данного изобретения были описаны достаточно подробно, очевидно, что специалистами в данной области могут быть достаточно легко осуществлены различные модификации без выхода за пределы существа и объема изобретения. В соответствии с этим, не предполагается, что объем прилагаемой здесь формулы изобретения ограничивается примерами и описаниями, предложенными здесь, и формула изобретения должна истолковываться как включающая в себя все признаки патентоспособной новизны, которая находится в данном патенте, включая все признаки, которые могут быть рассмотрены как их эквиваленты теми специалистами в данной области, к которым это изобретение имеет отношение.Since the embodiments of the present invention have been described in sufficient detail, it is obvious that specialists in this field can be quite easily implemented various modifications without going beyond the essence and scope of the invention. Accordingly, it is not intended that the scope of the claims appended here be limited to the examples and descriptions provided herein, and the claims should be construed as including all features of a patentable novelty that is in this patent, including all features that may be considered as their equivalents by those skilled in the art to which this invention relates.

Claims (9)

1. Сердечник для электрического провода, отличающийся тем, что он содержит:1. The core for the electrical wire, characterized in that it contains: внутренний несущий элемент, выполненный из базальтовых волокон и полимерного связующего;an internal supporting element made of basalt fibers and a polymer binder; промежуточный слой, охватывающий внутренний несущий элемент и выполненный из волокон углеродного материала и полимерного связующего; иan intermediate layer covering the inner supporting element and made of fibers of a carbon material and a polymer binder; and внешнюю оболочку, охватывающую промежуточный слой и выполненную из волокон на основе стекла и полимерного связующего.an outer shell covering the intermediate layer and made of fibers based on glass and a polymer binder. 2. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что связующее внутреннего несущего элемента отличается от связующего промежуточного слоя.2. The core according to claim 1, characterized in that the binder of the inner supporting element is different from the binder intermediate layer. 3. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит защитное покрытие на внешней оболочке.3. The core according to claim 1, characterized in that it further comprises a protective coating on the outer shell. 4. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения промежуточного слоя, по существу, равна площади поперечного сечения внешней оболочки.4. The core according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area of the intermediate layer is essentially equal to the cross-sectional area of the outer shell. 5. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что несущий элемент состоит из, по меньшей мере, одной нити или жгута базальтового волокна.5. The core according to claim 1, characterized in that the supporting element consists of at least one strand or tow of basalt fiber. 6. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что внешняя оболочка выполнена, в основном, из нескольких слоев стекловолокна на основе одного из компонентов, выбранных из группы, состоящей из: алюмоборосиликатного стекла, боросиликатного стекла, E-CR-стекла, алюмосиликатного стекла, R-стекла, RH-стекла и S2-стекла.6. The core according to claim 1, characterized in that the outer shell is made mainly of several layers of fiberglass based on one of the components selected from the group consisting of: aluminosilicate glass, borosilicate glass, E-CR glass, aluminosilicate glass , R-glass, RH-glass and S2-glass. 7. Электрический провод, отличающийся тем, что он содержит сердечник по любому из пп.1-6 и многопроволочную токопроводящую жилу, намотанную на сердечник.7. An electric wire, characterized in that it comprises a core according to any one of claims 1 to 6 and a multi-wire conductive core wound around a core. 8. Электрический провод по п.7, отличающийся тем, что многопроволочная токопроводящая жила выполнена в виде нескольких многожильных проводящих элементов, намотанных на внешнюю оболочку сердечника.8. The electric wire according to claim 7, characterized in that the multi-wire conductive core is made in the form of several multi-core conductive elements wound on the outer shell of the core. 9. Электрический провод по п.8, отличающийся тем, что проводящие элементы представляют собой металлическую проволоку круглой формы или профилированную металлическую проволоку трапецеидальной, клиновидной или Z-образной формы.

9. The electric wire according to claim 8, characterized in that the conductive elements are a metal wire of round shape or a profiled metal wire of a trapezoidal, wedge-shaped or Z-shaped.

Images