Заземляющий проводник, электроэнергетическая система и применение заземляющего проводника - RU2690176C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к заземляющему проводнику, например, в виде заземляющей линии, стержня или сетки, а также к электроэнергетической системе, содержащей такой заземляющий проводник, и применению такого заземляющего проводника.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заземляющие проводники хорошо известны в данной области техники, причем этот термин здесь означает заземляющий проводник, предназначенный для применения в распределительной сети воздушных и/или наземных линий электропередачи, при этом заземляющий проводник выполнен с возможностью прокладки под землей, в воде или по воздуху снаружи или внутри труб, и при этом заземляющий проводник расположен вместе с или на расстоянии от кабеля питания переменного или постоянного тока, такого как одно- или трехфазный силовой кабель переменного тока, или энергетического сооружения, такого как опора, трансформаторная подстанция или здание, причем силовой кабель или энергетическое сооружение предусмотрены над землей или предусмотрены в непосредственном контакте или рядом с упомянутым силовым кабелем под землей. Назначение заземляющего проводника состоит в том, чтобы сформировать потенциал контура заземления или земли на силовом кабеле или энергетическом сооружении. Некоторые заземляющие проводники проложены следующими за, вдоль или заодно с силовыми кабелями в земле. В некоторых случаях по меньшей мере часть упомянутого заземляющего проводника проложена следующей за, вдоль или заодно с воздушными силовыми кабелями. Заземляющий проводник можно проложить в грунте рядом с отдельными опорами на участке, предназначенном для заземления системы, под трансформаторами или рядом со зданиями, например, с применением сетки, или можно проложить рядом с силовым кабелем и проложить под землей в качестве заземляющего проводника. Упомянутый проводник любого подходящего диаметра можно использовать для формирования прямых или скрученных проводов, жил, стержней или труб.

Кроме того, термин "заземляющий проводник" здесь определяется как проводник, подходящий для нахождения в электрическом контакте с окружающей средой с целью обеспечения потенциала заземления по существу по всей длине заземляющего проводника в том случаях, когда он проложен в грунте. Таким образом, термин "заземляющий проводник" не охватывает проводники с внешней электроизоляцией и с внутренней электропроводностью, которые обеспечивают потенциал заземления только на конце или концах проводника, например, с кабельным наконечником или зажимом.

В качестве заземляющего устройства традиционно используется неизолированный медный материал. Неизолированные медные материалы, которые служат в качестве заземляющих устройств, могут размещаться на земле или могут быть проложены в грунте на заданной глубине, и они могут размещаться в виде сетки в вертикальном и горизонтальном направлениях. Эта конфигурация образует сетчатый электрод. В качестве примера, заземляющее устройство, имеющее такой сетчатый электрод, раскрыто в нерассмотренной публикации патентной заявки Японии (Tokkai-Sho) №59-211975.

Однако, когда традиционное заземляющее устройство имеет неизолированную металлическую поверхность, такую как неизолированный проводник, например, образующий сетчатый электрод, как описано выше, упомянутые неизолированные металлические устройства размещаются непосредственно в контакте с почвой земли и внутри нее. Соответственно, развитию коррозии неизолированного металлического заземляющего устройства способствует влага в почве, кислотность почвы, концентрация соли в почве и т.п. Таким образом, нежелательно, чтобы проложенное в земле заземляющее устройство могло бы повредиться в силу этих обстоятельств и могло бы подвергнуться обрыву и т.п., тем самым нарушая функцию заземления заземляющего устройства.

Как правило, неизолированные медные заземляющие устройства обладают длительным сроком службы благодаря хорошей коррозионной стойкости. Однако другие металлы в большей степени подвержены коррозии, такие, например, как алюминий и железо.

Если неизолированный металл покрыт материалом с малым сопротивлением, содержащим компаунд электропроводящего углеродного материала и связующего материала, который часто называется «цементом», тем самым обеспечивая заземляющий проводник, возникновение обрыва и т.п., вызванного коррозией, которая обусловлена непосредственным воздействием почвы, менее вероятно по сравнению с тем, когда неизолированный металл, например, алюминий или железо, размещается непосредственно в земле.

Однако удельное сопротивление почвы может быстро изменяться локальным образом из-за экологических или грунтовых условий, таких как удары молнии или содержание воды, или может изменяться по всей длине заземляющего проводника. Таким образом, в зонах, где заземляющие проводники не полностью покрыты материалом с малым сопротивлением, например, где имеются дырки из-за механических повреждений или вызванных молнией повреждений, эти дырки приводят к одной или более зонам незащищенного неизолированного металла. В этих зонах из заземляющих проводников могут образовываться и распространяться электромагнитные лидеры во время таких ударов молнии, так как углерод в покрывающем компаунде имеет очень малую вероятность ионизации. Следовательно, в электролитическом состоянии, таком как состояние в почве, контакт с зонами неизолированной металлической поверхности вызывает коррозию таких традиционных заземляющих проводников за счет накапливающего действия, возникающего в результате разности потенциалов между землей и металлической жилой в этих зонах, что приводит в данном случае к прямому протеканию тока, вызывая так называемую гальваническую коррозию. Под влиянием особо неблагоприятных условий окружающей среды или почвы такие поврежденные заземляющие проводники могут в дальнейшем испытывать даже очень быструю гальваническую коррозию, даже и особенно тогда, когда имеются лишь очень маленькие дырочки, которые могут приводить к повреждению, обрыву или тому подобному.

В связи с ростом цен на медные материалы и плохими социальными условиями в некоторых частях мира для некоторых людей кража медьсодержащих предметов, таких как заземляющие проводники, стала прибыльным бизнесом. Это приводит к потере заземляющего соединения силовых кабелей, что может привести к отказу(ам) в работе оборудования и, что более серьезно, подвергнуть живые существа риску смертельного поражения электрическим током. Назначение заземляющего проводника в сочетании с другими защитными устройствами, такими как плавкие предохранители и устройства защитного отключения, состоит в конечном счете в том, чтобы защитить и оберечь живые существа от соприкосновения с металлическими или токопроводящими объектами, такими как линия электропередачи или непосредственно земля, чей потенциал относительно собственного потенциала живых существ превышает "безопасное" пороговое значение, обычно установленное на уровне приблизительно 50 В.

Кроме того, растущие цены на медь и кража меди также побуждают поставщиков и операторов линий электропередачи рассмотреть возможность сокращения количества используемых медных материалов, в частности, при установке или повторной установке более длинных отрезков заземляющих проводников вдоль силового кабеля.

Была предпринята попытка заменить полностью или по меньшей мере частично медный материал заземляющего устройства или проводника менее дорогостоящими материалами, такими как железо, алюминий, плакированный медью алюминий, магний или даже олово. Хотя алюминий по своей природе при контакте с кислородом образует тонкий слой оксида алюминия, который обычно приводит к снижению поверхностной коррозии, алюминий склонен вступать в реакцию с водой в большей степени, чем медь. Кроме того, алюминий имеет меньшую электропроводность приблизительно на 40-60%. Таким образом, алюминиевые проводники обычно изготавливаются с соответствующим большим диаметром для того, чтобы добиться такого же сопротивления, как у медных проводников.

В EP 0136039, датированном 1983 г., описано заземляющее устройство в виде заземляющего стержня или сетки, предназначенной для молниезащиты путем заглубления в земле, причем устройство содержит центральный металлический элемент, например, изготовленный из алюминия или предпочтительно из стали, и окружающий электропроводящий полимерный элемент для защиты от влаги. Полимерный элемент имеет удельное сопротивление от 0,01 Ом⋅см до 10 Ом⋅см.

В JP 10-223279, датированном 1996 г., описан способ предотвращения окисления заземленного электрода, изготовленного из меди, алюминия или стали, за счет использования полупроводящего антикоррозийного слоя, сформированного на проводнике, служащем в качестве заземленного электрода, который должен быть электрически соединен с электрическим оборудованием и заглублен в землю. Полупроводящий антикоррозийный слой образован за счет покрывания полупроводящего композита сшитого или несшитого полиэтилена полупроводящим композитом с полимерной матрицей, содержащей проводящую углеродную сажу, путем экструзии, и его объемное удельное сопротивление устанавливается на 1/20-1/100 от удельного сопротивления почвы, в которую вкопан электрод.

Вопреки тому, что можно было бы ожидать, более широкое применение алюминиевых заземляющих устройств пока еще не было замечено, так как не было предоставлено коммерчески приемлемое решение, в частности, не была решена в достаточной степени проблема защиты алюминиевых поверхностей от коррозии.

Авторы изобретения ранее провели несколько испытаний и попытались найти решения за счет применения одной или более скрученных алюминиевых жил с проводящей смолой, такой как полупроводящие оболочечные полимеры, поставляемые компанией Borealis под торговым наименованием LE0563 и компанией DOW под торговым наименованием DHDA 7708-BK. Однако авторы изобретения до сих пор не могли найти подходящего решения, в котором полимер был бы достаточно защищен от воды и коррозии под действием токов утечки, по меньшей мере при повреждении, в то же время обеспечивая достаточно проводящий или способный на заземление заземляющий проводник.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить экономичную альтернативу медным заземляющим устройствам.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить заземляющий проводник, который использует алюминий в качестве альтернативного материала заземляющего проводника и который также устраняет хотя бы некоторые из вышеупомянутых недостатков с заземляющими проводниками уровня техники.

Для того чтобы решить вышеупомянутую задачу, а также решить другие проблемы, которые станут очевидными в последующем описании, в настоящем изобретении предложен заземляющий проводник, раскрытый в прилагаемой формуле изобретения.

Согласно аспекту вариантов осуществления эта задача решена с помощью заземляющего проводника, содержащего по меньшей мере одну проводящую алюминиевую жилу, снабженную оболочкой, содержащей электропроводящий полимерный материал, имеющий объемное удельное сопротивление (ρ) менее 100 Ом⋅см. Заземляющий проводник содержит множество проводящих алюминиевых жил, причем каждая такая жила снабжена по меньшей мере одной оболочкой, содержащей электропроводящий полимерный материал, который имеет объемное удельное сопротивление (ρ) менее 100 Ом⋅см.

Так как заземляющий проводник содержит множество проводящих алюминиевых жил, причем каждая такая жила снабжена по меньшей мере одной оболочкой, содержащей электропроводящий полимерный материал, имеющий объемное удельное сопротивление (ρ) менее 100 Ом⋅см, предложен алюминийсодержащий заземляющий проводник, который удовлетворяет требованиям к заземляющему проводнику. Более того, благодаря наличию множества снабженных оболочками проводящих алюминиевых жил, свойства заземляющего проводника сохраняются даже при повреждении некоторых оболочек, содержащих электропроводящий полимер. В результате решается вышеупомянутая задача.

Согласно некоторым вариантам осуществления предложен заземляющий проводник, содержащий по меньшей мере одну проводящую алюминиевую жилу, имеющую вдоль ее длины диаметр dw жилы, причем каждая такая жила снабжена по меньшей мере одной оболочкой из электропроводящего полимерного материала, имеющего толщину ts оболочки и объемное удельное сопротивление ρ менее 100 Ом⋅см. В одном варианте осуществления материал упомянутого электропроводящего полимера является таким, что для по меньшей мере одной упомянутой алюминиевой жилы справедлив по меньшей мере один из следующих критериев: критерий 1) состоит в том, что при сравнении разности потенциалов «жилы в оболочке» и разности потенциалов «неизолированной жилы» упомянутая разность потенциалов «жилы в оболочке» ниже, чем упомянутая разность потенциалов «неизолированной жилы», по меньшей мере в одной точке в пределах первого диапазона испытательных токов при испытании согласно следующей первой процедуре испытания, по которой: обеспечивают длину ls упомянутой по меньшей мере одной алюминиевой жилы в оболочке; a1) погружают участок упомянутой длины в 1 об.% раствор сульфата натрия, в котором на определенном расстоянии от упомянутой алюминиевой жилы располагается металлический электрод; b1) пропускают испытательный ток в пределах упомянутого первого диапазона испытательных токов через упомянутую по меньшей мере одну алюминиевую жилу в оболочке таким образом, чтобы к упомянутой алюминиевой жиле прикладывался отрицательный испытательный потенциал относительно упомянутого электрода; c1) получают упомянутую разность потенциалов жилы в оболочке между упомянутой по меньшей мере одной алюминиевой жилой в оболочке и упомянутым электродом; d1) повторяют этапы a1)-c1) в пределах упомянутого первого диапазона испытательных токов через соответствующие интервалы; e1) полностью удаляют оболочку с той же длины ls алюминиевой жилы и проводят испытание в соответствии с этапами a1)-d1) за исключением этапа c1) получения упомянутой разности потенциалов неизолированной жилы. Критерий 2) состоит в том, что при сравнении разности потенциалов жилы в оболочке и разности потенциалов жилы в оболочке с дыркой упомянутая разность потенциалов жилы в оболочке с дыркой выше, чем упомянутая разность потенциалов жилы в оболочке, по меньшей мере в одной точке в пределах второго диапазона испытательных токов при испытании согласно следующей второй процедуре испытания, по которой: обеспечивают длину ls упомянутой по меньшей мере одной алюминиевой жилы в оболочке; a2) пропускают испытательный ток в пределах упомянутого второго диапазона испытательных токов через упомянутую по меньшей мере одну алюминиевую жилу в оболочке и упомянутый электрод таким образом, чтобы обеспечить разность потенциалов между упомянутой по меньшей мере одной алюминиевой жилой в оболочке и упомянутым электродом; b2) получают упомянутую разность потенциалов жилы в оболочке; c2) повторяют упомянутые этапы a2)-b2) в пределах упомянутого второго диапазона испытательных токов через соответствующие интервалы; d2) создают дырку в оболочке с той же длиной ls алюминиевой жилы и проводят испытание в соответствии с этапами a2)-c2), за исключением этапа b2) получения упомянутой разности потенциалов жилы в оболочке с дыркой.

Соблюдение по меньшей мере одного из критериев 1) или 2) тестирования означает, что заземляющий проводник, содержащий упомянутый проводящий полимерный материал, является подходящим для применения в том смысле, что уменьшается тенденция к гальванической коррозии, а также увеличивается заземляющая способность, а также повышается эффективность отвода грозового импульса. Когда упомянутый потенциал жилы в оболочке ниже, чем потенциал неизолированной жилы, контактные поверхности могут даже обеспечить потенциальную "яму", в которую попадают электроны. Испытания проводились для малых токов до 5 мА на алюминиевой жиле в 1 об.% растворе сульфата натрия.

При применении заземляющего проводника, охарактеризованного в формуле изобретения, существует два способа исследования того, подходит ли проводящий полимерный материал оболочки в качестве проводящего полимерного материала для алюминийсодержащих заземляющих проводников, по меньшей мере что касается свойств оболочек как подавителя коррозии. Кроме того, было замечено, что в этом случае материал гораздо лучше проводит электрический ток и, таким образом, обеспечивает лучший эффект заземления. Предполагается, что такой материал обеспечит очень низкое падение напряжения по сравнению с другими проводящими полимерами. Такая оболочка, по-видимому, обеспечит более низкий потенциальный барьер напряжения, который "должны" преодолеть электроны электрического тока, фактически предполагается, что оболочка будет еще лучше проводить электрический ток на землю, чем неизолированный алюминиевый материал.

Преимущественно, материал упомянутого электропроводящего полимера таков, что упомянутая по меньшей мере одна из упомянутых одной или более алюминиевых жил может пройти обе из упомянутых двух процедур испытания.

Неподходящий полимер вместо этого будет создавать высокое падение напряжения между алюминиевой жилой и окружающей проводник средой (например, почвой). Таким образом, неподходящий полимер сделает проводник непригодным для применения в качестве заземляющего проводника. Кроме того, неподходящий полимер может вызвать коррозию алюминиевой жилы.

Преимущественно, размер такой испытательной дырки в оболочке для обсужденных выше критериев испытания в ее продольной протяженности относительно длины ls образца может находиться в диапазоне менее 10%, например менее 5%, например менее 4%, например менее 2%, например менее 1%. Испытательная дырка может иметь форму щели, таким образом не имея существенной протяженности в направлении по окружности соответствующей жилы.

При практическом применении дырка в оболочке может быть создана из-за непреднамеренного ее повреждения, например, при изготовлении заземляющего проводника, при обращении с заземляющим проводником или при прокладке заземляющего проводника. Благодаря свойствам обсуждаемого здесь проводящего полимера такая дырка особо не влияет на свойства заземления заземляющего проводника.

Авторы изобретения предполагают, что положительный эффект заземления может быть связан с полимерным материалом, обеспечивающим хороший проводящий контакт с наружной поверхностью упомянутой по меньшей мере одной алюминиевой жилы, и в дальнейшем, в общем намного более резистивный потенциал земли при применении. Это, по-видимому, создает очень низкую потенциальную яму, которую должны "преодолеть" электроны электрического тока, смотри ниже перечень параметров, которые могут влиять на результаты испытаний и обеспечивать подходящий заземляющий проводник.

В варианте осуществления по меньшей мере некоторые из множества алюминиевых жил могут быть скручены друг с другом.

В варианте осуществления по меньшей мере некоторые из множества проводящих алюминиевых жил могут полностью окружать одну центрально расположенную проводящую алюминиевую жилу из множества проводящих алюминиевых жил. Таким образом, центрально расположенную проводящую алюминиевую жилу можно механически защитить с помощью окружающих алюминиевых жил.

В варианте осуществления полное переходное сопротивление между одной из множества проводящих алюминиевых жил, снабженных по меньшей мере одной оболочкой, и окружающей средой может быть ниже, чем переходное сопротивление между неизолированной проводящей алюминиевой жилы из множества проводящих алюминиевых жил и той же самой окружающей средой.

В варианте осуществления проводящий полимерный материал может содержать полиолефин, смешанный с эластомером, 10-40% высокочистого углеродистого материала и антиоксидант. Таким образом, оболочку, имеющую объемное удельное сопротивление ρ менее 100 Ом⋅см, можно выполнить из долговечного материала, пригодного для хорошего проводящего контакта с алюминиевой жилой.

В варианте осуществления проводящий полимерный материал может содержать полипропилен, смешанный с этилен-пропиленовым эластомером, 23-30% углеродной сажи и фенольный антиоксидантный полиолефин, смешанный с эластомером. Таким образом, можно выполнить оболочку, имеющую объемное удельное сопротивление ρ менее 40 Ом⋅см. Как правило, оболочка может иметь объемное удельное сопротивление ρ в диапазоне 5-40 Ом⋅см. Такой проводящий материал обеспечивает хороший проводящий контакт с алюминиевой жилой. Кроме того, проводящий полимерный материал обеспечивает износостойкость, твердость и жесткость, которые выше по сравнению со многими другими проводящими полимерными материалами. Таким образом, заземляющий проводник подходит для того, чтобы выдерживать манипуляции, которым он подвергается во время прокладки и эксплуатации в качестве заземляющего проводника. Соответственно, заземляющий проводник обеспечивает реальную альтернативу используемым до сих пор медным заземляющим проводникам.

В варианте осуществления проводящий полимерный материал может содержать 62-68% полипропилена, смешанного с этилен-пропиленовым эластомером, 23-30% углеродной сажи и 2-4% фенольного антиоксиданта. Таким образом, можно выполнить оболочку, имеющую объемное удельное сопротивление ρ менее 40 Ом⋅см. Как правило, оболочка может иметь объемное удельное сопротивление ρ в диапазоне 5-40 Ом⋅см. Такой проводящий материал обеспечивает хороший проводящий контакт с алюминиевой жилой. В частности, проводящий материал может проникать в поры алюминиевой жилы. Кроме того, проводящий полимерный материал обеспечивает износостойкость, твердость ижесткость, которые выше по сравнению со многими другими проводящими полимерными материалами. Таким образом, заземляющий проводник подходит для того, чтобы выдерживать манипуляции, которым он подвергается во время прокладки и эксплуатации в качестве заземляющего проводника. Соответственно, заземляющий проводник обеспечивает реальную альтернативу используемым до сих пор медным заземляющим проводникам.

В варианте осуществления проводящий полимерный материал может содержать 25-70% полипропилена, 15-55% этилен-пропиленового эластомера, 23-30% углеродной сажи и 2-4% фенольного антиоксиданта. Таким образом, можно выполнить оболочку, имеющую объемное удельное сопротивление ρ менее 40 Ом⋅см. Как правило, оболочка может иметь объемное удельное сопротивление ρ в диапазоне 5-40 Ом⋅см. Такой проводящий материал обеспечивает хороший проводящий контакт с алюминиевой жилой. В частности, проводящий материал может проникать в поры алюминиевой жилы. Кроме того, проводящий полимерный материал обеспечивает износостойкость, твердость и жесткость, которые выше по сравнению со многими другими проводящими полимерными материалами. Таким образом, заземляющий проводник подходит для того, чтобы выдерживать манипуляции, которым он подвергается во время прокладки и эксплуатации в качестве заземляющего проводника. Соответственно, заземляющий проводник обеспечивает реальную альтернативу используемым до сих пор медным заземляющим проводникам.

Цифры в процентах, обсужденные выше, относятся к массовым % (мас.%).

В варианте осуществления фенольный антиоксидант может быть типа Irganox.

Соответственно, углеродная сажа, используемая в проводящем полимерном материале, может быть углеродной сажей высокой степени очистки. Такая углеродная сажа высокой степени очистки имеет низкое содержание примесей и может иметь однородный размер частиц.

В варианте осуществления каждая из множества проводящих алюминиевых жил, снабженных оболочкой, может иметь диаметр (dw) алюминиевой жилы в диапазоне 0,2-25 мм, например в диапазоне 0,5-8 мм, и толщину (ts) оболочки в диапазоне 0,2-0,7 мм, например от 0,25 мм до 0,5 мм, например от 0,35 мм до 0,45 мм.

Согласно дополнительному аспекту вариантов осуществления предложена электроэнергетическая система, содержащая силовой кабель или сооружение, который(ое) заземлен(о) через заглубленный в земле и находящийся в заземляющем контакте с землей вдоль его длины заземляющий проводник согласно любому аспекту и/или варианту(ам) осуществления, обсужденному(ым) в данном документе.

В варианте осуществления электроэнергетическая система может содержать силовой кабель, при этом заземляющий проводник по меньшей мере вдоль одного отрезка силового кабеля предусмотрен рядом и в контакте с наружной поверхностью силового кабеля.

В варианте осуществления силовой кабель может быть воздушным кабелем, и заземляющий проводник может быть проложен в земле и вдоль по меньшей мере части силового кабеля.

Согласно дополнительному аспекту вариантов осуществления предусмотрено применение заземляющего проводника согласно любому аспекту и/или варианту(ам) осуществления, обсужденному(ым) в данном документе, в качестве заземляющего проводника, проходящего параллельно с силовым кабелем между двумя энергетическими сооружениями для обеспечения потенциала земли силовому кабелю или энергетическому сооружению.

В варианте осуществления эти два энергетических сооружения могут быть трансформаторными подстанциями.

В варианте осуществления заземляющий проводник может быть проложен под землей.

В одном варианте осуществления упомянутый первый диапазон испытательных токов равен или меньше 20 мА, например равен или меньше 10 мА, например равен или меньше 5 мА, например равен или меньше 2 мА, например равен или меньше 1,5 мА, например равен или меньше 1 мА, и упомянутый второй диапазон испытательных токов находится в диапазоне, равном или меньше 100 мА, при этом упомянутые диапазоны выбираются в зависимости от количества алюминиевого материала на упомянутой длине ls алюминиевой жилы, причем при необходимости упомянутый первый диапазон испытательных токов может быть равен упомянутому второму диапазону испытательных токов.

Как правило, диапазон испытательных токов приведен в соответствие с количеством алюминия внутри образца, как упомянуто выше, то есть с диаметром и длиной ls. Как показано на схемах и таблицах, исходя из выполненных испытаний, смотри ниже, первый диапазон испытательных токов является более "чувствительным" в том отношении, что в целом критерий 1) может выполняться только при относительно низких уровнях тока менее 10 мА. Кроме того, критерий 2) кажется в общем более правильным в пределах более широкого диапазона токов, например, в пределах всего диапазона ниже 100 мА.

Специалисты в данной области техники могут предусмотреть другие диапазоны токов в зависимости от диаметров и длин тестируемых жил и проводников. Фактически, во время всех выполненных процедур второго испытания упомянутая разность потенциалов жилы в оболочке с дыркой была всегда равна нулю или выше, чем упомянутая разность потенциалов жилы в оболочке, при любом значении испытательного тока для подходящего проводящего полимерного материала.

Таким образом, затраты на прокладку заземляющих проводников можно значительно уменьшить, так как алюминийсодержащим заземляющим проводником по изобретению можно теперь заменить традиционное применение в нем меди. Предложенный заземляющий проводник достаточно защищен от коррозионного повреждения и обладает достаточной механической прочностью, таким образом он адекватно работает при испытаниях на истирание. Восприимчивость к коррозии и истиранию проводника можно определить, используя стандарт IEC 60229 "Испытания экструдированных наружных оболочек электрических кабелей со специальной защитной функцией" и заземляющий проводник по изобретению может преимущественно проходить эти испытания.

Таким образом, предложен заземляющий проводник, содержащий одну или более алюминиевых жил, причем материал оболочки выбран таким, чтобы соблюдался по меньшей мере один из этих двух критериев процедуры испытания заземляющего проводника.

В варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника упомянутый электропроводящий полимерный материал имеет объемное удельное сопротивление ρ менее 100 Ом⋅см, например менее 50 Ом⋅см, например менее 30 Ом⋅см, например менее 5 Ом⋅см. Снабжая полимер токопроводящими частицами, такими как углеродная сажа, и выбирая их достаточно маленькими, чтобы они входили в достаточный контакт с алюминиевой поверхностью, а также в достаточном количестве, можно достичь подходящего объемного удельного сопротивления, предпочтительно ниже 30 Ом⋅см, что улучшает свойство заземления заземляющего проводника.

В варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника упомянутая толщина ts оболочки находится в диапазоне от 0,2 мм до 1,5 мм, например от 0,2 мм до 0,7 мм, например от 0,25 мм до 0,5 мм, например от 0,35 мм до 0,45 мм. Испытания показали, что такие толщины слоя оболочки подходят для обеспечения как достаточной механической стойкости, так и достаточной защиты от коррозии. Неожиданным образом оказалось, что эти толщины оболочки часто казались значительно ниже необходимой толщины традиционных защищающих алюминий от коррозии оболочек, например, также используемых внутри силовых кабелей, которые обычно лежат в диапазоне от около 1 мм до 3 мм.

Неожиданным образом обширные испытания, выполненные авторами изобретения, показали, что даже при обеспечении относительно тонкого защитного слоя упомянутого электропроводящего материала на алюминиевых жилах, причем относительно тонкий слой в данном случае означает порядка менее 2 мм, все еще уменьшается результирующая тенденция к коррозии. Действительно, даже в том случае, когда в материале имеются дырки, алюминиевая жила оказывается по меньшей мере в некоторой степени защищенной от коррозии также и таким проводящим полимерным материалом. Это противоречит интуитивному мышлению, а также противоречит испытаниям уровня техники и результатам, полученным при применении соответствующих заземляющих проводников с алюминиевыми жилами, которые показали, что чем толще слой защитного электропроводящего материала, тем будет лучше защита от коррозии.

Выполненные авторами изобретения испытания также показали, что для того, чтобы заземляющий проводник был механически стойким, предпочтительной является определенная толщина оболочки для обеспечения повышенной механической стойкости. Таким образом, толщина оболочки должна быть приспособлена для одновременного удовлетворения требований достижения как можно более низкого сопротивления по отношению к земле, то есть в сторону более тонкой оболочки, достижения необходимой защиты от коррозии, а также повышенной механической стойкости, то есть в сторону более толстой оболочки, см. ниже по отношению к испытаниям на коррозионную стойкость и истирание, выполненным авторами изобретения.

В варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника по меньшей мере одна оболочка охватывает по существу всю поверхность по всей длине в продольном направлении упомянутой по меньшей мере одной алюминиевой жилы. Это облегчает производство и, следовательно, уменьшает издержки производства, так как непрерывные отрезки экструдированного полимерного материала можно обеспечить по всей длине.

Кроме того, это оправдывает ожидания заказчика относительно защищенного от коррозии алюминиевого заземляющего проводника, который полностью защищен проводящей полимерной оболочкой, так как до тех пор, пока авторы изобретения не разработали этот заземляющий проводник по изобретению, в данной области техники было мнение, что для того, чтобы улучшить защиту от коррозии алюминиевого проводника, необходимо добавить слой защиты от попадания воды или влаги, такой как полностью закрывающая полимерная оболочка.

В варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника оболочка снабжена по меньшей мере одной испытательной дыркой, открывающей участок поверхности дырки упомянутой по меньшей мере одной алюминиевой жилы, причем по меньшей мере одна дырка имеет размер в продольном направлении порядка, равный или меньше 5% от длины (ls) упомянутой алюминиевой жилы. Неожиданным образом оказалось, как упомянуто выше, что антикоррозионный эффект проводящей полимерной оболочки по настоящему изобретению является достаточным также и в том случае, когда проводящий полимер снабжен такими дырками, например, перед и/или во время экструзии оболочки на жилу, или снабжен после экструзии, либо на дополнительном этапе изготовления, либо во время операции прокладки в грунте. В зависимости от используемого полимерного материала и его внутренних свойств этот продольный размер дырки может варьироваться, но полный продольный размер дырки порядка 5% может позволить по меньшей мере пройти испытание на коррозию в соответствии со стандартом IEC 60229.

В варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника упомянутый диаметр dw алюминиевой жилы находится в диапазоне приблизительно от 0,5 мм до приблизительно 25 мм, типично в диапазоне 0,5-8 мм. Таким образом, можно получить подходящие диаметры алюминиевых жил, а также диаметры заземляющих проводников для изготовления заземляющих стержней, сеток и также линий, которые обеспечивают достаточную механическую стойкость в виде стержней, линий или сеток, и обеспечить необходимый эффект заземления. Чем больше диаметр dw, тем больше ток, который можно подавать. Преимущественно, для заземляющих проводников в виде стержней может быть подходящим больший диаметр dw, так как они часто забиваются в землю. Однако, чем меньше диаметр dw жилы, тем больше отношение площади поверхности алюминия к весу материала, что улучшает заземляющую способность заземляющего проводника. Нижний предел подходящего диаметра dw жилы может быть ограничен минимальным диаметром для преодоления усилия вытягивания в процессе экструзии при нанесении полимерной оболочки на жилу.

В варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника упомянутый заземляющий проводник содержит множество упомянутых алюминиевых жил, причем каждая из этих жил в отдельности покрыта оболочкой.

Таким образом, можно применить меньший диаметр dw жилы для улучшения заземляющей способности при объединении нескольких покрытых оболочкой жил вместе в виде пучка, причем этот пучок является также в дальнейшем механически более прочным, например, при применении его в качестве стержневого громоотвода. Кроме того, эффект защиты от коррозии у каждой отдельно защищенной жилы обеспечивает улучшенный эффект защиты от коррозии: даже в том случае, если была повреждена одна жила в полимерной оболочке, другие жилы пучка 1) по-прежнему защищены от коррозии и повреждений и 2) по-прежнему обеспечивают достаточный эффект заземления.

При необходимости, по меньшей мере некоторые алюминиевые жилы из упомянутого множества алюминиевых жил скручиваются друг с другом. Часть или весь пучок скручивается между собой для предотвращения переплетения отдельных жил, а также для обеспечения определенной продольной гибкости.

При необходимости, по меньшей мере несколько из упомянутого множества алюминиевых жил, например, четыре, пять, шесть, семь, одиннадцать или девятнадцать, окружают, например полностью окружают, по меньшей мере один расположенный в центре объект. Этот объект можно выбрать из группы, содержащей 1) электропроводящую металлическую жилу, 2) упомянутую алюминиевую жилу с отдельной оболочкой, 3) оптическое волокно. При необходимости упомянутое множество алюминиевых жил предусмотрены в по меньшей мере одном слое жил вокруг упомянутого по меньшей мере одного объекта.

Эти жилы могут представлять собой упомянутые алюминиевое жилы с отдельной оболочкой, сами по себе образующие заземляющие проводники по изобретению. Эти жилы могут представлять собой неизолированные или заключенные в оболочке жилы из металла других типов, и металлом может быть алюминий, сталь, медь или другой металл. Таким образом, эти жилы в отдельных оболочках могут обеспечивать механическую и антикоррозионную защиту этой или этих центрально расположенной жилы или жил и по-прежнему обеспечивать отличную заземляющую способность. Когда центрально расположенная жила или жилы сами представляют собой заключенные в оболочках жилы по изобретению, обеспечивается даже более высокая вероятность защиты по меньшей мере одной жилы внутри окружающих жил. Кроме того, повышенную механическую и антикоррозийную защиту можно обеспечить даже в том случае, когда центрально расположенные алюминиевые проводники не имеют никакой оболочки и имеют проводящую оболочку, не удовлетворяющую требованиям, необходимым для повышения механической и антикоррозионной защиты. Это позволяет дополнительно снизить затраты на производство проводников. Преимущество может заключаться в обеспечении окружающих жил с отдельными оболочками, не полностью контактирующих друг с другом по их сторонам, то есть не выполненных в виде покрывающего слоя для того, чтобы увеличить площадь поверхности контакта для улучшения заземляющей способности. С другой стороны, преимущество может заключаться в том, что они полностью окружают центральный объект для обеспечения лучшей защиты от проникновения влаги и механических повреждений внутреннего и/или центрального объекта или объектов. Кроме того, форма поперечного сечения множества жил в отдельных оболочках может быть любой подходящей формой, такой как круглая, овальная, треугольная, квадратная, плоская, в два или более слоя, причем под термином "центрально расположенный" в дальнейшем следует понимать расположение между по меньшей мере двумя из упомянутых окружающих жил с отдельными оболочками.

Преимущественно, в варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника упомянутое множество алюминиевых жил предусмотрены в по меньшей мере одном слое жил вокруг упомянутого по меньшей мере одного объекта. Это обеспечивает очень низкий риск того, что все жилы будут повреждены на коротком отрезке, и что может исчезнуть заземление из-за коррозионных повреждений. Это особенно выгодно в том случае, когда заземляющий проводник закапывается в очень коррозийные среды, так как окружающие защитные слои жил способны обеспечить защиту в течение длительного времени внутренних или центрально расположенных объектов, которые могут иметь по меньшей мере такой же и даже превосходящий срок службы, чем ожидаемый у медных заземляющих устройств и других алюминиевых жил, снабженных оболочками с меньшей степенью защиты.

В варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника он дополнительно снабжен окружающей рубашкой. Это практично как для удержания упомянутых одной или более заключенных в оболочку жил вместе в пучке, так и для обеспечения дополнительной поверхности с целью улучшения заземляющей способности. В варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника упомянутая рубашка выполнена из электропроводящего материала, например, того же самого электропроводящего полимерного материала или металла. Металлом может быть медь или алюминий. По меньшей мере в некоторых случаях наличие более толстой рубашки из такого же электропроводящего материала позволяет фактически уменьшить коррозионно-защитный эффект даже в том случае, когда отдельная оболочка повреждена или снабжена дырками, тем не менее, такую рубашку можно предусмотреть для того, чтобы вместо этого повысить механически защитный эффект. Можно также использовать двухслойную конструкцию, где внутренний полимерный материал направлен на уменьшение переходного сопротивления из-за контакта с оксидом алюминия, а внешний полимерный материал направлен на механическую защиту.

В варианте осуществления упомянутого заземляющего проводника упомянутая рубашка выполнена полностью или частично покрывающей упомянутый заземляющий проводник, например, как спирально намотанная нетканая лента и/или одна или более лент с осевой намоткой, и/или швейная нитка, и/или проволочная или ячеистая сетка и/или переплетение между упомянутыми алюминиевыми жилами в отдельных оболочках. Таким образом, жилы в отдельных оболочках могут свободно или плотно удерживаться вместе в пучке. Это оставляет в силе эффект увеличения площади поверхности оболочки, открытой для окружающего ее грунта, для улучшения эффекта заземления и защиты от коррозии.

Добавка углеродной сажи имеет преимущественно физические размеры приблизительно 5-100 нанометров. Как правило, чем меньше размер частиц, тем ниже удельное сопротивление композитов. Количество наполнителя может, в зависимости от используемой полимерной матрицы, составлять порядка 1-5 мас.% или 30 мас.% углеродной сажи или более 50 мас.% углеродной сажи.

В варианте осуществления заземляющего проводника упомянутая оболочка снабжена по меньшей мере одной испытательной дыркой с некоторым размером в продольном направлении, а заземляющий проводник имеет общую длину, причем упомянутая общая длина по меньшей мере в 5 раз длиннее, чем сумма размеров в продольном направлении упомянутой по меньшей мере одной дырки, например по меньшей мере в 10 раз длиннее, например по меньшей мере в 20 раз длиннее, например по меньшей мере в 50 раз длиннее, например по меньшей мере в 100 раз длиннее. С помощью изобретения был реализован тот факт, что при обеспечении большей длины заземляющего проводника по изобретению повышается заземляющая способность всего заземляющего проводника, что в целом дополнительно уменьшает любые эффекты коррозионного повреждения, проявляемые после возникновения дырок из-за каких-либо повреждений в связи с действием гальванической коррозии.

Настоящее изобретение дополнительно предусматривает в одном варианте осуществления электроэнергетическую систему, содержащую по меньшей мере один силовой кабель и/или по меньшей мере одно энергетическое сооружение, который(ое) заземлен(о) через заземляющий проводник, описанный выше в любом из указанных выше вариантов осуществления, причем заземляющий проводник заглублен в землю и находится в заземляющем контакте с упомянутой землей по существу вдоль его длины, например, вдоль всей его длины. Электроэнергетическая система может содержать воздушный или проложенный под землей силовой кабель, энергетическое сооружение, такое как трансформатор, опора и/или здание, или тому подобное, в электроэнергетической системе.

В варианте осуществления упомянутой электроэнергетической системы заземляющий проводник по меньшей мере вдоль одного отрезка упомянутого кабеля или сооружения предусмотрен рядом, например в контакте, с наружной поверхностью упомянутого кабеля или сооружения или предусмотрен по существу радиально от него, необязательно, множества упомянутых алюминиевых жил в отдельных оболочках, окружающих, например полностью окружающих, и находящихся в контакте с наружной поверхностью упомянутого кабеля или сооружения. Предпочтительно, множество упомянутых алюминиевых жил в отдельных оболочках являются окружающими, например полностью окружающими, и находящимися в контакте с наружной поверхностью упомянутого кабеля или сооружения. Таким образом, проложенный в земле кабель заземляется упомянутым заземляющим проводником.

В варианте осуществления упомянутой электроэнергетической системы заземляющий проводник предусмотрен по меньшей мере вдоль одного отрезка упомянутого кабеля или сооружения в пределах упомянутого кабеля или сооружения.

В варианте осуществления упомянутой электроэнергетической системы она содержит силовой кабель, выполненный в виде воздушного кабеля, и упомянутый заземляющий проводник проложен в земле и вдоль по меньшей мере части упомянутого силового кабеля, предпочтительно вдоль всего воздушного кабеля.

Термин "жила" здесь включает в себя как

- одиночный продольно простирающийся объект, который является относительно длинным и тонким, то есть его диаметр более чем в 10 раз, например в 100 раз, меньше, чем длина упомянутой жилы, так и

- комплект намотанных, спряденных или скрученных более тонких жил или проводов, диаметр которых более чем в 3 раза, например в 5 раз, например в 10 раз, например в 50 раз, например в 100 раз тоньше, чем сама жила.

Термин "алюминий" здесь включает в себя как почти чистый алюминий, так и алюминиевые сплавы, например, такие сплавы и алюминий, которые определены Американской алюминиевой ассоциацией или международной организацией стандартов ASTM.

Термин "электропроводящий полимерный материал" означает полимерный материал, проявляющий объемное удельное сопротивление ρ в диапазоне от 1 Ом⋅см до 1000 Ом⋅см, то есть термин также включает в себя объемное удельное сопротивление, обычно связанное с электрически полупроводящим полимерным материалом в соответствии с более старыми определениями, и он представляет собой полимерную матрицу, содержащую проводящие частицы, такие как углеродная сажа, печная сажа, ацетиленовая сажа, графит, например, в виде хлопьев, волокон, сфер, гранул и т.д. Когда углеродная сажа добавляется в полимерную матрицу до определенного уровня, наполнители на основе углеродной сажи образуют непрерывный путь, и полимер становятся проводящим полимерным композитом. При необходимости полимерная матрица может содержать традиционные добавки, такие как антиоксиданты, непроводящие наполнители, огнестойкие добавки и другие, известные специалистам в данной области техники.

Электрическое объемное удельное сопротивление ρ определяется как отношение электрического поля в материале к плотности тока, создаваемого им, ρ=E/J, где ρ - удельное сопротивление материала проводника (измеренное в омах на метр, Ом·м), E – величина электрического поля (в вольтах на метр, В/м), J - величина плотности тока (в амперах на квадратный метр, А/м²).

Здесь термин "дырка" означает дырку, выполненную в оболочке, содержащей углубление в оболочке, проходящее вплоть до поверхности алюминиевой жилы, которую защищает эта оболочка, и упомянутое углубление обнажает участок поверхности дырки упомянутой поверхности алюминиевой жилы, причем упомянутый участок поверхности дырки может иметь любую подходящую форму, например, эллиптическую, треугольную, прямоугольную, а также форму, которая получается при прохождении полностью в радиальном направлении вокруг периферии оболочки.

Все признаки изобретений, включая диапазоны и предпочтительные диапазоны, могут быть скомбинированы различными способами в пределах объема изобретения, если нет особых причин не комбинировать такие признаки.

ФИГУРЫ

Изобретение будет объяснено ниже более подробно со ссылкой на схематичные чертежи, на которых:

на фиг.1 показан вид сбоку возможного общего применения заземляющего проводника или заземляющего устройства в виде сетки для воздушного силового кабеля в электроэнергетической системе;

на фиг.2 показан вид сбоку возможного общего применения заземляющего проводника или заземляющего устройства в виде проложенной под землей линии, проходящей вдоль и электрически соединенной с простирающимся продольно на большое расстояние воздушным силовым кабелем в электроэнергетической системе;

на фиг.3 показан вид сбоку возможного общего применения заземляющего проводника или заземляющего устройства в виде линии, расположенной рядом с проложенным в земле силовым кабелем между двумя энергетическими сооружениями, такими как две трансформаторные подстанции, в электроэнергетической системе.

на фиг.4 показана фотография частичного разреза заземляющего проводника в варианте осуществления изобретения;

на фиг.5А, 5B-8А, 8B показаны заземляющие проводники согласно четырем различным вариантам осуществления изобретения на виде сбоку в перспективе и на виде в разрезе соответственно;

на фиг.9 показан очень схематичный вид установки для испытаний заземляющего проводника по изобретению в соответствии с упомянутыми первой и второй процедурами испытания;

на фиг.10 показана схема, изображающая один иллюстративный результат первой процедуры испытания заземляющего проводника согласно первому варианту осуществления (образец 1 и неизолированная Al-ая жила), а также для сравнения результат заземляющего проводника не по изобретению (образец 2);

на фиг.11 показана схема, изображающая один иллюстративный относительный результат первой процедуры испытания заземляющего проводника согласно первому варианту осуществления (образец 1 и неизолированная Al-ая жила), а также результат второй процедуры испытания заземляющего проводника согласно второму варианту осуществления (образец 1 и образец 1 с дырками), а также для сравнения результат заземляющего проводника не по изобретению, имеющего целую оболочку (образец 2), и заземляющего проводника не по изобретению, снабженного дырками (образец 2 с дырками), и при этом полярность испытательного потенциала между жилой и электродом является отрицательной у жилы относительно электрода;

на фиг.12 показана схема, изображающая один иллюстративный относительный результат второй процедуры испытания заземляющего проводника (образец 1 и образец 1 с дырками), а также для сравнения результат заземляющего проводника не по изобретению, имеющего целый покров (образец 2), и заземляющего проводника не по изобретению, снабженного дырками (образец 2 с дырками), причем результат, полученный для неизолированной алюминиевой жилы, показан также для контроля, и при этом полярность испытания изменена на противоположную, т.е. жила и электрод являются положительной и отрицательным соответственно;

на фиг.13 показана установка для проведения испытаний на стойкость к кратковременным высоковольтным электромагнитным разрядам (грозовым разрядам), содержащая емкость с гумусной почвой и отрезок помещенного в емкость заземляющего проводника с выступающими из нее его концами;

на фиг.14А показана фотография испытанного на грозостойкость заземляющего проводника по фиг.13 в одном местоположении после испытания на грозостойкость;

на фиг.14B показано с 50-кратным увеличением это местоположение на упомянутом испытанном на грозостойкость заземляющем проводнике с вырезом, как показано на фиг.14А;

на фиг.15 показан вид сбоку с продольным разрезом в увеличенном масштабе верхней части алюминиевой жилы, проложенной неизолированной;

на фиг.16 показан вид сбоку продольного разреза верхней части алюминиевой жилы, снабженной оболочкой из традиционного проводящего полимерного материала;

на фиг.17 показан вид сбоку продольного разреза верхней части алюминиевой жилы, снабженной оболочкой из проводящего полимерного материала, в заземляющем проводнике по изобретению;

на фиг.18-19 показаны виды сбоку в увеличенном масштабе в виде выреза, обозначенного А на фиг.16; и

на фиг.20-21 показаны иллюстративные виды сбоку в увеличенном масштабе выреза, обозначенного B на фиг.17.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Чертежи предназначены только для иллюстрации принципов изобретения, и детали, которые не относятся к изобретению как таковому, не показаны. На фигурах одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых частей.

На фиг.1 показан вид сбоку возможного общего применения заземляющего проводника или заземляющего устройства в виде сетки 10a для воздушного силового кабеля 2a в электроэнергетической системе 1. На фиг.2 показан вид сбоку возможного общего применения заземляющего проводника или заземляющего устройства в виде проложенной под землей линии 10b, проходящей вдоль и электрически соединенной с простирающимся продольно на большое расстояние воздушным силовым кабелем 2a в электроэнергетической системе 1. На фиг.3 показан вид сбоку возможного общего применения заземляющего проводника или заземляющего устройства в виде проложенной в земле линии 10b, проходящей рядом с силовым кабелем 2b, проложенным в земле между двумя энергетическими сооружениями, например, между двумя трансформаторными подстанциями 3b, в электроэнергетической системе 1.

Ниже будет сделана ссылка на фиг.1-3. Заземляющий проводник 10a, 10b предназначен для применений, связанных с воздушными и/или проложенными в земле линиями электропередач распределительной сети, причем заземляющий проводник 10a, 10b согласно вариантам осуществления, в частности, выполнен с возможностью прокладки под землей или в воде. Заземляющий проводник 10a, 10b показан a) на фиг.1 и 2 как проложенный вместе с или на расстоянии от силового кабеля 2a, 2b переменного или постоянного тока, например, силового кабеля одно- или трехфазного переменного тока, или энергетического сооружения, такого как опора 3a, трансформаторная подстанция 3b или здание, причем силовой кабель 2a, 2b или сооружение 3a, 3b проложены над землей, или b) на фиг.3 как проложенный в непосредственном контакте с или рядом с упомянутым силовым кабелем 2b в земле. Назначение заземляющего проводника 10a, 10b состоит в том, чтобы сформировать потенциал земли или заземления на силовом кабеле 2a, 2b или сооружении 3a, 3b.

Некоторые заземляющие проводники 10b выполнены следующими за, вдоль или заодно с проложенными в земле силовыми кабелями 2b, см. фиг.3. В некоторых случаях по меньшей мере часть упомянутого заземляющего проводника 10a, 10b выполнена следующей за, вдоль или заодно с воздушными силовыми кабелями 3a, см. фиг.1 и 2. Заземляющий проводник 10a можно применять в земле рядом с отдельными опорами 3a, как показано на фиг.1, на участке, обеспечивающем заземление системы, под трансформаторами 3b или рядом со зданиями, например, путем обеспечения сетки 10a, или можно проложить следующим за силовым кабелем 2 и под землей в виде заземляющего проводника 10b, показанного на фиг.2. Заземляющий проводник 10a, 10b можно использовать с любым подходящим диаметром, чтобы сформировать прямые или скрученные провода, жилы, стержни или трубы. На фиг.1-3 символ "земля" представлен просто для указания того, что для рассматриваемого заземляющего проводника 10a, 10b достигается потенциал земли, и не предназначен для того, чтобы показать положение или эффективность рассматриваемого заземляющего проводника 10a, 10b.

Заземляющие проводники 10a, 10b, обсужденные в связи с фиг.1-3, включают в соответствии с настоящим изобретением заземляющие проводники 100, как описано здесь и далее со ссылкой на фиг.4-8B, 17, 20 и 21.

На фиг.4 показана фотография вида в разрезе заземляющего проводника 100 согласно варианту осуществления изобретения. Проводник 100 содержит проводящую металлическую часть, содержащую семь скрученных вместе твердотельных алюминиевых жил 120, причем каждая жила имеет приблизительно равный диаметр dw около 2,6 мм. Каждая жила 120 заключена в отдельную оболочку 140 из проводящего полимерного материала в целом равномерной толщины ts около 0,3-0,4 мм. Проводящий полимерный материал представляет собой полипропиленовую матрицу, содержащую наполнитель из проводящих частиц в виде углеродной сажи. Благодаря наличию нескольких жил в отдельных оболочках увеличивается площадь поверхности проводника, так как повышенная площадь внешней поверхности алюминиевой жилы находится в контакте с участком внутренней поверхности жилы. Это увеличивает эффект заземления заземляющего проводника 100, а также повышает защиту от коррозии, обеспечиваемую проводником по изобретению. Кроме того, за счет полного окружения центральной внутренней жилы 120a шестью внешними жилами 120 внутренняя жила 120a гораздо лучше защищена как с точки зрения механической защиты, так и защиты от коррозии; даже в том случае, если одна или все внешние жилы 120 и/или их оболочки 140 будут повреждены, внутренняя жила будет по-прежнему защищена и позволит продолжить эксплуатацию в качестве заземляющего проводника. Рубашка не предусмотрена, и это позволяет увеличить эффект заземления и повысить защиту от коррозии по сравнению с тем случаем, когда вокруг жил в отдельных оболочках предусмотрена рубашка, например, из того же самого проводящего полимерного материала.

На фиг.5А, 5B-8А, 8B показаны заземляющие проводники 100 согласно четырем различным вариантам осуществления изобретения на виде сбоку в перспективе и на виде в разрезе соответственно.

На фиг.5А и 5B показан заземляющий проводник 100, содержащий семь алюминиевых жил 120 одинакового диаметра d_W диаметра около 3 мм: центральную жилу, окруженную шестью внешними жилами, причем каждая жила покрыта или снабжена оболочкой из проводящего полимерного материала толщиной t_S около 0,3 мм. Жилы расположены продольно вдоль друг друга. В альтернативном варианте они могут быть выполнены скрученными или намотанными друг на друга в продольном направлении. Жилы в оболочках могут располагаться свободно вдоль друг друга, как показано на чертеже, могут быть сцеплены, например, путем термообработки полимерных оболочек или путем склеивания, или могут удерживаться вместе проволочной или бумажной рубашкой (не показана).

На фиг.6А и 6B показан заземляющий проводник 100, содержащий девять алюминиевых жил 120, восемь из которых имеют одинаковый диаметр d_W1 поперечного сечения около 3 мм и окружают центральную жилу 120a с большим диаметром d_W2 поперечного сечения около 5 мм. Каждая жила 120, 120a покрыта оболочкой 140 из проводящего полимерного материала толщиной t_S около 0,3 мм. Жилы 120 в оболочках расположены продольно вдоль друг друга. Используя это строение, например, по сравнению с вариантом осуществления, показанным на фиг.5А и 5B, увеличивается площадь внешней поверхности проводника 100, что улучшает эффект заземления проводника, а также обеспечивает более высокую защиту от коррозии. Кроме того, за счет увеличения числа окружающих жил 120 в проводнике снижается риск повреждения всех жил во время прокладки или эксплуатации. Кроме того, за счет обеспечения такого одного окружающего слоя или большего числа слоев из покрытых оболочкой жил 120 вокруг по меньшей мере одной покрытой оболочкой центральной жилы 120a, центральная жила 120a или жилы лучше защищена(ы) этими по меньшей мере одним слоем или слоями окружающих жил 120, что уменьшает риск повреждения по меньшей мере центральной жилы 120a или жил, и повышает общий эффект заземления.

На фиг.7А и 7B показан заземляющий проводник 100 с такими же числом, расположением и диаметром поперечного сечения алюминиевых жил 120 в отдельных оболочках, как показано на фиг.6А и 6B, при этом он дополнительно окружен рубашкой 160, имеющей равномерную толщину tj1 около 1 мм, выполненной, например, с помощью экструзии. Благодаря наличию восьми окружающих жил 120 в оболочках и гибкому материалу рубашки, такому как полимер, например, проводящий полимер, форма внешней и внутренней поверхности рубашки приспосабливается к форме восьмиугольника в поперечном сечении. Следует отметить, что размер площади открытой поверхности рубашки заземляющего проводника, показанного на фиг.7А и 7B, фактически меньше, чем размер площади открытой оболочковой поверхности заземляющего проводника, показанного на фиг.5А и 5B и фиг.6А и 6B соответственно, и поэтому эти последние проводники могут быть выгодными с точки зрения эффекта более эффективного заземления, а также более высокой защиты от коррозии, в то время как первый проводник может преимущественно обеспечивать лучшую механическую защиту, чем последние проводники.

На фиг.8А и 8B показан заземляющий проводник 100 с такими же числом, расположением и диаметром поперечного сечения алюминиевых жил в отдельных оболочках, как показано на фиг.6А и 6B, дополнительно окруженный рубашкой 160, имеющей неравномерную толщину tj2 около 1 мм на ее самом тонком участке и около 2,2 мм на ее самом толстом участке, например, выполненной экструзией расплава или на последующем этапе нагревания. Благодаря наличию тепловой обработки термоплавкого материала рубашки, такого как полимер, например, проводящий полимер, форма поперечного сечения заземляющего проводника с рубашкой 160 становится по существу круглой, и полимерный материал рубашки прижимается к наружным поверхностям восьми окружающих жил в отдельных оболочках и, возможно (не показано), проникает между жилами, обеспечивая таким образом лучший контакт между внутренней поверхностью рубашки 160 и наружной стороной оболочек 140, заключенных в такую рубашку. Чтобы дополнительно улучшить этот контакт между рубашкой и оболочками на всем протяжении проводника, можно применить дополнительный технологический этап сжатия рубашки 160 во время или после экструзии.

Предпочтительно, внешняя поверхность оболочки или внешняя поверхность рубашки заземляющего проводника 100 имеет низкий коэффициент трения, обеспечивающий возможность легкой прокладки в грунте.

Две различные процедуры испытания для выявления особенностей проводящего полимерного материала были выявлены авторами изобретения во время выполнения ряда обширных испытаний на склонность к коррозии различных проводящих полимерных материалов оболочки. Эти две процедуры испытания, проводимые по отдельности или вместе, были выявлены для установления критериев относительно того, способен ли такой материал удовлетворять требованиям как защиты алюминиевой жилы, а значит, и заземляющего проводника от коррозии, так и придания ей не только достаточной, но и лучшей заземляющей способности.

Начав с проведения коррозионных испытаний в соответствии со стандартом IEC 60229, авторы изобретения разработали два испытания для того, чтобы определить условия, при которых алюминиевую жилу, покрытую оболочкой из такого материала, можно было бы идентифицировать как обеспечивающую такой хорошо работающий материал.

Установка и результаты у заземляющих проводников, подвергнутых первой и второй процедурам испытаний в соответствии с изобретением

На фиг.9 показан схематичный чертеж в перспективе, иллюстрирующий установку для испытания заземляющего проводника с целью проверки, выполнен ли заземляющий проводник согласно настоящему изобретению, показывающий полиэтиленовую емкость 900, содержащую жидкость 905 объемом примерно 1 л, состоящую из 1 об.% раствора сульфата натрия, т.е. водного раствора электролита при температуре окружающей среды. В данном случае, участок испытываемого проводника 920 длиной ls 200 мм погружался в раствор в изогнутом виде, чтобы поместиться внутри емкости 900 и расположиться в ее самой глубокой точке на глубине около 0,5 метра. Кроме того, внутри объема жидкости 905 предусмотрен медный пластинчатый электрод 910 вблизи дна емкости и нa постоянном между образцами минимальном расстоянием 20-25 см от испытываемого проводника 920. Специалистами в данной области техники могут быть рассмотрены другие металлические материалы электродов, такие как алюминий, а также размеры и формы электродов, например, фольга, а также материал, форма и размер емкости, а также другие положения проводника, электрода и уровень жидкости над проводником относительно друг друга. Может быть выгодно адаптировать эти размеры к используемым значениям токов, а также к физическому размеру испытываемого образца проводника.

Во время двух испытаний подавался испытательный ток, проходящий между упомянутым испытываемым проводником 920 и электродом 910, так что можно было измерить потенциал на испытываемом проводнике 920 и упомянутом электроде 910.

При выполнении измерений во время испытаний, которые обсуждены ниже, все испытываемые проводники погружали полностью по длине, поочередно, и все они содержали единственную алюминиевую жилу, имеющую диаметр dw жилы 3,06 мм, и в случае, когда они были покрыты оболочкой, обеспечивалась практически равномерная толщина проводящей полимерной оболочки около 0,3 мм. При данном размере емкости можно было предпочтительно проводить испытания жил или проводников с шириной между 5 мм и 30 мм, например 20 мм - 25 мм.

Испытания и результаты первой процедуры

Испытываемыми проводниками 920 были следующие испытываемые образцы для первой серии измерений в соответствии с первой процедурой:

- заземляющий проводник по изобретению, обозначенный как образец 1,

- заземляющий проводник не по изобретению, обозначенный как образец 2, содержащий оболочку на полимерной основе из полиэтилена, поставляемого компанией DOW под торговым наименованием DHDA 7708-BK.

Сначала образец 1 вводили в сульфатный раствор в вышеупомянутой установке и подавали первый заданный испытательный ток 1 мА с одного конца образца 1 к электроду 910 таким образом, чтобы к упомянутой алюминиевой жиле прикладывался отрицательный тестовый потенциал относительно упомянутого электрода, и фиксировалась разность потенциалов, называемая разностью потенциалов «жилы в оболочке» между электродом и образцом 1. Затем подавали второй заданный испытательный ток 3 мА и т.д. через определенные интервалы таким образом, чтобы между ними подавался испытательный ток в пределах первого диапазона испытательных токов, в результате чего при измерении в ходе серии измерений тока и потенциала регистрировался упомянутый первый диапазон токов от 1 мА до 10 мА.

После этого вводили образец 2 в тот же самый сульфатный раствор в вышеупомянутой установке и измеряли разность электрических потенциалов от одного конца образца 2 и до электрода 910, измеряя серию испытаний с одинаковыми интервалами времени во всем том же самом первом диапазоне токов от 1 мА до 10 мА.

В-третьих, после испытания вышеупомянутых проводников, с образца 1 удали материал оболочки и получили неизолированную алюминиевую жилу, обозначенную как "голая жила". Голую жилу вводили в тот же самый сульфатный раствор в вышеупомянутой установке и измеряли электрический потенциал от одного конца голой жилы и до электрода 910, измеряя в том же самом первом диапазоне токов от 1 мА до 10 мА.

В таблицах 1 и 2 представлены результаты испытаний для первой и второй процедур испытаний соответственно, и на фиг.10, 11 и 12 показаны графики полученных результатов.

Таблица 1

Из результата на фиг.10 можно увидеть, что разность потенциалов измерялась для образца 1 после одной точки в первом диапазоне токов, а именно около 7,5 мА. Примечание: графики имеют нелинейные координаты x и ниже достигают той же самой или более низкой разности потенциалов, чем голая жила. Кроме того, можно увидеть, что образец 2 ни в какой точке не опускается ниже разности потенциалов для голой жилы во всем первом диапазоне испытательных токов.

Таблица 2

В связи с тем, что многие производители полимеров, как правило, не раскрывают состав своих полимеров, и с тем, что авторы изобретения изготавливают кабели из таких нераскрытых полимерный композиций, было довольно трудоемкой работой выявить и проверить, как ведет себя и когда проводящий полимерный материал подходит в качестве антикоррозийной защитной оболочки для алюминиевого заземляющего проводника. В ходе этих первоначальных испытаний были опробованы, среди прочего, многие установки и проводящие полимерные материалы для того, чтобы дать общее представление об одном или более параметрах, которым должен полностью соответствовать заземляющий проводник для обеспечения эффективной коррозионной защиты при различных условиях грунта и окружающей среды.

Установка, показанная на фиг.9, иллюстрирует один из способов, как выполнить первую и вторую процедуру испытаний, однако специалисты в данной области техники могут предусмотреть другие установки, например, для измерений, проводимых при испытании на коррозионную стойкость в соответствии со стандартом IEC 60229. Например, в другой такой подходящей установке емкость представляла собой медный бак, содержащий 100 л рассматриваемого раствора для проведения испытаний, а жила имела длину lw 1,2 м, и ее участок длиной 1 м погружался в раствор на глубину около 0,5 м, по существу не изгибаясь в нем.

Испытания согласно изобретению, но с различными установками, дают один и тот же показатель или критерий для определения наличия низкой разности потенциалов во время испытания при принятии решения о том, какой проводник соответствует изобретению.

Другие испытываемые проводники содержали оболочку из полиэтиленовой основы, поставляемой компанией Borealis под торговым наименованием LE 0563 и обеспечивающей полупроводящий полимерный материал, содержащий углеродную сажу, но проявляли менее эффективное замедление коррозии и, таким образом, не представляли собой заземляющий проводник по изобретению.

Испытание проводилось при постоянном напряжении V_test порядка 0,1-30 В в зависимости от условий испытания. При испытании некоторых традиционных или менее подходящих проводящих полимерных материалов были измерены более высокие потенциалы, такие как около 100-400 В.

Преимущественно, предусмотренный по изобретению заземляющий проводник дополнительно соответствует требованиям 1) способности выдерживать максимальную разность потенциалов 50 В относительно земли в экстремальных условиях эксплуатации и 2) максимальный переменный ток 50 Ампер в проводнике в любой момент времени между подстанциями и короткие замыкания на линии при токе около 100-1000 Ампер или более. Это рассчитано на то, чтобы выдерживать плотность тока 65 А/мм² в течение 1 секунды для всех заземляющих проводников.

Эти параметры влияют на используемый диапазон испытательных напряжений/испытательных токов, при этом сохраняются длина жилы в проводящей жидкости, площадь контакта поверхности оболочки с жидкостью, расстояние от поверхности жилы до электрода (по-видимому, имеет наибольшее влияние), объем жидкости и та же самая глубина.

Для последующих испытаний на грозостойкость, стойкость к истиранию и коррозионную стойкость обеспечивался набор с аналогичными длинами одного и того же заземляющего проводника по изобретению с физическим сечением, показанным на фиг.4, содержащего семь алюминиевых жил одинакового диаметра dw около 3,06 мм, каждая из которых индивидуально защищена вышеуказанным проводящим полимерным материалом с равномерной толщиной ts около 0,3 мм и каждая из которых не склеена друг с другом, а скручена друг с другом при длине скрутки около 14 см.

Эксплуатационные испытания заземляющего проводника по изобретению.

Испытания на грозостойкость осуществляли для испытания характеристик образца заземляющего проводника согласно настоящему изобретению с точки зрения обеспечения удовлетворительных характеристик при возникновении молнии или короткого замыкания в окружающей почве земли. Образец представлял собой заземляющий проводник из одной жилы, намотанной на семь алюминиевых проводов, содержащих окружающую оболочку.

Для проведения испытаний на грозостойкость была предусмотрена установка, показанная на фиг.13: имелась емкость с размерами около 1,5 м шириной x 1 м длиной x 1 м высотой, в которую помещалась медная пластина для обеспечения электрического потенциала земли в насыщенной водой гумусной почве, которая заполняла емкость поверх медной пластины для обеспечения сопротивления и пути прохождения тока через нее. Длина образца была выбрана таким образом, чтобы его участок длиной один метр размещался в почве вдоль и на расстоянии около 20 см от медной пластины, и каждый конец образца выступал из почвы. Концы образца подключали к генератору напряжения Маркса для подачи постоянно увеличивающегося напряжения до 40 кВ. Имитировался ток молнии или электромагнитный импульс напряжением около 30 кВ, который приводил к скачку тока, достигающему около 800 А в дуге, возникавшей между одним или более положениями на образце и медной пластиной, к которой был последовательно подсоединен токовый шунт для измерения этого имитируемого тока молнии. Затем образец извлекали из почвы и изучали.

Результат заключался в том, что образец мог выдержать такой импульс тока, что алюминиевый проводник мог «выжить» при проходящем через него электромагнитном импульсе вплоть до 800 А. В четырех испытавших воздействие дуги положениях на оболочке часть ее материала полностью удалялась, образуя отдельные дырки около 0,8-2 мм с заметным проплавлением вокруг зоны дырки, а также почерневшие части оболочки, окружающие дырку. В других местах, как видно на фиг.14А и 14B, в положениях дуги были видны только слегка обугленные и почерневшие царапины около 0,01-0,1 мм на верхней поверхности оболочки по площади, сравнимой с площадью дырки в образце.

Таким образом, испытание показало, что после того, как заземляющий кабель по изобретению во время применения в земле подвергался воздействию грозового разряда, он имеет довольно хороший шанс на дальнейшее надлежащее функционирование и обеспечение механической защиты и влагозащиты.

Фиг.14A-14B иллюстрирует другое важное преимущество заземляющего проводника по изобретению. Авторы изобретения обратили внимание на то, что во время испытаний на грозостойкость благодаря этому факту и хорошему контакту, обеспечиваемому между алюминиевой жилой и оболочкой при возникновении импульсов грозового разряда или короткого замыкания в электрической системе, обслуживаемой заземляющим проводником, он может лучше отводить токи до примерно 1000 А/м в хорошо проводящий грунт до того, как проводящая полимерная оболочка получит повреждения, см. образовавшиеся в материале оболочки относительно маленькие дырочки на фиг.14A, 14B, размером порядка 0,01 мм - 0,1 мм. Таким образом, в качестве побочного эффекта, улучшенная заземляющая способность влечет за собой лучшую защищенность от молнии. Сопротивление по всей оболочке образца является выгодно низким, с сопротивлениями менее 100 Ом⋅см, предпочтительно менее 50 Ом⋅см, более предпочтительно менее 30⋅Ом⋅см.

Были также проведены различные испытания на истирание, такие, например, как изложено в стандарте IEC 60229. Целью было продемонстрировать, что экструдированная оболочка по настоящему изобретению может выдержать истирание во время операции прокладки, так как толщина оболочки заземляющего проводника в некоторых случаях не соответствует стандартам IEC на кабели. Испытания показали, что действительно проводники по изобретению были способны выдерживать эти испытания, тогда как при испытании по стандарту IEC используется приблизительно половина усилия установки для проведения испытания испытательного образца заземляющего проводника, имеющего диаметр около 3,06 мм и толщину оболочки около 0,3-0,4 мм.

Были также проведены испытания на коррозию, изложенные в стандарте IEC 60229. Цель заключалась в том, чтобы продемонстрировать, что в случае локального повреждения оболочки любая последующая коррозия наружной поверхности алюминиевой жилы будет практически ограничиваться поврежденной областью покрова, при этом по отношению к голому заземляющему проводнику будет наблюдаться предпочтительно уменьшенная коррозия.

Ниже, со ссылкой на фиг.15-21 описано то, что, по мнению авторов изобретения, может быть некоторыми из возможных причин получения предусмотренного настоящим изобретением более эффективного антикоррозионного слоя с учетом вышеупомянутых испытаний.

На фиг.15 показан вырез поверхности алюминия без оболочки, т.е. голой, такой как одна боковая поверхность алюминиевой жилы вдоль ее длины. Поверхности алюминия, как правило, образуют белый защитный слой вызванной кислородом коррозии в виде оксида алюминия, если они остаются незащищенными от воздействия атмосферы или воды. Как показано на фиг.15, этот слой оксида алюминия в основном состоит из аморфного Al₂O₃ в двух подслоях друг над другом, а именно:

- почти беспористый барьерный слой из аморфного оксида алюминия Al₂O₃ толщиной до примерно 0,1 микрометра поверх слоя алюминия Al и

- гидратированный покрывающий слой с низким содержанием кристаллического вещества, содержащий гидрооксиды алюминия Al(OH)₃ и байерит Al₂O₃+3H₂O, толщиной до примерно 0,3 микрометра поверх слоя оксида алюминия, причем гидратированный покрывающий слой дополнительно снабжен микропорами в виде лунок или дырочек диаметром около 1 микрометра и глубиной до 0,3 микрометра, проходящих все расстояние от поверхности Al₂O₃. Кроме того, другие оксиды алюминия могут присутствовать в виде смеси с пористым слоем.

Толщина слоя Al₂O₃ увеличивается со временем, температурой, в зависимости от того, было ли использовано анодирование, и доступности кислорода. Несмотря на то, что оксидный слой очень плотен, долговечен, имеет температуру плавления 2300°С и защищает алюминиевую поверхность от дальнейшей коррозии, со временем он может также стать пористым и впитывать влагу, что увеличивает его склонность к коррозии. Кроме того, плотность Al₂O₃ выше по сравнению с самим металлическим алюминием, и электрическое удельное сопротивление Al₂O₃ очень высоко, порядка 1×10¹⁴ Ом⋅см.

На фиг.16 в проводнике не по изобретению оболочка 1 изготовлена из проводящего полимерного материала на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), поставляемого компанией Borealis под торговым наименованием LE0563, с добавлением проводящего наполнителя из углеродной сажи. Оболочка 1 наносится путем экструзии, и при сочетании добавленной углеродной сажи, экструзии и полиэтилена может повышаться вязкость смеси, так как при добавлении проводящих частиц малого размера с более высоким их содержанием вязкость смеси имеет тенденцию к увеличению. В результате, полимерная композиция может не заходить достаточно глубоко внутрь пор и не вступить в контакт со слоем оксида алюминия. Поэтому "островки" гидратированного алюминия в контакте с полимером будут, при плотностях тока и потенциалах, возникающих при заземлении силовых кабелей, просто образовывать слишком высокие потенциальные барьеры для очень малого тока, который должен протекать при нормальном функционировании электроэнергетической системы. Кроме того, любая влага из-за протечек и любых повреждений полимера имеет тенденцию накапливаться в порах и внутри гидратированного алюминия, что увеличивает коррозию в этих местах.

На фиг.17 оболочка 2 изготовлена из проводящего полимера, и заземляющий проводник выполнен по изобретению. Преимущественно, оксид алюминия и оболочка находятся в хорошем поверхностном контакте друг с другом, также на дне пор, и этот хороший поверхностный контакт может обеспечить предпочтительный "путь" для протекания электрического тока, при необходимости.

Это можно обеспечить в каждом проводящем полимере согласно обсужденным здесь различным вариантам осуществления, которыми являются следующие варианты:

- проводящий полимерный материал, содержащий полиолефин, смешанный с эластомером, 10-40% высокочистого углеродистого материала и антиоксидант,

- проводящий полимерный материал, содержащий полипропилен, смешанный с этилен-пропиленовым эластомером, 23-30% углеродной сажи и фенольный антиоксидант,

- проводящий полимерный материал, содержащий 62-68% полипропилена, смешанного с этилен-пропиленовым эластомером, 23-30% углеродной сажи и 2-4% фенольного антиоксиданта, и

- проводящий полимерный материал, содержащий 25-70% полипропилена, 15-55% этилен-пропиленового эластомера, 23-30% углеродной сажи и 2-4% фенольного антиоксиданта.

Авторы изобретения, выполнив вышеупомянутые и другие испытания, заметили, что полезны следующие меры для повышенной защиты от коррозии, а также для улучшения эффекта заземляющего проводника в обсужденных проводящих полимерных материалах, также обеспечивая достаточную механическую защиту проводника:

- полимерная композиция низкой вязкости, которая может гораздо легче проникать в поры, см. фиг.16 в сравнении с фиг.17;

- высокая электропроводность, при низком удельном сопротивлении оболочки. Это можно обеспечить за счет увеличения содержания наполнителя в проводящем полимере, при этом контролируя то, чтобы вязкость не увеличивалась слишком сильно, а также выбирая меньший размер частиц наполнителя. Содержание наполнителя и низкую вязкость предпочтительно регулируют для обеспечения высокой электропроводности; предпочтительно используют высококачественную углеродную сажу, имеющую высокую чистоту и малый размер, для облегчения проникновения в поры. Кроме того, повышенная электропроводность также зависит от того, какая выбрана полимерная матрица, например, используется ли хорошая сочетающаяся композиция, предпочтительно выбирают проводящий полимерный материал с низким объемным удельным сопротивлением, например, менее 100 Ом⋅см, что приводит к высокой проводимости полимерной композиции. Кроме того, когда удельное сопротивление является низким, полярность оболочки выравнивается с ней; это может быть достигнуто путем выбора подходящей высокопроводящей/низкорезистивной полимерной матрицы и/или добавления дополнительных наполнителей, известных специалистам в данной области техники;

- полярность оболочки контролируется, преимущественно в одном варианте осуществления добавляется определенное количество неполярных и/или неизоляционных материалов, например, неполярный каучук, например, этилен-пропиленовый (ЭП) каучук (EPR), такой как каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера (EPDM) (также известный как EPT: тройной сополимер этилена-пропилена), EPR (также известный как EPM: сополимер этилена-пропилена), нитрил-бутадиеновый каучук (NB), натуральный каучук (NR), бутадиеновый каучук (BR), бутадиен-стирольный каучук (SBR). Альтернативно или дополнительно, добавляется неполярная добавка или делающая неполярной добавка;

- выгодно повышение адгезии поверхности оболочки, то есть повышенное сцепление проводящей полимерной композиции с поверхностью алюминия, особенно с поверхностью оксида алюминия внутри пор. Адгезию можно дополнительно повысить при изготовлении оболочки на алюминиевой жиле, предпочтительно путем ее сжатия, например, используя экструзию под давлением и/или механическое прессование во время прокладки и/или во время отверждения на поверхности жилы, обеспечивая сжатие полимера в порах - это также позволяет заполнить поры проводящим материалом и получить более низкое удельное сопротивление оболочки и поверхности контакта оболочка/оксид алюминия;

- относительно низкое сопротивление контакта между поверхностью алюминия и проводящим полимером, преимущественно заполняющим поры оксида алюминия, для обеспечения одинаково более низкого сопротивления контакта и в то же самое время проявления низкого поверхностного сопротивления по отношению к окружающей среде - в дальнейшем любая накопленная разность потенциалов на всей поверхности контакта алюминий/полимер, которая может приводить к коррозии поверхности алюминия, отводится через низкорезистивную проводящую полимерную оболочку, а не через алюминий, и скорость коррозии алюминия значительно замедляется;

- толщина оболочки. Она предпочтительно выбирается в зависимости от диаметра жилы, а также от того назначения, по которому будет применяться проводник;

- в полимер можно добавить или использовать в нем снижающие коррозию добавкуили базовый полимер, однако испытания показали, что эта мера может не понадобиться, так как она может даже иногда уменьшить другие упомянутые здесь положительные эффекты;

- либо активное уменьшение количества содержания низкомолекулярных соединений на внешних поверхностях композиции, так как некоторые полимеры, такие, например, как полиэтилен, имеют тенденцию к их высаживанию на ее наружные поверхности во время отверждения и могут затем действовать как электрически изолирующие на этих частях, и/или добавление наполнителей, таких, например, как EVA, EBA и т.п., для снижения этих тенденций и обеспечения лучшего распределения содержания низкомолекулярных соединений внутри полимерной матрицы.

Все эти меры, по-видимому, приводят к эффекту уменьшения сопротивления оболочки и, таким образом, к снижению потенциальной ямы оболочки и повышению проводящей способности наполнителя внутри матрицы до такой степени, что потенциальная яма на тех участках, где имеются "островки" гидратированного алюминия между порами, больше, чем потенциальная яма на участках контакта оксида алюминия и оболочки внутри пор, даже в том случае, когда на поверхность оболочки выходят достаточно большие дырки, обеспечивая при этом, прежде всего, превосходный эффект защиты от коррозии.

Реферат

Изобретение относится к заземляющему проводнику и электрической системе, содержащей такой заземляющий проводник (100), содержащий множество проводящих алюминиевых жил (120), причем каждая такая жила снабжена по меньшей мере одной оболочкой (140) из электропроводящего полимерного материала, имеющего удельное объемное сопротивление (ρ) менее 100 Ом·см. Изобретение предлагает экономичную альтернативу медным заземляющим устройствам. 3 н. и 12 з.п .ф-лы, 21 ил.

Формула