РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ	(19) RU (11) 2 263 360 (13) C1
	(51) МПК H01B 3/42 (2000.01) H01B 3/20 (2000.01)

Статус:	не действует (последнее изменение статуса: 02.07.2021)
Пошлина:	учтена за 11 год с 20.05.2014 по 19.05.2015. Возможность восстановления: нет.

(21)(22) Заявка: 2004115177/09, 19.05.2004 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 19.05.2004 (45) Опубликовано: 27.10.2005 Бюл. № 30 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1700599 A1, 23.12.1991. SU 1188791 A, 30.10.1985. SU 625252 А, 10.08.1978. SU 427028 A1, 05.05.1974. SU 315380 A1, 01.01.1971. RU 2087958 С1, 20.08.1997. SU 593254 A1, 15.02.1978. JP 10003819 А, 06.01.1998. Адрес для переписки: 614113, г.Пермь, ул. Кировоградская, 73а-34, Общество с ограниченной ответственностью "СЕВАН"

(72) Автор(ы): Барсуков Е.В. (RU), Барсуков В.К. (RU), Барсуков С.В. (RU), Демин А.В. (RU), Курашов Д.А. (RU) (73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "СЕВАН" (RU), Общество с ограниченной ответственностью "Электротехническая корпорация "Энергокомплекс" (RU)

(54) ПРОПИТОЧНЫЙ СОСТАВ КАБЕЛЬНЫЙ

Изобретение относится к области производства пропиточных составов, применяемых для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей.

Кабельная бумага из целлюлозных волокон становится надежным электроизоляционным материалом для силовых кабелей только после тщательной сушки и пропитки жидкими диэлектриками (маслами, компаундами, синтетическими смолами), обладающими высоким электрическим сопротивлением. Жидкие пропиточные составы при пропитке бумаги заполняют микропористую структуру растительных клеток и межволоконное пространство, вытесняя воздух, и создают почти однородный диэлектрик с высокими диэлектрическими свойствами.

Электрическая прочность пропитанной бумаги значительно выше, чем непропитанной, так как ионизация пор бумаги, заполненных воздухом, наступает раньше, чем у пропитанной бумаги.

Кроме того, пропиточный состав действует как смазка, облегчая относительное смещение бумажных лент при изгибе кабеля, а также значительно увеличивает теплопроводность бумажной изоляции и способствует отводу и равномерному распределению тепла по всему объему бумажно-пропитанной изоляции (БПИ).

Современные пропитывающие составы для силовых кабелей с БПИ подразделяются на два основных типа:

1. Вязкие составы, содержащие нефтяные масла (кабельные масла, индустриальное масло марки И-40А) и загустители: очищенную канифоль, полиэтиленовый воск, сэвилен, полиизобутилен, синтетические смолы, с кинематической вязкостью при 70°С не менее 170 мм²/с по ГОСТ 33-82, год ввода 1982, РФ. Данные составы используются для кабелей, прокладываемых на горизонтальных и наклонных трассах с ограниченной разностью уровней.

2. Нестекающие пропиточные составы, содержащие высоковязкие кабельные масла или полибутены и загустители: полиэтиленовый воск, микрокристаллический воск (церезин), с температурой каплепадения не менее 90°С по ГОСТ 6793-74, год ввода 1974, РФ. Данные составы используются для кабелей, прокладываемых на крутонаклонных и вертикальных трассах.

Наибольшее распространение в кабельной промышленности получили вязкие пропиточные составы. Они более технологичны, имеют меньшую стоимость.

Вязкие пропиточные составы готовят следующим образом. Кабельное масло подается в котел, предварительно разогретый до температуры 60-80°С, разогревается до температуры (125±10)°С и выдерживается при непрерывном перемешивании до полного прекращения образования пены при остаточном давлении не более 5,3·10³ Па.

В котел с маслом загружается измельченный загуститель, например канифоль, и перемешивается в течение 30 мин.

Варка состава производится при температуре (125±10)°С и остаточном давлении не более 5,3·10³ Па при непрерывном перемешивании в течение не менее 6 ч или до полного растворения загустителя и прекращения образования пены.

После варки производится дегазация состава путем его непрерывной круговой циркуляции через дегазирующее устройство при температуре (125±10)°С. При этом объем дегазируемого состава не должен превышать 4/5 объема котла.

Известен пропиточный состав для бумажной изоляции силовых кабелей по патенту 1700599, Россия, содержащий кабельное масло 85,0-97,5 мас.% и сополимер этилена с винилацетатом (сэвилен) 2,5-15,0 мас.% с содержанием винилацетата 10-30 мас.% в качестве загустителя.

Данный состав по сравнению с существующим составом марки МП-3 по РД16.14.491-86, год ввода 1986, РФ, на основе канифоли и полиэтиленового воска имеет улучшенные вязкостные и диэлектрические характеристики.

Вместе с тем, при повторном использовании пропиточного состава с сэвиленом теряется его проникающая способность. Бумажная изоляция полностью не пропитывается. Поэтому в настоящее время составы с сэвиленом практически не используются для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей.

Известен также пропиточный состав марки МП-2 (прототип) для бумажной изоляции силовых кабелей по РД 16.14.491-86, содержащий кабельное масло КМ-25 по ТУ 38-101449-84, год ввода 1984, Россия, в количестве 75,0±3,0 мас.% и канифоль некристаллизующуюся модифицированную кабельную марки КНМК по ТУ 13-05-25-82, год ввода 1982, Россия, в количестве 25,0±3,0 мас.%.

Данный состав широко используется на кабельных заводах России.

К недостаткам пропиточного состава МП-2 по прототипу следует отнести значительное ухудшение его диэлектрических характеристик после старения (таблица 2). Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ состава МП-2 увеличивается в 16 раз, а удельное объемное электрическое сопротивление ρ_v уменьшается в 17 раз. Данное обстоятельство существенно ограничивает диапазон использования силовых кабелей с БПИ по напряжению и приводит к увеличению толщины бумажно-пропитанной изоляции, диаметра кабеля, его массы, расхода материалов на металлическую оболочку и защитные покровы.

Ухудшение диэлектрических характеристик пропиточного состава по прототипу после старения обусловлено химической природой загустителя-канифоли. Очищенная кабельная канифоль состоит в основном из абиетиновых смоляных кислот с кислотным числом не менее 50 мг КОН на 1 г продукта, которые частично окисляют кабельное масло, ухудшая его диэлектрические свойства особенно при повышенных температурах с катализатором - медью.

Технической задачей изобретения является разработка вязкого пропиточного состава для пропитки бумажной изоляции кабеля, не уступающего прототипу по реологическим (вязкостным) характеристикам, но обладающего более высокими диэлектрическими свойствами, в том числе после старения в присутствии катализатора - меди.

Технический результат достигается тем, что в пропиточный состав на основе нефтяного масла добавляется в качестве загустителя продукт термической сополимеризации фракции C₈-C₉ пиролиза жидких углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

нефтяное масло	73-77
вышеуказанный загуститель	23-27.

Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является содержание в пропиточном составе нефтяного масла.

В то же время предложенный состав отличается от известного использованием нового загустителя - продукта термической сополимеризации фракции C₈-C₉ пиролиза жидких углеводородов.

Преимущества нового пропиточного состава:

- высокие эксплуатационные характеристики;

- снижение исходного тангенса угла диэлектрических потерь tgδ при 100°С в 3 раза и после старения при температуре 100°С в течение 300 часов в присутствии меди - в 13-14 раз (табл. 2);

- увеличение исходного удельного объемного электрического сопротивления ρ_v при 100°С в 4 раза и после старения - в 14 раз (табл. 2);

- стабильность диэлектрических и реологических характеристик при пропитке бумажной изоляции и эксплуатации в составе кабеля;

- увеличение диапазона использования силовых кабелей с БПИ по напряжению;

- снижение толщины бумажно-пропитанной изоляции, диаметра кабеля, его массы, расхода материалов на металлическую оболочку и защитные покровы;

- высокая технологичность;

- низкая стоимость.

Из нефтяных масел могут быть использованы высоковязкие масла марки МС-20 по ГОСТ 21743-76, год ввода 1976, Россия, марки П-28 по ГОСТ 6480-78, год ввода 1978, Россия, масло кабельное марки КМ-25 по ТУ 38-101449-84, год ввода 1984, Россия, масло кабельное марки КМ-22 по ТУ 38.301-29-26-89, год ввода 1989, Россия, индустриальное масло марки И-40А по ГОСТ 20799-88, год ввода 1988, Россия, их смеси и отработанные масла после их очистки и обезвоживания. Ограничения по выбору нефтяного масла для изготовления пропиточного состава накладывают: растворимость в нем загустителей, допустимые значения диэлектрических характеристик пропиточного состава, в том числе после старения в присутствии катализатора - меди, вязкость, технологичность, летучесть, токсичность, содержание примесей, долговечность, морозостойкость, стоимость.

Для ускорения и облегчения процесса пропитки бумажной изоляции масло должно иметь кинематическую вязкость при 130°С не более 12 мм²/с. Удельное объемное электрическое сопротивление масла ρ_v по ГОСТ 6581-75, год ввода 1975, Россия, при 100°С должно быть не менее 1,5·10¹⁰ Ом·м, тангенс угла диэлектрических потерь tgδ по ГОСТ 6581-75 при 100°С - не более 0,02, электрическая прочность Е_пр по ГОСТ 6581-75 при 100°С - не менее 12 МВ/м. Масло должно иметь минимальную летучесть при температуре до 140°С, должно быть недорогим, нейтральным (рН≈7), нетоксичным, без резкого запаха, должно полностью растворять загустители, не изменяя их свойств.

В наибольшей степени всем этим требованиям соответствует кабельное масло КМ-22.

Из загустителей могут быть использованы: канифоль модифицированная кабельная марки КНМК по ТУ 13-05-25-82, канифоль сосновая марки А высшего и 1 сортов по ГОСТ 19113-84, год ввода 1984, Россия, воск полиэтиленовый высокого давления марки ПВ-200 по ТУ 6-05-1516-77, год ввода 1977, Россия, сэвилен по ТУ 6-05-1636-81, год ввода 1981, Россия, полиизобутилен, смола инденкумароновая по ТУ 14-6-72-89, год ввода 1989, Россия, а также синтетические полимерные смолы, предложенные авторами настоящего изобретения и представляющие собой продукт термической сополимеризации фракции C₈-C₉ пиролиза жидких углеводородов. Ограничения на выбор загустителя накладывают: температура размягчения и каплепадения, совместимость и растворимость в нефтяном масле, реологические характеристики пропиточного состава (вязкость при 70°С и 130°С), допустимые значения диэлектрических характеристик пропиточного состава и их изменение в процессе старения, наличие примесей, массовая доля летучих веществ, кислотность, токсичность, технологичность, долговечность, стоимость.

Для достижения требуемых эксплуатационных характеристик кабеля на наклонных трассах загуститель должен иметь температуру размягчения не ниже 80°С и обеспечивать вязкость пропиточного состава при 70°С не менее 170 мм²/с, а для ускорения и облегчения процесса пропитки бумажной изоляции загуститель должен иметь температуру каплепадения не выше 120°С и обеспечивать вязкость пропиточного состава при 130°С не более 50 мм²/с.

Тангенс угла диэлектрических потерь состава tgδ при 100°С не должен превышать 0,05, удельное объемное электрическое сопротивление состава ρ_v при 100°С должно быть не менее 2,0·10⁹ Ом·м, электрическая прочность Е_пр при 100°С - не менее 12 МВ/м. Коэффициент старения состава в присутствии меди при 100°С в течение 300 час К_ст по tgδ и ρ_v не должен превышать 10.

Загуститель должен иметь хорошую совместимость и полную растворимость в нефтяном масле без осадка, не должен содержать примеси и летучие вещества, должен быть недорогим, нейтральным (рН≈7), нетоксичным, без резкого запаха, технологичным и долговечным.

В наибольшей степени всем этим требованиям соответствует продукт термической сополимеризации фракции C₈-C₉ пиролиза жидких углеводородов, который представляет собой твердое прозрачное вещество от желтого до коричневого цвета.

Данная синтетическая смола получается в процессе термической обработки побочного продукта нефтепереработки - фракции С₈-С₉ при температуре 240-250°С и давлении 1,0 МПа.

При использовании фракций с числом атомов углерода С менее 8 получается продукт, который имеет температуру размягчения ниже 80°С, а при использовании фракций с С более 9 получается продукт, который имеет температуру каплепадения более 120°С.

Наиболее оптимальный состав синтетической смолы состоит из смеси сополимеров: винилбензола с винилтолуолом, стирола с винилтолуолом, винилбензола с инденом, стирола с инденом, винилбензола с дициклопентадиеном, стирола с дициклопентадиеном.

Данная смола имеет следующие исходные характеристики: температура размягчения - 85-100°С; температура каплепадения - 110-120°С; удельное объемное электрическое сопротивление при 100°С - 1,4·10¹³ Ом·м; тангенс угла диэлектрических потерь при 100°С - 0,002. Смола имеет идеальную совместимость и полную растворимость в кабельном масле, технологична, не содержит примеси и летучие вещества, является мощным антиоксидантом и антистарителем (в отличие от остальных загустителей), нейтральным и нетоксичным продуктом (рН≈7,4 класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76, год ввода 1976, Россия) со специфическим нерезким запахом. Стоимость смолы существенно ниже стоимости остальных загустителей.

Технология приготовления пропиточного состава на основе предлагаемой синтетической смолы и кабельного масла КМ-22 приведена выше.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером.

В таблице 1 приведены варианты пропиточных составов и их реологические характеристики (вязкость), а в таблице 2 - сравнительные диэлектрические характеристики пропиточных составов до и после старения.

Для изготовления пропиточных составов использовали кабельное масло КМ-22 и предлагаемый полимер.

Как видно из таблиц, заявляемый пропиточный состав по реологическим характеристикам (вязкости) не уступает прототипу и в то же время существенно превосходит его по диэлектрическим характеристикам (tgδ, ρ_v, Е_пр), особенно после старения. При этом оптимальное содержание компонентов в пропиточном составе, мас.%:

кабельное масло	73-77
предлагаемый загуститель	23-27.

Уменьшение содержания загустителя приводит к снижению минимально допустимой вязкости пропиточного состава при 70°С, а увеличение содержания загустителя приводит к повышению максимально допустимой вязкости пропиточного состава при 130°С, некачественной пропитке бумажной изоляции и перерасходу дорогостоящего сырья.

Новый пропиточный состав прошел всесторонние испытания в ОАО «Камкабель».

Таблица 1
Наименование компонентов и технологические параметры	Содержание, мас.% (варианты)
	Норма	Прототип	1	2	3	4	5	6	7
Масло кабельное КМ-22	-	75,2	78	77	76	75	74	73	72
Канифоль КНМК	-	24,8	-	-	-	-	-	-	-
Предлагаемый полимер	-	-	22	23	24	25	26	27	28
Вязкость кинематическая, мм2/сек:
при 70°С	≥170	180	162	180	198	213	234	270	322
при 130°С	≤50	25	15	16	18	20	26	45	77

Таблица 2
Варианты образцов пропиточного состава	Исходные характеристики при 100°С			Характеристики после старения при 100°С в течение 300 часов
	tgδ	ρv, Ом·м	Епр., МВ/м	Без катализатора		С медью		Кст по tgδ	Кст по ρv
				tgδ	ρv, Ом·м	tgδ	ρv, Ом·м
Норма по РД 16.14.491-86	≤0,050	≥2,0·109	>12	-	-	-	-	-	-
Прототип	0,037	4,4·109	13	0,105	1,5·109	0,593	2,6·108	2,8/16	2,9/17
1	0,025	7,1·109	17	0,048	2,5·109	0,095	1,4·109	1,9/3,8	2,8/4,9
2	0,020	1,2·1010	17	0,036	4,4·109	0,074	2,5·109	1,8/3,7	2,7/4,8
3	0,016	1,5·1010	19	0,027	5,8·109	0,054	3,2·109	1,7/3,4	2,6/4,7
4	0,013	1,7·1010	20	0,022	6,3·109	0,044	3,7·109	1,7/3,4	2,7/4,6

Продолжение таблицы 2
Варианты образцов пропиточного состава	Исходные характеристики при 100°С			Характеристики после старения при 100°С в течение 300 часов
	tgδ	ρv, Ом·м	Епр., МВ/м	Без катализатора		С медью		Кст по tg	Кст по ρv
				tgδ	ρv, Ом·м	tgδ	ρv, Ом·м
5	0,011	1,8·1010	21	0,018	7,2·109	0,035	4,1·109	1,6/3,2	2,5/4,4
6	0,009	1,8·1010	21	0,014	6,9·109	0,028	4,0·109	1,6/3,1	2,6/4,5
7	0,008	1,9·1010	22	0,013	7,6·109	0,025	4,4·109	1,6/3,1	2,5/4,3

Примечание к таблице 2:

1. Значения коэффициентов старения К_ст по tgδ и ρ_v:

- числитель - без катализатора;

- знаменатель - с медью.

Формула изобретения

1. Пропиточный состав кабельный для бумажной изоляции силовых кабелей, содержащий нефтяное масло и загуститель, отличающийся тем, что в качестве загустителя он содержит продукт термической сополимеризации фракции C₈-C₉ пиролиза жидких углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Нефтяное масло	73-77
Вышеуказанный загуститель	23-27

2. Пропиточный состав кабельный по п.1, отличающийся тем, что он содержит кабельное масло марки КМ-22.

3. Пропиточный состав кабельный по п.1, отличающийся тем, что в качестве загустителя он содержит смесь сополимеров: винилбензол с винилтолуолом, стирол с винилтолуолом, винилбензол с инденом, стирол с инденом, винилбензол с дициклопентадиеном, стирол с дициклопентадиеном.

ИЗВЕЩЕНИЯ

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

(21) Регистрационный номер заявки: 2004115177

(73) Патентообладатель:
Общество с ограниченной ответственностью "СЕВАН",
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Энергия"

Прежний патентообладатель:
Общество с ограниченной ответственностью "СЕВАН",
Общество с ограниченной ответственностью "Электротехническая корпорация "Энергокомплекс"

Договор № РД0071324 зарегистрирован 18.10.2010

Извещение опубликовано: 27.11.2010БИ: 33/2010

---

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.05.2015

Дата публикации: 10.02.2016