Изолированный композитный электрический кабель и способ его изготовления и использования

Изолированный композитный электрический кабель и способ его изготовления и использования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылки на патентные заявки, имеющие отношение к настоящей

Настоящая заявка претендует на приоритет предварительных патентных заявок США 61/226 151 и 61/226 056 (обе поданы 16 июля 2009 года), которые включены в данную заявку посредством ссылки в полном объеме.

Область применения

Настоящее изобретение в общем относится к изолированным композитным электрическим кабелям и способам их изготовления и использования. Настоящее изобретение дополнительно относится к изолированным закрученным электрическим кабелям, включающим спирально закрученные композитные провода, способам их изготовления и использования в качестве кабелей подземных или подводных линий электропередачи.

Уровень техники

В недавнее время в практику были внедрены новые типы кабелей, которые изготавливаются из композитных материалов и поэтому не могут быть легко пластически деформированы для принятия ими новой формы. Примеры таких материалов включают композиты, армированные волокнами, которые обладают таким преимуществом, как улучшенная механическая прочность по отношению к металлам, но при этом они являются более упругими на растяжение. Предложены, например, композитные кабели, содержащие армированные волокнами полимерные провода, а также композитные кабели, содержащие металлические провода, армированные керамическими волокнами (смотри, например, патенты США 6559385 и 7093416, а также публикацию WO 97/00976).

Одним из примеров использования композитных кабелей (например, кабелей, содержащих композитные провода с полимерной матрицей или металлической матрицей) является их использование в качестве армирующего элемента в голых (то есть не изолированных) кабелях, используемых в воздушных линиях электропередачи. И хотя не изолированные кабели для передачи электрической мощности, включающие композитные провода с алюминиевой матрицей, достаточно широко применяются, остается потребность в такого типа кабелях, обладающих еще лучшими свойствами. С другой стороны, не изолированные кабели для передачи электрической мощности в целом считаются непригодными для приложений, связанных с передачей электрической мощности под водой или под землей.

Кроме того, в некоторых приложениях может быть желательным использование скрученных композитных кабелей для передачи электрической мощности. Под «скрученным» подразумевается кабель, в котором отдельные пластичные провода уложены спирально (смотри, например, патенты США 5171942 и 5554826). Спирально скрученные кабели для передачи электрической мощности обычно изготавливаются из пластичных металлов, таких, как сталь, алюминий или медь. В некоторых случаях, например, в не изолированных кабелях для воздушных линий электропередачи, сердцевина из спирально скрученных проводов окружена слоем проводящих проводов. Сердцевина из спирально скрученных проводов в таких кабелях содержит провода из пластичного металла, изготовленные из первого материала, такого, как, например, сталь а внешний проводящий слой, обеспечивающий передачу электрической мощности, может содержать провода из пластичного металла, изготовленные из второго материала, например, алюминия. В некоторых случаях сердцевина из спирально скрученных проводов может быть предварительно изготовленным скрученным кабелем, используемым как заготовка для последующего изготовления кабеля для передачи электрической мощности большего диаметра. Спирально скрученные кабели могут содержать от 7 отдельных проводов до (что используется наиболее часто) 50 и даже более проводов.

Специалистами в данной области техники постоянно проводится поиск улучшенных конструкций композитных кабелей для использования в подземных и подводных линиях электропередачи. Ведутся также поиски улучшенных конструкций скрученных композитных кабелей для передачи электрической мощности, а также способов их изготовления и использования.

Сущность изобретения

В некоторых приложениях существует потребность в дальнейшем улучшении конструкции композитных кабелей и способов их изготовления. В некоторых приложениях существует потребность в повышении устойчивости композитного кабеля, используемого для передачи электрической мощности, против короткого замыкания, влажности и/или химических веществ. В некоторых приложениях требуется наличие вокруг композитного кабеля, используемого для передачи электрической мощности, изоляционной оболочки, чтобы кабель можно было использовать для передачи электрической мощности под землей или под водой.

В других приложениях существует потребность в улучшении физических свойств скрученных кабелей, например, их упругости на растяжение и предела растяжения до наступления разрыва. В некоторых приложениях существует дополнительная потребность в обеспечении удобного средства для удержания спиральной укладки скрученных композитных проводов до их последующего встраивания в готовое изделие, такое, как, например, кабель для передачи электрической мощности. Такого средства для удержания спиральной укладки не требовалось в более ранних конструкциях кабелей, содержащих сердцевину из пластически деформируемых пластичных металлических проводов, или проводов, которые могут отвердевать или давать усадку после их спиральной укладки.

Целью некоторые воплощений настоящего изобретения является предложить изоляционную оболочку, окружающую кабель, используемый для передачи электрической мощности. Целью еще некоторых воплощений настоящего изобретения является предложить скрученные композитные кабели, а также способы спиральной укладки слоев из композитных проводов в одном направлении, что обеспечивает значительное повышение прочности на растяжение композитного кабеля по сравнению с композитными кабелями, в которых используется чередующееся направление спиральной укладки проводов от слоя к слою. Такого увеличения прочности на растяжение не наблюдается у кабелей из обычных пластичных проводов (например, металлических или изготовленных из прочих не композитных материалов), все слои которых закручены в одном направлении. Кроме того, в обычном кабеле из пластичных проводов закручивание проводов всех слоев одном направлении является нежелательным потому, что такие кабели легко подвергаются пластической деформации. Для ее предотвращения приходится использовать очень малый шаг укладки, но более предпочтительно в таких случаях использовать чередующееся направлении укладки проводов соседних слоев для обеспечения достаточной структурной прочности кабеля.

Поэтому в одном воплощений настоящего изобретения предлагается изолированный композитный электрический кабель, содержащий сердцевину из проводов, определяющую общую продольную ось, множество композитных проводов вокруг сердцевины из проводов, и изоляционную оболочку, окружающую множество композитных проводов. В некоторых воплощениях по меньшей мере часть множества композитных проводов расположена вокруг одиночного провода, определяющего общую продольную ось, в виде по меньшей мере одного цилиндрического слоя, сформированного вокруг общей продольной оси. В других воплощениях сердцевина проводов содержит по меньшей мере один металлический проводящий провод или композитный провод. В некоторых воплощениях сердцевина из проводов содержит по меньшей мере одно оптическое волокно.

Еще в некоторых воплощениях множество композитных проводов вокруг сердцевинного провода расположено в виде по меньшей мере двух цилиндрических слоев с осью, определяемой общей продольной осью. В некоторых воплощениях по меньшей мере одни из по меньшей мере двух цилиндрических слоев содержит только композитные провода. В некоторых воплощениях по меньшей мере один из по меньшей мере двух цилиндрических слоев дополнительно содержит по меньшей мере один провод из пластичного металла.

В некоторых воплощениях по меньшей мере часть множества композитных проводов закручена вокруг сердцевинного провода, вокруг общей продольной оси. В некоторых воплощениях по меньшей мере часть множества композитных проводов спирально закручена. В других воплощениях каждый из цилиндрических слоев спирально закручен со своим углом укладки и в направлении укладки, которое совпадает с направлением укладки проводов соседних цилиндрических слоев. В некоторых предпочтительных воплощениях относительная разность межу углами укладки проводов соседних цилиндрических слоев не превышает примерно 4°. В некоторых воплощениях композитные провода имеют форму поперечного сечения, выбранную из группы, состоящей из круглой, эллиптической, овальной, прямоугольной или трапециевидной формы.

В других воплощениях каждый из композитных проводов является композитным проводом, армированным волокнами. В некоторых воплощениях по меньшей мере один из композитных проводов, армированных волокнами, армирован жгутом волокон либо однонитевым волокном. В некоторых воплощениях каждый из композитных проводов выбран из группы, состоящей из композитного провода с металлической матрицей и полимерного композитного провода. В некоторых воплощениях полимерный композитный провод содержит по меньшей мере одно непрерывное волокно в полимерной матрице. В некоторых воплощениях упомянутое по меньшей мере одно непрерывное волокно содержит метал, уголь, керамику, стекло или их сочетание.

Еще в некоторых воплощениях упомянутое по меньшей мере одно непрерывное волокно содержит титан, вольфрам, бор, сплав с памятью формы, углерод, углеродные нанотрубки, графит, карбид кремния, арамид, поли(р-фенилен-2,6-бензобисоксазол или их сочетания. В некоторых воплощениях полимерная матрица содержит (со)полимер, выбранный из группы, состоящей из эпоксидной смолы, сложного эфира, сложного винилового эфира, полиимида, сложного полиэфира, сложного эфира циановой кислоты, фенольной смолы, бис-малеимидной смолы, полиэфирэфиркетона, фторополимера (включая частично или полностью фторированные сополимеры), и их сочетаний.

Еще в некоторых воплощениях композитный провод с металлической матрицей содержит по меньшей мере одно непрерывное волокно в металлической матрице. В некоторых воплощениях металлическая матрица содержит алюминий, цинк, олово, магний, их сплавы или их сочетания. В некоторых воплощениях металлическая матрица содержит алюминий, и упомянутое по меньшей мере одно непрерывное волокно содержит керамическое волокно. В некоторых воплощениях упомянутое по меньшей мере одно непрерывное волокно содержит материал, выбранный из группы, состоящей из керамики, стекла, углерода, углеродных нанотрубок, карбида кремния, бора, железа, стали, железных сплавов, вольфрама, титана, сплавов с памятью формы и их сочетаний.

В некоторых предпочтительных воплощениях металлическая матрица содержит алюминий, и упомянутое по меньшей мере одно непрерывное волокно содержит керамическое волокно. Подходящие керамические волокна предлагаются 3М Company (Сент-Пол, штат Миннесота, США) под торговым наименованием NEXTEL, St. Paul. MN), и включают, например, керамические волокна NEXTEL 312. В некоторых предпочтительных воплощениях керамическое волокно содержит поликристаллический α-AlO₃.

Еще в некоторых воплощениях изоляционная оболочка образует внешнюю поверхность изолированного композитного электрического кабеля. В некоторых воплощениях изоляционная оболочка содержит материал, выбранный из группы, состоящей из стекла, сополимера и их сочетаний.

В другом типе воплощений изобретения предлагается способ изготовления изолированного композитного электрического кабеля, содержащий этапы: (а) обеспечения сердцевины из проводов, определяющей общую продольную ось, (b) расположения множества композитных проводов вокруг сердцевины из проводов, и (с) окружения множества композитных проводов изоляционной оболочкой. В некоторых воплощениях по меньшей мере часть множества композитных проводов расположена вокруг одиночного провода, определяющего общую продольную ось, в виде по меньшей мере одного цилиндрического слоя, сформированного вокруг общей продольной оси. В некоторых воплощениях по меньшей мере часть множества композитных проводов спирально закручена вокруг сердцевины из проводов, вокруг общей продольной оси. В некоторых предпочтительных воплощениях каждый цилиндрический слой закручен с определенным углом укладки в направлении укладки, противоположном направлению укладки проводов в соседних с ним цилиндрических слоях. В некоторых предпочтительных воплощениях относительная разность между углами укладки проводов любых двух соседних слоев не превышает примерно 4°.

Еще в одном типе воплощений настоящего изобретения предлагается способ использования изолированного композитного электрического кабеля, описанного выше, содержащий закапывание по меньшей мере части изолированного композитного электрического кабеля, описанного выше, под землей.

Изолированные композитные электрические кабели в соответствии с воплощениями настоящего изобретения имеют различные черты и характеристики, позволяющие их использовать в различных приложениях, и обеспечивающие те или иные преимущества. Так, например, изолированные композитные электрические кабели в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения могут характеризоваться меньшей подверженностью преждевременным разломам или разрывам при малых силах растяжения, приложенных к кабелю, например, в процессе его производства, по сравнению с прочими композитными кабелями. Кроме того, изолированные композитные электрические кабели в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения могут обладать большей устойчивостью к коррозии и различным факторам окружающей среды (например, ультрафиолетовому излучению или влажности), менее подвержены потере прочности при высоких температурах, имеют более высокую устойчивость против ползучести, а также относительно высокий модуль упругости, низкий удельный вес, низкий коэффициент теплового расширения, высокую электрическую проводимость, более высокую устойчивость против провисания и более высокую прочность по сравнению с обычными кабелями с закрученными проводами из пластичных металлов.

Так, изолированные композитные электрические кабели, изготовленные в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения, могут иметь модуль упругости на растяжение, на 10% или даже более превосходящий модуль упругости композитных кабелей в соответствии с существующим уровнем техники. Изолированные композитные электрические кабели в соответствии с некоторыми воплощениями настоящего изобретения могут быть изготовлены при меньших производственных затратах, например, за счет большей легкости скручивания кабеля при сохранении требуемой прочности на растяжение, что важно в некоторых критических приложениях, например, при использовании кабеля в для воздушных линий электропередачи.

Выше были кратко описаны основные типы воплощений настоящего изобретения и их преимущества. В приведенном выше кратком описании не подразумевалось описать каждое из возможных воплощений настоящего изобретения. Для более подробного объяснения различных предпочтительных воплощений настоящего изобретения, общие принципы которых описаны выше, ниже приводится подробное описание изобретения, сопровождаемое прилагаемыми к нему чертежами.

Краткое описание чертежей

Ниже приводится более подробное описание воплощений настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1A-1G. Поперечное сечение изолированного композитного электрического кабеля в соответствии с различными воплощениями настоящего изобретения.

Фиг.2А-2Е. Сечения различных изолированных композитных электрических кабелей, включающих пластичные металлические проводники, в соответствии с различными воплощениями настоящего изобретения.

Фиг.3А. Вид сбоку скрученного композитного кабеля, содержащего удерживающее средство, наложенное поверх сердцевины из скрученных композитных проводов, который может использоваться для изготовления воплощений изолированных скрученных композитных электрических кабелей в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3B-3D. Поперечные сечения различных воплощений скрученных композитных кабелей, включающих различные удерживающие средства вокруг сердцевины из скрученных композитных проводов, которые могут использоваться для изготовления изолированных скрученных композитных электрических кабелей в соответствии с воплощениями настоящего изобретения.

Фиг.4. Сечение воплощения изолированного скрученного композитного кабеля, включающего удерживающее средство, наложенное поверх сердцевины из скрученных композитных проводов, и один или более слоев, содержащих множество пластичных металлических проводников, закрученных вокруг сердцевины из скрученных композитных проводов, который может использоваться для изготовления воплощений изолированных скрученных композитных электрических кабелей в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5. Поперечное сечение изолированного скрученного кабеля, включающего один или более слоев, содержащих множество индивидуально изолированных композитных проводов, закрученных вокруг сердцевины, содержащей множество индивидуально изолированных не композитных проводов в соответствии с другим воплощением настоящего изобретения.

Аналогичные номера позиций на чертежах обозначают аналогичные элементы. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе, и размеры тех или иных компонентов на чертежах могут быть изменены для того, чтобы подчеркнуть те или иные их особенности.

Подробное описание изобретения

Некоторые термины, используемые в настоящем описании и в формуле изобретения, несмотря на то, что большинство из них является хорошо известным, тем не менее требуют некоторого разъяснения.

В частности, следует понимать, что термин «хрупкий» в отношении термина «провод» означает, что провод под растягивающей нагрузкой допускает минимальную пластическую деформацию растяжения и терпит разрыв.

Термин «провод» включает пластичные металлические провода, композитные провода с металлической матрицей, композитные провода с полимерной матрицей, оптоволоконные провода и пустотелые шланги для переноса текучих сред.

Термин «пластичный», употребляемый в отношении деформации провода, означает, что провод при его изгибании в сущности претерпевает пластическую деформацию, не разрываясь и не разламываясь.

Термин «композитный провод» означает нить, сформированную из сочетания материалов, отличающихся друг от друга по составу или форме, которые скреплены друг с другом, и имеющему хрупкие или не пластичные свойства.

Термин «композитный провод с металлической матрицей» означает композитный провод, содержащий один или более волокнистых армирующих материалов, скрепленных между собой так, что они образуют матрицу, состоящую из одного или более пластичных металлических компонентов.

Термин «композитный провод с полимерной матрицей» подобным образом означает композитный провод, содержащий один или более волокнистых армирующих материалов, скрепленных между собой так, что они образуют матрицу, состоящую из одного или более полимерных компонентов.

Термин «оптоволоконный провод» означает нить, включающую по меньшей мере один волокнистый элемент, пропускающий свет в продольном направлении, для использования в оптоволоконных коммуникационных сетях.

Термин «пустотелый трубчатый провод» означает пустотелый трубопровод (трубку), используемый для переноса текучей среды.

Термин «изгиб», употребляемый в отношении деформации провода, включат двухмерную и/или трехмерную деформацию изгиба, которую он претерпевает, например, при скручивании по спирали. Если упоминается, что провод претерпевает деформацию изгиба, это не исключает возможности, что он одновременно претерпевает также деформацию под действиями сил растяжения или скручивания.

Термин "в значительной мере упругий изгиб" означает деформацию, которая происходит при изгибе провода до радиуса кривизны, составляющего до 10000 радиусов сечения провода. В отношении провода круглого сечения деформация «в значительной мере упругого изгиба» соответствует растяжению внешнего волокна провода по меньшей мере 0,01%.

Термины «закручивание» и «скручивание» используются как взаимно заменяющие друг друга, равно как и термины «закрученный» и «скрученный».

Термин «укладка» означает расположение проводов, при котором провода скрученного слоя спирально скрученного кабеля наматываются по спирали.

Термин «направление укладки» означает направление закручивания проводов в спирально скрученном слое. Направление укладки проводов в слое спирально закрученных проводов определяется следующим образом: необходимо посмотреть на спирально скрученные провода, уходящие от обозревателя. Если скрученные провода, уходя от обозревателя, поворачиваются по часовой стрелке, такой кабель именуется кабелем «правосторонней укладки». Если скрученные провода, уходя от обозревателя, поворачиваются против часовой стрелке, такой кабель именуется кабелем «левосторонней укладки».

Термины «центральная ось» и «центральная продольная ось» используются как взаимно заменяющие друг друга для обозначения общей продольной оси многослойного спирально скрученного кабеля, проходящей через центр любого его поперечного сечения.

Термин «угол укладки» означает угол между касательной к закрученному по спирали проводу и центральной продольной осью спирально закрученного кабеля.

Термин «угол пересечения» означает относительную (абсолютную) разность между углами укладки смежных слоев проводов кабеля, содержащего спирально закрученные провода.

Термин «шаг укладки» означает длину кабеля, содержащего закрученные провода, на которой единичный провод слоя из спирально закрученных проводов образует один полный виток спирали вокруг центральной продольной оси кабеля, содержащего спирально закрученные провода.

Термин «керамический» означает стекло, кристаллическую керамику, стеклокерамику и их сочетания.

Термин «поликристаллический» означает материал, имеющий преобладающую структуру из множества кристаллических зерен, размер которых меньше диаметра волокна, в котором данные зерна присутствуют.

Термин «непрерывное волокно» означает волокно, имеющее длину, бесконечно большую по отношению к среднему диаметру волокна. Как правило, это означает, что отношение длины волокна к среднему диаметру волокна составляет по меньшей мере 1×10⁵ (в некоторых воплощениях по меньшей мере 1×10⁶, или даже по меньшей мере 1×10⁷). Как правило, такие волокна имеют длину от по меньшей мере примерно 15 см до по меньшей мере нескольких метров, и даже могут иметь длину в несколько километров, или даже более.

В ряде воплощений настоящего изобретения предлагается изолированный композитный кабель, пригодный для использования в качестве подводного или подземного кабеля для передачи электрической мощности. В некоторых воплощениях изолированный композитный кабель включает множество скрученных композитных проводов. Композитные провода в целом являются хрупкими и непластичными, поэтому при формировании скрученного кабеля их невозможно скрутить в такой степени, чтобы скрученная конфигурация сохранилась, так как разрыв проводов наступает раньше. Поэтому в некоторых воплощениях настоящего изобретения обеспечивается скрученный композитный кабель, характеризующийся более высокой прочностью на растяжение, или, еще в некоторых воплощениях, - средство для удержания спирально скрученного расположения проводов кабеля. В связи с этим предлагаемый скрученный кабель может использоваться как промежуточное изделие (заготовка) или готовое изделие. При использовании в качестве заготовки скрученный композитный кабель может быть на более позднем этапе встроен в готовое изделие, например, в изолированный композитный кабель для линий электропередачи, например, в подводный или подземный кабель для передачи электрической мощности.

Ниже описаны различные воплощения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. В различные воплощения настоящего изобретения могут быть внесены различные изменения без отхода от идеи и масштабов настоящего изобретения. Соответственно следует понимать, что воплощения настоящего изобретения не ограничены описанными ниже примерами, а ограничены воплощениями, сформулированными в формуле изобретения и их эквивалентами.

В одном из воплощений настоящего изобретения предлагается изолированный композитный электрический кабель, содержащий сердцевину из проводов, определяющую общую продольную ось, множество композитных проводов вокруг сердцевины из проводов, и изоляционную оболочку, окружающую множество композитных проводов. В некоторых воплощениях по меньшей мере часть множества композитных проводов расположена вокруг одиночного провода, определяющего общую продольную ось. В других воплощениях сердцевина из проводов содержит по меньшей мере металлический проводящий провод и/или композитный провод. В некоторых воплощениях по меньшей мере один из по меньшей мере двух цилиндрических слоев содержит только композитные провода. В некоторых воплощениях по меньшей мере один из по меньшей мере двух цилиндрических слоев дополнительно содержит по меньшей мере один пластичный металлический провод.

На фиг.1A-1G показаны поперечные сечения композитных кабелей (например, 10, 11, 10′ и 11′), которые могут быть скрученными или предпочтительно спирально скрученными кабелями, и которые могут использоваться для формирования рассчитанных на работу под водой или под землей изолированных композитных кабелей в соответствии с различными не ограничивающими воплощениями настоящего изобретения. Так, например, в воплощениях, изображенных на фиг.1А и 1C, изолированный композитный кабель 10 (10′) может включать одиночный композитный провод 2, определяющий центральную продольную ось, первый слой, содержащий первое множество композитных проводов 4, которые могут быть закручены (предпочтительно спирально закручены) вокруг одиночного композитного провода 2 в первом направлении укладки; второй слой, содержащий второе множество композитных проводов 6, которые могут быть закручены (предпочтительно спирально закручены) вокруг первого множества композитных проводов 4 в первом направлении укладки; и изоляционную оболочку 9, окружающую множество композитных проводов.

Дополнительно, как показано на фиг.1C, вокруг второго множества композитных проводов 6 в первом направлении укладки может быть закручен (предпочтительно спирально закручен) третий слой, содержащий третье множество композитных проводов 8, перед нанесением изоляционной оболочки 9, в результате чего может быть сформирован композитный кабель 10'.

Вокруг третьего множества композитных проводов 8 в первом направлении может быть дополнительно закручен (предпочтительно спирально закручен) четвертый слой (не показан) и даже более слоев композитных проводов, в результате чего может быть сформирован композитный кабель.

Как показано на фиг.1В и 1D, в других воплощениях композитный кабель 10 (11, 11′) может включать одиночный пластичный металлический провод 1, определяющий продольную центральную ось, первый слой, содержащий первое множество композитных проводов 4, которые могут быть закручены (предпочтительно спирально закручены) вокруг одиночного пластичного металлического провода 1 в первом направлении укладки; второй слой, содержащий второе множество композитных проводов 6, которые могут быть закручены (предпочтительно спирально закручены) вокруг первого множества композитных проводов 4 в первом направлении укладки; и изоляционную оболочку 9, окружающую множество композитных проводов.

Как показано на фиг.1D, вокруг второго множества композитных проводов 6 в первом направлении укладки может быть закручен третий слой, содержащий третье множество композитных проводов 8, в результате чего может быть сформирован композитный кабель 11'. Вокруг третьего множества композитных проводов 8 в первом направлении укладки может быть дополнительно закручен (предпочтительно спирально закручен) четвертый слой (не показан) и даже более слоев композитных проводов, в результате чего может быть сформирован композитный кабель.

В дополнительных воплощениях изобретения, изображенных на фиг.1E-1F один или более композитных проводов могут иметь индивидуальную изоляционную оболочку. Так, например, как показано на фиг.1Е, композитный кабель 11′ включает одиночный сердцевинный провод 1 (который может быть, например, пластичным металлическим проводом, композитным проводом с металлической матрицей, композитным проводом с полимерной матрицей, оптоволоконным проводом или пустотелым трубчатым проводом для переноса текучей среды), определяющий центральную продольную ось; первый слой, содержащий первое множество композитных проводов 4 (которые могут быть закручены, предпочтительно спирально закручены вокруг одиночного сердцевинного провода 1 в первом направлении укладки); второй слой, содержащий второе множество композитных проводов 6 (которые могут быть закручены, предпочтительно спирально закручены, вокруг первого множества композитных проводов 4 в первом направлении укладки); и изоляционную оболочку 9, окружающую множество композитных проводов, причем каждый отдельный провод 4, 6 имеет индивидуальную изоляционную оболочку 9, и, в качестве дополнительной возможности, одиночный сердцевинный провод 1 также может иметь индивидуальную изоляционную оболочку 9.

В качестве альтернативы, один или более композитных проводов может иметь индивидуальную изоляционную оболочку, и в дополнение к этому может быть выполнена общая изоляционная оболочка вокруг всего множества композитных проводов. Так, например, композитный кабель 11′′′ изображенный на фиг.IF, включает одиночный сердцевинный провод 1 (который может быть, например, пластичным металлическим проводом, композитным проводом с металлической матрицей, композитным проводом с полимерной матрицей, оптоволоконным проводом или пустотелым трубчатым проводом для переноса текучей среды), определяющим центральную продольную ось; первый слой, содержащий первое множество композитных проводов 4 (которые могут быть закручены, предпочтительно спирально закручены вокруг одиночного сердцевинного провода 1 в первом направлении укладки); второй слой, содержащий второе множество композитных проводов 6 (которые могут быть закручены, предпочтительно спирально закручены вокруг первого множества композитных проводов 4 в первом направлении укладки); и изоляционную оболочку 9, окружающую все множество композитных проводов, и дополнительную изоляционную оболочку 9, окружающую каждый отдельный композитный провод (4, 6), и возможно также, одиночный сердцевинный провод 1.

Кроме того, на фиг.1F отображено использование дополнительно возможного изоляционного заполнителя (поз. 3 на фиг.1G - будет более подробно описан ниже), который в сущности заполняет все полости, остающиеся между отдельными проводами (1, 4 и 6) и изоляционной оболочкой 9′, окружающей все множество проводов (1, 4, 6).

Еще в некоторых воплощениях изобретения, композитный кабель 11′′′ (фиг.1G) может включать одиночный сердцевинный провод 1 (который может быть, например, пластичным металлическим проводом, композитным проводом с металлической матрицей, композитным проводом с полимерной матрицей, оптоволоконным проводом или пустотелым трубчатым проводом для переноса текучей среды), определяющим центральную продольную ось; первый слой, содержащий первое множество композитных проводов 4 (которые могут быть закручены, предпочтительно спирально закручены вокруг пластичного металлического провода 1 в первом направлении укладки); второй слой, содержащий второе множество композитных проводов 6 (которые могут быть закручены, предпочтительно спирально закручены вокруг первого множества композитных проводов 4 в первом направлении укладки); и изоляционную инкапсулирующую оболочку, содержащую изоляционный заполнитель 3 (который может быть связующим 24, как будет описано ниже со ссылкой на фиг.3D, или который может быть изоляционным материалом, таким, как, например, электрически не проводящее твердое вещество или жидкость), окружающий множество композитных проводов и в сущности заполняющим все пустоты, оставшиеся между отдельными проводами (1, 4, 6).

Особенно подходящие твердые заполнители 3 включают органические и неорганические порошки, в частности, керамические порошки (например, порошки оксида алюминия, кремния и им подобные), стеклянные полнотелые или пустотелые шарики, сополимерные порошки (например, фторополимерные), волокна, пленки и им подобные материалы. Особенно подходящие жидкие заполнители 3 включают диэлектрические жидкости, имеющие низкую электропроводность и диэлектрическую постоянную примерно 20 или менее, более предпочтительно - масла (например, силиконовые масла, перфторированные жидкости и им подобные).

Как было сказано выше, в некоторых воплощениях изолированные композитные кабели содержат множество композитных проводов. В некоторых воплощениях по меньшей мере часть множества композитных проводов закручена вокруг сердцевины из проводов вокруг общей продольной оси. Подходящие способы, конфигурации и материалы для закручивания описаны в патенте США 2010/0038112(автор Grether).

Так, например, в некоторых воплощениях закрученные композитные кабели (например, кабели 10 и 11 на фиг.1А и 1В соответственно) содержат одиночный композитный провод 2 или сердцевинный провод 1, определяющий центральную продольную ось; первое множество композитных проводов 4, закрученных вокруг единственного композитного провода 2 в первом направлении укладки под первым углом укладки относительно центральной продольной оси и с первым шагом укладки, и второе множество композитных проводов 6, закрученных вокруг первого множества композитных проводов 4 в первом направлении укладки под вторым углом укладки относительно центральной продольной оси и со вторым шагом укладки.

В некоторых воплощениях закрученный композитный кабель (например, кабели 10′ и 11′ на фиг.1C и 1D соответственно) дополнительно содержит третье множество композитных проводов, закрученных вокруг второго множества композитных проводов 6 в первом направлении укладки под третьим углом укладки относительно центральной продольной оси и с третьим шагом укладки, причем относительная разность между вторым углом укладки и третьим углом укладки составляет не более, чем примерно 4°.

В дополнительных воплощениях изобретения (не показаны) закрученный кабель может дополнительно содержать и дополнительные (четвертый, пятый, шестой и так далее) слои композитных проводов, закрученных вокруг третьего множества композитных проводов 8 в первом направлении укладки, которые характеризуются своими углами укладки относительно центральной продольной оси и своими шагами укладки, причем разность между третьим углом укладки и четвертым углом укладки (или углами укладки любых двух последующих слоев) не превышает примерно 4°. В воплощениях с четырьмя или более слоями закрученных композитных проводов, предпочтительно используются композитные провода диаметром 0,5 мм или менее.

В некоторых воплощениях относительная (абсолютная) разность между первым углом укладки и вторым углом укладки больше, чем 0°, и не больше, чем 4°. В некоторых воплощениях относительная (абсолютная) разность между первым углом укладки и вторым углом укладки и/или вторым углом укладки и третьим углом укладки не больше, чем примерно 4°, не больше, чем 3°, не больше, чем 2°, не больше, чем 1°, или не больше, чем 0,5°. В некоторых воплощениях первый угол укладки равняется второму углу укладки, и/или второй угол укладки равняется третьему углу укладки, и/или каждый последующий угол укладки равняется углу укладки предыдущего слоя.

В дополнительных воплощениях изобретения первый шаг укладки меньше или равен второму шагу укладки, и/или второй