ПРОВОД ПОВЫШЕННОЙ ПРОВОДИМОСТИ ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ (ВАРИАНТЫ)

Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение относится к кабельной промышленности, а именно к изделиям для высоковольтных воздушных линий электропередачи, предназначенным для передачи электрической энергии напряжением до 110 кВ.
Задача, поставленная перед разработчиками данного провода - создание провода нового поколения, пригодного для надежной эксплуатации как в ЛЭП городской черте, так и в ЛЭП, передающих энергию на огромные расстояния. При этом провод должен быть технологичным при производстве и утилизации, доступный по цене.
В настоящее время для высоковольтных линий электропередачи наиболее широко применяются неизолированные провода различных сечений (См. Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева «Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник» Энергоатомиздат, 1987, стр. с. 38), в состав которых, кроме повивов круглых и трансформированных проволок из алюминия или его сплавов, входит стальной сердечник, включая и усиленный вариант для переходов, например, через водные преграды и другие естественные препятствия.
2
Использование для воздушных линий электропередачи традиционных конструкций неизолированных сталеалюминиевых проводов типа AC не позволяет осуществлять передачу большей мощности, уменьшить габариты провода и ветровые нагрузки, повысить прочностные характеристики без дополнительного увеличения сечения стального сердечника и возрастания общего веса провода. Проводимость электротехнического алюминия составляет 61% IACS, где IACS - международный стандарт электропроводимости, это единица измерения проводимости, используемая для сравнения электрических проводников с традиционными медными. Проводимость указывается в процентах от стандартной. 100% IACS соответствует проводимости 58 мегасименсов на метр. Что соответствует 1/58 Ом на каждый метр провода поперечным сечением в 1 квадратный миллиметр (0,01724 Ом∗мм/м).
Известен высокотемпературный алюминиевый провод с несущим композиционным сердечником для воздушных линий электропередачи (см. патент на полезную модель №100846, 29.07.2010 г., (51) МПК H01B 5/08), в конструкции которого применяются различные варианты исполнения композиционного сердечника и повивы из алюминиевых сплавов. Предлагаемые в патенте провода имеют достаточно высокую прочность и позволяют увеличить передаваемую мощность. При этом алюминиевые сплавы имеют повышенное электросопротивление (более чем на 19% по сравнению с алюминием), следовательно, в данном проводе имеют место высокие потери передаваемой электроэнергии. Потери электроэнергии резко возрастают с увеличением температуры провода до 150-200°C. Предлагаемое в патенте увеличение шага опор повлечет за собой необходимость усиления их конструкций, т.е. дополнительные затраты. Кроме того, при отключении конечных потребителей или снижении нагрузки в вечерние, ночные часы и праздничные дни температура проводов понизится, а, следовательно, будут иметь место гололедные явления со всеми негативными последствиями, включая повреждение или разрушение опор и выход линии из строя.
Таким образом, в результате применения вышеуказанных проводов произойдет рост потерь при передаче электроэнергии, особенно при повышении температуры провода до 150-200°C, значительное удорожание проводов, и, как следствие, возрастание тарифов за электроэнергию для потребителей.
Известна конструкция провода на напряжение 110 кВ для воздушных линий электропередачи, а также возможного использования в качестве контактного провода в системе железнодорожного высокоскоростного транспорта (патент на изобретение №2417468 от 27.01.2010). Данный провод содержит сердечник из электротехнической меди, наружную оболочку из сплава на основе меди, и кольцевой слой между сердечником и наружной оболочкой, выполненный из высокопрочного сплава на основе меди с легирующими компонентами, не образующими с медью интерметаллических соединений. Предел прочности предложенного провода составляет от 950 до 1200 МПа, уровень электропроводимости находится в пределах от 55% до 67% IACS.
К недостаткам данного провода следует отнести сравнительно низкий уровень электропроводимости, а также достаточно сложную, многооперационную технологию и высокую трудоемкость изготовления провода, необходимость использования дорогостоящего специального оборудования, ограниченную строительную длину изделия, обусловленную объемом прессуемой на гидропрессе заготовки после конечной сборки и высокую стоимость продукции.
Близким аналогом к заявляемому проводу является неизолированный провод «Энергия» (см. патент на полезную модель №96442, от 22.03.2010, H01B 5/00), состоящий из многопроволочного стального сердечника и одного или нескольких повивов профилированных проволок из алюминия или алюминиевого сплава.
Недостатком данного провода является низкое разрывное усилие (для провода сечением 300/48 разрывное усилие стального сердечника 62,4 кН, а общее разрывное усилие провода колеблется в пределах 116-125 кН). При температуре от 50°C до 150°C и наличии растягивающей нагрузки алюминиевые сплавы подвержены фактору «ползучести», что влечет за собой снижение прочности повивов и общей допустимой нагрузки на провод. При этом, чем выше температура провода, тем интенсивнее алюминиевая часть провода теряет прочность, и, соответственно, ухудшаются его прочностные характеристики, возрастает электросопротивление, увеличиваются безвозвратные потери в линиях электропередачи.
Разработанная конструкция провода имеет два варианта исполнения, отличающиеся между собой материалом токопроводящей части.
Провод повышенной проводимости для воздушных линий электропередачи (вариант 1)
Технические результаты заявляемого технического решения провода, где в повивах токопроводящей части провода использованы проволоки из алюмомедной композиции:
2
1) эффективное снижение потерь в линии и повышение передаваемой мощности за счет применения в повивах токопроводящей части провода проволок из алюмомедной композиции с увеличенной проводимостью не менее 75% IACS, с электросопротивлением 0,02106 Ом∗мм/м.
2
2) повышение надежности линии электропередачи, которое достигается за счет выполнения сердечника из стальных проволок с пределом прочности при растяжении не менее 2000 Н/мм, с высокопрочным коррозионностойким покрытием Bezinal или без него, позволяющих увеличить запас прочности сердечника не менее чем на 36%, по сравнению с проводом-аналогом типа AC;
3) уменьшение электромагнитного излучения от проводов и повышение безопасности линий электропередачи; уменьшение времени простоя в случае аварийного соприкосновения проводов, особенно на вводах в пределах городской черты или населенных пунктов за счет дополнительного применения защитного покрытия толщиной от 2 до 5 мм и более поверх токопроводящей части из черного атмосферостойкого сшитого полиэтилена или силиконовой резины, которая устойчива к воздействию спиртов, фенолов, минеральных масел, кислот, щелочей, перекиси водорода, растворов солей, воздействию озона, радиации, электрических полей, электрической короны и дуги, перепадам температур (рабочая температура силиконовой резины от минус 73°C до 260°C, кратковременно до 480°C);
Описание заявляемого технического решения
Провод повышенной проводимости для воздушных линий электропередачи на напряжение до 110 кВ выполнен из основной токопроводящей части, состоящей из одного или нескольких последовательных повивов трансформированных проволок и сердечника.
Повивы токопроводящей части изготовлены из алюмомедных проволок с электропроводимостью не менее 75% IACS при соотношении площадей медной и алюминиевой частей в алюмомедной проволоке - 1:1, или в других пропорциях при увеличении сечения меди на 10% по отношению к сечению алюминия.
2
Сердечник выполнен из стальных проволок с коррозионностойким покрытием типа Bezinal с пределом прочности при растяжении не менее 2000 Н/мм.
При этом провод может иметь защитное покрытие из силиконовой резины или из черного атмосферостойкого полиэтилена.
Сущность конструкции поясняется изображением провода повышенной проводимости для воздушных линий электропередачи на Фиг. 1, где:
1 - стальные проволоки с коррозионностойким покрытием типа Bezinal;
2 - повив из трансформированных алюмомедных проволок.
Пример выполнения провода (вариант 1):
2
Провод повышенной проводимости для воздушных линий электропередачи сечением 400/48 (равный по габаритам проводу-аналогу типа AC сечением 300/48 с круглыми проволоками) с токопроводящей частью из трансформированных алюмомедных проволок (с соотношение меди и алюминия 1:1) и сердечником из стальных проволок с пределом прочности при растяжении 2000 Н/мм. Разрушающая нагрузка провода составляет 163,5 кН, в том числе разрывное усилие стального сердечника составляет 96 кН, электропроводимость - 82% IACS.
Провод повышенной проводимости для воздушных линий электропередачи (вариант 2)
Технические результаты заявляемого технического решения провода, где в повивах токопроводящей части провода использованы проволоки из жаростойкого сплава меди с ниобием и хромом:
2
1) эффективное снижение потерь в линии и повышение передаваемой мощности за счет применения в повивах токопроводящей части провода проволок из жаростойкого сплава меди с ниобием и хромом с проводимостью не менее 90% IACS и электросопротивлением 0,018 Ом∗мм/м;
2
2) повышение надежности линии электропередачи, которое достигается за счет выполнения сердечника из стальных проволок с пределом прочности при растяжении не менее 2000 Н/мм с высокопрочным коррозионностойким покрытием Bezinal или без него, позволяющих увеличить запас прочности сердечника не менее чем на 36% по сравнению с проводом-аналогом типа AC;
3) обеспечение длительной работы провода при температуре от 50°C до 300°C и работы в экстремальных условиях - до 500°C, а также обеспечение возможности передачи по линии электропередачи мощности без роста потерь и повышения температуры провода, превышающей не менее, чем в 2 раза мощность передачи по сталеалюминиевым проводам типа AC, за счет выполнения токопроводящей части провода из сплава меди с ниобием и хромом, а сердечника - из высокопрочных стальных проволок с покрытием Bezinal;
4) уменьшение электромагнитного излучения от проводов и повышение безопасности линий электропередачи; уменьшение времени простоя в случае аварийного соприкосновения проводов, особенно на вводах в пределах городской черты или населенных пунктов за счет дополнительного применения защитного покрытия толщиной от 2 до 5 мм, или более 5 мм, поверх токопроводящей части, выполненного из черного атмосферостойкого сшитого полиэтилена или силиконовой резины, которая устойчива к воздействию спиртов, фенолов, минеральных масел, кислот, щелочей, перекиси водорода, растворов солей, воздействию озона, радиации, электрических полей, электрической короны и дуги, перепадам температур (рабочая температура силиконовой резины от минус 73°C до 260°C, кратковременно до 480°C);
5) обеспечение высокой надежности провода в условиях больших ветровых нагрузок, а также интенсивного гололедообразования до 5 кг/м (коэффициент запаса прочности составляет провода не менее 1,4) - за счет конструкции провода и используемых материалов;
6) минимизация вероятности схлестывания проводов, значительное снижение амплитуды и частоты боковых колебаний и вероятности возникновения продольной пляски провода, повышение инерционности провода за счет использования в проводе сплава меди с ниобием и хромом.
Описание заявляемого технического решения
Провод повышенной проводимости для воздушных линий электропередачи на напряжение до 110 кВ выполнен из сердечника и основной токопроводящей части, состоящей из одного или нескольких последовательных повивов трансформированных проволок из сплава меди с ниобием и хромом с электропроводимостью не менее 90% IACS.
2
Сердечник может быть выполнен из стальных проволок с коррозионностойким покрытием типа Bezinal с пределом прочности при растяжении не менее 2000 Н/мм.
При этом провод может иметь защитное покрытие из силиконовой резины или из черного атмосферостойкого полиэтилена толщиной от 2 до 5 мм, или более 5 мм - для теплостойкого провода.
Сущность полезной модели поясняется изображением провода повышенной проводимости для воздушных линий электропередачи на Фиг. 2, где:
1 - стальные проволоки с коррозионностойким покрытием типа Bezinal;
3 - повив из трансформированных проволок из сплава меди с ниобием и хромом;
4 - защитное покрытие.
Пример выполнения провода (вариант 2):
2
Провод повышенной проводимости теплостойкий для воздушных линий электропередачи сечением 400/48 с токопроводящей частью из повивов трансформированных проволок из сплава меди с ниобием и хромом и сердечником из высокопрочных стальных проволок с коррозионностойким покрытием типа Bezinal пределом прочности при растяжении не менее 2000 Н/мм. Разрушающая нагрузка провода составляет 176 кН, в том числе разрывное усилие стального сердечника составляет 96 кН. Провод имеет электропроводимость 92% IACS. Поверх токопроводящих жил расположено защитное покрытие из силиконовой резины толщиной 5 мм.