Сталеалюминиевый провод

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для передачи электрической энергии по воздушной линии электропередачи.
2
2
Известен провод неизолированный, состоящий из стального сердечника, выполненного из одной или нескольких оцинкованных проволок, внутреннего проволочного и внешнего проволочного повивов, выполненных из круглых или профилированных проволок, отличающийся тем, что проволоки сердечника выполнены с прочностью не менее 1400 Н/мм при 1% удлинении, а проволоки повивов выполнены из термостойкого алюминиево-циркониевого сплава с термостойкостью 210°С с прочностью при разрыве, равной не менее 165 Н/мм, и относительным удлинением при разрыве не менее 2% (RU 142850 U1, МПК H01B 5/08, 20.02.2014).
Известен провод высокотемпературный для высоковольтной линии электропередачи, содержащий сердечник, скрученный из проволок немагнитной азотсодержащей аустенитной стали, и повивы из проволок, отличающийся тем, что повивы выполнены из проволок термостабилизированного алюминий-циркониевого сплава (RU103967 U1, МПК H01B 5/08, 26.11.2010).
Недостатками известных полезных моделей являются невысокая токовая пропускная способность, низкие прочностные характеристики, что снижает срок эксплуатации, а также приводить к обрывности проводов и возникновению аварийных ситуаций.
Наиболее близким (принят за прототип) к заявляемой полезной модели является сталеалюминиевый провод для воздушной линии электропередачи, в котором изготавливают стальной сердечник из стальных высокопрочных проволок диаметром 1,50-4,50 мм каждая, оцинкованных, с одновременной деформацией со степенью обжатия площади поперечного сечения сердечника 7-8,6%, покрывают стальной сердечник слоем толщиной 0,2-0,5 мм смазкой, стойкой к воздействию высокой температуры, далее выполняют повив проволок из алюминия, диаметром 1,15-4,05 мм каждая, повивы выполняют с одинаковым шагом свивки в одном направлении и с линейным касанием проволок, пластически деформируют наружные поверхности проволок верхнего повива со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 8-9% (RU 132241 U1, МПК H01B 5/08, 17.06.2011).
Недостатком прототипа является невысокая прочность провода, сложность в изготовлении, связанная с обрывами проволок сердечника при свивке провода, так как степень обжатия площади поперечного сечения сердечника меньше степени обжатия площади поперечного сечения провода.
Технический результат полезной модели - получение сталеалюминиевого провода с увеличенной токовой пропускной способностью, с повышенным сроком службы, с высокой механической прочностью и коррозионной стойкостью.
1
1
Технический результат достигается тем, что сталеалюминиевый провод, состоящий из проволок алюминиевых на периферии и стальных оцинкованных проволок в центральной части, при этом соотношение диаметра провода D к диаметру центральной части провода D составляет D/D= 2,05÷2,80; причем центральная часть провода свита по типу полосового касания со степенью обжатия площади поперечного сечения 11,5-16,0%, вокруг центральной части свиты за одну технологическую операцию два слоя алюминиевых проволок по типу полосового касания со степенью обжатия площади поперечного сечения 9,5-13,0%.
Технический результат достигается тем, что сталеалюминиевый провод может быть покрыт полимерным материалом.
Технический результат достигается тем, что стальные проволоки сталеалюминиевого провода  имеют цинк-алюминиевое покрытие.
Находясь на открытом воздухе, провод подвергается воздействиям атмосферы (ветер, гололед, изменение температуры) и вредных примесей окружающего воздуха (сернистые газы химических заводов, морская соль) и поэтому должен обладать достаточной механической прочностью и быть устойчивым против коррозии.
Сталеалюминиевые провода имеют то же удельное сопротивление, что и алюминиевые провода равного им сечения.
Выбор стальных оцинкованных проволок в центральной части обусловлен  увеличением механической прочности провода. А проволоки алюминиевые служат для передачи электроэнергии.
Полосовое касание проволок центральной части и на периферии обеспечивает увеличение механической прочности, высокую степень заполнения площади поперечного сечения, что позволяет уменьшить диаметр провода без уменьшения пропускной способности.
Провод при одинаковом диаметре и практически одинаковом весе обладает меньшим электрическим сопротивлением, что позволяет снизить потери в распределительных сетях.
Полосовое касание проволок не только увеличивает механическую прочность, но и в несколько раз снижает конструктивные удлинения провода в процессе эксплуатации.
Повышенная механическая прочность позволяет снизить стрелы провеса.
Разное значение  степени обжатия площади поперечного сечения центральной части (11,5-16,0%)  и периферии провода (9,5-13,0%) обусловлено тем, что при степени обжатия площади поперечного сечения центральной части менее 11,5-16,0% приводит к «вздутию» проволок центральной части и их обрыву при повиве алюминиевых проволок.
Соотношение диаметра провода D к диаметру центральной части провода D1 составляет D/D1= 2,05÷2,80 и зависит от конструкций центральной части и периферии провода.
Гладкая, ровная поверхность провода уменьшает аэродинамические нагрузки, передаваемые на опоры и их фундаменты, что повышает надежность воздушной линии электропередач.
Благодаря гладкой закрытой поверхности уменьшаются вибрация и пляска проводов, гололёдообразование снижается на 15-20%.
Покрытие провода полимерным материалом предотвращает коррозию, снижает гололедообразование, что увеличивает срок эксплуатации, не снижая эксплуатационных свойств провода.
0
Стальные проволоки, покрытые цинк-алюминиевым покрытием и обладают повышенной коррозионной стойкостью по сравнению с оцинкованной проволокой, а также стабильностью покрытия при высоких температурах – до 350 С, что приводит к увеличению срока службы.
В таблице приведены характеристики сталеалюминиевого провода в сравнении проводом неизолированным по ГОСТ 839-80.
Таблица
Основной показатель
Сталеалюминиевый провод
Провод ГОСТ 839-80
Диаметр, мм
17,1
21,6
Сечение, мм<sup>2</sup>
209,6
275,7
Масса, кг/км
846,2
921,0
Разрывная усилие, кН
98,82
75,5
Модуль упругости, кН/мм<sup>2</sup>
109
77
Токовая нагрузка, А
602
605
ТКЛРх10<sup>-6</sup>, 1/<sup>0</sup>С
16,7
19,8
Как видно, сталеалюминиевый провод обладает при меньшем диаметре повышенной прочностью, высоким модулем упругости без уменьшения пропускной способности электрического тока.
Также было исследовано стойкость к вибрации сталеалюминиевого провода и стандартного провода по ГОСТ 839-80.
На развитие интенсивной вибрации и ее опасность, влияет тяжение провода. При небольших тяжениях, при вибрации и периодических изгибах провода возможно смещение проволок друг относительно друга, потери на трение между проволоками ограничивают развитие вибрации. При больших тяжениях силы сжатия препятствуют относительному смещению проволок, потери на трение (самодемпфирование) резко уменьшаются, резко увеличивая амплитуду вибрации провода стандартной конструкции по ГОСТ 839-80.
Снижению вибрации сталеалюминиевого провода способствуют несколько факторов:
1. Уменьшение наружного диаметра при той же пропускной способности, что способствует снижению ветровых нагрузок на компактные провода на 30-35%.
2. Сглаженность наружного контура и меньший диаметр уменьшает зону повышенного давления перед проводом и застойную зону за проводом. Максимальное давление на сталеалюминиевый провод меньше на 3,5%, при этом зона с повышенным давлением имеет меньшую площадь по сравнению со стандартным. Сглаживание изменения давления в ветровом потоке вокруг сталеалюминиевого провода с полосовым касанием проволок снижает вероятность возникновения вибрации и ее интенсивность.
3. Развитая площадь поверхности контактов между проволоками провода интенсификации потерь на трение при смещении проволок друг относительно друга, что существенно ограничивает развитие вибрации, демпфируя их.
Рассмотрим подробное изготовление сталеалюминиевого провода.
На фигуре представлено поперечное сечение сталеалюминиевого провода конструкции 1х50(К(1+5+5/5+10)+К(8+8/8) , где
1 – центральная часть провода, выполненная из стальных проволок;
2 – алюминиевые проволоки провода;
3 – полимерная оболочка провода.
Изготовление сталеалюминиевого провода производится за несколько технологических операций.
Первой операцией является производство центральной части 1 провода, для этого стальные оцинкованные проволоки свиваются на прядевьющем оборудовании. При этом на прядевьющем оборудовании установлена роликовая клеть-волока для пластического обжатия центральной части 1. Стальные оцинкованные проволоки распределяются согласно конструкции центральной части 1 в распределительном шаблоне, затем поступают в обжимные плашки, сформированная центральная часть 1 из плашек сразу же поступает в роликовую клеть-волоку, где происходит радиальное обжатие. При изготовлении центральная часть 1 провода смазывается канатной смазкой, которая подается в конус свивки.
После изготовления центральной части 1 производится следующая технологическая операция – свивка алюминиевых проволок 2 вокруг центральной части 1 провода.  Для этого алюминиевые проволоки 2 распределяются в распределительном шаблоне прядевьющего оборудования, поступают в обжимные плашки, свивая вокруг центральной части 1 провода, поступают в роликовую клеть-волоку, где происходит радиальное обжатие провода.
Покрытие сталеалюминиевого провода производится на экструзионной линии. В качестве полимерного материала используются полимеры, обладающие диэлектрическими свойствами, высокой стойкостью к действию агрессивных сред.
Таким образом, заявленная полезная модель обладает увеличенной токовой пропускной способностью, повышенным сроком службы, высокой механической прочностью и коррозионной стойкостью.