ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Полезная модель относится к энергетике, в частности к электрическим кабелям/проводам, включая высоковольтные линии электропередач, закрепленным на опорах, и предназначена для защиты кабелей от налипания снега, обледенения и, как следствие, обрыва их.
На наружные провода воздействуют такие климатические факторы, как снег, дождь, град, ветер и резкие перепады температуры. Наиболее опасными из них являются мокрый снег в безветренную погоду, дождь и повышенная влажность с последующим резким перепадом температуры в отрицательную область. Последние создают наледь на проводах большой массы, что, в большинстве случаев, приводит к обрыву проводов. Их последующее восстановление связано с большими материальными и моральными затратами, с транспортными расходами, монтажными и пусконаладочными работами.
Для очистки проводов от снега и наледи используются различные устройства, в основном, двух типов: электрические и механические.
Механические способы заключаются в применении специальных приспособлений, обеспечивающих механическое удаление льда с проводов. Недостатком таких устройств является низкая производительность и возможность повреждения и деформации проводов в процессе удаления гололеда, что приводит к обрывам сети и сопровождается ускоренным износом проводов. Электрические способы удаления льда заключаются в нагреве или встряхивании проводов импульсами тока, обеспечивающими плавку льда или предотвращение его образования, что требует дополнительных затрат электроэнергии.
Известен провод воздушной линии электропередачи для суровых зимних условий, (патент №2459329, 2011 г., патентообладатель Парамошко В.А.), согласно которому на металлический провод наносят прочную электроизоляцию, поверх которой наносят токопроводный слой с высоким электросопротивлением прохождению по нему электрического тока, обеспечивающего нагрев токопроводного слоя при пропуске электрического тока через замкнутую цепь, образованную токопроводным слоем. На стороне электрической подстанции или трансформаторной установки предусматривают наличие регулировочного автотрансформатора. При опасности обрыва проводов воздушной линии электропередач из-за обледенения или толстого слоя нависшего на них снега, подключают первичную обмотку автотрансформатора к электропитанию, нагревают токопроводный слой с высоким электросопротивлением, в результате чего от провода воздушной линии электропередачи отслаивают намерзший на нем лед и нависший снег, после этого отключают от электропитания первичную обмотку автотрансформатора.
Недостатками известного решения являются значительная сложность конструкции вследствие необходимости использования автотрансформатора, дополнительные затраты электроэнергии, низкая эффективность, неспособность автоматического включения защиты при образовании гололедных отложений.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному, взятым в качестве прототипа является электрический кабель по патенту №2492564, 2012 г., патентообладатель Воинов К.Н., состоящий из сердечника, содержащего, по крайней мере, одну токопроводящую жилу с полимерной изоляцией и оболочки. Согласно известному решению, для защиты электрического кабеля, закрепленного на опорах, от налипания снега и обледенения, он дополнительно снабжен прочной наружной гибкой оболочкой из гидрофобного материала, имеющей внутреннюю перемычку, соединяющую внутри ее стенки, причем в пространстве между перемычкой и наружной оболочкой расположен прочный гибкий трос, предварительно вставленный во внутреннюю токонепроводящую оболочку. Недостатком известного решения является, то, что применение наружной оболочки из гидрофобного материала значительно усложняет конструкцию и повышает стоимость ее за счет необходимости использования дополнительного несущего гибкого троса, который вставляется во внутреннюю токонепроводящую оболочку из резины. Кроме того, место контакта токонепроводящей оболочки из резины с роликовым изолятором в процессе эксплуатации протирается, что приводит к нарушению герметичности конструкции.
Задачей заявленного решения является повышение надежности и срока службы электрических кабелей, а также повышение эффективности и снижение себестоимости защиты электрических кабелей/проводов, закрепленных на опорах, от налипания снега и образования наледей при любых изменениях погоды.
3
Поставленная цель достигается за счет того, что в электрическом кабеле линии электропередач, состоящем из сердечника, содержащего токопроводящие жилы, поверхность токопроводящих жил снабжена, по меньшей мере, одним слоем композиции на основе сложных полиэфиров, представляющей собой раствор фторсодержащего ПАВ в фторхлорсодержащих смесевых растворителях с плотностью от 1,5 до 2,2 г/см, при этом массовая доля фторсодержащего ПАВ в композиции составляет 0,4-2,7%, а толщина слоя составляет 4-20 нанометров, а также за счет того, что поверхность токопроводящих жил может быть снабжена несколькими слоями композиции на основе сложных полиэфиров, при этом слой композиции на основе сложных полиэфиров нанесен по всей поверхности токопроводящих жил, например, при протяжке их через фильеру и скрутки в прядь.
Технический результат заявленного решения заключается в предотвращении образования льда на проводах линий электропередачи и достигается за счет того, что благодаря нанесению слоя композиции на основе сложных полиэфиров, представляющей собой раствор фторсодержащего ПАВ в фторхлорсодержащих смесевых растворителях, на поверхность токопроводящих жил формируется слой ориентированных микромолекул, радикально меняющих энергетические воздействия поверхности твердого тела. Молекулы фторсодержащего поверхностно-активного вещества (ПАВ), закрепляемые за счет сил хемосорбции, образуют структуры Ленгмюра в виде спиралей с нормально направленными к поверхности материала осями. При этом происходит изменение состояния обработанной поверхности на молекулярном уровне. Фторсодержащее поверхностно-активное вещество не меняет структуру обрабатываемой твердой поверхности, а лишь модифицирует ее, придавая поверхности антифрикционные, антиадгезионные, защитные свойства в широком диапазоне температур (от -60°C до 450°C), благодаря чему исключается возможность налипания снега и образования наледей на проводах, а оседающий на проводах иней сдувается порывами ветра и снега.
При этом, при толщине защитного слоя 40-80 ангстрем, прочность покрытия составляет 300 кгс/мм, что обеспечивает долгий срок службы такого кабеля. Кроме этого, нанесение фторсодержащего поверхностно-активного вещества способствует самовосстановлению поверхности токопроводящих жил от мелких повреждений.
Заявленный электрический кабель изображен на фиг. 1.
3
Электрический кабель содержит сердечник 1 с токопроводящими жилами 2, при этом поверхность токопроводящих жил сердечника электрического кабеля линии электропередач снабжена одним или несколькими слоями 3 композиции на основе сложных полиэфиров, представляющей собой раствор фторсодержащего ПАВ в фторхлорсодержащих смесевых растворителях с плотностью от 1,5 до 2,2 г/см, при этом массовая доля фторсодержащего ПАВ в композиции составляет 0,4-2,7%. Толщина слоя составляет 4-20 нанометров.
Обычный применяемый провод имеет стальной сердечник, который обеспечивает конструктивную прочность и находится в окружении алюминиевой проволоки, через которую передается токовая нагрузка. Между сталью и алюминием предусмотрена смазка, чтобы уменьшить трение между сталью и алюминием - материалами, имеющими разные коэффициенты теплового расширения. Алюминиевая проволока имеет круглое сечение, витки прилегают друг к другу неплотно, поверхность провода имеет выраженный рельеф, в результате в щели между витками проникает влага и вымывает смазку, за счет чего трение усиливается и создаются условия для коррозии и снижения срока службы изделия.
3
При изготовлении электрического кабеля по всей поверхности токопроводящих жил наносят слой композиции на основе сложных полиэфиров, представляющей собой раствор фторсодержащего ПАВ в фторхлорсодержащих смесевых растворителях с плотностью от 1,5 до 2,2 г/см, при этом массовая доля фторсодержащего ПАВ в композиции составляет 0,4-2,7%. Слой наносят на поверхность токопроводящих жил, например, при протяжке их через фильеру. Толщина слоя составляет 4-20 нанометров. При этом формируется слой ориентированных микромолекул, радикально меняющих энергетические воздействия поверхности твердого тела. Молекулы ПАВ, закрепляемые за счет сил хемосорбции, образуют структуры Ленгмюра в виде спиралей с нормально направленными к поверхности материала осями. То есть происходит изменение состояния обработанной поверхности на молекулярном уровне.
Слой нанесенного покрытия обладает следующими свойствами:
1. Гидрофобность, благодаря чему обеспечивается гарантия несмачивания контактирующих поверхностей и, соответственно, отсутствие примерзания при отрицательных температурах;
2. Выдерживает все известные растворители;
3. Разведен в озонобезопасном хладоне;
4. Нетоксичен (4 класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76 ССБТ), взрыво- и пожаробезопасен. Не требует особых мер безопасности при работе;
5. Срок службы по ускоренным климатическим испытаниям не менее 30 лет;
6. Может применяться в средах, содержащих нефтегазопродукты, воду (морская, техническая, горячая, пар), метанол и др.
Слой нанесенного покрытия не меняет структуру обрабатываемой твердой поверхности, а лишь модифицирует ее, придавая поверхности антифрикционные, антиадгезионные, защитные и другие полезные свойства в широком диапазоне температур (от -60°C до 450°C), при этом прочность покрытия составляет 300 кгс/мм. Кроме того, слой нанесенного покрытия обладает свойством самовосстановления от мелких повреждений.
Проведенные испытания, см. таблицу, показывают, что по результатам измерения адгезии на обычном металле и металле с нанесенным слоем покрытия можно сделать вывод о том, что наличие покрытия существенно уменьшает адгезионные свойства льда.
Таким образом, в штатном режиме работы линии электропередачи ликвидируются причины обледенения проводов, а не его последствия, что избавляет от необходимости отключения на обслуживание, снижает требуемые затраты ресурсов и энергии.
Заявленная конструкция электрического кабеля проста, надежна и никак не влияет на эксплуатационные свойства и характеристики стандартных схем электропитания.