ПРОВОД ДЛЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Техническое решение относится к электроэнергетике, а именно к воздушным линиям электропередачи, и может быть использовано одновременно в качестве токонесущего элемента линии и ограничителя налипания мокрого снега, образования гололеда (обледенения), изморози, инея и вибрации проводов.
3
Большую опасность с точки зрения статических и динамических нагрузок для воздушных линий электропередачи представляет отложение инея, изморози и мокрого снега на проводах. Иней и кристаллическая изморозь образуются в процессе перехода находящегося в атмосфере водяного пара непосредственно в твердое состояние - ледяные кристаллы, минуя жидкое состояние и, как правило, имеют цилиндрическую форму с объемным весом до 0,1 г/см и диаметром до 6-7 см. С точки зрения статического воздействия на провода кристаллическая изморозь не дает существенной дополнительной нагрузки и не влияет на механическую прочность провода. С точки зрения динамической нагрузки на провод, изморозь вызывает низкочастотную вибрацию 2-4 Гц.
3
Зернистая изморозь образуется при быстром замерзании мельчайших капель переохлажденной воды, которые при этом сохраняют свою первоначальную форму. Обычно ветер наносит такие капли на провод и поэтому отложение изморози происходит с наветренной стороны. Объемный вес зернистой изморози составляет от 0,1 до 0,4 г/см.
Мокрый снег обычно выпадает при положительной температуре воздуха и налипает на провод эксцентрично со стороны несущего аэродинамического потока и проскальзывает в нижнюю часть провода вдоль скрутки наружного повива.
Известен провод для воздушной линии электропередач (ЛЭП), имеющий по длине винтообразную форму, которая сформирована на основе сердечника, сечение которого выполнено в виде эллипса, большая ось которого расположена по винтовой линии с шагом, равным шагу скрутки наружного повива проволок (патенте РФ №2017245 «Провод линии электропередачи» с приоритетом от 1992.05.12, опубликованный 1994.07.30).
Винтообразная форма провода повышает его аэродинамическую устойчивость и при обтекании провода воздушным потоком нарушается периодичность возникновения колебаний провода.
Недостатками данного провода является технологическая сложность. Кроме того, конструкция такого провода не препятствует образованию на нем гололеда и отложению инея, изморози и мокрого снега.
Обледенение на ЛЭП увеличивает вес проводов, что приводит к их обрыву и прекращению подачи электроэнергии, а также приводит к возникновению, так называемой, «пляске» проводов.
Снег с большим содержанием влаги, налипающий на провод эксцентрично со стороны несущего аэродинамического потока, проскальзывает в нижнюю часть провода вдоль скрутки наружного повива в межпроволочное пространство, где может скапливаться замерзающая влага и прочно удерживаться. В процессе налипания мокрого снега по мере увеличения эксцентриситета отложения и роста толщины его стенки происходит закручивание провода. Обычно толщина стенки отложения находится в пределах от 40 до 140 мм при массе налипающего снега до 5-6 кг на погонный метр.
Водяной пар, находящийся в атмосфере, конденсируется в межпроволочном пространстве провода, что способствует образованию инея и изморози. Так как изморозь образуется с наветренной стороны, то при направлении ветра поперек линии провод получает эксцентричную вертикальную нагрузку. Постепенно нарастая с одной стороны до больших размеров, изморозь своим весом вызывает закручивание провода. При закручивании провода изморозь распространяется уже на большую часть его поверхности, достигая в диаметре 150-200 мм, а на открытых вершинах значительно больше, что, как правило, приводит к катастрофическим нагрузкам для опор и проводов воздушных линий.
Для ЛЭП преимущественно используются алюмостальные провода, которые при эксплуатации нагреваются и происходит постоянное подтаивание инея, снега и гололеда и образующаяся влага через межпроволочное пространство проникает к стальному сердечнику, что вызывает его коррозию.
Известен провод для ЛЭП, описанный в патенте РФ №86344 «Провод для линии электропередачи, устойчивой к вибрациям и обледенению» с приоритетом от 10.04.2009, опубликованный 27.08.2009 и выбранный в качестве прототипа.
Данный провод имеет по длине винтообразную форму и состоит из двух однородных проводников, скрученных между собой с постоянным шагом, равным 1,5-5,0 м.
Благодаря скрутке двух проводников, изгибная жесткость провода по длине получается переменной, что предотвращает возникновение в проводе стоячих волн, которые могли бы перейти затем в автоколебания (вибрация, пляска). Малая крутильная жесткость скрутки по длине провода способствует поглощению и рассеиванию вызванных ветром вибраций до допустимых величин. При несимметричном отложении гололеда или снега на систему скрученных проводников действует несимметричная система сил и система проводников выходит из проектного равновесного состояния, но стремится вернуться к нему: проводники начинают скользить друг относительно друга, разрушая при этом возникшие поверхностные отложения гололеда и снега.
Недостатком данного провода является наличие зазоров (межпроволочного пространства) между круглыми проволоками, из которых выполнены проводники. Именно в межпроволочном пространстве образуется иней и изморозь, скапливается замерзающая влага и прочно удерживается там, Мокрый снег также проскальзывает в нижнюю часть провода вдоль скрутки наружного повива в межпроволочное пространство. Все это приводит к увеличению веса провода, его закручиванию и возникновению низкочастотной вибрации. Кроме того, при эксплуатации провода происходит подтаивание инея, снега и гололеда, а образующаяся влага проникает через межпроволочное пространство к сердечнику, что вызывает его коррозию и снижает срок службы провода.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое решение, является создание провода для воздушной ЛЭП, конструктивное исполнение которого позволяет исключить налипание на него мокрого снега, образование инея и изморози и увеличивает срок службы провода.
Решением этой задачи является провод, имеющий по длине винтообразную форму и состоящий из двух проводников, скрученных между собой с шагом, равным 1,5-5,0 м, новым в котором является то, что у проводников, по крайней мере, внешний повив выполнен уплотненным.
Уплотнение внешних повивов, которое достигается за счет механического обжатия, вытягивания или за счет соответствующего выбора формы и расположения проволок, позволяет сформировать у каждого из проводников практически ровную круглую поверхность без межпроволочного пространства, что позволяет исключить налипание мокрого снега, образование инея и изморози на поверхности проводников. При этом в каждом проводнике маловероятно возникновение коррозии стального сердечника, который защищен от контакта с влагой, воздухом, вредными газами и веществами, что увеличивает срок службы провода. Выполнение всех повивов уплотненными позволит усилить достигнутый результат по защите сердечника от коррозии. При этом проводники, уплотненные во всех повивах, имеют меньший диаметр, а, следовательно, и меньшее аэродинамическое сопротивление и большую жесткость, что уменьшает вероятность возникновения низкочастотных колебаний.
При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков для решения поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами, где схематично изображено: на фиг.1 - общий вид заявляемого провода; на фиг.2-5 - сечения А-А, Б-Б, В-В и Г-Г на фиг.1.
Провод 1, имеющий по длине винтообразную форму, состоит из двух однородных проводников 2 и 3, скрученных между собой с постоянным шагом Н, равным 1,5-5,0 м. У проводников 2 и 3, по крайней мере, внешний повив выполнен уплотненным.
В качестве проводников 2 и 3 могут использоваться проводники из алюминия, меди или их сплавов. Конструкция используемых проводников 2 и 3 может быть одножильной, многожильной, с упрочняющим сердечником, в том числе стальным, или без него.
2
2
Шаг скрутки Н проводников 2 и 3 постоянный по длине провода и выбирается исходя из диаметра D проводников 2 и 3 и их обязательного соприкосновения на всем интервале шага скрутки Н, что необходимо для придания проводу 1 винтообразной формы и малой крутильной жесткости по длине провода 1. Так для проводников 2 и 3 с сечением 16 мм шаг скрутки Н равен 1,5 м, а для проводников 2 и 3 с сечением 120 мм шаг скрутки Н равен 5 м.
Проводники 2 и 3 скручиваются из круглых проволок одного диаметра в поперечном сечении, а уплотнение проволок производится методом прокатки по наружной поверхности повива проволок. При этом коэффициент заполнения сечения уплотненными проволоками составляет 0,87-0,95, поверхность уплотненного повива практически гладкая без межпроволочного пространства, а поперечное сечение проволок в уплотненных повивах имеет форму близкую к форме равнобокой трапеции.
Провод 1 изготавливают путем скрутки проводников 2 и 3 на стандартной крутильной машине по известной технологической схеме.
Предлагаемый провод 1 используется в воздушных ЛЭП в качестве токонесущего элемента. Винтообразная форма провода 1 повышает его аэродинамические качества и при обтекании провода 1 воздушным потоком нарушается периодичность возникновения подъемной силы провода 1. Под воздействием ветровой нагрузки на провод, который имеет малую крутильную жесткость скрутки и переменную изгибную жесткость, происходит поглощение и рассеивание вибраций до допустимых величин и предотвращает возникновение в проводе стоячих волн, которые могли бы перейти затем в автоколебания (вибрация, пляска). Гладкая поверхность проводников 2 и 3 исключает возможность образования инея, изморози и налипания мокрого снега, то есть, исключена вероятность возникновения низкочастотных колебаний.
Использование предлагаемого провода повышает надежность работы воздушных линий электропередачи в режиме ветровых нагрузок, при мокром снеге и в условиях, способствующих гололедно-изморозевым образованиям. Кроме того, использование проводников с уплотненными повивами позволяет увеличить полезное электропроводящее сечение провода и снизить электрические потери. Проводники с уплотненными повивами имеют меньшее сечение, а это снижает коэффициент аэродинамического сопротивления провода в целом, что уменьшает механические напряжения в опорах.