ПРОВОД С АРМИРОВАННЫМИ ПРОВОЛОКАМИ В ПОВИВАХ ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Заявляемое техническое решение относится к кабельной промышленности, а именно к изделиям для высоковольтных воздушных линий электропередачи, предназначенных для передачи электрической энергии напряжением до 110 кВ и выше.
Известны различные конструкции неизолированных проводов, например техническое решение «Провод для воздушных линий электропередач» по заявке №201100059 Евразийского патентного ведомства от 18.01.2011, авторы Бирюков Б.А. и Давыдов А.В., которое предусматривает в конструкции неизолированного провода для воздушных линий электропередачи применение арамидного сердечника, усиленного повивами высокопрочных стальных проволок. При этом предел прочности при разрыве для ACKZ 306/31 составляет 13940 кг (136,6 кН), а для ACKZ 550/31 - 18560 кг (181,9 кН), что меньше разрывного усилия провода предлагаемой конструкции с армированием проволок в повивах в 2,04 и 1,53 раза соответственно. Несмотря на усложнение конструкций (в сердечниках проводов имеется дополнительно 156 и 247 стальных проволок диаметром 0,4 мм соответственно) и технологии изготовления данных проводов, во всех вариантах исполнения проводов наружные и внутренние повивы имеют низкую прочность. При возрастании нагрузки на провод в экстремальных условиях наружные повивы первыми выходят из строя. Кроме того, конструкции повивов в предлагаемых проводах образуют замкнутые силовые системы (арочная конструкция, конструкция «трубы»). Повивы работают раздельно, не передавая нагрузку от растягивающих усилий наружного повива к внутренним, т.е. конструкция провода не работает консолидировано.
Минусом данного провода является и то, что после отработки ресурса и в процессе последующей утилизации провода указанной конструкции возникнут дополнительные проблемы технического и экологического характера.
Наиболее близкими к заявляемому решению являются конструкции проводов, в том числе усиленных, с повивами из круглых алюминиевых проволок, с сердечником из стальных оцинкованных проволок (например, провода АС 300/67 и АС 300/204) (см. Электрические кабели, провода и шнуры: СПРАВОЧНИК / Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева; - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 38-41).
Существенными недостатками для данных проводов являются:
- недостаточное разрывное усилие, которое не обеспечивает надежности провода при возникновении экстремальных погодных условий;
- низкая прочность наружных повивов;
- неравномерное распределение нагрузки по повивам и сердечнику;
- отсутствие консолидированного сопротивления повивов провода, особенно с трапецеидальной формой жил, в период возникновения значительных растягивающих усилий при экстремальных ветровых нагрузках и гололедных явлениях,
- фактор «ползучести» для алюминия и его сплавов.
Так для провода AC 300/67 предельное разрушающее усилие в наружном повиве составляет не более 29,4 кН, что является совершенно недостаточным для прочности провода.
Провод AC 300/204 имеет: разрывное усилие 284,58 кН, соотношение площадей сечений алюминиевых повивов и стального сердечника 1,47, расчетный вес 2428 кг/км. Несмотря на усиленный вариант исполнения провода AC 300/204, разрывное усилие его наружного повива остается на низком уровне, как и в предыдущем примере - не более 29,4кН, что составляет только 10,3% от общего разрывного усилия провода.
Кроме этого, проводимость сталеалюминиевых проводов типа AC является низкой и составляет, в зависимости от исполнения, не более 0,65 от проводимости меди по международному стандарту IACS.
Технические результаты заявляемого технического решения провода для воздушных линий электропередачи:
1 Повышение надежности провода для воздушных линий электропередачи по сравнению с аналогом, состоящим из алюминиевых повивов и стального сердечника, за счет:
- увеличения предела разрывного усилия проволок в наружном повиве и проводе в целом. К примеру, разрывное усилие заявляемого провода, имеющего только наружный повив из проволок, армированных сталью, а все внутренние повивы - из алюминиевых проволок, превышает разрывное усилие всего провода AC 300/66, состоящего из алюминиевых повивов и стального сердечника, не менее чем в 1,1 раза. При этом предел прочности наружного повива из проволок с внутренним армированием превышает показатель прочности наружного повива провода-аналога в 4,4 раза. При исполнении провода, полностью состоящего из проволок с внутренним армированием, предел его прочности превышает предел прочности аналога не менее чем в 2 раза;
- наличия консолидированного сопротивления провода в целом и оптимального распределения усилий по повивам при воздействии на провод в период эксплуатации статических и динамических нагрузок, включая экстремальные, а также увеличение возможной критической нагрузки на провод при возникновении экстремальных погодных условий в результате:
2
- наличия армирования проволок в повивах стальной проволокой с пределом прочности не менее 200 кг/мм;
- отсутствия в проводе обособленного стального сердечника;
- возможности варьирования соотношением проводящей и армирующей частей провода для достижения необходимых прочностных характеристик.
При этом достигается уменьшение потерь в линии электропередачи за счет применения электротехнического алюминия, меди или сплава меди с ниобием и хромом и объемного контакта проволок токопроводящей части провода и армирующих стальных проволок.
2 Значительное уменьшение влияния фактора «ползучести» для проволок из алюминия или из других цветных сплавов на снижение предела прочности в наружном повиве и проводе в целом за счет армирования проволок токопроводящей части стальными проволоками.
3 Полная утилизация провода после отработки ресурса с разделением на составляющие компоненты.
4 Возможность изготовления провода в защищенном исполнении, позволяющем уменьшить межфазное расстояние в линии, уменьшить зону отчуждения в городской черте, повысить эксплуатационную безопасность.
5 Токопроводящая часть провода заявляемой конструкции может выполняться не только из алюминия, но и из сплава меди с ниобием и хромом, обладающего повышенной проводимостью (от 0,89 до 0,91 от проводимости меди по международному стандарту IACS). При этом провод может эксплуатироваться при температуре до 300°C в незащищенном исполнении и до 260°C в защищенном исполнении с термостойкой изоляцией.
Описание заявляемого технического решения
Провод для воздушных линий электропередачи (далее провод) выполнен из повивов проволок, часть которых выполняет токопроводящую функцию, а другая часть токопроводящую и несущую функцию одновременно. Токопроводящая часть провода изготовлена либо из электротехнического алюминия, либо из меди, либо из сплава меди с ниобием и хромом, либо из других материалов с низким электросопротивлением. Проволоки, выполняющие также и несущую функцию, (далее - армированные проволоки) содержат внутри проволоку, изготовленную из материала с высоким пределом прочности (далее по тексту - армирующая проволока).
Наружный повив провода обязательно должен состоять из армированных проволок, при этом провод может либо полностью состоять из армированных проволок, или эти проволоки могут располагаться в меньшем количестве повивов, или с чередованием в повивах армированных и неармированных проволок.
2
Предел прочности стальных армирующих проволок - не менее 200 кг/мм.
Соотношение в проводе площади сечения металла с низким электросопротивлением к площади сечения внутренней армирующей стальной проволоки может варьироваться в различных пределах (в зависимости от требований к прочности провода) и преимущественно составляет 2:1.
Повивы токопроводящей части провода преимущественно уплотнены.
В случае необходимости, в целях снижения электромагнитного излучения, уменьшения межфазного расстояния и зоны отчуждения, повышения уровня безопасности при эксплуатации линий электропередачи, провод исполняется в защищенном варианте с наложением защитного экструдированного покрытия из светостабилизированного триингостойкого полиэтилена или из других видов изоляции, включая термостойкие.
Сущность полезной модели поясняется изображением неизолированного провода на Фиг. 1 и Фиг. 2, где:
1 - проволоки токопроводящей части;
2 - армирующие стальные проволоки.
Пример выполнения провода:
2
2
1 Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи сечением 300 мм выполнен из 37 алюминиевых армированных проволок диаметром 3,7 мм. В центре каждой алюминиевой проволоки находится стальная проволока диаметром 2 мм с пределом прочности не ниже 200 кг/мм. Общее разрывное усилие стальных проволок 227,7 кН.
Суммарное разрывное усилие алюминиевой части провода составляет 51 кН.
Предел прочности такого провода составляет 278,7 кН, что превышает предел прочности аналога - сталеалюминиевого провода марки AC 300/66 в 2,2 раза.
2
Предел прочности наружного армированного повива составляет 130,6 кН, что превышает предел прочности наружного повива аналога сталеалюминиевого провода AC 300/66 в 4,4 раза и провода в целом в 1,11 раза. Обособленный стальной сердечник в данном проводе отсутствует. Уплотненная конструкция провода и использование электротехнического алюминия позволяет сохранить проводимость армированного провода на уровне аналога - сталеалюминиевого провода сечением 300/66 мм, в том числе и по габаритным размерам.
Соотношение в проводе площади сечения металла с низким электросопротивлением к площади сечения армирующей стальной проволоки составляет 2:1.
2
2
2 Провод для воздушных линий электропередачи сечением 300 мм выполнен из уплотненных повивов 37 проволок диаметром 3,7 мм, изготовленных из сплава меди с ниобием и хромом. В центре каждой проволоки наружного повива находится стальная проволока диаметром 2 мм с пределом прочности не ниже 200 кг/мм. Общее разрывное усилие стальных проволок 227,7 кН. Провод имеет защитное покрытие из светостабилизированного триингостойкого полиэтилена толщиной 2,6 мм.
Суммарное разрывное усилие части провода, выполненной из сплава меди с ниобием и хромом составляет 82,7 кН.
Предел прочности такого провода составляет 310,4 кН, что превышает предел прочности аналога - сталеалюминиевого провода марки AC 300/66 в 2,6 раза.
Предел прочности наружного армированного повива составляет 151 кН, что превышает предел прочности наружного повива аналога (сталеалюминиевого провода AC 300/66) в 5,1 раза и провода в целом в 1,3 раза. Обособленный стальной сердечник в данном проводе отсутствует. Уплотненная конструкция провода и использование сплава меди с ниобием и хромом позволяет увеличить проводимость армированного провода до 0,91 от проводимости меди по международному стандарту IACS.
Соотношение в проводе площади сечения металла с низким электросопротивлением к площади сечения армирующей стальной проволоки составляет 2:1.