ПРОВОД НЕИЗОЛИРОВАННЫЙ УСИЛЕННЫЙ 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 с неизолированными проводниками, предназначенным для передачи электрической энергии напряжением до 110 кВ.
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 из алюминия или его сплавов, входит стальной сердечник, включая и усиленный вариант для переходов, например, через водные преграды и другие естественные препятствия.
Использование для воздушных линий электропередачи традиционных конструкций неизолированных проводов не позволяет оптимизировать их параметры, касающиеся возможности передачи большей мощности, уменьшения габаритов провода и ветровых нагрузок, увеличения прочностных характеристик без дополнительного наращивания стального сердечника, а, следовательно, возрастания общего веса провода.
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, которые резко возрастают с увеличением температуры провода до 150-200°C. Прогнозируемое 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 использования 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.
Известен также разработанный американской компанией Electro 3М (см. сайт www.3mrussia.ru) неизолированный усиленный провод, изготовленный с использованием алюминиевого композитного усиленного проводника, который предполагает повышение допустимой токовой нагрузки без увеличения диаметра провода более чем в 1,5 раза и обладает устойчивостью к температурной коррозии и провисанию вследствие малой величины относительного удлинения. В качестве сердечника используется композиция из алюминиевых проволок высокой чистоты диаметром от 1,9 до 2,9 мм, в каждую из которых внедрены двадцать пять тысяч микрометровых непрерывных продольных волокон из оксида алюминия.
Недостатки данного провода. Все наружные повивы выполняются из сплава алюминия с цирконием, что приводит к увеличению электросопротивления и, как следствие, увеличению потерь до 30% и более. При работе с повышенной нагрузкой электросопротивление провода при температуре свыше 75°C заметно возрастает и при температуре 210°C превышает электросопротивление при исходной температуре от 20 до 50°C в 1,8 раза, а при 240°C - в 1,9 раза. Это влечет за собой значительный рост потерь в линиях электропередачи и, соответственно, себестоимости передаваемой энергии. Причем суммарная длительность режима перегрузки провода лимитирована и не должна превышать 1000 часов. Кроме этого, стоимость данного провода превышает стоимость сталеалюминиевых проводов обычного исполнения примерно в четыре раза, что в значительной степени затрудняет его массовое использование.
Наиболее близким аналогом к заявляемому проводу является неизолированный провод «Энергия» (см. патент на полезную модель №96442, от 22.03.2010, Н01 В5/00), 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 колеблется в пределах 116-125 кН). При температуре от 50 до 150°C и растягивающей нагрузке алюминиевые сплавы подвержены фактору «ползучести», что влечет за собой снижение прочности повивов из алюминиевых сплавов 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, что влечет за собой увеличение потерь в линиях электропередачи.
Технический результат заявляемого технического решения провода (первый вариант исполнения):
2
1) повышение надежности линии электропередачи, которое достигается за счет выполнения сердечника с повышенным запасом прочности не менее чем на 30% в сравнении с аналогами (для сечения 300/48 разрывное усилие предлагаемого высокопрочного сердечника составляет 86,4кН) вследствие применения стальных проволок с пределом прочности не менее 1800 Н/мм. При использовании модифицированного стального сердечника его разрывное усилие, например, для провода сечением 300/48 составит не менее 94 кН;
2) повышение запаса прочности на 16% при температуре от 50°C и более по сравнению с проводом-аналогом «Энергия», поскольку у стального сердечника фактор «ползучести» будет проявляться только при температуре выше 300°C;
3) минимизация отрицательных воздействий на окружающую среду от утилизации провода после выработки им своего ресурса;
4) при сравнении заявляемого провода с аналогами, выполненными из сплава алюминия, использование заявляемого провода дает максимальное снижение потерь в линии за счет применения чистого алюминия в качестве проводящей части, т.к. проводимость провода из алюминия выше не менее, чем на 18%, в сравнении с проводом аналогичного сечения, изготовленного из сплавов алюминия, что делает возможным повышение нагрузки воздушных линий электропередач и снижение себестоимости передаваемой энергии. Применение проволок из чистого алюминия по сравнению с алюминиевыми сплавами, а также межпроволочного заполнения из алюминия наружного повива сердечника приводит к снижению общего электросопротивления и увеличению проводимости провода и, как следствие, к уменьшению потерь при передаче электроэнергии, что делает возможным повышение нагрузки воздушных линий электропередачи;
5) уменьшение габаритов провода, которое достигается за счет использования для повивов алюминиевых трансформированных проволок и их компактного расположения, обеспечивающего требуемое сечение токопроводящей части провода.
Описание заявляемого технического решения (первый вариант исполнения)
2
Провод неизолированный усиленный для воздушных линий электропередачи содержит сердечник, изготовленный либо из азотосодержащих аустенитных стальных проволок, либо из титановых проволок, либо из стальных проволок с пределом прочности более 1800 Н/мм, которые при этом могут иметь высокопрочное, с высокой адгезией к стальной проволоке, коррозионностойкое покрытие типа Bezinal. Поверх сердечника расположена основная токопроводящая часть, выполненная в виде повивов из трансформированных или круглых проволок, изготовленных из электротехнического чистого алюминия. Межпроволочное пространство наружного повива сердечника может быть заполнено алюминием.
Провод неизолированный усиленный для воздушных линий электропередачи предназначен для работы при напряжении до 110 кВ.
Проволока для сердечника из азотосодержащей аустенитной стали имеет следующие характеристики:
2
- временное сопротивление при растягивающей нагрузке (предел прочности) не менее 1900 Н/мм,
- число перегибов не менее 6;
- число скручиваний не менее 6.
В состав стали на основе железа входят углерод (C), марганец (Mn), кремний (Si), хром (Cr), никель (Ni), медь (Cu), молибден (Mo), азот (N), один металл из группы щелочноземельных металлов - барий (Ba) или кальций (Ca), или магний (Mg), а также один металл из группы редкоземельных металлов, например, церий (Се) или мишметалл
Для повивов основной токопроводящей части вокруг усиленного сердечника могут применяться как круглые, так и трансформированные проволоки из чистого электротехнического алюминия. Трансформированные проволоки за счет компактного расположения обеспечивают требуемое сечение электропроводящей части провода и уменьшают его габариты, а также ветровые и гололедные нагрузки.
Сущность полезной модели (первый вариант исполнения) поясняется чертежами, на которых приведено изображение неизолированного провода, содержащего:
на Фиг.1 - повивы из трансформированных алюминиевых проволок и сердечник из титановых проволок;
на Фиг.2 - повивы из трансформированных алюминиевых проволок и сердечник из стальных высокопрочных проволок с межпроволочным заполнением его наружного повива,
где:
1 - титановая проволока;
2 - высокопрочная стальная проволока;
3 - покрытие из сплава типа Bezinal;
4 - повивы из трансформированных алюминиевых проволок;
5 - алюминиевое заполнение.
Пример выполнения усиленного провода:
2
2
2
Провод неизолированный усиленный для воздушных линий электропередачи сечением 300/48 мм (сечение алюминиевой части 300 мм, сечение стального сердечника 48 мм). Диаметр металлического сердечника - 8,9 мм. Наружный диаметр провода - 21,2 мм. Разрушающая нагрузка провода - 144,6 кН.
Технический результат заявляемого технического решения провода (второй вариант исполнения):
2
1) повышение надежности линии электропередачи, которое достигается за счет использования композитного сердечника с пределом прочности не менее 1300 Н/мм из базальтовых высокопрочных волокон диаметром 3-17 мкм;
2) при сравнении заявляемого провода с аналогами, выполненными из сплава алюминия, использование заявляемого провода дает максимальное снижение потерь в линии за счет применения чистого алюминия в качестве проводящей части, т.к. проводимость провода из алюминия выше не менее, чем на 18%, в сравнении с проводом аналогичного сечения, изготовленного из сплавов алюминия, что делает возможным повышение нагрузки воздушных линий электропередач и снижение себестоимости передаваемой энергии. Применение проволок из чистого алюминия по сравнению с алюминиевыми сплавами приводит к снижению общего электросопротивления и увеличению проводимости провода и, как следствие, к уменьшению потерь при передаче электроэнергии, что делает возможным повышение нагрузки воздушных линий электропередачи;
3) уменьшение габаритов провода, которое достигается за счет использования для повивов алюминиевых трансформированных проволок, которые за счет компактного расположения обеспечивают требуемое сечение токопроводящей части провода;
Описание заявляемого технического решения (второй вариант исполнения)
2
Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи содержит сердечник из композитного материала, в состав которого входят высокопрочные базальтовые волокна диаметром 3-17 мкм с высоким пределом прочности - не менее 1300 Н/мм. Поверх сердечника расположена токопроводящая часть, выполненная в виде повивов из трансформированных или круглых проволок из электротехнического алюминия.
Сущность полезной модели (второй вариант исполнения) поясняется чертежами, на которых приведено изображение неизолированного провода, содержащего:
на Фиг.3 - повивы из трансформированных алюминиевых проволок и сердечник с содержанием базальтовых волокон;
где:
4 - повивы из трансформированных алюминиевых проволок;
6 - высокопрочный сердечник из композитного материала с содержанием базальтовых волокон.
Пример выполнения усиленного провода (второй вариант исполнения):
2
2
2
Провод неизолированный усиленный для воздушных линий электропередачи сечением 300/63 мм (сечение алюминиевой части 300 мм, сечение базальтового сердечника 62,2 мм). Диаметр базальтового сердечника - 8,9 мм. Наружный диаметр провода - 21,2 мм. Разрушающая нагрузка провода - 128,9 кН.