ПРОВОД ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

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.
Известен провод электрический 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.
Известен провод электрический, 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.
Однако данные достоинства присущи только проводам, выполненным из проводников с диаметрами более 5,6 мм и с шагом скрутки 1,5-5,0 м. При использовании для изготовления провода проводников меньшего диаметра (2,24 мм, 2,8 мм, 3,6 мм, 4,5 мм, 5,1 мм - согласно шкале типоразмеров проводников) при шаге скрутки 1,5-5,0 м:
- изгибная жесткость провода по длине будет практически однородной, а это является причиной возникновения в проводе стоячих волн, которые могут перейти в автоколебания;
- крутильная жесткость скрутки по длине провода близка к нулю, так как конструктивно провод состоит из практически горизонтально-параллельных проводников между точками перегиба (узловыми точками скрутки), расположенными на большом расстоянии друг от друга. В таком проводе не происходит поглощение и рассеивание вызванных ветром вибраций, а даже возможны ситуации, когда каждый из проводников провода может создавать собственные колебания, которые при наложении - в точках перегиба (узловых точках скрутки) могут привести к разрушению проводников;
- провод из проводников малого диаметра с большим шагом скрутки не является единой устойчивой системой, которая при выходе из проектного равновесного состояния (в случае несимметричного отложении гололеда или снега) была бы способна вернуться к нему, разрушая при этом возникшие поверхностные отложения гололеда и снега;
- наличие значительных межпроводниковых зазоров в проводе и межпроволочного пространства в наружных повивах проводников способствует тому, что в них образуется иней и изморозь, скапливается замерзающая влага, а 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 стальному 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 при использовании проводников малого диаметра (от 4,5 мм до 15,2 мм) обеспечивает одновременную защиту ЛЭП от вибраций и обледенения, 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 постоянным шагом, новым в котором является то, что шаг скрутки проводников равен от 0,04 м до 1,45 м.
У проводников, по крайней мере, внешний повив, может быть выполнен уплотненным.
Проводники могут быть выполнены изолированными.
Шаг скрутки проводников выбирается постоянным исходя из диаметра проводников и обязательного соприкосновения проводников на всем интервале шага скрутки, что необходимо для придания проводу винтообразной формы и малой крутильной жесткости по длине провода. Известно, что при изготовлении стандартных проводов с высокой крутильной жесткостью шаг скрутки верхнего повива жилы равен 12,5-16 диаметров жилы (Белоруссов Н.И. и др. «Электрические кабели, провода и шнуры». Справочник, М., Энергоатомиздат, 1987 г., стр.9-10). Опытным путем установлено, что при использовании проводников малого диаметра (2,24 мм, 2,8 мм, 3,6 мм, 4,5 мм, 5,1 мм) для создания провода, обеспечивающего одновременную защиту ЛЭП от вибраций и обледенения, шаг скрутки проводников должен быть, как минимум, на 50% больше, чем при стандартном подходе, то есть в данном случае минимальный шаг скрутки равен от 18,75-24 диаметров используемых проводников, в зависимости от диаметров проводников, а именно - чем меньше диаметр проводников (2,24 мм), тем меньше шаг скрутки (0,04 м). Для устойчивой работы системы максимальный шаг скрутки проводников должен быть не более чем в 18 раз больше стандартного шага скрутки, так как в этом случае система их дух проводников становится неустойчивой и не предназначена для одновременной защиты ЛЭП от вибраций и обледенения. Для рассматриваемой шкалы типоразмеров проводников максимальный шаг скрутки не должен превышать 1,45 м. Обязательное соприкосновение проводников при минимальном и максимальном шаге скрутки исключает возможность образования в межпроводниковом зазоре инея, изморози, замерзшей влаги и возникновения низкочастотной вибрации.
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 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.
Кроме того, мокрый снег легче удаляется с гладкой поверхности изолированных проводников, что уменьшает вероятность возникновения обледенения.
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 от 0,04 м до 1,45 м. У проводников 2 и 3, по крайней мере, внешний повив выполнен уплотненным. Проводники 2 и 3 могут быть выполнены с изоляцией (на чертеже не показано), например, полиэтиленовой.
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.
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 диаметром d 2,24 мм минимальный шаг скрутки Н равен 0,04 м (18,75 d), а максимальный шаг скрутки Н равен 0,5 м (225 d). Для проводников 2 и 3 с диаметром d 5,1 мм минимальный шаг скрутки Н равен 0,122 м (24 d), а максимальный шаг скрутки Н равен 1,45 м (288 d).
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.