Грозозащитный трос (варианты)
LIGHTNING PROTECTION CABLE (OPTIONS)

Изобретение относится к канатному производству и предназначено для защиты высоковольтных линий электропередачи от разрушительного воздействия атмосферных перенапряжений (разрядов молний).
Известны тросы одинарной свивки по ГОСТ 3063, ГОСТ 3064, имеющие точечное касание проволок в слоях.
Недостатком данных тросов является высокие контактные напряжения проволок в слоях, невысокая прочность, что вызывает разрушением проволок, проплавление; не регламентированные провисания, связанные с сильным гололедообразованием.
Известен грозозащитный трос, содержащий центральную проволоку и скрученные вокруг нее один и более повивов из проволок, отличающийся тем, что центральная проволока и повивы вокруг нее выполнены из стальной плакированной алюминием проволоки (RU 93178, МПК H01B 5/08, H01B 7/00, 2010).
Недостатком грозозащитного троса известной конструкции является низкая стойкость к ударам молнии вследствие невысокой прочности, а также стальная плакированная алюминием проволока не обеспечит достаточную защиту от коррозии.
1
2
3
1
2
1
3
Известен (принят за прототип) грозозащитный трос, состоящий из восемнадцати оцинкованных проволок по группе «ОЖ» (ОЖ - цинковое покрытие для особо жестких условий эксплуатации), отличающийся тем, что, с целью увеличения стойкости к воздействию удара молнии, токам короткого замыкания, эоловой вибрации и пляске, конструкция выполнена по схеме, содержащей в себе центральную стальную проволоку диаметром D, первый повив из шести стальных проволок диаметром D и второй повив из одиннадцати стальных проволок диаметром D, причем свивка первого и второго повивов произведена в противоположенном направлении с разными шагами свивки, соотношения диаметров составляющих проволок: D/D=(1-1,3), D/D=(1-1,3) проволоки первого и второго повивов пластически деформированы, грозозащитный трос в целом уплотнен, кратность шагов свивки при изготовлении первого и второго повивов составляет 7-12 (RU 113061, МПК H01B 5/08, 2012).
Недостатком прототипа является высокая жесткость вследствие точечного касания проволок в слоях и противоположных направлений свивки в слоях, что вызывает преждевременное разрушение проволок.
Технический результат изобретения - получения грозозащитного троса с повышенной стойкостью к удару молнии.
Технический результат достигается тем, что грозозащитный трос, состоящий из проволок стальных, свитых по типу полосового касания в 2-3 концентрических слоя, с одинаковым числом проволок в слое, вокруг центральной части, при этом центральная часть свита за отдельную технологическую операцию и состоит из 3-10 проволок стальных, свитых по типу полосового касания; причем степень обжатия площади поперечного сечения центральной части и троса в целом составляет 4-18%.
1
2
3
1
2
3
Технический результат достигается тем, что грозозащитный трос, состоящий из проволок стальных, свитых по типу полосового касания в два концентрических слоя вокруг центральной проволоки стальной диаметром d, в первом слое количество проволок стальных диаметром d равно количеству проволок стальных диаметром d во втором слое, причем соотношение диаметров проволок стальных в слоях составляет d:d:d = (1,7÷2,0):1:(1,5÷1,9); причем степень обжатия площади поперечного сечения центральной части и троса в целом составляет 4-18%.
Технический результат достигается тем, что проволоки стальные грозозащитного троса имеют цинк-алюминиевое покрытие.
Технический результат достигается тем, что проволоки стальные грозозащитного троса имеют цинковое покрытие.
К отличительным признакам предлагаемых вариантов грозозащитного троса относится их конструктивное исполнение.
Выбор конструкции грозозащитного троса зависит от номинального диаметра троса, так с увеличением диаметра увеличивается число концентрических слоев в грозозащитном тросе.
Конструкция грозозащитного троса по пункту 1 предпочтительна для диаметров свыше 15,0 мм, а по пункту 2 - для диаметров 8,0-15,0 мм.
Грозозащитный трос по пункту 1 производится за две технологические операции, за первую изготавливается центральная часть, а затем производится одновременная свивка последующих слоев. Таким образом, конструкция обеспечивает высокую структурную прочность.
Свивка проволок по типу полосового касания со степенью обжатия площади поперечного сечения 4-18 %, обеспечивается максимальное заполнение площади поперечного сечения троса, позволяет при меньшем диаметре сохранить технические характеристики троса и увеличить прочность.
Свивка проволок по типу полосового касания обеспечивает максимальное заполнение площади поперечного сечения троса, позволяет при меньшем диаметре сохранить технические характеристики троса и увеличить прочность.
Меньший диаметр позволяет снизить вес и стрелы провеса тросов, не ухудшая их термическую стойкость. Чем меньше вес, тем меньше среднеэксплуатационные нагрузки на опоры, что продлевает срок их службы.
Снижение стрелы провеса обеспечивает увеличение габаритов до проводов, значительно снижая вероятность схлестывания в режимах пляски и вибрации.
Полосовое касание проволок в грозозащитном тросе обеспечивает стойкость к циклическому, знакопеременному воздействию ветровой нагрузки. В процессе эксплуатации трос подвержен вибрации, что вызывает усталостные разрушения проволок в местах контактов, что, в свою очередь, провоцирует преждевременные разрушения таких конструкций в наиболее нагруженных изгибающими нагрузками местах. Полосовое касание проволок исключает усталостные разрушения.
Полосовое касание проволок троса обеспечивает высокий модуль упругости, что снижает относительное удлинение, которое уменьшает провисания при эксплуатации. Не происходит снижения прочности, разрывов или оплавления проволок по основному металлу после ударов молнии.
За счет пластического обжатия трос имеет гладкую, ровную поверхность. Благодаря меньшей площади, гладкой поверхности обеспечивается меньшее по массе гололедообразование и стойкость к ветровым воздействиям.
1
2
3
Соотношение диаметра центральной стальной проволоки к диаметру проволок стальных в слоях составляет d:d:d=(1,7÷2,0):1:(1,5÷1,9), оно обеспечивает необходимую геометрию троса и зазор между проволоками в слоях.
Проведены испытания грозозащитного троса, технические показатели для троса диаметром 13,0 мм приведены в таблице.
Грозозащитный трос стоек к воздействию импульса тока молнии с постоянной составляющей переносящей заряд до 147 Кл в отличие от грозозащитных тросов с плакированием алюминием, стойкость которых к воздействию импульса тока молнии гораздо ниже и составляет 50 Кл.
Грозозащитный трос стоек к эоловой вибрации 100 млн. циклов, частота которой должна соответствовать ближайшей резонансной частоте, возбуждаемой скоростью ветра 4,5 м/сек и размахом колебаний в пучности полуволны 1/3 диаметра провода.
Также трос стоек к галопированию (пляске), когда в процессе его эксплуатации под воздействием поперечного ветрового потока возникает знакопеременная аэродинамическая подъемная сила, которая при определенных соотношениях параметров крутильных и поступательных движений троса может возбуждать автоколебательный процесс.
Грозозащитный трос стоек к термическому воздействию тока короткого замыкания, возникающего в процессе эксплуатации троса при однофазных и двухфазных замыканиях на землю.
Короткое замыкание - по тем или иным причинам, довольно частое явление на высоковольтных линиях. Ток при коротком замыкании распространяется в том числе по грозозащитному тросу, вызывая его значительный нагрев. Поэтому, чем лучше электрическая проводимость самого грозозащитного троса, тем лучшую термическую стойкость он имеет.
Грозозащитный трос обладает молниестойкостью (класс 4) с сохранением 100% прочности; стойкостью к последовательным видам воздействий: удар молнии - полный цикл вибраций.
Предложенные конструкции обеспечивают гарантированную защиту высоковольтных линий электропередачи от разрушительного воздействия атмосферных перенапряжений (разрядов молний).
ТаблицаТехнические показатели грозозащитного троса
Диаметр, мм
13,0
Площадь поперечного сечения троса, мм<sup>2</sup>
118,55
Маркировочная группа, Н/мм<sup>2</sup>
1770
Механическая прочность на разрыв МПР, кН
200
Электрическое сопротивление постоянному току при 20 <sup>0</sup>С, Ом/км
1,41
Внутреннее индуктивное сопротивление , Ом/км
0,28
Модуль упругости, Н/мм<sup>2</sup>
1,85*10<sup>-5</sup>
Среднеэксплуатационная нагрузка (СЭН), кН
70
Максимально-допустимая растягивающая нагрузка (МДРН), кН
120
Стойкость к удару молнии(испытания)
Разряд, Кл
110
Падение прочности, после разряда, % МПР
отсутствует
Подтверждение класса молнестойкости
соответствует 4 класс
Эоловая вибрация после ударов молнии(испытания)
Количество циклов
10<sup>8</sup>
Падение прочности, после вибрации, % МПР*
0
Особенность заявленного изобретения в том, что в зависимости от среды эксплуатации грозозащитного троса выбирают проволоки стальные с цинк-алюминиевым покрытием или цинковым покрытием.
Грозозащитный трос обладает высокой коррозионной стойкостью за счет применения проволоки с покрытием.
Грозозащитный трос с проволоками цинк-алюминиевого покрытия обладает повышенной коррозионной стойкостью, а также стабильностью покрытия при высоких температурах - до 350°С, что приводит к увеличению срока службы.
Алюминий при контакте с воздухом быстро окисляется, в результате этого процесса образуется устойчивая оксидная пленка, которая химически пассивна и не разрушается с течением времени, предотвращая коррозию металла.
Изобретение иллюстрируется рисунками:
Фиг. 1 - поперечное сечение грозозащитного троса конструкции 1хК17(1+8+8), где:
1 - центральная проволока стальная;
2 - проволоки стальные 1-го слоя;
3 - проволоки стальные 2-го слоя.
Фиг. 2 - поперечное сечение грозозащитного троса конструкции 1хК37(1+6+15+15), где:
1 - центральная часть;
2 - проволоки стальные 2-го слоя;
3 - проволоки стальные 3-го слоя.
Рассмотрим подробное изготовление грозозащитного троса.
Изготовление троса конструкции 1хК17(1+8+8) производится за одну технологическую операцию на канатовьющем оборудовании. При этом на канатовьющем оборудовании установлена роликовая клеть-волока для получения полосового касания проволок. В отдающее устройство канатовьющего оборудования установлен сборник с центральной стальной проволокой 1, которую протягивают через полый вал оборудования в центр распределительного шаблона.
Стальные проволоки 2 и 3 с зарядных шпуль протягивают через направляющие втулки ротора машины и распределяются согласно конструкции в распределительном шаблоне, затем поступают в обжимные плашки, свиваясь вокруг центральной проволоки 1, трос сразу же поступает в роликовую клеть-волоку, где происходит радиальное обжатие. Таким образом, образуется полосовое касание проволок в слоях. Далее, для снятия упругих напряжений трос подвергается рихтовке в рихтовальном приспособлении, затем набирается на вытяжной шкив и укладывается на барабан, установленный в приемном устройстве.
Грозозащитный трос сохраняет работоспособность даже в районах с повышенными значениями вероятности сильных грозовых разрядов.