ПРОВОД КОМПАКТНЫЙ НЕИЗОЛИРОВАННЫЙ ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкциям неизолированных сталеалюминиевых проводов высокого напряжения для воздушных линий электропередачи.
Известна конструкция сталеалюминиевого провода марки АСКП по ГОСТ 839-80, год ввода 1981, состоящего из стального сердечника, обеспечивающего механическую прочность провода, и одного или нескольких концентрических токопроводящих повивов круглых алюминиевых проволок марки АВл по ТУ 16-705.472-87, год ввода 1987, Россия. Сердечник провода скручивается из стальных оцинкованных круглых проволок. Межпроволочное пространство сталеалюминиевого провода марки АСКП заполняется нейтральной нагревостойкой смазкой марки ЗЭС по ТУ 38 101474-74, год ввода 1974, Россия, для защиты от коррозии.
Недостатки провода марки АСКП:
- повышенные диаметр и масса;
- повышенное электрическое сопротивление;
- пониженная нагревостойкость;
- пониженная пропускная способность по току;
- повышенные потери электроэнергии;- повышенная стрела провеса;
- повышенный коэффициент аэродинамического сопротивления;
- повышенная парусность;
- повышенные механические нагрузки провода на опоры линий электропередачи (ЛЭП);
- пониженное сопротивление кручению провода;
- повышенная вибрация и пляска провода;
- повышенное контактное давление между стальными и алюминиевыми проволоками и повышенный износ провода;
- пониженная прочность и долговечность;
- повышенный уровень шума;
- повышенное налипание снега и льда;
- повышенная проницаемость воды и загрязнений;
- пониженная устойчивость провода к коррозии, ударам молнии, ветру, снегопадам, гололеду.
С целью исключения вышеперечисленных недостатков были разработаны компактные сталеалюминиевые провода, содержащие стальной сердечник и один или несколько концентрических токопроводящих повивов профилированных проволок из алюминия или алюминиевого сплава.
Известна конструкция компактного провода марки «Энергия» (прототип) по патенту РФ №96442 на полезную модель. Данный провод (фиг.) содержит пластически обжатый сердечник, скрученный из стальных проволок 1 с коррозионнозащитным металлическим покрытием и один или несколько концентрических токопроводящих повивов профилированных проволок 2 из алюминия или алюминиевого сплава. Компактный провод по прототипу изготавливается по следующей технологии. Сердечник провода скручивают на крутильной машине из одного или нескольких концентрических повивов круглых стальных проволок по спирали в чередующихся направлениях с определенным шагом скрутки. При этом одну проволоку размещают в центре сердечника. Проволоки сердечника изготавливают методом волочения катанки из углеродистой конструкционной стали. На стальную проволоку наносят цинковое покрытие определенной толщины. Пластическое обжатие сердечника производится методом холодной прокатки с использованием специальных твердосплавных роликов. В результате такого обжатия сечения круглых стальных проволок принимают взаимосопряженные фасонные профили. Линейный контакт между проволоками сердечника развивается в полосовой. Увеличивается площадь контакта и снижаются контактные давления, заполняются зазоры между проволоками и повышается структурная устойчивость сердечника. Сердечник становится более гладким, а форма - округлой. При этом уменьшается диаметр сердечника на 10-15%, увеличивается его прочность на 5-10%, сопротивляемость кручению, износостойкость и долговечность, уменьшается продольное удлинение под нагрузкой. Поверх стального сердечника накладывают на крутильной машине один или несколько концентрических токопроводящих уплотненных повивов проволок из алюминия или алюминиевого сплава по спирали в чередующихся направлениях с определенным шагом скрутки. Наружный токопроводящий повив может быть скручен из фасонных проволок. Проволоки из алюминия или алюминиевого сплава также изготавливаются методом волочения. Межпроволочное пространство провода заполняется электропроводной графитовой смазкой в процессе наложения внутренних повивов алюминиевых проволок.
Провод по прототипу имеет следующие недостатки:
- пониженная длительно допустимая температура нагрева (до 80°С);
- пониженный длительно допустимый ток нагрузки.
Недостатки прототипа существенно снижают эксплуатационные характеристики и область применения неизолированных проводов для воздушных ЛЭП. Провод по прототипу с алюминиевыми токопроводящими повивами нельзя использовать при температуре нагрева выше 90°С, так как при температуре выше 90°С существующие марки электротехнического алюминия и его сплавов значительно теряют прочность и становятся ломкими. Использование существующих жаропрочных алюминиевых сплавов для неизолированных проводов проблематично из-за их высокого удельного электрического сопротивления и низкой технологичности.
Технической задачей полезной модели является разработка неизолированного компактного провода для воздушных линий электропередачи с более высокими эксплуатационными характеристиками.
Технический результат достигается тем, что проволоки токопроводящих повивов выполнены из алюминия или его сплавов, модифицированных редкими или редкоземельными металлами из группы: цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан, ванадий, гафний или их смесями.
Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются наличие пластически обжатого стального многопроволочного сердечника с коррозионнозащитным металлическим покрытием и одного или нескольких концентрических токопроводящих повивов проволок из алюминия или алюминиевого сплава, заполненных консистентной смазкой на основе графита. В то же время предложенный провод отличается от известного использованием проволок токопроводящих повивов из алюминия или его сплавов, модифицированных редкими или редкоземельными металлами из группы: цирконий, скандий, иттрий, церий, лантан, ванадий, гафний или их смесями.
Небольшие добавки (до 1 масс.%) перечисленных выше редких и редкоземельных металлов позволяют существенно увеличить прочность, термостойкость и коррозионностойкость алюминия и его сплавов без снижения электропроводности. Например, добавка церия в количестве 0,5 масс.% повышает прочность и термостойкость алюминия почти в два раза. При этом уменьшается коррозия в 10 раз и существенно увеличивается электропроводность алюминия. Добавка 0,3 масс.% иттрия увеличивает на 7,5% электропроводность алюминия, а также увеличивает его прочность и термостойкость. Добавка 0,4 масс.% скандия повышает прочность алюминия на 35%. При этом увеличивается электропроводность и термостойкость алюминия. Добавка циркония до 0,5 масс.% позволяет существенно (в 2-2,5 раза) увеличить термостойкость алюминия и его сплавов без снижения электропроводности. У алюминия и его сплавов, модифицированных редкими и редкоземельными металлами, практически отсутствует ползучесть под нагрузкой.
Преимущества нового провода:
- повышенная длительно допустимая температура нагрева (до 210°С);
- повышенный длительно допустимый ток нагрузки (в 2-3 раза);
- более высокие эксплуатационные характеристики;
- повышенная надежность и долговечность;
- более широкая область применения.
Ограничения на выбор марки алюминия или алюминиевого сплава для проволок токопроводящих повивов накладывают условия изготовления, монтажа, демонтажа и эксплуатации провода:
- изготовление проволоки из катанки методом волочения;
- длительная эксплуатация провода при температуре до 210°С;
- требуемые физико-механические характеристики проволок: максимальные разрушающее усилие и относительное удлинение, минимальная ползучесть, минимальное электрическое сопротивление, максимальная термостойкость, коррозионностойкость и долговечность;
- цена.
Перечисленным выше требованиям соответствуют алюминий и его сплавы, модифицированные редкими или редкоземельными металлами или их смесями. Наиболее доступными и дешевыми являются алюминиевые сплавы, модифицированные цирконием. Авторами полезной модели предлагается использовать для изготовления проволок токопроводящих повивов провода катанку из термостойких алюминиевых сплавов марки TAL или ZTAL по международным стандартам IEC 62004 L и ASTM В 941-05, модифицированных цирконием.
Технология изготовления компактного провода, предложенного авторами полезной модели, не отличается от технологии изготовления провода по прототипу. Для повышения коррозионностойкости провода стальные проволоки пластически обжатого сердечника могут быть покрыты алюминием или его сплавами. Для снижения потерь электроэнергии проволоки сердечника могут быть изготовлены из немагнитной или маломагнитной стали. С целью уменьшения диаметра провода токопроводящие повивы могут быть выполнены уплотненными. Для обеспечения герметичности провода наружный токопроводящий повив может быть выполнен из фасонных проволок Z-образного или стреловидного сечения.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется следующими примерами. В таблице 1 приведены варианты образцов проволоки для токопроводящих повивов из алюминия и алюминиевого сплава и их основные характеристики. Для изготовления проволоки использовалась катанка диаметром (9-9,5) мм:
- катанка по ГОСТ 13843-78, Россия, из электротехнического алюминия марки А5Е;
- катанка по ГОСТ 20967-75, Россия, из алюминиевого сплава марки ABE;
- катанка из термостойкого алюминиевого сплава марки TAL по международным стандартам IEK 62004 L и ASTM В 941-05, модифицированного цирконием с содержанием, масс.0,18%;
- катанка из термостойкого алюминиевого сплава марки ZTAL по международным стандартам IEK 62004 L и ASTM В 941-05, модифицированного цирконием с содержанием, масс.25%.
В таблице 2 приведены основные параметры и показатели качества неизолированных сталеалюминиевых проводов для воздушных ЛЭП:
- марки АСКП 185/29 по ГОСТ 839-80, с сердечником из круглых стальных оцинкованных проволок, токопроводящими повивами из круглых алюминиевых проволок марки АВл и нейтральной смазкой ЗЭС (аналог);
- марки АСКПУ 185/21,5 Энергия по патенту РФ №96442 на полезную модель, с пластически обжатым сердечником марки ПОСс по ТУ 3511-037-50289046-2010, год ввода 2010, Россия, из высокопрочных стальных оцинкованных проволок, уплотненными токопроводящими повивами из алюминиевых проволок марки АВл и электропроводящей графитовой смазкой марки СГЭК по ТУ 0254-035-50289046-2010, год ввода 2010, Россия, (прототип);
- марки АСКПТУ 185/21,5 ЭЛКА по ТУ 3511-001-40914170-2012, год ввода 2012, Россия, с пластически обжатым сердечником марки ПОСс из высокопрочных стальных оцинкованных проволок, уплотненными токопроводящими повивами из проволок термостойких алюминиевых сплавов марки TAL (вариант 1) и ZTAL (вариант 2), модифицированных цирконием (полезная модель) и электропроводящей графитовой смазкой марки СГЭК.
Из таблицы 1 видно, что термостойкий алюминиевый сплав марки ZTAL, модифицированный цирконием, обладает лучшими характеристиками.
Из таблицы 2 видно, что новые термостойкие провода «Элка» имеют более высокие эксплуатационные характеристики.
Новые компактные неизолированные провода для воздушных линий электропередачи прошли всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами. Планируется серийное производство данных проводов.
Таблица 1
Наименование
Варианты образцов проволоки токопроводящих повивов
Характеристик
А5Е
ABE
TAL
ZTAL
Временное сопротивление разрыву, МПа, по ГОСТ 10446-80
165
220
180
182
Относительное удлинение при разрыве, %, по ГОСТ 10446-80
2
1,5
5,0
5,3
Удельное электрическое сопротивление при 20°С постоянного тока, Ом×мм<sup>2</sup>/м, по ГОСТ 7229-76
0,0282
0,0300
0,0280
0,0278
Температура начала рекристаллизации, °С
130
170
210
310
Предел ползучести при 200°С, МПа, по ГОСТ 3248-81
7
12
30
46
Таблица 2
Основные параметры и показатели качества проводов
Провод марки АСКП 185/29 (аналог)
Провод марки АСКПУ 185/21,5 (прототип)
Варианты термостойких проводов «Элка»
1
2
<u>Диаметр провода, мм</u>Диаметр сердечника, мм
<img file="00000002.tif" he="13" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000003.tif" he="13" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000004.tif" he="13" wi="10" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000005.tif" he="13" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
Сечение, мм<sup>2</sup>:<u>Алюминий</u>Сталь
<img file="00000006.tif" he="13" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="13" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000008.tif" he="13" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000009.tif" he="13" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
Количество повивов стальных проволок
1
1
1
1
Количество токопроводящих повивов
2
2
2
2
Количество проволок токопроводящих повивов
26
21
21
21
Диаметр проволок токопроводящих повивов, мм
2,98
3,4
3,4
3,4
Профиль проволок
Круглый
Круглый
Круглый
Круглый
Продолжение таблицы 2
Основные параметры и показатели качества проводов
Провод марки АСКП 185/29 (аналог)
Провод марки АСКПУ 185/21,5 (прототип)
Варианты термостойких проводов «Элка»
1
2
Токопроводящие повивы
Неуплотненные
Уплотненные
Уплотненные
Уплотненные
Марка алюминия (сплава)
А5Е
А5Е
TAL
ZTAL
Марка алюминиевых проволок
АВл
АВл
-
-
Смазка
ЗЭС
СГЭК
СГЭК
СГЭК
Масса провода, кг/км
780
685
686
688
Разрывное усилие, Н, по ГОСТ 839-80
62055
73933
76340
76475
Электрическое сопротивление постоянному току при 20°С, Ом/км, по ГОСТ 839-80
0,1591
0,1550
0,1510
0,1515
Длительно допустимый ток нагрузки. А, по ГОСТ Р 51777-2001
510
600
900
1200
Длительно допустимая температура нагрева провода, °С
80
80
150
210