ПРОВОД АЛЮМИНИЕВЫЙ НЕИЗОЛИРОВАННЫЙ С АНТИОБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫМ ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к электроэнергетике, в частности к фазовым алюминиевым неизолированным проводам, и может быть использована для защиты проводов, обеспечивающих передачу электроэнергии с помощью воздушных высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП), от налипания льда и снега в зимний период.
Известен провод для высоковольтных воздушных линий электропередачи, содержащий внутренние жилы из круглой алюминиевой проволоки, наружные жилы из Z-образной алюминиевой проволоки (http://www.tyumen.simross.ru/tyumen/catalog/6153/6154/document6160.shtml? Каталог. Провода неизолированные Lamifil для высоковольтных воздушных линий 110-750 кВ).
Недостатком известного провода является отсутствие антиобледенительных свойств его поверхности.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является провод алюминиевый неизолированный для воздушных линий электропередачи с антиобледенительным покрытием, включающим наноструктурированную пленку оксида алюминия и слой фторсодержащего гидрофобизатора толщиной от 0,3 до 3 нм (Патент РФ на полезную модель №109901, МПК Н01В 5/00, 27.10.2011).
Основным недостатком известного провода является отсутствие у его антиобледенительного покрытия экранирующей способности по отношению к электромагнитному излучению, а также высокая теплоотдача с поверхности электропровода, которая способствует потере теплоты при технологическом прогреве электропровода для предупреждения обледенения.
Кроме этого, недостатком провода является технологическая сложность его изготовления из-за необходимости наноструктурирования поверхности и последующей ее гидрофобизации для получения антиобледенительного покрытия.
Задачей полезной модели является создание провода для воздушной ЛЭП, поверхность которого обладает экранирующими свойствами по отношению к электромагнитному излучению, снижает потерю теплоты при технологическом прогреве электропровода для предупреждения обледенения, а также упрощение технологии изготовления провода за счет упрощения нанесения антиобледенительного покрытия на его поверхность.
Для решения этой задачи алюминиевый неизолированный провод воздушных линий электропередачи должен иметь антиобледенительное покрытие, выполненное из материала, имеющего хорошую электропроводимость, высокие экранирующие и теплоизолирующие свойства, невысокую стоимость и несложную технологию его нанесения на провод.
Технический результат достигается тем, что в проводе алюминиевом неизолированном для воздушных линий электропередачи антиобледенительное покрытие выполнено из шунгита, в котором углерод находится в аморфном состоянии в форме фуллерена.
При этом антиобледенительное покрытие выполнено из шунгита Зажогинского месторождения с содержанием углерода, составляющим в среднем 30% по массе и находящимся в аморфном состоянии в форме фуллерена.
При этом антиобледенительное покрытие нанесено путем электроискрового легирования электродом, выполненным из шунгита Зажогинского месторождения.
Таким образом, технический результат достигается за счет применения шунгита, например шунгита Зажогинского месторождения, в качестве материала, из которого выполнено покрытие проводов с экранирующими, теплоизолирующими и антиобледенительными свойствами. Шунгитовое покрытие позволит понизить электромагнитное излучение от проводов и повысить их электропроводимость, а также снизить потери теплоты при антиобледенительном прогреве проводов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на котором представлен поперечный разрез заявляемого провода.
Цифрами на чертеже обозначены следующие элементы провода:
1 - внутренние жилы из круглой алюминиевой проволоки,
2 - наружные жилы из Z-образной алюминиевой проволоки,
3 - шунгитовое антиобледенительное и экранирующее покрытие.
В предлагаемом алюминиевом неизолированном проводе для воздушных линий электропередачи в качестве материала его антиобледенительного покрытия использован природный ископаемый углеродосодержащий минерал шунгит, например шунгит Зажогинского месторождения с низким содержанием углерода (в среднем по массе - 30%). В этом материале углерод находится в аморфном состоянии в форме шунгитового углерода и имеет фуллереновую регулярную структуру.
60
3
3
3
Фуллерен является особой формой углерода в связи с тем, что молекула фуллерена С является органической молекулой, а кристалл, образованный такими молекулами - фуллерит - это молекулярный кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом. Кристалл фуллерит имеет плотность 1,7 г/см, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см) и алмаза (3,5 г/см).
3
3
-6
3
Шунгит Зажогинского месторождения содержит в своем составе углерод, в среднем 30% по массе, в форме фуллерена и 57% диоксида кремния. При таком составе шунгит Зажогинского месторождения является природным минералом, который проводит электрический ток. Электропроводность шунгита составляет (1…3)×10 сим/м, механическая прочность на сжатие 1000…1200 ктс/см, теплопроводность 3,8 Вт/(м×К). Среднее значение коэффициента теплового расширения в интервале температур 20…600°С равно 12×10 1/град. Плотность шунгита 2,1-2,4 г/см, пористость до 5%. Стоимость шунгита 190 руб./кг.
Сущность предлагаемого алюминиевого неизолированного провода для воздушных линий электропередачи в целях борьбы с обледенением заключается в создании промежуточного слоя между льдом и защищаемой поверхностью алюминиевого электропровода, который за счет малых сил трения между льдом и нанесенным покрытием, уменьшает вероятность образования кристаллов льда.
Пример конкретного выполнения.
Зажогинское месторождение шунгитовых пород с низким содержанием углерода (в среднем по массе - 30%) может быть использовано при изготовлении провода с целью получения на его поверхности путем электроискрового легирования антиобледенительного и экранирующего покрытия. Зажогинское месторождение шунгитовых пород находится в Медвежьегорском районе Республики Карелия в 5 км от судоходной губы Онежского озера.
В предлагаемом алюминиевом неизолированном проводе для воздушных линий электропередачи в качестве материала, из которого выполнено антиобледенительное и экранирующее покрытие поверхности провода, использован шунгит Зажогинского месторождения, имеющий согласно сертификату, следующий химический состав (масс.%):
SiO<sub>2</sub>
C
Аi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
FeO
К<sub>2</sub>О,
S
MgO
CaO
Na<sub>2</sub>O
ТiO<sub>2</sub>
Прокаленный остаток
H<sub>2</sub>O в кристаллическом связанном состоянии.
57,0
30,0
4,0
2,5
1,5
1,2
1,2
0,3
0,2
0,2
0,2
1,7
Образец алюминия марки А5, на который наносилось шунгитовое антиобледенительное и экранирующее покрытие, имел размеры 50×30×10 мм. Электроискровое легирование электродом, выполненным из шунгита Зажогинского месторождения, осуществлялось при помощи ультразвуковой установки ИЛ100-2 с ручным ультразвуковым инструментом для крепления электрода из шунгита.
60
В результате легирования электродом, выполненным из шунгита Зажогинского месторождения, происходит механическое разрушение материала анодного электрода (шунгита) и образование вторичных структур в рабочей его части. При этом осуществляется перенос продуктов эрозии шунгита на покрываемую алюминиевую деталь (катод), на поверхности которой протекают процессы, связанные с диффузией фуллерена С из легирующего материала в поверхность детали. Полученная поверхность покрытия имела темно-серый цвет с металлическим блеском.
Мощность электроискрового генератора при нанесении покрытия составляла 180 Вт. Толщина слоя покрытия составила 90 мкм. Измерение толщины покрытия проводилось на срезе под микроскопом МИМ-8. Шероховатость наружной поверхности покрытия измерена профилометром TR100 и составила Ra=6,5 мкм при базовой длине Sm=2,5 мм, а шероховатость поверхности образца алюминия, на который наносилось покрытие, составила Ra=0,8 мкм при базовой длине Sm=2,5 мм.
Испытывались следующие свойства нанесенного на поверхность алюминиевого образца шунгитового антиобледенительного и экранирующего покрытия:
1. Адгезионная способность шунгитового покрытия по отношению ко льду.
2. Экранирующие свойства шунгитового покрытия по отношению к электромагнитному излучению.
3. Теплопроводность шунгитового покрытия.
4. Электропроводимость шунгитового покрытия.
5. Механическая прочность.
Адгезионная способность шунгитового антиобледенительного и экранирующего покрытия по отношению ко льду измерена методом отрыва при помощи прибора Адгезиметр ОР. При испытаниях предварительно намораживались пробы льда цилиндрической формы. Затем эти пробы примораживались при температуре -6°С к образцам алюминия с шунгитовым антиобледенительным и экранирующим покрытием и без покрытия. При помощи Адгезиметра ОР методом отрыва измерялась адгезия льда. Результаты измерений адгезии льда к образцам алюминия с шунгитовым антиобледенительным и экранирующим покрытием покрытием и без покрытия, приведенные в таблице, показывают, что нанесение шунгитового покрытия уменьшает сцепляемость льда с алюминием на 38%.
Таблица
Образец
Температура намерзания льда, °С
Адгезия льда на отрыв, Г/см<sup>2</sup>
Алюминиевый образец без покрытия
-6
500
Алюминиевый образец с шунгитовым антиобледенительным и экранирующим покрытием, полученным в результате легирования электродом для электроискрового легирования, выполненным из шунгита Зажогинского месторождения
-6
310
-1
-1
Теплопроводность шунгитового антиобледенительного и экранирующего покрытия на алюминии измерялась измерителем теплопроводности ИТС-1-2 и составила 3,6 Вт/(м×К). Теплопроводность алюминия без покрытия составила 230 Вт/(м×К). Экранирующие свойства измерялись на алюминиевом неизолированном проводе диаметром 5 мм с шунгитовым антиобледенительным и экранирующим покрытием при пропускании по нему переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В с помощью измерителя переменных электрических полей П3-70/1. Для алюминиевого неизолированного провода с шунгитовым антиобледенительным и экранирующим покрытием, по сравнению с алюминиевым проводом без покрытия, получено снижение напряженности электрического поля на 15 В/м. Измеренное с помощью цифрового омметра 3541 значение электрического сопротивления покрытия из шунгита в переводе на электропроводность составило 1400 Ом·м (1400 сим/м).
Прочность на сжатие шунгитового антиобледенительного и экранирующего покрытия, измеренная прибором ОНИКС-2,5, составила 104 МПа.
Таким образом, простая технология нанесения шунгитового антиобледенительного и экранирующего покрытия путем электроискрового легирования электродом, выполненным из шунгита Зажогинского месторождения позволит получить шунгитовое антиобледенительное покрытие с повышенными экранирующими свойствами на поверхности алюминиевых неизолированных проводов воздушных линий электропередачи.
Кроме этого, шунгитовое покрытие позволит снизить потери теплоты при антиобледенительном прогреве проводов, понизить электромагнитное излучение от проводов и повысить их электропроводимость.