ПРОВОД САМОНЕСУЩИЙ ИЗОЛИРОВАННЫЙ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкции самонесущих изолированных проводов высокого напряжения для воздушных линий электропередачи (ЛЭП).
Известна конструкция самонесущего изолированного провода марки СИП-5 на номинальное напряжение 0,6/1 кВ по ТУ 16.К09-146-2005, год ввода 2005, Россия, с изолированными токопроводящими алюминиевыми жилами равного сечения без несущего элемента.
Недостатки данного провода:
- высокая ползучесть;
- низкий предел текучести алюминиевых жил;
- высокое удлинение под действием механической и тепловой нагрузки;
- повышенная растягивающая нагрузка на изоляцию токопроводящих жил;
- неравномерность механической нагрузки на токопроводящие жилы;
- повышенная стрела провеса;
- высокая стоимость арматуры и монтажа ЛЭП;
- пониженная надежность;
- ограниченная область применения.
В связи с перечисленными недостатками провод СИП-5 используется только для ответвлений от воздушных линий (ВЛ) и для прокладки по стенам зданий и сооружений.
С целью расширения области применения, увеличения надежности и снижения затрат на строительство ЛЭП были разработаны самонесущие изолированные провода СИП с изолированной или неизолированной нулевой несущей жилой из алюминиевого сплава. Данные провода используются для прокладки магистралей ВЛ на опорах и линейных ответвлений от ВЛ.
Известна конструкция самонесущего изолированного провода марки СИП-2 по ТУ 16-705.500-2006, год ввода 2006, Россия. Самонесущий изолированный провод СИП-2 на номинальное напряжение 0,6/1 кВ содержит три изолированные алюминиевые фазные токопроводящие жилы, одну изолированную нулевую несущую жилу (НЖ) из алюминиевого сплава и одну или несколько изолированных вспомогательных токопроводящих жил для цепей освещения и контроля или без них. Основные и вспомогательные жилы самонесущего изолированного провода СИП-2 скручивают вокруг нулевой несущей жилы с определенным шагом скрутки.
Провод СИП-2 имеет следующие недостатки:
- повышенная ползучесть нулевой несущей жилы;
- повышенное удлинение провода под действием тепловой нагрузки и массы;
- повышенная растягивающая нагрузка на нулевую несущую жилу и изоляцию жилы;
- повышенная повреждаемость изоляции НЖ в местах крепления с арматурой при монтаже и в процессе эксплуатации провода;
- пониженная грузонесущая способность;
- пониженная устойчивость провода к ударам молнии;
- повышенное удельное электрическое сопротивление НЖ из алюминиевого сплава.
2
Известна также конструкция проводов марки АВТ и АВТУ на переменное напряжение до 380В со стальным несущим канатом (прототип) по ТУ 16.К71-015-87, год ввода 1988, Россия. Провода по прототипу содержат несущий канат из семи или девятнадцати круглых стальных оцинкованных проволок диаметром 0,5 мм, скрученных правильной скруткой, и алюминиевые токопроводящие жилы сечением от 2,5 до 16 мм, скрученные вокруг каната. Несущий канат изолирован оболочковым поливинилхлоридным пластикатом (ПВХ-пластикатом) марки 0-40, а токопроводящие жилы - изоляционным пластикатом марки И40-13. По физико-механическим и диэлектрическим характеристикам ПВХ-пластикаты существенно уступают полиолефинам (таблица 1). Вид климатического исполнения проводов - У категории 2 по ГОСТ 15150-69, Россия, для макроклиматического района с умеренным климатом при температуре окружающей среды ±50°С. Провода по прототипу предназначены для ввода в жилые дома и хозяйственные постройки при наружной прокладке и не предназначены для магистральных линий электропередачи. Провода АВТ и АВТУ не имеют грузонесущую способность для прокладки вспомогательных жил контроля и освещения, а также волоконно-оптического кабеля. Срок службы проводов - 7 лет.
Провода по прототипу имеют следующие недостатки:
- низкая грузонесущая способность;
- повышенная растяжимость и стрела провеса;
- низкая пропускная способность по току;
- повышенная коррозия несущего каната и токопроводящих жил;
- ограниченная область применения;
- низкий срок службы.
Все эти недостатки прототипа снижают качество, надежность и долговечность самонесущих изолированных проводов СИП.
Технической задачей полезной модели является увеличение грузонесущей способности, уменьшение растяжимости и стрелы провеса, а также повышение эксплуатационных характеристик провода и его срока службы.
Технический результат достигается тем, что в качестве стального несущего каната провод содержит пластически обжатый канат из стальных проволок с коррозионнозащитным металлическим покрытием.
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие изолированного стального несущего каната и изолированных токопроводящих алюминиевых жил, скрученных вокруг каната. В то же время предложенный провод отличается от известного содержанием пластически обжатого каната из стальных проволок с коррозионнозащитным металлическим покрытием.
Причины, препятствующие получению данного технического результата в указанном прототипе:
1. Увеличение грузонесущей способности и уменьшение растяжимости провода по прототипу повлечет за собой существенное увеличение габаритов (диаметра) и массы, снижение гибкости и технологичности, увеличение стоимости провода.
2. Повышение эксплуатационных характеристик и долговечности провода по прототипу невозможно из-за низких характеристик и существенных ограничений по использованию изоляции из ПВХ-пластиката.
Преимущества нового провода:
- повышенные эксплуатационные характеристики;
- высокая пропускная способность по току;
- высокая прочность на разрыв несущего каната;
- повышенная гибкость несущего каната;
- низкая ползучесть несущего каната;
- низкая стрела провеса провода;
- высокая устойчивость провода к ударам молнии, ветру, снегопадам, гололеду;
- низкая влагопроницаемость;
- высокая коррозионностойкость несущего каната и токопроводящих жил;
- высокая грузонесущая способность;
- широкая область применения, включая магистрали воздушных ЛЭП;
- снижение количества опор ЛЭП;
- высокая технологичность и ремонтоспособность;
- высокие качество, надежность и долговечность.
Ограничения на выбор конструкции и материалов несущего каната и токопроводящих жил магистральных проводов СИП накладывают условия эксплуатации проводов:
- температура окружающей среды от -60°C до +50°C;
- влажность до 100%;
- высокие ветровые нагрузки (максимальная скорость ветра до 30 м/с и более);
- обильные снегопады, обледенения и дождь;
- повышенная солнечная радиация;
- многократные монтажные изгибы;
- стрела провеса провода;
- ограничения максимальной нагрузки на провод;
- расстояние между опорами ЛЭП.
В большей степени этим условиям удовлетворяют провода СИП с несущим канатом из стальных проволок, обеспечивающих максимальную прочность и минимальную растяжимость каната и провода. С целью увеличения грузонесущей способности, прочности, гибкости и технологичности, а также уменьшения растяжимости и стрелы провеса проводов СИП авторами полезной модели предложена конструкция провода с пластически обжатым несущим канатом из стальных проволок с коррозионнозащитным металлическим покрытием, изолированного термопластичными полимерами этилена или сополимерами этилена с α-олефинами С5-С9, имеющими низкую влаго- и газопроницаемость, высокую механическую прочность, стойкость к воздействию солнечной радиации, износостойкость и морозостойкость. Пластическое обжатие стального многопроволочного каната производится методом холодной прокатки с использованием специальных твердосплавных роликов. В результате такого обжатия сечения круглых проволок принимают взаимосопряженные фасонные профили. Линейный контакт между проволоками развивается в полосовой. Увеличивается площадь контакта и снижаются контактные давления. Заполняются зазоры между проволоками и повышается структурная устойчивость каната. Канат становится более гладким, а форма -округлой. При этом уменьшается диаметр каната на 10-15%, увеличивается его прочность на 5-10%, гибкость, износостойкость, надежность и долговечность.
Для изготовления пластически обжатого несущего каната может быть использована любая круглая проволока из углеродистой стали с коррозионнозащитным металлическим покрытием. В качестве коррозионнозащитного покрытия могут быть использованы цинк, алюминий, сплав алюминия с цинком. В России наибольшее распространение имеет стальная оцинкованная проволока по ГОСТ 9850-72, год ввода 1974. С целью снижения межпроволочных зазоров диаметр проволок в канате может быть разным. Стальную оцинкованную проволоку изготавливают из углеродистой качественной конструкционной стали по ГОСТ 1050-88, год ввода 1991, или углеродистой стали по ГОСТ 14959-79, год ввода 1981, или из канатной катанки по ОСТ 14-15-37-85, год ввода 1987. Стальную катанку подвергают холодному протягиванию (волочению) в несколько проходов в специальных станах. Для придания проволоке пластичности, после определенного количества проходов ее подвергают термохимической обработке (патентированию) при сохранении высоких механических характеристик. Цинковое или алюминиевое покрытие определенной толщины наносится на стальную проволоку гальваническим методом, или методом газотермического напыления или плакированием, обеспечивающими прочное сцепление (адгезию) покрытия со стальной проволокой.
Для изоляции токопроводящих жил провода предлагается использовать термопластичные или сшитые полиолефины: полимеры этилена или сополимеры этилена с α-олефинами С5-С9, имеющие высокую механическую прочность, высокие диэлектрические характеристики, высокую стойкость к воздействию солнечной радиации, износостойкость и морозостойкость. Использование термопластичных или сшитых полиолефинов вместо ПВХ-пластиката для изоляции токопроводящих жил позволяет существенно повысить эксплуатационные характеристики и срок службы провода СИП, расширить область его применения.
Новый провод СИП, имеющий высокую грузонесущую способность и низкую растяжимость, может дополнительно содержать вспомогательные жилы цепей контроля и освещения, а также кабель или провод с оптическими волокнами.
Самонесущий изолированный провод по полезной модели на номинальное напряжение 0,6/1 кВ (фиг.) содержит три алюминиевые фазные токопроводящие жилы 1 и одну нулевую алюминиевую жилу 2, изолированные сшитым полиэтиленом, один пластически обжатый несущий канат 3 из стальных оцинкованных проволок, изолированный термопластичным полиэтиленом, и одну или несколько изолированных вспомогательных жил 4 или без них. Провод СИП, предложенный авторами полезной модели, изготавливается по следующей технологии. Основные (фазные), нулевая и вспомогательные (для цепей освещения) токопроводящие жилы (ТПЖ) провода скручивают на крутильной машине из одного или нескольких концентрических повивов круглых алюминиевых проволок марки АВЛ по ТУ 16-705.472-87, год ввода 1988, Россия, по спирали в чередующихся направлениях с определенным шагом скрутки. При этом одну проволоку размещают в центре жилы. Последний повив проволок должен иметь правое направление кручения. Во время скрутки ТПЖ уплотняют обжимными роликами с коэффициентом заполнения сечения 0,94-0,96. При уплотнении жил снижается диаметр провода и повышаются его эксплуатационные характеристики. Вспомогательные жилы для цепей контроля изготавливаются из круглой медной проволоки. Поверх жил накладывается изоляция определенной толщины из светостабилизированного силанольносшиваемого полиэтилена. Изолирование жил проводят на экструзионной линии типа Rosendahl, Австрия, со скоростью (50-60) м/мин. В экструдер вводят через дозаторы в определенной пропорции три компонента в виде гранул: композицию полиэтилена со сшивающим агентом (силаном), черный суперконцентрат (краситель) и катализатор отверждения. Для сшивки полиэтилена изолированные жилы опускают в ванну с водой, имеющей температуру (75-80)°С, на (2-3)часа, после чего жилы охлаждают на воздухе до полного высыхания воды. Фазные, нулевую и вспомогательные жилы самонесущего изолированного провода скручивают вокруг пластически обжатого несущего каната с определенным шагом скрутки. Готовый провод испытывают в соответствии с ТУ 16-705.500-2006.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется следующими примерами. В таблице 1 приведены варианты образцов электроизоляционных материалов для изоляции токопроводящих жил и несущего каната провода СИП, а также их основные характеристики.
Обозначения электроизоляционных материалов:
- ПВХ-пластикат - поливинилхлоридный пластикат марок И40-13 и O-40 по ГОСТ 5960-72, Россия;
- ПЭНД - полиэтилен низкого давления марки 273-71К по ГОСТ 16336-77;
- PEX-b - композиция светостабилизированного силанольносшиваемого полиэтилена марки LE 4423 (основа)/LЕ 4472 (катализатор) по нормативно-технической документации фирмы «Borealis», Австрия;
- ПЭГм - полиэтилгексен модифицированный - сополимер этилена с гексеном по ТУ 2243-040-50289046-2011, год ввода 2012, Россия;
- ПЭОм - полиэтилоктен модифицированный - сополимер этилена с октеном по ТУ 2243-040-50289046-2011.
2
2
В таблице 2 приведены показатели качества пяти образцов самонесущих изолированных проводов СИП и АВТУ. 1. СИП-2 3×16+1×25-0,6/1 ТУ 16-705.500-2006 (аналог), с тремя фазными алюминиевыми токопроводящими жилами равного сечения 16 мм и нулевой несущей жилой из алюминиевого сплава марки ABE номинальным сечением 25 мм, с изоляцией жил из светостабилизированного силанольносшитого полиэтилена марки LE 4423/LE 4472 фирмы «Borealis».
2
2. АВТУ 4×16 ТУ 16.К71-015-87 (прототип), содержащий четыре алюминиевые токопроводящие жилы равного сечения 16 мм, изолированные ПВХ-пластикатом марки И40-13, и несущий канат из девятнадцати стальных оцинкованных проволок диаметром 0,5 мм, изолированный ПВХ-пластикатом марки O-40.
2
2
2
2
2
2
3. СИП-2 3×16+1×16+1×4 ст ЭЛКА - 0,6/1 ТУ 3553-041-50289046-2011 (три варианта провода по полезной модели), содержащий три изолированные сшитым полиэтиленом фазные токопроводящие алюминиевыми жилы равного сечения 16 мм, изолированную сшитым полиэтиленом нулевую алюминиевую жилу номинальным сечением 16 мм и изолированный термопластичным полиэтиленом пластически обжатый несущий канат номинальным сечением 4 мм из семи стальных оцинкованных проволок маркировочной группы в соответствии с ГОСТ 7372-79, год ввода 1981, Россия, по временному сопротивлению разрыву: 2060 Н/мм (первый вариант), 2160 Н/мм(второй вариант), 2260 Н/мм (третий вариант).
Жилы всех образцов проводов СИП, кроме провода АВТУ, скручены из круглых проволок и имеют круглую уплотненную форму. В отличие от прототипа новая конструкция провода СИП содержит пластически обжатый несущий канат из стальных оцинкованных проволок, изолированный термопластичными полиолефинами, и токопроводящие алюминиевые уплотненные жилы, изолированные термопластичными или сшитыми полиолефинами.
Из таблицы 1 видно, что термопластичные и сшитые полиолефины существенно превосходят ПВХ-пластикат по основным характеристикам. Из таблицы 2 видно, что при одинаковом сечении фазных токопроводящих жил наибольшее качество, технологичность и долговечность имеет новый провод СИП-2 3×16+1×16+1×4 ст ЭЛКА.
Самонесущие изолированные провода СИП с пластически обжатым стальным несущим канатом прошли всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами.