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 (фиг.) по ГОСТ 839-80, год ввода 1981, состоящего из стального сердечника 1, обеспечивающего механическую прочность провода, и одного или нескольких концентрических повивов круглых алюминиевых проволок 2, передающих электрическую энергию. 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:
- повышенное электрическое сопротивление;
- повышенный нагрев;
- пониженная пропускная способность;
- повышенные потери электроэнергии;
- повышенный коэффициент аэродинамического сопротивления;
- повышенная парусность;
- повышенные механические нагрузки от ветра на опорах линий электропередачи (ЛЭП) и на провод;
- пониженная продольная и поперечная жесткость;
- повышенные вибрации (пляска) провода под действием ветра;
- 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;
- повышенная коррозия.
С целью увеличения пропускной способности и снижения механических нагрузок на опоры ЛЭП были разработаны компактные сталеалюминиевые провода, содержащие стальной сердечник и один или несколько концентрических повивов профилированных алюминиевых проволок.
Известна конструкция компактного провода типа A1F/S1A (прототип) по международному стандарту МЭК 62219, перевод ОАО «ВНИИ КП», Москва, 2005. Данный провод (фиг.) содержит сердечник, скрученный из стальных оцинкованных проволок 1 круглого сечения и один или несколько концентрических повивов алюминиевых проволок 2 трапецеидального сечения. Компактный провод по прототипу изготавливается по следующей технологии. Сердечник провода скручивают на крутильной машине из одного или нескольких концентрических повивов круглых стальных оцинкованных 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. Поверх стального сердечника накладывают на крутильной машине один или несколько концентрических повивов алюминиевых проволок трапецеидального сечения по спирали в чередующихся направлениях с определенным шагом скрутки. Алюминиевые проволоки трапецеидального сечения также изготавливаются методом волочения. Межпроволочное пространство провода заполняют консистентной смазкой в процессе наложения внутренних повивов алюминиевых проволок. Провод по прототипу имеет следующие недостатки:
- повышенные зазоры между круглыми проволоками стального сердечника;
- повышенное активное электрическое сопротивление;
- недостаточная пропускная способность;
- повышенный нагрев;
- повышенное контактное давление между стальными проволоками, а также стальными и алюминиевыми проволоками;
- повышенный износ проволок и пониженный технический ресурс провода;
- высокая стоимость.
Все эти недостатки прототипа снижают качество, надежность и экономичность неизолированных проводов для воздушных ЛЭП.
Технической задачей полезной модели является разработка неизолированного компактного провода для воздушных линий электропередачи, не уступающего прототипу по основным характеристикам, но более качественного, надежного и экономичного.
Технический результат достигается тем, что в качестве стального сердечника провод содержит пластически обжатый сердечник из стальных проволок с коррозионнозащитным металлическим покрытием.
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие стального сердечника. В то же время предложенный провод отличается от известного использованием пластически обжатого сердечника из стальных проволок с коррозионнозащитным металлическим покрытием.
Преимущества нового провода:
- минимальные зазоры между стальными проволоками сердечника, а также между сердечником и алюминиевыми проволоками;
- уменьшенный диаметр стального сердечника;
- увеличенная площадь сечения алюминиевых проволок при одном и том же диаметре провода;
- повышенная пропускная способность;
- пониженное активное электрическое сопротивление;
- пониженный нагрев;
- низкое контактное давление между стальными проволоками, а также стальными и алюминиевыми проволоками;
- пониженный износ и повышенный технический ресурс стального сердечника и провода;
- повышенная жесткость и прочность сердечника и провода;
- пониженные вибрации провода под действием ветра;
- высокие качество, надежность и экономичность;
- низкая стоимость.
Ограничения на выбор конструкции и материала сердечника, токопроводящих повивов алюминиевых проволок, а также состава консистентной смазки для неизолированных проводов воздушных ЛЭП накладывают условия эксплуатации проводов, которые отличаются большим разнообразием:
- температура - от +50°С до -50°С;
- влажность - до 100%;
- повышенная грозовая активность;
- высокие ветровые нагрузки (максимальная скорость ветра до 30 м/с и более);
- обильные снегопады и обледенения;
- повышенная коррозионная активность в регионах с морским климатом;
- большое разнообразие рельефа (горы, реки, озера и т.д.);
- большая протяженность воздушных ЛЭП и промежутков между опорами ЛЭП;
- ограничения пропускной способности ЛЭП;
- ограничения максимальной нагрузки на опоры ЛЭП и провода;
- близость к населенным пунктам.
В последние годы многие регионы и города России сталкиваются с проблемой ограниченной пропускной способности существующих ЛЭП. Значительное увеличение спроса на электроэнергию за последние 10 лет требует постоянного расширения или обновления распределительных сетей. При этом применяются следующие классические методы:
- строительство дополнительных воздушных линий;
- замена проводов на большие поперечные сечения;
- повышение напряжения.
Указанные методы имеют ряд существенных недостатков. Так, например, строительство дополнительных воздушных линий требует значительных капиталовложений, временных затрат и разрешений на строительство. Второе направление связано с существенным увеличением массы и парусности проводов, что при заданных стрелах провеса, ветровых и гололедных воздействиях создает повышенные нагрузки на элементы опор, на которые старые опоры не рассчитаны. При этом возникает необходимость в установке дополнительных опор ЛЭП, что крайне проблематично. Третье направление связано с перестройкой всей линии.
В настоящее время существуют решения, не имеющие недостатков вышеописанных методов. Эти решения обеспечивают увеличение пропускной способности имеющихся линий за счет применения специальных проводов. На сегодняшний день выдвигаются следующие требования к проводам:
- максимально высокая электропроводность;
- максимально высокая механическая прочность;
- устойчивость к высоким и низким температурам;
- минимальные удлинения от действия температуры и массы провода;
- устойчивость к коррозии, ударам молнии, ветру.
В большей степени этим условиям удовлетворяют компактные провода со стальным сердечником. Сердечник, скрученный из стальных проволок, обеспечивает максимальную прочность и минимальное растяжение провода, а наружные повивы из алюминиевых проволок - максимальную электропроводность. С целью увеличения проходного сечения токопроводящих повивов авторами полезной модели предложена конструкция компактного провода с пластически обжатым сердечником из стальных проволок с коррозионно-защитным металлическим покрытием. Пластическое обжатие стального многопроволочного сердечника 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 сердечника. Сердечник становится более гладким, а форма - округлой. При этом уменьшается диаметр сердечника на 10-15%, увеличивается его прочность на 5-10%, продольная и поперечная жесткость, износостойкость и долговечность.
Для изготовления пластически обжатого стального сердечника 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. В связи с этим авторами полезной модели разработан пластически обжатый сердечник марки ПОС по ТУ 3511-034-50289046-2010 из круглых стальных оцинкованных проволок по ГОСТ 9850-72, год ввода 1974. С целью снижения межпроволочных зазоров диаметр проволок в сердечнике 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 методом газотермического напыления, обеспечивающим прочное сцепление (адгезию) покрытия со стальной проволокой.
Компактный сталеалюминиевый провод может содержать токопроводящие концентрические повивы из алюминиевых профилированных проволок трапецеидального или Z-образного сечения, а также пластически обжатые повивы из круглых алюминиевых проволок. В отличие от трапецеидального Z-образный профиль алюминиевых проволок обеспечивает максимальную герметичность провода и его эффективную защиту от вытекания консистентной смазки, проникновения влаги и пыли, снижает вероятность обрыва провода при повреждении отдельных проволок. В то же время провод с Z-образными алюминиевыми проволоками имеет сложную конструкцию, высокую трудоемкость в изготовлении и ремонте, высокую стоимость. Наиболее простым в изготовлении и более дешевым является компактный сталеалюминиевый провод, содержащий пластически обжатые повивы из круглых алюминиевых проволок. Для изготовления алюминиевых проволок компактных проводов может быть использована алюминиевая катанка по ГОСТ 13843-78, год ввода 1980, из алюминия марки АД1 или другого технического алюминия с температурой эксплуатации до 80 С. При более высокой температуре алюминиевые проволоки существенно теряют прочностные и электрические характеристики. Для повышения нагревостойкости и пропускной способности компактных проводов могут быть использованы проволоки из алюминиевых сплавов, например сплава ABE по ГОСТ 20967-75, состоящего из алюминия, магния, кремния, железа, или алюминийциркониевого сплава TAL и ZTAL компании «Lumpi - Berdorf», Австрия. Добавки циркония в сплавах TAL и ZTAL повышают температуру рекристаллизации основного компонента - алюминия и уменьшают размер зерен при рекристаллизации. При этом увеличивается нагревостойкость и пропускная способность компактного провода.
Для защиты проводов от коррозии могут быть использованы консистентные нагревостойкие смазки марки: ЗЭС, Литол, Солидол, Фиол, Униол, Циатим и другие смазки по нормативно-технической документации. Данные смазки изготавливаются на основе минеральных масел, загущенных мылами и твердыми углеводородами. С целью увеличения нагревостойкости смазки, снижения температуры нагрева и активного сопротивления провода, увеличения его износостойкости, авторами полезной модели разработана специальная электропроводящая смазка марки СГЭК по ТУ 0254-035-50289046-2010 на основе минеральных масел, загущенных твердыми углеводородами и графитом. Графит снижает трение и повышает износостойкость стальных и алюминиевых проволок в проводе, увеличивает водоотталкивающие свойства и водостойкость смазки, увеличивает коррозионнозащитные свойства смазки. Графит существенно увеличивает теплопроводность смазки. При этом снижается температура нагрева провода и увеличивается его пропускная способность. Графит и графитовая смазка проводят электрический ток на границе между проволоками и межпроволочном пространстве, снижая активное сопротивление провода и увеличивая его пропускную способность. Графит значительно увеличивает нагревостойкость смазки. При использовании графитовой электропроводящей смазки марки СГЭК увеличиваются пропускная способность и технический ресурс провода.
Технология изготовления компактного провода, предложенного авторами полезной модели, отличается от технологии изготовления провода по прототипу пластическим обжатием сердечника из круглых стальных проволок и концентрических повивов из круглых алюминиевых проволок методом холодной прокатки с использованием специальных твердосплавных роликов.
Сущность предлагаемой полезной модели иллюстрируется следующими примерами. На фиг. приведены конструкции неизолированных сталеалюминиевых проводов АСКП (аналог), A1F/S1A (прототип) и пяти вариантов компактного провода «Энергия», предложенных авторами полезной модели. В таблице приведены основные параметры и показатели качества проводов, имеющих один и тот же диаметр 24,1 мм. Провод марки АСКП 300/48 (аналог) содержит сердечник из круглых стальных оцинкованных проволок класса А, группы 2, марки МС по ГОСТ 9850-72, год ввода 1972, токопроводящие концентрические повивы из круглых алюминиевых проволок марки АВл по ТУ 16-705.472-87, год ввода 1987, Россия, и нейтральную нагревостойкую смазку марки ЗЭС. Провод марки A1F/S1A 370/48 (прототип) содержит сердечник из нормальной стальной проволоки S1A круглого сечения с цинковым покрытием класса А по международному стандарту МЭК 60888:1987, токопроводящие концентрические повивы из холоднотянутых алюминиевых проволок A1F трапецеидального сечения по стандарту МЭК 60889:1987 и консистентную смазку. В отличие от аналога и прототипа варианты 1-5 компактного провода «Энергия» (полезная модель) содержат пластически обжатый сердечник марки ПОС из круглых стальных оцинкованных проволок. Основными критериями качества проводов являются допускаемый ток длительной нагрузки (пропускная способность), электрическое сопротивление и разрывное усилие. Из таблицы видно, что все варианты нового компактного провода «Энергия» с пластически обжатым стальным сердечником марки ПОС существенно превосходят Российский аналог и зарубежный прототип по пропускной способности, при этом имеют более высокую прочность и меньшее электрическое сопротивление. Наибольшее качество имеет пятый вариант компактного провода «Энергия», содержащего пластически обжатый сердечник марки ПОС из стальных оцинкованных проволок, наружный токопроводящий повив из алюминиевых проволок Z-образного профиля, внутренние пластически обжатые повивы из круглых алюминиевых проволок и графитовую электропроводящую смазку марки СГЭК. Стоимость новых компактных проводов «Энергия» из отечественных материалов в 3-4 раза ниже зарубежных.
Компактные неизолированные провода «Энергия» с пластически обжатым стальным сердечником марки ПОС прошли испытания по основным показателям с положительными результатами. Налаживается производство данных проводов.
Таблица
Основные параметры и показатели качества провода
Провод марки АСКП 300/48 (аналог)
Провод марки A1F/S1A 370/48 (прототип)
Варианты компактных проводов «Энергия»
1
2
3
4
5
<img file="00000002.tif" he="11" wi="56" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000003.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000004.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000005.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="11" wi="9" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="19" wi="30" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000008.tif" he="11" wi="12" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000009.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000010.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000011.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000012.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000013.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000014.tif" he="11" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
Количество повивов стальных проволок
1
1
1
1
1
1
1
Количество повивов алюминиевых проволок
2
3
3
3
3
3
3
Профиль алюминиевых проволок
Круглый
Трапецеидальный
Трапецеидальный
Z-образный
Круглый с пластическим обжатием
Круглый с пластическим обжатием
Круглый с пластическим обжатием и Z-образный
Марка алюминия
-
-
АД1
АД1
АД1
ABE
АД1
Марка алюминиевых проволок
АВл
A1F
-
-
-
-
-
Смазка
ЗЭС
Консистентная
ЗЭС
ЗЭС
ЗЭС
ЗЭС
СГЭК
Масса провода, кг/км
1273
1445
1420
1410
1420
1418
1415
Продолжение таблицы
Основные параметры и показатели качества провода
Провод марки АСКП 300/48 (аналог)
Провод марки A1F/S1A 370/48 (прототип)
Варианты компактных проводов «Энергия»
1
2
3
4
5
Разрывное усилие, Н
101
114
116
116
122
125
120
Электрическое сопротивление постоянному току при 20°С, Ом/км
0,0978
0,0777
0,0750
0,0760
0,0760
0,0820
0,0718
Допускаемый ток длительной нагрузки, А
640
810
920
910
880
1100
1200