ПРОВОД ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована в конструкциях проводов для воздушных линий, предназначенных для передачи электрической энергии, в том числе, высоковольтных магистральных линиях и линиях электрифицированного транспорта с высокой пропускной способностью (токовой нагрузкой).
В настоящее время проблема повышения пропускной способности существующих воздушных линий электропередачи (ЛЭП) решается различным образом, в частности:
- путем строительства параллельных линий;
- переносом дополнительной токовой нагрузки на провода большего сечения;
- использованием для изготовления проводов новых перспективных материалов, снижающих их массу и повышающих электропроводность.
Строительство параллельных линий весьма дорого, как правило, требует выведения из хозяйственного оборота значительных земельных участков.
Перенос дополнительной нагрузки на провода большего сечения оказывается не всегда возможным, поскольку применяемые в настоящее время провода линий электропередачи большего сечения обладают массой, на которую существующие опоры часто не рассчитаны, что приводит к необходимости модернизации старых или установки новых опор ЛЭП, строительство которых является серьезной проблемой в густонаселенных районах, на частных землях, в парках, заповедниках.
Общепризнано, что наиболее перспективным направлением в решении проблемы повышения пропускной способности ЛЭП является использование новых материалов для токопроводящих жил и сердечников проводов, способных длительно эксплуатироваться при температурах от минус 50 до плюс 200°C, имеющих незначительные массу и удлинение.
Известен провод линии электропередачи, состоящий из стального сердечника и нескольких навитых на него токопроводящих жил из алюминиевых проволок различного диаметра. Сердечник выполнен из немагнитной азотсодержащей аустенитной стали, обладающей низкой магнитной проницаемостью и повышенной прочностью (см. патент РФ №2063080, кл. H01B 5/08, 1996 г.).
Данный провод обладает пониженным электрическим сопротивлением и повышенной механической прочностью. Однако он не защищен от воздействия внешних факторов, имеет значительную массу и не рассчитан на значительные колебания температур.
Известен провод для воздушных линий электропередачи, содержащий сердечник и токопроводящую жилу, выполненную из стальной проволоки как минимум, с одним защитным слоем никеля, и/или хрома, и/или меди (см. патент РФ №2179348, H01B 5/08, 2002 г.).
В результате анализа выполнения данного провода необходимо отметить, что защитный слой на сердечнике и токопроводящей жиле обеспечивает защиту провода от воздействия внешних факторов, однако увеличивает и без того значительную его массу и уменьшает гибкость.
Таким образом, использование для изготовления проводов традиционных конструкционных материалов сердечников и токоведущих жил не позволяют существенно увеличить пропускную способность и передаваемую мощность ЛЭП.
Один из наиболее перспективных путей увеличения пропускной способности ЛЭП, как уже было отмечено выше, является использование для изготовления проводов перспективных материалов, например, композиционных. Данная тенденция уже нашла отражение в уровне технике.
Так, известен армированный кабель из алюминиевого провода с композиционным несущим сердечником, выполненным из одного или нескольких типов волокон, заключенных в матричный материал (например, эпоксидную смолу). В качестве армирующих волокон сердечника могут быть использованы углеродистые, базальтовые, арамидные, полиэтиленовые, стальные нити и волокна или их комбинации в различных сочетаниях. На сердечник навиты алюминиевые токопроводящие жилы, количество слоев и форма которых могут быть различными. Между сердечником и жилами может быть проложен защитный пленочный или тканевый слой (см. патент США №7179522, кл. H02G 3/00, 2007 г.)
Существенным недостатком данного кабеля являются использование в его сердечнике как минимум, двух разнородных волокон, имеющих различные значения коэффициентов термического расширения, что обуславливает появление в сердечнике при температурах 100-150°C дополнительных внутренних термических напряжений, отрицательно влияющих на работоспособность сердечника и кабеля в целом. Технология изготовления данного кабеля весьма сложна и дорога. Кроме того, конструкция данного кабеля не обеспечивает мониторинга его состояния в процессе эксплуатации.
Известен провод для воздушных линий электропередачи, содержащий композиционный несущий сердечник и многопроволочную токопроводящую жилу. Композиционный несущий сердечник представляет собой длинномерный стержень и содержит на поверхности упрочняющий спиральный каркас, многопроволочная токопроводящая жила выполнена из теплостойкого алюминиевого сплава, а композиционный несущий сердечник выполнен из высокопрочного армирующего волокна одного состава и термореактивного теплостойкого полимерного связующего, степень наполнения полимерной теплостойкой матрицы армирующими волокнами составляет 30-95 мас.%, а содержание термореактивного теплостойкого полимерного связующего 5-70 мас.%, причем в качестве армирующего волокна используют стеклянные, углеродные, арамидные, полиамидные, керамические, базальтовые, борные волокна,
(см. патент РФ на полезную модель №100846, кл. H01B 5/08, 2010 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известной полезной модели необходимо отметить, что данный провод характеризуется весьма сложной конструкцией и технологией изготовления. Кроме того, он весьма нестоек к знакопеременным нагрузкам, а также не обладает возможностью диагностирования его состояния в процессе эксплуатации.
Таким образом, при использовании проводов, изготовленных из современных материалов, отдельной проблемой является необходимость диагностирования состояния провода в процессе его эксплуатации, так как разрыв провода приводит к весьма негативным, зачастую катастрофическим последствиям.
Необходимо отметить, что мониторинг состояния проводов воздушных линий в процессе их эксплуатации в настоящее время осуществляется. Так, он может быть проведен с использованием методов и средств, приведенных в патентах РФ №/№: 2222858 (предназначен для получения данных о состоянии провода высоковольтной воздушной линии электропередачи и их передачи на диспетчерский пункт. К числу контролируемых параметров состояния провода относятся: его температура, ток, тяжение (механическая нагрузка на разрыв), а также статические и динамические параметры положения провода в пространстве - минимальное расстояние (габарит) до земли, параметры колебаний провода при свинге (раскачивании под действием ветра) или пляске (автоколебания, возникающие под действием равномерного ветра на провод с несимметричным гололедным отложением); 2134203 (контролируется только провис провода); 112534 (измерительные блоки устройства, измеряющие протекающий ток, колебания, температуру, крепятся на проводе). Известные средства контроля недостаточно эффективны, поскольку требуют либо непосредственного контакта с проводом, либо перемещения сканирующего элемента по всей его длине, а кроме того, они не позволяют выявить начало разрушения провода. Контроль состояния провода практически невозможен в труднодоступной местности.
Техническим результатом настоящей полезной модели является разработка конструкции провода для воздушных линий электропередачи, обеспечивающей незначительные массу и удлинение провода, его высокую теплостойкость, а также возможность диагностирования состояния провода в процессе эксплуатации.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в проводе для воздушных линий электропередачи, содержащем токопроводящую жилу, размещенную на несущем сердечнике, выполненным в виде длинномерного стержня из композиционного материала, новым является то, что в несущем сердечнике по всей его длине размещен как минимум, один оптоволоконный кабель, а между сердечником и токопроводящей жилой проложен электроизоляционный материал.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен провод в поперечном разрезе.
Провод для воздушных линий электропередачи содержит несущий сердечник 1, выполненный из композиционного материала и навитую на него токопроводящую жилу 2. Несущий сердечник может быть выполнен различным известным образом, например, одно - или многожильным и, как правило, представляет собой длинномерный стержень или скрученные длинномерные стержни из высокопрочных и теплостойких нитей или волокон, поименованных, например, в решении по патенту США №7179522, «запакованных» в полимерное связующее, как это выполнено, например, в решении по патенту РФ на полезную модель №100846.
Для формирования полимерной матрицы сердечника может быть использовано большое число полимерных связующих, например, эпоксидная композиция или термореактивные связующие на основе кремнеорганических, полиамидных, эпоксидных полиэфирных, фенол-формальдегидных смол и дигидрофосфатных, полициануратных карборансодержащих связующих, их производных и сополимеров, имеющих предел длительной эксплуатации до 350°C.
Токопроводящая жила 2 предпочтительно выполнена из алюминиевого сплава, может быть одножильной или многожильной и навита на сердечник в один или несколько слоев. В качестве токопроводящей жилы может быть использована многопроволочная токопроводящая жила, навитая на сердечник или слой электропроводящего металла, нанесенного на сердечник, как это представлено в аналогах, приведенных в данной заявке.
Токопроводящая жила может быть навита на сердечник известным образом, например, как это приведено в решении по патенту США №7179522. На токопроводящую жилу может быть нанесено защитное покрытие.
Между сердечником и токопроводящей жилой может быть проложен электроизолирующий слой 3, выполненный из диэлектрического материала на тканевой или полимерной основе. Такие материалы широко известны и нет необходимости приводить их в данной заявке.
Необходимо отметить, что для изготовления сердечника может быть использована большая гамма материалов, которые, без сомнения известны специалистам в данной области техники. Конкретный выбор материалов для изготовления сердечника зависит, в основном от размеров (длины и диаметра) провода, расчетной токовой нагрузки и условий эксплуатации.
Через сердечник 1 провода, по всей его дине пропущен как минимум, один оптоволоконный кабель 4. Наиболее целесообразно, чтобы кабель 4 был расположен по продольной оси сердечника, а если их несколько, то вдоль продольной оси сердечника. Материал оптоволоконного кабеля должен иметь теплостойкость и удлинение не ниже теплостойкости и удлинения сердечника. Такие оптоволоконные кабели широко известны специалистам.
Для осуществления мониторинга состояния провода, подвешенного на опорах, к оптоволоконному кабелю 4 (или каждому кабелю, если их несколько) подсоединяют аппаратуру и проводят измерения параметров (например, температуры или вибраций провода). Для проведения измерений может быть использовано серийное оборудование, работающее на основе эффектов Фарадея или Рамона, а также использующее эффект Бриллиона (Brillouin). При наличии нескольких кабелей 4 при проведении измерений может быть задействован как один кабель, так и все, каждый из которых настроен на измерение одного из нескольких измеряемых параметров.
Технологии изготовления сердечника и навивки на него жилы известны специалистам и известны, например, из решений, приведенных в настоящей заявке в качестве аналогов.
Изготовление патентуемого провода осуществляется на стандартном технологическом оборудовании.