ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Предлагаемый электрический кабель, способный противостоять обледенению, относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использован для передачи электрической энергии в воздушных электрических сетях в районах с суровым климатом.
Известны способы защиты от обледенения по патенту РФ №2474939 «Способ предотвращения обледенения проводов воздушных линий электропередачи переменного тока». Способ заключается в соединении двойных проводов линии электропередачи, подключенных к одной фазе упругими перемычками, например, пружинами, обеспечивающими механические колебания проводов при штатных параметрах протекающего через них электрического тока. В штатном режиме работы линии электропередачи при прохождении переменного тока, соединенные пружиной пары проводов одной фазы постоянно, совершают колебательные движения, что обеспечивает непрерывное встряхивание с них капель влаги и снега и тем самым предотвращает обледенение.
Недостатками этого способа являются огромные затраты материальных ресурсов на устройство механических встряхивающих приспособлений, не всегда, при определенных погодных условиях, выполняющих свою функцию, поскольку обледенение и обрыв электрических кабелей происходит систематически.
Известен «Способ защиты воздушных линий электроснабжения от обледенения и обрыва проводов из-за толстых слоев покрывающего их снега» по патенту РФ №2459329. Способ состоит в том, что изготовляют провод воздушной линии электропередачи для суровых зимних условий, для чего на металлический провод наносят прочную электроизоляцию, поверх которой наносят токопроводный слой с высоким электросопротивлением прохождению по нему электрического тока, на стороне электрической подстанции или трансформаторной установки предусматривают наличие регулировочного автотрансформатора, один конец вторичной обмотки которого соединяют с одним концом токопроводного слоя провода воздушной линии электропередачи, а другой конец вторичной обмотки автотрансформатора соединяют с контуром заземления, кроме того, заземляют другой конец токопроводного слоя провода воздушной линии электропередачи, при опасности обрыва проводов воздушной линии электропередач из-за обледенения или толстого слоя нависшего на них снега подключают первичную обмотку автотрансформатора к электропитанию; повышают ток в цепи: вторичная обмотка автотрансформатора - контур заземления - токопроводный слой провода воздушной линии электропередач, чем нагревают токопроводный слой с высоким электросопротивлением, после таяния льда отключают первичную обмотку автотрансформатора от электропитания.
Недостатки: нанесение прочного электроизоляционного слоя со специальными параметрами это огромные материальные затраты, нанесение электропроводящего слоя на изолятор не менее сложная и дорогостоящая технология, плюс ко всему специальная дополнительная линия электронагревателя требующая дополнительных расходных материалов и энергоресурсов.
Наиболее близким аналогом являются неизолированные провода Nexans AERO-Z производимые в Бельгии (www.kabtrade.ru./aero_z.2html). Провода Nexans AERO-Z лучше противостоит снегу и обледенению. Для достижения этой цели был разработан компактный проводник нового типа - т.н. AERO-Z. Для наружного слоя (слоев) взамен круглых используют проволоку Z-образного профиля. Наружный слой практически идеально гладкий имеет незначительные винтовые канавки, возникающие между верхними кромками Z-образных проволок с тщательно подобранными шагом скрутки, глубиной и шириной. Совместно с Институтом Фон Кармана (Von Кагтап Institute), Брюссель были проведены испытания, сконцентрированные прежде всего на оптимизации эффектов, связанных с канавками последовательных ступенек на поверхности провода. В дополнение к этому, поскольку трапецеидальные жилы не всегда идеально соприкасаются, вибрация проводов под действием ветра может вызвать увеличение наклона жил и тем самым увеличение высоты ступенек. Таким образом, достигается значительное уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления наиболее сильным ветрам. Такое уменьшение влечет за собой меньшие механические напряжения в опорах при проводах равного диаметра или позволяет увеличить полезное электропроводящее сечение при равных механических напряжениях в опорах за исключением случая максимальных ветровых нагрузок.
Недостатки: AERO-Z исключительно сложная технология прокатки Z -образного профиля проволоки, не менее сложная технологическая задача их скручивание. Все это приводит к большим материальным затратам, по сравнению с классическим способам изготовления кабелей воздушных линий. При этом эффективность против обледенения незначительна.
Задача полезной модели заключается в исключении образования льда на проводах линий электропередач.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание проволоки исключающей обледенение.
Задача решается тем, что кабель выполняют в виде проволоки с поверхностью покрытой наноразмерными стержнями. Такую поверхность называют нанотравой, и она представляет собой множество наностержней одинаковой длины, расположенных на равном расстоянии друг от друга.
Капли дождя, при низкой температуре, попав на наностержни, не могут проникнуть между ними, этому мешает высокое поверхностное натяжение воды. С уменьшением температуры воды поверхностное натяжение растет, поэтому проникнуть между наностержнями, между которыми находятся пузырьки воздуха, очень трудно. Это значит, что капле не выгодно растекаться и смачивать ворсистую поверхность проволоки и она сворачивается в шарик, увеличивая краевой угол смачивания.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен электрический кабель с наноразмерными стержнями,
где 1 - провод, 2 - наностержни.
На фиг.2 показан процесс отталкивания воды в зависимости от размеров наностержней.
Предложенная полезная модель осуществляется следующим образом: При изготовлении неизолированных кабелей марок А, АС, Μ, МГ и др. для воздушных линий электропередач, в соответствии с ГОСТ 839-80 и ТУ 16.501.017-74, ТУ 14.4.661-75 на последнем этапе, перед наматыванием готовой продукции на бабину нарезают наностержни, для чего используют две лерки. Одна лерка, внутренняя поверхность которой покрыта продольными наноразмерными зубьями - неподвижна, она служит для нанесения продольных канавок. Вторая лерка, внутренняя поверхность которой покрыта поперечными наноразмерными зубьями - вращается и нарезает поперечные канавки. Таким образом образуются наностержни высотой 10-25 нм с шагом 7-15 нм.
Технический результат: На неизолированные кабели марки А и M были нанесены наностержни размерами 10 нм и 25 нм и шагом 7 нм и 15 нм соответственно. Кабели охлаждали до температуры -5°C, наносили на них переохлажденную воду (имитация ледяного дождя). При этом не обнаружено обледенения.