ПРОВОД САМОНЕСУЩИЙ ИЗОЛИРОВАННЫЙ И ЗАЩИЩЕННЫЙ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкции комбинированных самонесущих изолированных проводов (СИП) на номинальное напряжение 0,6/1 кВ и комбинированных самонесущих защищенных проводов на номинальное напряжение 20 и 35 кВ для воздушных линий электропередачи и волоконно-оптических линий передачи телекоммуникационных сигналов.
Из предшествующего уровня техники известны конструкции самонесущих и защищенных проводов для воздушных линий электропередачи по ТУ 16-705.500-2006, год ввода 2006, Россия. Самонесущие изолированные провода СИП-2 по техническим условиям содержат изолированные основные (фазные) токопроводящие жилы и изолированную нулевую несущую упрочненную жилу. Самонесущий защищенный провод СИП-3 по техническим условиям содержит одну изолированную токопроводящую упрочненную жилу. В соответствии с техническими условиями многожильные провода СИП-2 могут содержать также изолированные вспомогательные жилы освещения и контроля.
Существующие провода СИП по ТУ 16-705.500-2006 используются только для передачи и распределения электрической энергии. Данный недостаток сужает область применения самонесущих изолированных и защищенных проводов.
Известен также комбинированный провод с волоконно-оптическим модулем на базе самонесущего защищенного провода СИП-3 (прототип), описанный в «Каталоге продукции «Кабели» Кабели оптические» от 21.12.2009 на сайте www.energokables.ru ООО «Новые кабельные системы», Россия. Данный комбинированный провод предназначен для передачи и распределения электрической энергии и световых телекоммуникационных сигналов путем его подвески на опорах воздушных линий электропередачи. Провод по прототипу на номинальное напряжение 20 и 35 кВ (фиг. 1) содержит токопроводящую жилу с центральным силовым элементом 1, выполненным из стальной проволоки или проволоки алюминиевого сплава, и круглыми алюминиевыми проволоками 2, кабель или модуль 3 с оптическими волокнами, водоблокирующую ленту 4 или без нее и наружную оболочку 5 из сшитого полиэтилена. Алюминиевые проволоки и оптический кабель или модуль имеют одинаковый диаметр и скручиваются вместе вокруг центрального силового элемента токопроводящей жилы провода. В связи с ограничениями по диаметру и массе комбинированного провода по прототипу количество оптических волокон в оптическом кабеле или модуле ограничено до 24, а сечение токопроводящей жилы - до 150 мм. Соответственно у данного провода имеются существенные ограничения по току нагрузки и передаче световых телекоммуникационных сигналов. Срок службы провода - 20 лет.
Провод по прототипу имеет следующие недостатки:
- высокие растягивающие нагрузки на оптический кабель или модуль;
- низкая пропускная способность по току;
- низкая пропускная способность по телекоммуникационным сигналам;
- низкая грузонесущая способность;
- повышенная растяжимость и стрела провеса;
- повышенная повреждаемость оптического кабеля или модуля в местах крепления провода с арматурой при монтаже и в процессе эксплуатации;
- повышенная сложность и трудоемкость монтажа и ремонта провода на опорах ЛЭП;
- сложность и высокая стоимость арматуры;
- низкие эксплуатационные характеристики;
- низкая надежность;
- низкий срок службы.
Все эти недостатки прототипа снижают качество, надежность и долговечность комбинированных проводов СИП.
Провод по прототипу разработан в ОАО «Севкабель», Россия, как опытный вариант оптического кабеля, но в связи с перечисленными выше недостатками практическое применение он не нашел и серийно не выпускается.
Технической задачей полезной модели является повышение эксплуатационных характеристик, технологичности, надежности и срока службы комбинированных проводов СИП.
Технический результат достигается тем, что кабель или модуль с оптическими волокнами вынесен за пределы наружной полимерной оболочки провода и соединен с ним скруткой вокруг изолированной токопроводящей жилы, а токопроводящая жила выполнена уплотненной.
Общим признаком прототипа и предлагаемого технического решения является наличие токопроводящей жилы с центральным силовым элементом, кабеля или модуля с оптическими волокнами, водоблокирующей ленты или без нее и наружной полимерной оболочкой. В то же время предложенный провод отличается от известного тем, что кабель или модуль с оптическими волокнами вынесен за пределы наружной полимерной оболочки провода и соединен с ним скруткой вокруг изолированной токопроводящей жилы, а токопроводящая жила выполнена уплотненной.
Причины, препятствующие получению данного технического результата в указанном прототипе:
1. Наличие общей наружной полимерной оболочки комбинированного провода.
2. Отсутствие прямого доступа к оптическому кабелю или модулю.
3. Совместная скрутка оптического кабеля или модуля с алюминиевыми проволоками токопроводящей жилы.
4. Прямой контакт между алюминиевыми проволоками токопроводящей жилы, нагретыми до 90°C в процессе эксплуатации провода, и оптическим кабелем или модулем.
5. Прямая зависимость растягивающей нагрузки оптического кабеля или модуля от температурного удлинения и механической растягивающей нагрузки токопроводящей жилы провода.
6. Ограничения по диаметру и массе комбинированного провода.
7. Ограничения по диаметру оптического кабеля или модуля, алюминиевых проволок и центрального силового элемента токопроводящей жилы провода.
8. Отсутствие возможности уплотнения токопроводящей жилы провода.
Преимущества нового провода СИП:
- повышенные эксплуатационные характеристики;
- отсутствие ограничения по диаметру оптического кабеля или модуля и количеству оптических волокон;
- отсутствие ограничения по диаметру алюминиевых проволок и центрального силового элемента, а также по сечению токопроводящей жилы;
- высокая пропускная способность по току;
- высокая пропускная способность по световым телекоммуникационным сигналам;
- отсутствие температурного воздействия токопроводящей жилы на оптический кабель или модуль;
- отсутствие температурной и механической растягивающей нагрузки на оптический кабель или модуль;
- отсутствие механического воздействия на изоляцию оптического кабеля или модуля от прокусывающих зажимов;
- уменьшение диаметра и массы токопроводящей жилы за счет ее уплотнения и снижения массы наружной полимерной оболочки;
- высокая грузонесущая способность;
- низкая растяжимость и малая стрела провеса;
- повышенная гибкость;
- высокая технологичность и ремонтоспособность;
- наличие прямого доступа к оптическому кабелю или модулю без разрушения наружной полимерной оболочки токопроводящей жилы и возможность его обслуживания и ремонта на линии;
- возможность использования стандартных растягивающих и поддерживающих зажимов;
- высокая надежность и долговечность.
Конструкция нового провода СИП изображена на фиг. 2 и фиг. 3. Самонесущий защищенный провод СИП-3 на номинальное напряжение 20 и 35 кВ с оптическим кабелем или модулем (фиг. 2) содержит изолированную уплотненную токопроводящую жилу 1 из алюминия или алюминиевого сплава, центральный силовой элемент жилы 2 из алюминиевого сплава или стали, и кабель или модуль 3 с оптическими волокнами. Самонесущий изолированный провод СИП-2 на номинальное напряжение 0,6/1 кВ с оптическим кабелем или модулем (фиг. 3) содержит одну или несколько основных (фазных) алюминиевых уплотненных токопроводящих жил 1 с изоляцией 2 из сшитого или термопластичного полиэтилена, одну изолированную нулевую несущую жилу 3 из алюминия или алюминиевого сплава, центральный силовой элемент несущей жилы 4 из алюминиевого сплава или стали, и кабель или модуль 5 с оптическими волокнами. Дополнительно провод СИП-2 может быть снабжен вспомогательными жилами освещения и контроля. Новый провод СИП изготавливается по следующей технологии. Основные токопроводящие жилы (ТПЖ) провода СИП-2 скручивают на крутильной машине из одного или нескольких концентрических повивов круглых алюминиевых проволок по спирали в чередующихся направлениях с определенным шагом скрутки. При этом одну проволоку размещают в центре провода. 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 их диаметр и повышаются эксплуатационные характеристики провода. Поверх жил накладывается изоляция определенной толщины из светостабилизированного сшитого полиэтилена или светостабилизированного термопластичного полиэтилена. Изолирование жил проводят на экструзионной линии типа Rosendahl, Австрия, со скоростью (50-60) м/мин. Нулевая несущая жила (НЖ) провода СИП-2 на номинальное напряжение 0,6/1 кВ и токопроводящая жила провода СИП-3 на номинальное напряжение 20 и 35 кВ изготавливаются по аналогичной технологии из алюминиевых проволок или проволок алюминиевого сплава. Данные жилы упрочняются центральным силовым элементом из алюминиевого сплава или стали. Кабель или модуль с оптическими волокнами скручивается вокруг нулевой несущей жилы вместе с основными и вспомогательными токопроводящими жилами провода СИП-2 или вокруг токопроводящей жилы провода СИП-3 с определенным шагом скрутки. Скрутка жил с оптическим кабелем или модулем должна иметь правое направление. Готовый провод испытывают в соответствии с ГОСТ Р 52373-2005, год ввода 2006, Россия, и ТУ 3587-001-88083123-2010, год ввода 2010, Россия.
Ограничения на выбор конструкции и материала центрального силового элемента токопроводящей и несущей жил проводов СИП накладывают условия эксплуатации проводов:
- температура окружающей среды от +50°C до -50°C;
- рабочая температура жил до 90°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;
- ограничения максимальной нагрузки на провод.
В большей степени этим условиям удовлетворяют провода СИП с несущей и токопроводящей жилами, упрочненными стальным центральным силовым элементом, обеспечивающим максимальную прочность и минимальное растяжение провода. С целью увеличения гибкости, прочности и технологичности проводов СИП авторами полезной модели предложена конструкция нового провода с жилами, упрочненными пластически обжатым сердечником из стальных проволок с коррозионнозащитным 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%, гибкость, износостойкость, надежность и долговечность.
Для изготовления пластически обжатого стального многопроволочного 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 ПОСс 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.
Самонесущие изолированные и защищенные провода СИП с оптическим кабелем, разработанные авторами полезной модели, прошли всесторонние испытания на кабельных заводах РФ с положительными результатами. Срок службы новых проводов - 30 лет.