Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи (варианты)

Заявляемое техническое решение относится к кабельной промышленности, а именно к конструкциям неизолированных проводов, предназначенных для передачи электрической энергии в воздушных линиях электропередачи.

Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи выполнен из сердечника, изготовленного из одной или нескольких стальных оцинкованных проволок и повивов проволоки из специально разработанного сплава вокруг этого сердечника.

Провод имеет несколько вариантов исполнения.

Один из них предполагает конструкцию провода, где стальной сердечник по наружному повиву покрыт алюминиевой лентой либо алюминиевой трубкой заданной толщины, на алюминиевое покрытие накладываются с уплотнением или без уплотнения повивы из проволок увеличенного диаметра, по которым передается основная электроэнергия.

Другой вариант исполнения предполагает провод, в котором нет алюминиевого покрытия стального сердечника. При этом диаметр проволок внутренних и внешнего повивов увеличивается по верхнему отклонению поля допуска не менее чем на 20% для сохранения повышенной электропроводности и уменьшения потерь в линии с последующим уплотнением или без уплотнения каждого повива.

Проволока для повивов изготовлена из сплавов алюминия с цирконием и железом, где содержание циркония в сплаве составляет от 0,28 до 0,7%, при этом микроструктура сплава состоит из алюминиевой матрицы, в которой равномерно распределены наночастицы фазы Al ₃Zr с кубической решеткой Li₂, имеющие средний размер не более 20 нм. Содержание железа в сплаве составляет от 0,1 до 0,5%, средний размер железосодержащих включений не превышает 3 мкм.

Защита сердечника может быть выполнена в виде трубки или ленты. Трубка может быть выполнена с продольным швом или без шва. Эта защита образует линейный контакт между сердечником и внутренним повивом, что напрямую отражается на увеличении электропроводности провода.

Заявляемое техническое решение относится к кабельной промышленности, а именно к конструкциям неизолированных проводов, предназначенных для передачи электрической энергии в воздушных электрических сетях.

Многие регионы нашей страны сталкиваются с проблемой ограниченной пропускной способности линий электропередачи, большими потерями мощности, обрывами этих линий из-за обледенения проводов. Задача данной разработки - создание проводов с улучшенными свойствами, а именно: с увеличенной электропроводностью, с рабочей температурой до 260°C, а в условиях пиковых нагрузок - до 300°C, при этом, при их эксплуатации должны быть исключены аварийные ситуации при гололедных явлениях и при воздействии ветровых нагрузок.

Известны различные конструкции неизолированных проводов, которые используются для воздушных линий электропередачи.

Известна конструкция провода неизолированного, которая включает сердечник, выполненный из стальной оцинкованной проволоки, а также внутренние и внешний повивы, выполненные из алюминиевых проволок (См. Белорусов и др., «Электрические кабели и провода». Справочник, М., Энергоатомиздат, 1988 г., с.38).

Известна конструкция провода неизолированного, состоящего из сердечника, внутреннего и внешнего повивов. Причем сердечник и внутренний повив выполнены из стальных проволок с покрытием, как минимум, из одного слоя цинка и/или никеля, и/или меди, и/или хрома, и/или олова, и/или свинца, и/или сплава, включающего, по крайней мере, один из металлов указанных слоев, а внешний повив выполнен из медных проволок (см. патент РФ 35032 «Провод неизолированный (варианты), опубликованный 20.12.2003 г.).

Одним из основных недостатков вышеуказанных проводов является низкая пропускная способность по передаваемой мощности, а также возникновение аварийных ситуаций при обледенении.

Наиболее близким к заявляемому проводу является техническое решение, запатентованное в качестве ПМ РФ под 87556 с названием «ПРОВОД НЕИЗОЛИРОВАННЫЙ ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ (ВАРИАНТЫ)».

Сущность данного технического решения по первому варианту исполнения в том, что в проводе неизолированном, используемом для воздушных линий электропередачи, состоящем из сердечника, внутренних и внешнего повивов, сердечник выполнен из одной или нескольких стальных плакированных алюминием проволок, а внутренние и внешний повивы выполнены из проволок термостабилизированного алюминий-циркониевого сплава, с содержанием циркония не более 2%.

Сущность технического решения по второму варианту исполнения в том, что в проводе неизолированном, используемом для воздушных линий электропередачи, состоящем из сердечника, внутренних и внешнего повивов, сердечник выполнен из одной или нескольких стальных оцинкованных проволок, а внутренние и внешний повивы выполнены из проволок термостабилизированного алюминий-циркониевого сплава, с содержанием циркония не более 2%.

Недостатки данных технических решений проводов заключаются в том, что проволоки внутреннего и внешнего повивов выполнены из материала, обеспечивающего работоспособность провода при повышенных нагрузках с рабочей температурой провода только до 250°C. Другим недостатком этих проводов является то, что в данных проводах проволоки сердечника плакированы алюминием для того, чтобы увеличить электропроводность провода. При этом данные проволоки с алюминиевым покрытием имеют между собой точечные контакты в местах касания, а их фактическая длина с учетом скрутки превышает строительную длину провода. Это приводит к повышению электросопротивления и увеличению потерь энергии в линии.

Технический результат заключается:

- в повышении эксплуатационной надежности, увеличении передаваемой мощности и срока службы провода, которые создаются за счет использования нового материала и исключении аварийных ситуаций при гололедных явлениях и сильных ветровых нагрузках;

- в повышении электропроводности провода, ведущего к уменьшению потерь энергии за счет технических решений по заявляемой конструкции провода.

Данный результат является совокупным и достигается при использовании заявляемой конструкции провода и специально разработанного сплава для проволок внутренних и внешнего повивов.

Проволока для повивов изготовлена из сплавов алюминия с цирконием и железом с содержанием циркония от 0,28 до 0,7%, и содержанием железа - от 0,1 до 0,5%, при этом в составе сплава равномерно распределены наночастицы фазы Al₃Zr. Данный сплав сохраняет свои свойства при температуре 260°C и выше. Проведенные испытания показали, что провод после нагрева до температуры 300°C в течение 1000 часов выдерживает сопротивление на разрыв не менее 160 МПа.

При сравнении аналога с заявляемым проводом можно заметить, что в аналоге между проволоками сердечника и проволоками последующего повива имеется только точечный контакт, а при покрытии сердечника алюминиевой лентой, либо алюминиевой трубкой в заявляемом проводе точечный контакт заменяется на линейный, и длина алюминиевого покрытия равняется фактической длине провода, что увеличивает электропроводность и уменьшает потери при передаче электроэнергии.

Описание технического решения по проводу неизолированному

Конструкция провода неизолированного выполняется по различным вариантам.

Первый вариант исполнения.

Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи выполнен из сердечника, изготовленного из одной или нескольких стальных оцинкованных проволок, и проволок внутренних и внешнего повивов, изготовленных из сплава на основе алюминия с цирконием и с железом. При этом проволока для внутренних и внешнего повивов выполняется с увеличенным верхним отклонением поля допуска по диаметру не менее чем на 20%, что повышает электропроводность провода, за счет чего обеспечивается уменьшение потерь в линии. Также за счет увеличения верхнего поля допуска по диаметру улучшаются прочностные характеристики провода.

Возможен вариант изготовления провода, в котором проволока внутренних и внешних повивов имеет увеличенный диаметр, но при этом для уменьшения габаритных размеров провода повивы подвергаются уплотнению. Такой провод имеет повышенную электропроводность и выдерживает повышенные ветровые нагрузки.

Проволока для повивов изготовлена из сплавов алюминия с цирконием и с железом, где содержание циркония в сплаве алюминия от 0,28 до 0,7%, а содержание железа составляет от 0,1 до 0,5%, при этом микроструктура сплава алюминия с цирконием представляет собой алюминиевую матрицу, в которой равномерно распределены наночастицы фазы Al₃Zr с кубической решеткой Li₂, имеющие средний размер не более 20 нм. Средний размер железосодержащих включений не превышает 3 мкм.

Второй вариант исполнения.

Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи выполнен из сердечника, изготовленного из одной или нескольких стальных оцинкованных проволок и покрытого по наружному повиву алюминиевой лентой либо алюминиевой трубкой, а также из внутренних и внешнего повивов, изготовленных из проволок сплава на основе алюминия с цирконием и с железом. При этом проволока для внутренних и внешнего повивов выполняется с увеличенным верхним отклонением поля допуска по диаметру не менее чем на 20%, что повышает электропроводность провода, за счет чего обеспечивается уменьшение потерь в линии. Для уменьшения габаритных размеров провода внутренние и внешний повивы могут подвергаться уплотнению.

Проволока для повивов изготовлена из сплавов алюминия с цирконием и с железом, где содержание циркония в сплаве алюминия от 0,28 до 0,7%, а содержание железа составляет от 0,1 до 0,5%, при этом микроструктура сплава алюминия с цирконием представляет собой алюминиевую матрицу, в которой равномерно распределены наночастицы фазы Al₃Zr с кубической решеткой Li ₂, имеющие средний размер не более 20 нм. Средний размер железосодержащих включений не превышает 3 мкм.

Толщина покрытия сердечника алюминиевой лентой или трубкой зависит от диаметра сердечника и возрастает с его увеличением.

Трубка может быть выполнена с продольным швом или без шва.

К отличительным признакам предлагаемого провода неизолированного для воздушных линий электропередачи относится состав применяемых материалов для проволок внутренних и внешнего повивов и конструктивное исполнение провода.

Предложенная конструкция полезной модели иллюстрируется чертежами, на которых представлены предлагаемые варианты провода неизолированного для воздушных линий электропередачи в поперечном сечении.

На Фиг.1 и Фиг.2 - изображен провод по первому варианту исполнения.

На Фиг.3 и Фиг.4 - изображен провод по второму варианту исполнения.

На Фиг.3 изображен провод с алюминиевой лентой, на Фиг.4 - провод с алюминиевой трубкой.

Сердечник 1 может быть выполнен из одной или нескольких стальных оцинкованных проволок. Алюминиевая лента или трубка 4 располагается между сердечником 1 и внутренним повивом 2.

Внутренние 2 и внешний 3 повивы выполнены из проволок сплава алюминия с цирконием и железом.

Предлагаемые конструкции провода неизолированного для воздушных линий электропередачи работают следующим образом.

При использовании предлагаемого провода неизолированного для воздушных линий электропередачи его сердечник 1, покрытый алюминиевой трубкой или лентой 4, и внутренние 2 и внешний 3 повивы, выполненные из проволок сплава алюминия с цирконием и железом, воспринимают воздействующую на них механическую и тепловую нагрузки различного характера и обеспечивают надежное прохождение электрического тока, а также улучшенные, по сравнению с аналогом, физико-механические характеристики при нагреве провода до 260°C и выше. Алюминиевая трубка или лента 4 обеспечивает линейный контакт сердечника 1 и внутренних повивов 2. Применение проволок из сплава указанного химсостава с увеличенным верхним отклонением по диаметру при последующем уплотнении или без уплотнения увеличивает суммарную площадь токопроводящей части провода с минимальным электросопротивлением. При этом уменьшается электрическое сопротивление провода в целом и сокращаются потери при передаче электроэнергии.

Изготовление провода по различным вариантам осуществляют с помощью имеющегося технологического оборудования.

Таким образом, вся совокупность технических решений, в том числе и специально разработанные материалы, использованные в конструкции провода неизолированного для воздушных линий электропередачи, дает возможность улучшить технические характеристики этого провода, и в целом позволит увеличить срок службы и повысить его эксплуатационную надежность.

Примеры выполнения провода неизолированного для воздушных линий электропередачи:

1 Провод неизолированный сечением 150/19 с сердечником из 7 стальных оцинкованных проволок диаметром 1,85 мм, внутреннего и внешнего уплотненных повивов из 24 алюминиево-циркониевых проволок диаметром 3,1 мм. Диаметр стального сердечника - 5,6 мм, диаметр по внешнему уплотненному повиву - 16,8 мм (что соответствует требованиям ГОСТ 839-80); фактическое сечение алюминиево-циркониевых повивов - 181,14 мм². Таким образом, при увеличении сечения повивов, играющих главную роль при проведении электрического тока, на 23% электросопротивление провода составляет 98% от установленных требований в ГОСТ 839-80, в отличие от ранее предложенных аналогов.

2 Провод неизолированный сечением 240/39 с сердечником из 7 стальных оцинкованных проволок диаметром 2,65 мм, алюминиевым покрытием толщиной 0,5 мм, внутреннего и внешнего уплотненных повивов из 26 алюминиево-циркониевых проволок диаметром 3,77 мм. Диаметр стального сердечника - 8,0 мм, диаметр по покрытию - 9,0 мм, диаметр по внешнему уплотненному повиву - 21,6 мм (что соответствует требованиям ГОСТ 839-80); фактическое сечение алюминиево-циркониевых повивов - 290,23 мм². Таким образом, при увеличении сечения повивов, играющих главную роль при проведении электрического тока, на 23% электросопротивление провода составляет 98% от установленных требований в ГОСТ 839-80, в отличие от ранее предложенных аналогов.

1. Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи, выполненный из сердечника, изготовленного из одной или нескольких стальных или покрытых цинком проволок, а также внутренних и внешних повивов, выполненных из проволок, в состав которых входит алюминий и цирконий, отличающийся тем, что проволока для повивов изготовлена из сплавов алюминия с цирконием и железом с содержанием железа в сплаве от 0,1 до 0,5% и содержанием циркония от 0,28 до 0,7%, при этом микроструктура сплава алюминия с цирконием представляет собой алюминиевую матрицу, в которой равномерно распределены наночастицы фазы Al₃Zr с кубической решеткой Li ₂, имеющие средний размер не более 20 нм, а также диаметр проволок внутренних и внешнего повивов увеличен по верхнему отклонению поля допуска не менее чем на 20%.

2. Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи по п.1, отличающийся тем, что внутренние и внешний повивы из проволок с увеличенным диаметром подвергаются уплотнению.

3. Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи, выполненный из сердечника, изготовленного из одной или нескольких стальных или покрытых цинком проволок, а также внутренних и внешних повивов, выполненных из проволок, в состав которых входит алюминий и цирконий, отличающийся тем, что стальной сердечник по наружному повиву защищен либо алюминиевой лентой, либо алюминиевой трубкой, а проволока для повивов изготовлена из сплавов алюминия с цирконием и железом с содержанием железа в сплаве от 0,1 до 0,5% и содержанием циркония от 0,28 до 0,7%, при этом микроструктура сплава алюминия с цирконием представляет собой алюминиевую матрицу, в которой равномерно распределены наночастицы фазы Al₃Zr с кубической решеткой Li ₂, имеющие средний размер не более 20 нм.

4. Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи по п.3, отличающийся тем, что средний размер железосодержащих включений не превышает 3 мкм.

5. Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи по п.3, отличающийся тем, что алюминиевая трубка может быть выполнена с продольным швом.

6. Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи по п.3, отличающийся тем, что алюминиевая трубка выполнена бесшовной.

7. Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи по п.3, отличающийся тем, что толщина покрытия сердечника алюминиевой лентой или трубкой зависит от диаметра сердечника и возрастает с его увеличением.

8. Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи по п.3, отличающийся тем, что внутренние и внешний повивы из проволок с увеличенным диаметром подвергаются уплотнению.