Защищенный провод для воздушных линий электропередачи

Защищенный провод с сердечником из композитных неметаллических или высокопрочных металлических материалов для воздушных линий электропередачи на напряжение 64/110 кВ предназначен для нужд энергетики. Его применение позволяет повысить надежность воздушных линий, снизить электромагнитное излучение, уменьшить межфазные расстояния и габариты линии, сократить площадь отчуждения под строительство новых воздушных линий и реконструкцию давно эксплуатируемых линий малого и среднего напряжения в линии на 110 кВ. Увеличение прочности защищенного провода позволяет увеличить шаг опор и существенно уменьшить провис провода между опорами. Использование защищенного провода с сердечником из композитных неметаллических материалов или высокопрочных металлических материалов для воздушных линий электропередачи позволяет исключить негативные последствия от перехлеста проводов, а также от их возможного касания, или от падения на провод деревьев, воздействия шквалистых и ураганных ветров, фактора гололедообразования. Использование в качестве проводников чистого алюминия ведет к увеличению проводимости, к снижению безвозвратных потерь в линиях, эксплуатационных издержек и к снижению себестоимости передаваемой энергии.

Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение относится к кабельной промышленности, а именно к изделиям для высоковольтных воздушных линий электропередачи с изолированными проводниками, предназначенным для передачи электрической энергии напряжением 64/110 кВ.

В настоящее время для высоковольтных линий электропередачи наиболее широко применяются неизолированные провода различных сечений (См. Н.И.Белоруссов, А.Е.Саакян, А.И.Яковлева «Электрические кабели, провода и шнуры. Справочник» Энергоатомиздат, 1987, стр. с.38), в состав которых, кроме повивов из алюминия или его сплавов, входит стальной сердечник. Сердечник может быть изготовлен увеличенным по сечению. Этот вариант применяется, например, для переходов через водные преграды и другие естественные препятствия. Ввиду отсутствия изоляции на проводе, использования стального сердечника недостаточной прочности и его перегрева во время пиковых нагрузок возрастает стрела провиса провода, что влечет за собой вынужденное увеличение межфазного расстояния (расстояния между соседними проводами), вследствие чего требуется усиление опор и уменьшение их шага (увеличение их количества). Кроме перечисленных недостатков неизолированные провода высокого напряжения создают мощное электромагнитное излучение. Увеличенное межфазное расстояние между неизолированными проводами обуславливается также необходимостью избежать их схлестывания во время сильных ветровых нагрузок (бури, ураганные ветра).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является изолированный провод на напряжение 110 кВ для воздушных линий электропередачи, используемый в странах Северной Европы («Воздушные линии электропередач на 110 кВ с изолированными проводами. Скандинавское решение» / И.Ойала, Т.Лескинен, М.Лахтинен, А.Хинкури, пер. с финского Д.Шаманова // Новости электротехники. 2006. - 2). Этот защищенный провод содержит уплотненный скрученный проводник из алюминиевого сплава, элементы водопоглощения, прессованный полупроводниковый экран толщиной 1,5 мм, прессованный изолирующий слой из сшитого полиэтилена толщиной 5 мм, защитный внешний слой из черного сшитого полиэтилена толщиной 1,5 мм. Поперечное сечение проводника 355 мм², наружный диаметр - 39 мм, масса 1 км - 1730 кг, разрушающая нагрузка - 108 кН.

Недостатком указанного провода является повышенное удельное электросопротивление алюминиевого сплава, из которого он изготовлен - 0,0337 Ом/м, это на 19% больше электросопротивления проводников из чистого алюминия (0,0283 Ом/м), что влечет за собой увеличение потерь в линии.

Кроме того, при наличии растягивающей нагрузки и температуре выше 50°С прочностные характеристики провода начнут снижаться вследствие проявления в проволоках из алюминиевого сплава эффекта «ползучести».

Технические результаты заявляемого технического решения.

В заявляемой полезной модели решен комплекс задач:

- повышение надежности и безопасности линии в различных условиях эксплуатации;

- снижение потерь в линии электропередачи;

- снижение себестоимости передаваемой энергии;

- экономия алюминия до 500 кг (в пересчете на 1 км трехфазной линии электропередачи),

- уменьшение межфазного расстояния;

- снижение электромагнитного излучения;

- увеличение стойкости к касанию (даже длительному) с другими проводниками и деревьями;

- уменьшение габаритов линии в случае применения, кроме опор действующих проектов, новых опор меньшей высоты и увеличения расстояния между опорами;

- уменьшение ширины просеки и площади землеотвода и строительство компактных линий в стесненных городских условиях, в парковых зонах, в лесных массивах и в густонаселенной местности за счет наложения изолирующего покрытия;

Указанные результаты достигаются за счет:

1) использования электротехнического чистого алюминия для изготовления заявляемого провода. Поскольку электрическое сопротивление чистого алюминия ниже, чем электросопротивление алюминиевого сплава, применяемого в финском аналоге, предлагаемая конструкция позволяет уменьшить сечение проводящей части и расход алюминия на изготовление провода, а также уменьшить безвозвратные потери при передаче электроэнергии и сопутствующего нагрева провода. При этом сохраняется его проводимость на уровне аналога. При условии сохранения площади сечения проводящей части в сравнении с аналогом уровень передаваемой мощности возрастает;

2) применения сердечника на основе волокнистых непрерывно армированных композиционных материалов с полимерной термореактивной матрицей, например, композиционных материалов, включающих базальтовое волокно, с разрушающей нагрузкой более 1300 Н/мм²;

3) выполнения сердечника из проволок высокопрочной стали с разрушающей нагрузкой более 1800 Н/мм² или из проволок немагнитной азотосодержащей аустенитной стали с пониженным электросопротивлением, или из титановых проволок, что обеспечивает дальнейшее снижение электросопротивления и высокие стабильные прочностные характеристики провода, при этом влияние фактора «ползучести» для указанных материалов начинается при температуре свыше 300°С;

4) выполнения повивов провода из алюминиевых трансформированных проволок, которые плотно заполняют все пространство вокруг сердечника, что также приводит к снижению электросопротивления, а также уменьшению диаметра наружного повива токопроводящей части и, как следствие, уменьшению диаметра провода по сравнению с проводом, в котором использованы проволоки круглого сечения;

5) наложения экструдированного изоляционного слоя из пероксидносшитого полиэтилена и экструдированной защитной оболочки из атмосферостойкого трекингостойкого полиэтилена для уменьшения электромагнитного излучения, а также исключения образования гололеда на проводах;

6) введения в конструкцию водоблокирующих элементов в целях предупреждения возможности проникновения и дрейфа внутрь проводника влаги, и появления прогрессирующих электропроводящих каналов (треков) в изолирующем слое, которые снижают электрическую прочность и могут привести к разрушению изоляции.

По сравнению с финским аналогом заявляемый защищенный провод для воздушных линий электропередачи на напряжение 64/110 кВ с композитным сердечником обладает предельной разрушающей нагрузкой 124,9 кН. При этом наружный диаметр провода составляет 37 мм.

Описание заявляемого технического решения

Защищенный провод для воздушных линий электропередачи на напряжение 64/110 кВ содержит сердечник, на который накладывается основная токопроводящая часть - один или несколько повивов из трансформированных проволок, изготовленных из электротехнического чистого алюминия. Проволоки повивов могут иметь трапецеидальное и Z-образное сечение. Поверх наружного повива накладываются водоблокирующие элементы, в том числе полупроводящая лента, далее слой экструдированного полупроводящего экрана, слой экструдированной изоляции из пероксидносшитого полиэтилена, экструдированная оболочка из атмосферостойкого трекингостойкого полиэтилена.

Сердечник может быть изготовлен из композитных материалов с пределом разрушающей нагрузки более 1300 Н/мм² или металлических материалов с пределом разрушающей нагрузки более 1800 Н/мм². Например, могут применяться композитные материалы с использованием базальтового волокна. Металлические сердечники могут изготавливаться из стальных проволок, либо проволок из немагнитной азотосодержащей аустенитной стали, либо из титановых проволок.

Наличие экрана уменьшает электромагнитное излучение.

Сущность полезной модели поясняется изображением защищенного провода: на Фиг.1 - провода с композитным сердечником, на Фиг.2 - провода с металлическим сердечником, где:

1 - композитный сердечник;

2 - металлический сердечник;

3 - повивы трансформированных алюминиевых проволок;

4 - водоблокирующие элементы;

5 - полупроводящий экран;

6 - изоляция из пероксидносшитого полиэтилена;

7 - оболочка из атмосферостойкого трекингостойкого полиэтилена.

Пример выполнения защищенного провода:

1 Защищенный провод на напряжение 64/110 кВ для воздушных линий электропередачи сечением 300 мм² (сечение алюминиевой части 300 мм²). Наружный диаметр по внешнему повиву трансформированных проволок - 20,9 мм. Диаметр композитного сердечника - 8 мм. Наружный диаметр провода - 37 мм. Разрушающая нагрузка - 124,9 кН.

2 Защищенный провод на напряжение 64/110 кВ для воздушных линий электропередачи сечением 300 мм ² (сечение алюминиевой части 300 мм²). Наружный диаметр по внешнему повиву трансформированных проволок - 20,9 мм. Диаметр металлического сердечника - 8 мм. Наружный диаметр провода - 37 мм. Разрушающая нагрузка - 135 кН.

1. Защищенный провод для воздушных линий электропередачи состоит из сердечника, на который накладываются один или несколько повивов проволок, полупроводящего экрана, изоляции и внешней защитной оболочки, отличающийся тем, что в качестве несущего элемента применяется сердечник или из композиционных материалов, или из высокопрочного металла, а все повивы трансформированных проволок, плотно заполняющих все пространство вокруг сердечника, выполнены из электротехнического чистого алюминия.

2. Защищенный провод для воздушных линий электропередачи по п.1, отличающийся тем, что сердечник выполнен из стальных проволок с пределом разрушающей нагрузки более 1800 Н/мм².

3. Защищенный провод для воздушных линий электропередачи по п.1, отличающийся тем, что сердечник выполнен из проволок немагнитной азотосодержащей аустенитной стали.

4. Защищенный провод для воздушных линий электропередачи по п.1, отличающийся тем, что сердечник выполнен из титановых проволок.

5. Защищенный провод для воздушных линий электропередачи по п.1, отличающийся тем, что сердечник выполнен из композитного материала с использованием базальтового волокна.

6. Защищенный провод для воздушных линий электропередачи по п.1, отличающийся тем, что проволоки повивов имеют трапецеидальное сечение.

7. Защищенный провод для воздушных линий электропередачи по п.1, отличающийся тем, что проволоки повивов имеют Z-образное сечение.

8. Защищенный провод для воздушных линий электропередачи по п.1, отличающийся тем, что изоляция изготовлена из пероксидносшитого полиэтилена.

9. Защищенный провод для воздушных линий электропередачи по п.1, отличающийся тем, что защитная оболочка изготовлена из атмосферостойкого трекингостойкого полиэтилена.