Провод неизолированный модифицированный для воздушных линий электропередачи
Провод неизолированный модифицированный для воздушных линий электропередачи предназначен для использования при строительстве новых или реконструкции старых воздушных линий для замены обычного сталеалюминиевого провода и состоит из одного или нескольких последовательных повивов, выполненных вокруг усиленного композитного сердечника, состоящего из базальтовых волокон и армированного стальными проволоками с пределом прочности при растяжении не ниже 1900 Н/мм2. Армирующие стальные проволоки могут быть расположены либо в центре композитного сердечника, либо вокруг него. При этом трансформированные проволоки для повивов изготовлены из электротехнического чистого алюминия, а наружные и внутренние повивы выполнены с обязательным зазором между проволоками. Выполнение повивов токопроводящей части провода трансформированными проволоками позволяет получить сечение большее на 15% без изменения габаритных размеров, и соответственно увеличить электропроводимость провода.
Провод отличается простотой конструкции, повышенным запасом прочности, улучшенными аэродинамическими характеристиками по сравнению с аналогами, возможностью полной утилизации после выработки ресурса без негативных последствий для экологии.
При эксплуатации провода существенно снижаются потери при передаче электроэнергии.
ОАО «Кирскабель» располагает полным комплектом современного технологического оборудования для производства неизолированного модифицированного провода.
Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение относится к кабельной промышленности, а именно к изделиям для высоковольтных воздушных линий электропередачи с неизолированными проводниками, предназначенным для передачи электрической энергии напряжением до 110 кВ и выше.
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, включая и усиленный вариант для переходов, например, через водные преграды и другие естественные препятствия.
Использование для воздушных линий электропередачи традиционных конструкций неизолированных проводов типа АС не позволяет оптимизировать их параметры, касающиеся возможности передачи большей мощности, уменьшения габаритов провода и ветровых нагрузок, увеличения прочностных характеристик без дополнительного увеличения сечения стального сердечника, а, следовательно, возрастания общего веса провода.
Известен высокотемпературный алюминиевый провод с несущим композитным сердечником для воздушных линий электропередачи (см. патент на полезную модель 
100846, 29.07.2010 г., (51) МПК Н01В 5/08), в конструкции которого применяются различные варианты исполнения композитного сердечника и повивы из алюминиевых сплавов. Предлагаемые в патенте провода имеют достаточно высокую прочность и позволяют увеличить передаваемую мощность. При этом алюминиевые сплавы имеют повышенное электросопротивление (более чем на 19% по сравнению с алюминием), следовательно, в данном проводе имеют место более высокие потери передаваемой электроэнергии, которые резко возрастают с увеличением температуры провода до 150-200°С. Прогнозируемое в патенте увеличение шага опор повлечет за собой необходимость усиления их конструкций, т.е. дополнительные затраты. Кроме того, при отключении конечных потребителей или снижении нагрузки в вечерние, ночные часы и праздничные дни температура проводов понизится, а, следовательно, будут иметь место гололедные явления со
всеми негативными последствиями, включая повреждение или разрушение опор и выход линии из строя.
Таким образом, в результате использования вышеуказанных проводов произойдет рост потерь при передаче электроэнергии, особенно при повышении температуры провода до 150-200°С. Потери при передаче электроэнергии и высокая стоимость проводов ведут к возрастанию тарифов за электроэнергию для потребителей.
Известен также разработанный американской компанией Electro 3М (см. сайт www.3mrussia.ru) неизолированный усиленный провод, изготовленный с использованием алюминиевого композитного усиленного проводника, который предполагает повышение допустимой токовой нагрузки без увеличения диаметра провода более чем в 1,5 раза и обладает устойчивостью к температурной коррозии и провисанию вследствие малой величины относительного удлинения. В качестве сердечника используется композиция из алюминиевых проволок высокой чистоты диаметром от 1,9 до 2,9 мм, в каждую из которых внедрены двадцать пять тысяч микрометровых непрерывных продольных волокон из оксида алюминия.
Недостатки данного провода. Все наружные повивы выполняются из сплава алюминия с цирконием, что приводит к увеличению электросопротивления и, как следствие, увеличению потерь до 30% и более. При работе с повышенной нагрузкой электросопротивление провода при температуре свыше 75°С возрастает, и при температуре 210°С оно становится в 1,8 раза больше электросопротивления при температуре от 20 до 50°С, а при температуре 240°С - в 1,9 раза. Это влечет за собой значительный рост потерь в линиях электропередачи и, соответственно, себестоимости передаваемой энергии. Причем суммарная длительность режима перегрузки провода лимитирована и не должна превышать 1000 часов.
Кроме этого, при повышении температуры неизолированного провода с композитным сердечником при перегрузках и возникновении экстремальных ситуаций, вызывающих значительный рост температуры, несущая способность композитного сердечника снижается - вплоть до его разрушения.
Известен провод (см. WO 2012094504 (А2) - ALUMINUM ALLOY CONDUCTOR COMPOSITE REINFORCED FOR HIGH VOLTAGE OVERHEAD POWER LINES), в котором композитный сердечник содержит множество волокон из одного или нескольких материалов, или набор из углеродного волокна, внедренного в матрицу из эпоксидной смолы, а наружные повивы выполнены из какого-либо из ниже указанных алюминиевых сплавов: 6201, Т83, Т81, алюминиевого сплава 1350 - Н 19, или термостойкого алюминий-циркониевого сплава. При этом провода при эксплуатации имеют низкий провис.
Недостатком провода является то, что алюминиевые сплавы подвержены фактору «ползучести», что влечет за собой снижение прочности повивов из алюминиевых сплавов и общей допустимой нагрузки на провод. При этом, чем выше температура провода, тем интенсивнее металлическая часть провода теряет прочность и, соответственно, ухудшаются его прочностные характеристики, возрастает электросопротивление, что влечет за собой увеличение потерь в линиях электропередачи.
Технические результаты заявляемого технического решения провода:
1 Увеличение электропроводности провода модифицированной конструкции в сравнении с неизолированным сталеалюминиевым проводом (типа АС) на 15%, с сохранением габаритов провода и увеличением сечения электропроводящей части провода за счет выполнения повивов электропроводящей части провода трансформированными алюминиевыми проволоками.
2 Создание возможности передачи повышенной мощности по линии электропередачи без увеличения потерь.
3 Повышение надежности и гарантированное сохранение прочности провода в целом во время эксплуатации воздушных линий электропередачи, предупреждение возникновения аварийных ситуаций на воздушных линиях электропередачи за счет увеличения запаса прочности вследствие использования всей совокупности конструкторских и технологических решений:
- за счет использования композитного сердечника, например, из базальтовых волокон, изготовленного с применением добавок из материалов, содержащих наносоставляющие, увеличивающих прочность сердечника до 20%;
- за счет армирования композитного сердечника стальными проволоками, являющимися дополнительными усиливающими и страховочными элементами провода, в случае возникновения экстремальных ситуаций. Для армирования выбирают либо азотосодержащие аустенитные стальные проволоки с низкой магнитной проницаемостью и с пределом прочности не менее 1900 Н/мм2, либо стальные проволоки с пределом прочности более 2000 Н/мм2.
4 Улучшение эксплуатационных характеристик провода достигается за счет возможного применения силиконовой резины в качестве защитного покрытия провода. Этот материал имеет длительный срок службы, устойчивость: к электрическим полям, электрической короне и дуге - с сохранением неизменных электрических свойств, устойчивость к многократному сжатию, химическую инертность (устойчивость к воздействию морской и пресной воды, минеральных масел, фенолов, к растворам солей, к растворителям - спиртам, растворам кислот и щелочей, перекиси водорода), хорошую устойчивость к гололедообразованию (за счет антиадгезионных свойств) и атмосферным воздействиям (не изменяется под воздействием радиации, озона), не поддерживает горение, имеет низкое газовыделение, имеет диапазон рабочей температуры от минус 73°С до плюс 260°С, кратковременное повышение температуры возможно до плюс 480°С.
4 Обеспечение максимального равномерного распределения нагрузки на все элементы провода, включая проволоки наружного, внутреннего повивов и сердечника.
Описание заявляемого технического решения
Провод неизолированный модифицированный для воздушных линий электропередачи (далее провод) рассчитан на напряжение до 110 кВ или выше, содержит:
- токопроводящую часть, выполненную из повивов трансформированных проволок, изготовленных из электротехнического чистого алюминия;
- композитный сердечник, например из базальтовых волокон, имеющих добавки из материалов, содержащих наносоставляющие, увеличивающих прочность сердечника до 20%. Композитный сердечник армирован либо азотосодержащими аустенитными стальными проволоками с низкой магнитной проницаемостью с пределом прочности не менее 1900 Н/мм2, либо стальными проволоками с пределом прочности более 2000 Н/мм2.
При этом армирующие стальные проволоки либо скручены между собой одним или несколькими повивами и расположены в центре композитного сердечника, либо расположены вокруг композитного сердечника. Общее сечение армирующих стальных проволок зависит от типа и сечения неизолированного провода.
Трансформированные алюминиевые проволоки имеют трапецеидальное сечение. При этом обязательный зазор между проволоками составляет от 0,05 до 0,10 мм, что обеспечивает более равномерное распределение нагрузки на все элементы провода, включая токопроводящую часть и сердечник.
Поверх провода может накладываться защитный слой из силиконовой резины толщиной от 1,5 мм до 5 мм и более.
Сущность полезной модели поясняется изображением неизолированного провода на Фиг.1 и Фиг.2, где:
1 - высокопрочная стальная проволока внутри композитного сердечника;
2 - высокопрочная стальная проволока вокруг композитного сердечника;
3 - композитный сердечник;
4 - повивы из трансформированных алюминиевых проволок.
Пример выполнения провода:
1 Провод неизолированный модифицированный для воздушных линий электропередачи сечением 135/31 мм2 (сечение алюминиевой части 135 мм2 , базальтового сердечника
31 мм2). Диаметр базальтового сердечника - 6,3 мм. Наружный диаметр провода - 14,8 мм. Разрушающая нагрузка - 49,1 кН.
1. Провод неизолированный модифицированный для воздушных линий электропередачи выполнен из основной токопроводящей части, состоящей из одного или нескольких последовательных повивов, при этом проволока для повивов изготовлена из электротехнического чистого алюминия, и композитного сердечника,
отличающийся тем, что наружные и внутренние повивы выполнены с обязательным зазором от 0,05 до 0,10 мм между трансформированными проволоками, композитный сердечник изготовлен из базальтовых волокон, имеющих добавки из материалов, содержащих наносоставляющие, увеличивающие прочность базальтового сердечника до 20%, при этом сердечник дополнительно армирован стальными проволоками, имеющими предел прочности при растяжении не ниже 1900 Н/мм2; провод может иметь защитное покрытие из силиконовой резины с диапазоном рабочей температуры от минус 73°С до плюс 260°С, и выдерживающей кратковременное повышение температуры до плюс 480°С.
2. Провод по п.1, отличающийся тем, что композитный сердечник армирован азотосодержащими аустенитными стальными проволоками с низкой магнитной проницаемостью и повышенной проводимостью с пределом прочности при растяжении не менее 1900 Н/мм2 .
3. Провод по п.1, отличающийся тем, что композитный сердечник армирован стальными проволоками с пределом прочности при растяжении более 2000 Н/мм2.
4. Провод по п.1, отличающийся тем, что стальные проволоки, армирующие сердечник, скручены одним или более повивами между собой и расположены в центре или вокруг сердечника.
5. Провод по п.1, отличающийся тем, что имеет защитное покрытие из силиконовой резины толщиной от 1,5 до 5 мм.
6. Провод по п.1, отличающийся тем, что форма сечения проволок в повивах токопроводящей части трапецеидальная.
