Провод с армированными проволоками в повивах для воздушных линий электропередачи

Провод с армированными проволоками в повивах для воздушных линий электропередачи предназначен для новых воздушных линий при строительстве, или при реконструкции старых воздушных линий - для замены обычного сталеалюминиевого провода. Наиболее целесообразное применение данного провода в регионах с часто повторяющимися экстремальными погодными условиями. Заявляемый провод обязательно содержит проволоку с внутренним армированием во внешнем повиве и может содержать ее в других повивах, в зависимости от требований к прочностным, стоимостным и габаритным характеристикам провода. В заявляемом проводе увеличен предел прочности, обеспечена повышенная надежность и значительно снижена вероятность возникновения аварийных ситуаций на воздушных линиях электропередачи из-за обрывов проводов, особенно при налипании снега, при гололедных явлениях, при сильных ветровых нагрузках. Провод может выполняться в защищенном исполнении в целях снижения электромагнитного излучения, уменьшения межфазного расстояния и зоны отчуждения, повышения уровня безопасности при эксплуатации линий электропередачи. Провод изготовленный с использованием сплава меди с ниобием и хромом обладает не только повышенной проводимостью до 0,91 от проводимости меди по международному стандарту IACS, но и длительно работоспособен при температуре до 300°C в незащищенном исполнении и до 260°C в защищенном с термостойкой изоляцией. ОАО «Кирскабель» располагает полным комплектом современного технологического оборудования для производства данного провода.

Заявляемое техническое решение относится к кабельной промышленности, а именно к изделиям для высоковольтных воздушных линий электропередачи, предназначенных для передачи электрической энергии напряжением до 110 кВ и выше.

Известны различные конструкции неизолированных проводов, например техническое решение «Провод для воздушных линий электропередач» по заявке 201100059 Евразийского патентного ведомства от 18.01.2011, авторы Бирюков Б.А. и Давыдов А.В., которое предусматривает в конструкции неизолированного провода для воздушных линий электропередачи применение арамидного сердечника, усиленного повивами высокопрочных стальных проволок. При этом предел прочности при разрыве для ACKZ 306/31 составляет 13940 кг (136,6 кН), а для ACKZ 550/31 - 18560 кг (181,9 кН), что меньше разрывного усилия провода предлагаемой конструкции с армированием проволок в повивах в 2,04 и 1,53 раза соответственно. Несмотря на усложнение конструкций (в сердечниках проводов имеется дополнительно 156 и 247 стальных проволок диаметром 0,4 мм соответственно) и технологии изготовления данных проводов, во всех вариантах исполнения проводов наружные и внутренние повивы имеют низкую прочность. При возрастании нагрузки на провод в экстремальных условиях наружные повивы первыми выходят из строя. Кроме того, конструкции повивов в предлагаемых проводах образуют замкнутые силовые системы (арочная конструкция, конструкция «трубы»). Повивы работают раздельно, не передавая нагрузку от растягивающих усилий наружного повива к внутренним, т.е. конструкция провода не работает консолидировано.

Минусом данного провода является и то, что после отработки ресурса и в процессе последующей утилизации провода указанной конструкции возникнут дополнительные проблемы технического и экологического характера.

Наиболее близкими к заявляемому решению являются конструкции проводов, в том числе усиленных, с повивами из круглых алюминиевых проволок, с сердечником из стальных оцинкованных проволок (например, провода АС 300/67 и АС 300/204) (см. Электрические кабели, провода и шнуры: СПРАВОЧНИК / Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева; - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 38-41).

Существенными недостатками для данных проводов являются:

- недостаточное разрывное усилие, которое не обеспечивает надежности провода при возникновении экстремальных погодных условий;

- низкая прочность наружных повивов;

- неравномерное распределение нагрузки по повивам и сердечнику;

- отсутствие консолидированного сопротивления повивов провода, особенно с трапецеидальной формой жил, в период возникновения значительных растягивающих усилий при экстремальных ветровых нагрузках и гололедных явлениях,

- фактор «ползучести» для алюминия и его сплавов.

Так для провода AC 300/67 предельное разрушающее усилие в наружном повиве составляет не более 29,4 кН, что является совершенно недостаточным для прочности провода.

Провод AC 300/204 имеет: разрывное усилие 284,58 кН, соотношение площадей сечений алюминиевых повивов и стального сердечника 1,47, расчетный вес 2428 кг/км. Несмотря на усиленный вариант исполнения провода AC 300/204, разрывное усилие его наружного повива остается на низком уровне, как и в предыдущем примере - не более 29,4кН, что составляет только 10,3% от общего разрывного усилия провода.

Кроме этого, проводимость сталеалюминиевых проводов типа AC является низкой и составляет, в зависимости от исполнения, не более 0,65 от проводимости меди по международному стандарту IACS.

Технические результаты заявляемого технического решения провода для воздушных линий электропередачи:

1 Повышение надежности провода для воздушных линий электропередачи по сравнению с аналогом, состоящим из алюминиевых повивов и стального сердечника, за счет:

- увеличения предела разрывного усилия проволок в наружном повиве и проводе в целом. К примеру, разрывное усилие заявляемого провода, имеющего только наружный повив из проволок, армированных сталью, а все внутренние повивы - из алюминиевых проволок, превышает разрывное усилие всего провода AC 300/66, состоящего из алюминиевых повивов и стального сердечника, не менее чем в 1,1 раза. При этом предел прочности наружного повива из проволок с внутренним армированием превышает показатель прочности наружного повива провода-аналога в 4,4 раза. При исполнении провода, полностью состоящего из проволок с внутренним армированием, предел его прочности превышает предел прочности аналога не менее чем в 2 раза;

- наличия консолидированного сопротивления провода в целом и оптимального распределения усилий по повивам при воздействии на провод в период эксплуатации статических и динамических нагрузок, включая экстремальные, а также увеличение возможной критической нагрузки на провод при возникновении экстремальных погодных условий в результате:

- наличия армирования проволок в повивах стальной проволокой с пределом прочности не менее 200 кг/мм²;

- отсутствия в проводе обособленного стального сердечника;

- возможности варьирования соотношением проводящей и армирующей частей провода для достижения необходимых прочностных характеристик.

При этом достигается уменьшение потерь в линии электропередачи за счет применения электротехнического алюминия, меди или сплава меди с ниобием и хромом и объемного контакта проволок токопроводящей части провода и армирующих стальных проволок.

2 Значительное уменьшение влияния фактора «ползучести» для проволок из алюминия или из других цветных сплавов на снижение предела прочности в наружном повиве и проводе в целом за счет армирования проволок токопроводящей части стальными проволоками.

3 Полная утилизация провода после отработки ресурса с разделением на составляющие компоненты.

4 Возможность изготовления провода в защищенном исполнении, позволяющем уменьшить межфазное расстояние в линии, уменьшить зону отчуждения в городской черте, повысить эксплуатационную безопасность.

5 Токопроводящая часть провода заявляемой конструкции может выполняться не только из алюминия, но и из сплава меди с ниобием и хромом, обладающего повышенной проводимостью (от 0,89 до 0,91 от проводимости меди по международному стандарту IACS). При этом провод может эксплуатироваться при температуре до 300°C в незащищенном исполнении и до 260°C в защищенном исполнении с термостойкой изоляцией.

Описание заявляемого технического решения

Провод для воздушных линий электропередачи (далее провод) выполнен из повивов проволок, часть которых выполняет токопроводящую функцию, а другая часть токопроводящую и несущую функцию одновременно. Токопроводящая часть провода изготовлена либо из электротехнического алюминия, либо из меди, либо из сплава меди с ниобием и хромом, либо из других материалов с низким электросопротивлением. Проволоки, выполняющие также и несущую функцию, (далее - армированные проволоки) содержат внутри проволоку, изготовленную из материала с высоким пределом прочности (далее по тексту - армирующая проволока).

Наружный повив провода обязательно должен состоять из армированных проволок, при этом провод может либо полностью состоять из армированных проволок, или эти проволоки могут располагаться в меньшем количестве повивов, или с чередованием в повивах армированных и неармированных проволок.

Предел прочности стальных армирующих проволок - не менее 200 кг/мм².

Соотношение в проводе площади сечения металла с низким электросопротивлением к площади сечения внутренней армирующей стальной проволоки может варьироваться в различных пределах (в зависимости от требований к прочности провода) и преимущественно составляет 2:1.

Повивы токопроводящей части провода преимущественно уплотнены.

В случае необходимости, в целях снижения электромагнитного излучения, уменьшения межфазного расстояния и зоны отчуждения, повышения уровня безопасности при эксплуатации линий электропередачи, провод исполняется в защищенном варианте с наложением защитного экструдированного покрытия из светостабилизированного триингостойкого полиэтилена или из других видов изоляции, включая термостойкие.

Сущность полезной модели поясняется изображением неизолированного провода на Фиг. 1 и Фиг. 2, где:

1 - проволоки токопроводящей части;

2 - армирующие стальные проволоки.

Пример выполнения провода:

1 Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи сечением 300 мм² выполнен из 37 алюминиевых армированных проволок диаметром 3,7 мм. В центре каждой алюминиевой проволоки находится стальная проволока диаметром 2 мм с пределом прочности не ниже 200 кг/мм². Общее разрывное усилие стальных проволок 227,7 кН.

Суммарное разрывное усилие алюминиевой части провода составляет 51 кН.

Предел прочности такого провода составляет 278,7 кН, что превышает предел прочности аналога - сталеалюминиевого провода марки AC 300/66 в 2,2 раза.

Предел прочности наружного армированного повива составляет 130,6 кН, что превышает предел прочности наружного повива аналога сталеалюминиевого провода AC 300/66 в 4,4 раза и провода в целом в 1,11 раза. Обособленный стальной сердечник в данном проводе отсутствует. Уплотненная конструкция провода и использование электротехнического алюминия позволяет сохранить проводимость армированного провода на уровне аналога - сталеалюминиевого провода сечением 300/66 мм², в том числе и по габаритным размерам.

Соотношение в проводе площади сечения металла с низким электросопротивлением к площади сечения армирующей стальной проволоки составляет 2:1.

2 Провод для воздушных линий электропередачи сечением 300 мм² выполнен из уплотненных повивов 37 проволок диаметром 3,7 мм, изготовленных из сплава меди с ниобием и хромом. В центре каждой проволоки наружного повива находится стальная проволока диаметром 2 мм с пределом прочности не ниже 200 кг/мм². Общее разрывное усилие стальных проволок 227,7 кН. Провод имеет защитное покрытие из светостабилизированного триингостойкого полиэтилена толщиной 2,6 мм.

Суммарное разрывное усилие части провода, выполненной из сплава меди с ниобием и хромом составляет 82,7 кН.

Предел прочности такого провода составляет 310,4 кН, что превышает предел прочности аналога - сталеалюминиевого провода марки AC 300/66 в 2,6 раза.

Предел прочности наружного армированного повива составляет 151 кН, что превышает предел прочности наружного повива аналога (сталеалюминиевого провода AC 300/66) в 5,1 раза и провода в целом в 1,3 раза. Обособленный стальной сердечник в данном проводе отсутствует. Уплотненная конструкция провода и использование сплава меди с ниобием и хромом позволяет увеличить проводимость армированного провода до 0,91 от проводимости меди по международному стандарту IACS.

Соотношение в проводе площади сечения металла с низким электросопротивлением к площади сечения армирующей стальной проволоки составляет 2:1.

1. Провод для воздушных линий электропередачи выполнен из повивов проволок, в состав которых входит металл с низким электросопротивлением, отличающийся тем, что включает в себя армированные проволоки, которые дополнительно содержат внутри токопроводящей части армирующую проволоку с высоким пределом прочности; в проводе армированные проволоки могут располагаться: или в каждом повиве, или в меньшем количестве повивов, или с чередованием с неармированными проволоками в повивах, при этом обязательно выполнение наружного повива из армированных проволок.

2. Провод по п. 1, отличающийся тем, что внутренние армирующие проволоки выполнены из стали.

3. Провод по п. 1, отличающийся тем, что каждая армирующая проволока имеет предел прочности не менее 200 кг/мм² .

4. Провод по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящая часть проволок выполнена из материалов с низким электросопротивлением, таких как: алюминий или сплавы алюминия, медь или сплавы меди с ниобием и хромом.

5. Провод по п. 1, отличающийся тем, что соотношение площадей сечений проводящей и армирующей частей армированной проволоки приближено к соотношению 2:1.

6. Провод по п. 1, отличающийся тем, что все повивы проволок в проводе выполнены преимущественно уплотненными.

7. Провод по п. 1, отличающийся тем, что имеет экструдированное защитное покрытие из светостабилизированного триингостойкого полиэтилена или из других видов изоляции, включая термостойкие.

8. Провод по п. 1, отличающийся тем, что при изготовлении токопроводящих жил из сплава меди с ниобием и хромом обладает повышенной проводимостью в пределах от 0,89 до 0,91 от проводимости меди по международному стандарту IACS и длительно работоспособен при температуре до 300°С в незащищенном исполнении и до 260°С в защищенном с термостойкой изоляцией.