ПРОВОД ДЛЯ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ Российский патент 1996 года по МПК H01B5/08 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к воздушным линиям элетропередачи. Предлагаемый провод может быть использован в качестве токонесущего элемента линии.

Известен электрический провод, содержащий стальной многопроволочный сердечник и проводящий элемент, выполненный в виде по меньшей мере двух повивов алюминиевых проволок с чередующимся направлением скрутки, а также дополнительный повив проволок из сплава, содержащегося мас. магний 0,45 - 0,60; кремний 0,45 0,60; железо 0,40 0,70; алюминий остальное, при этом повив из сплава расположен третьим, считая от наружного [1] В этом проводе переменный ток протекает в направлении винтовых осей отдельных проволок и создает в стальном сердечнике, обладающем высокой относительной магнитной проницаемостью (100 600), значительный продольный магнитный поток и связанные с ним добавочные потери электроэнергии. Кроме того, провод подвержен разрушениям вследствие механических повреждений наружного повива, выполненного из мягких алюминиевых проволок относительно малого диаметра, при монтаже ВЛ [2]
Известен также сталеалюминиевый провод, содержащий стальной сердечник и несколько повивов алюминиевых проволок с компенсированным магнитным потоком в сердечнике за счет изменения направления скрутки и диаметра проволок от повива к повиву, в котором повив с проволоками меньшего диаметра расположен третьим, считая снаружи [3] В этом проводе проволоки наружного повива имеют относительно малый диаметр по сравнению с проволоками других повивов и недостаточную механическую прочность.

Провод для линии электропередачи [4] скручен из алюминиевых проволок и проволок, изготовленных из металла с высокой прочностью, низкой электропроводностью и немагнитными свойствами, такого как титан, титановые сплавы, углеродистая нержавеющая сталь системы ферросплавов (сталь 18 10). Немагнитные прочные проволоки, заполняющие полностью или частично наружный повив, повышают его прочность и защищают от повреждений. Этот провод обладает следующими недостатками.

Проволока из указанных немагнитных прочных металлов имеет низкий модуль упругости (10000 11000 кг/мм²) и высокое удлинение (до 40%). Поэтому в единой конструкции с алюминиевыми проволоками, имеющими удлинение около 8% она не может быть нагружена до допустимого напряжения, что приводит к необходимости увеличения более чем в 2 раза, доли полного сечения упрочняющих проволок по сравнению с сечением алюминия, утяжелению провода, изоляторов и опор линии электропередачи, усложнению арматуры, повышению стоимости провода и линии в целом или повышению активного сопротивления провода из-за снижения доли сечения алюминия.

Кроме того, провод [4] имеет повышенное активное сопротивление при переменном токе вследствие размещения проволок с низкой электропроводностью в периферийных слоях и, в частности, в наружном слое.

Задачей изобретения является снижение активного сопротивления токонесущего провода при одновременном повышении его прочности. Поставленная задача достигается путем выполнения сердечника в сталеалюминиевом проводе из немагнитного плохопроводящего металла с высокими прочностными характеристиками, что, в свою очередь, позволяет увеличить диаметр алюминиевых проволок наружного повива и тем самым повысить его прочность.

Предлагаемая конструкция провода состоит из стального сердечника и нескольких повивов из алюминиевых проволок. Основными существенными отличиями предложения являются изготовление сердечника из азотсодержащей аустенитной стали по а. с. N1507854, при этом алюминиевые повивы выполнены из проволок различного диаметра, наибольший из которых у проволок наружного повива. Перечисленные существенные признаки определяют новизну и изобретательский уровень предложения.

На фиг. 1 изображен токонесущий провод с алюминиевыми повивами из проволок одинакового диаметра. На фиг. 2 провод, у которого наружный повив выполнен из алюминиевых проволок наибольшего диаметра, где 1 проволоки стального сердечника, 2 проволоки из алюминия, 3 прядь, при 3-x прядном наполнении сердечника.

Проволоки на азотсодержащей аустенитной стали (1) имеют удлинение 4,5 - 5,5% разрывную прочность 150 200 кг/мм², а также другие физико-механические характеристики, совместимые с характеристиками алюминиевых проволок (2). Поэтому отно- сительные доли сечения сердечника и проводящих повивов определяются назначением провода и принимаются без ограничений, присущих проводу [4] В частности, наибольшее значение для линий электропередачи имеют провода с отношением сечения алюминия к сечению стали, равным 6 8. Для повышения механической прочности провода алюминиевые повивы выпол- нены из проволок различного диаметра, при этом наибольшим принят диа- метр проволок наружного повива (фиг. 2). Разрывная прочность проволок пропорциональна их сечению. Поэтому предлагаемый провод, выполненный согласно фиг. 2, защищен от повреждений при его монтаже на линии электропередачи, обрывов и истирания наружного повива при зацепах и трении о поверхность земли. Благодаря низкой относительной магнитной проницаемости сердечника (меньше 10) предельное увеличение диаметра проволок наружного повива не вызывает добавочных потерь электроэнергии.

Азотсодержащая немагнитная сталь обладает низкой проводимостью и высокой коррозионной стойкостью, не требует защитного цинкового или алюминиевого покрытия и смазки.

Предлагаемая к использованию азотсодержащая аустенитная сталь в соответствии с а.с. N1507854 имеет следующее соотношение компонентов, мас. углерод 0,005 0,10; хром 17,5 19,5; никель 7,0 8,5; марганец 8,1 11,0; кремний 0,3 1,9; молибден 2,1 3,5; медь 0,01 3,0; азот 0,3 - 0,65; по крайней мере один металл из группы щелочно-земельных металлов, содержащей кальций, барий, магний, стронций 0,01 0,05; по крайней мере один металл из группы редкоземельных металлов, содержащей лантан, церий, иттрий, неодим, митметалл 0,001 0,05; железо остальное.

Экспериментальные и расчетные данные подтверждают эффективность предлагаемой конструкции провода. Например, сталеалюминиевый провод АС 400/51 (ГОСТ 839-80) при токе 1200 А имеет на частоте 60 Гц погонное активное сопротивление 0,0795 Ом/км, что на 12,5% выше его сопротивления при постоянном токе. При увеличении диаметра проволок наружного повива добавочные потери электроэнергии в проводе еще более резко возрастают.

Провод, выполненный с сердечником из азотсодержащей стали и таким же сечением составляющих металлов, имеет активное сопротивление 0,0711 Ом/км, то есть на 11,3% ниже, чем у известного провода, причем с увеличением диаметра проволок наружного повива его сопротивление не возрастает.

Предлагаемый провод может быть изготовлен на существующем оборудовании по известной технологической схеме.

Экономический эффект от использования предлагаемого провода образуется за счет снижения потерь электроэнергии в линии.

В проводах больших сечений для высоковольтных линий электропередачи значительные потери энергии обусловлены поверхностным эффектом и явлением короны. В предлагаемой конструкции провода сердечник может быть выполнен из трех многопроволочных прядей 3 (фиг. 2). При этом вследствие дополнительного снижения коэффициента заполнения сердечника материалом проволок по сравнению с однопрядным сердечником на 35% наружный диаметр сталеалюминиевого провода увеличивается на 3 5% Такое увеличение диаметра провода приводит к снижению на 20 30% потерь от поверхностного эффекта и от короны, а также к снижению радиопомех и шума от короны при неизменной материалоемкости провода. Трехпрядная конструкция сердечника наилучшим образом обеспечивает устойчивость его формы и формы привода в целом. При этом направление свивки прядей сердечника должно быть противоположным направлению свивки первого наложенного на сердечник повива из алюминия.

В случае применения в сердечнике однопрядной, а тем более трехпрядной конструкции проволок из обычной углеродистой стали с антикоррозионным покрытием возможно проявление истирания покрытия и коррозии наружных слоев в прядях. Однако применение в предлагаемой конструкции азотсодержащей стали, являющейся устойчивой к коррозии и не требующей дополнительного покрытия, позволяет избежать этого отрицательного эффекта.

Таким образом, применение сердечника из азотсодержащей аустенитной коррозионно-стойкой стали повышает прочность и долговечность сердечника и провода в целом наряду с указанным выше снижением потерь электроэнергии в линии электропередачи.

Использованная литература:
1. А.с. СССР N 1704170, кл. H 01 B 5/08, 1992, БИ N 1.

2. И.Г.Барг, В.И.Эдельман. Воздушные линии электропередачи. М. Энергоатомиздат, 1985.

3. А.с. СССР N 1767538, кл. H 01 B 5/08, 1992, БИ N 37.

4. Патент Японии N 12845, кл. 60 A 11, 1965.

5. А.с. СССР N 1507854, кл. C 22 С 38/58, БИ N 34, 1989.

Использование: изобретение относится к электроэнергетике, а именно к воздушным линиям электропередачи, и может быть использовано в качестве токонесущего элемента линии. Сущность изобретения: провод состоит из стального сердечника и нескольких повивов из алюминиевых проволок. Сердечник выполнен из немагнитной азотсодержащей аустенитной стали, обладающей низкой магнитной проницаемостью и повышенной прочностью. Алюминиевые повивы выполнены из проволок различного диаметра, при этом наибольшим является диаметр наружного повива проволок. Провод предлагаемой конструкции обладает пониженным активным сопротивлением и повышенной механической прочностью. 2 ил.

1. Провод для линии электропередачи, содержащий стальной сердечник и повивы алюминиевых проволок, отличающийся тем, что сердечник выполнен из азотсодержащей маломагнитной аустенитной стали, мас.

Углерод 0,005-0,10
Хром 17,5-19,5
Никель 7,0-8,5
Марганец 8,1-11,0
Кремний 0,3-1,9
Молибден 2,1-3,5
Медь 0,01-3,0
Азот 0,3-0,65
По крайней мере один металл из группы редкоземельных металлов, содержащий лантан, церий, иттрий, неодим, мишметалл 0,001-0,05
Железо Остальное
2. Провод по п. 1, отличающийся тем, что алюминиевые повивы выполнены из проволок различного диаметра, при этом наибольшим является диаметр проволок наружного повива.