Провод неизолированный сталеалюминиевый высокопрочный, высокопрочный высокотемпературный (варианты) Российский патент 2021 года по МПК H01B5/10 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям неизолированных сталеалюминиевых проводов высокопрочных, высокопрочных высокотемпературных, предназначенных для передачи электрической энергии по воздушной линии электропередачи (ВЛ) 6 кВ и выше.

Известен Провод для линии электропередачи, состоящий из сердечника и проволочных повивов из алюминия, чередующихся с повивами из нанокомпозитной проволоки на металлической основе с наполнителем из многослойных углеродных нанотрубок, упрочненной многократным холодным волочением до заданного диаметра, согласно полезной модели сердечник выполнен композитным из нескольких проволок, состоящих из чистого алюминия, в который внедрены не менее 25000 микрометровых непрерывных продольных нановолокон оксида алюминия (см. описание полезной модели к патенту РФ №161621; МПК Н01В 5/08 опубликовано 27.04.2016, Бюл. №12).

Недостатками данной полезной модели:

- сравнительно низкая электропроводность при неизменном диаметре провода;

- технологическая сложность изготовления сердечника;

- а также токопроводящей части провода, состоящей из набора проволок из алюминия, чередующихся с повивами из нанокомпозитной проволоки на металлической основе с наполнителем из многослойных углеродных нанотрубок, упрочненной многократным холодным волочением до заданного диаметра, что соответственно повышает стоимость провода.

Известен Провод неизолированный для воздушных линий электропередачи, содержащий сердечник из скрученных несущих элементов, последовательно охваченный алюминиевой оболочкой и токопроводящей частью, отличающийся тем, что внутренняя поверхность алюминиевой оболочки частично повторяет наружную поверхность сердечника с обеспечением площади их взаимного контакта 20-90% от площади наружной поверхности сердечника и имеет толщину в наиболее тонких местах 0,2-2 мм (см. описание полезной модели к патенту РФ №138274; МПК Н01В 5/08 опубликовано 10.03.2014, Бюл. №7).

Провод имеет следующие недостатки:

- использование профилированных проволок токопроводящей части провода ведет к понижению технологичности изготовления и, как следствие, увеличение стоимости провода;

- сложность при расчете и технологически выдержать зазоры между круглыми проволоками стального сердечника, влияющих на целостность конструкции,

- пониженная прочность сердечника и алюминиевой оболочки, оказывающая влияние на регламентированную стрелу прогиба провода.

Известен Провод для воздушных линий электропередачи, содержащий стальной сердечник, выполненный из одной или нескольких проволок, имеющих вид взаимосопряженных фасонных профилей, и нескольких концентрических внутренних повивов и внешнего повива, выполненных из токопроводящих проволок трапецеидального сечения из алюминиевых или алюминиево-циркониевого сплава, внешний повив образован проволоками с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья с радиусом кривизны r и впадины с радиусом кривизны r. (см. описание изобретения к патенту РФ №2631421; МПК Н01В 5/08 опубликовано 22.09.2017, Бюл. №27).

Недостатками известного провода являются:

- технологическая сложность изготовления провода из набора проволок с фасонным профилем для сердечника и токопроводящей части провода;

- повышает стоимость провода;

- зубья выполненные на большем основании равнобочной трапеции внешнего повива, увеличивают повышенное образование гололедных отложений, повышают уровень налипания снега, что отрицательно скажется на стойкости к эоловой вибрации под действием ветровой нагрузки;

- повышает стоимость провода;

Известен способ изготовления сталеалюминиевого провода, который включает изготовление стального сердечника обеспечивающего механическую прочность провода, из стальных оцинкованных проволок диаметром 1,50÷4,61 мм каждая, покрытие сердечника слоем защитной термостойкой смазкой и изготовление одного или несколько повивов проволок из алюминия (см. Технические условия ГОСТ 839-80 «Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи).

К недостатками этого известного способа можно отнести следующее:

- пониженная механическая прочность;

- пониженная пропускная способность, повышенный нагрев;

- повышенные вибрации провода под действием ветра,

- повышенное налипание снега и льда, повышенное образование гололедных отложений;

- температурный предел нагрева проходящим током при длительной эксплуатации равный не более 90°С, при температуре 100-110°С токоведущий повив провода теряет прочность, что ограничивает возможности передачи проводом и по количеству передаваемой электроэнергии (величине тока), так как начинается его разрушение и(или) величина стрелы прогиба становится больше допустимой величины, определяемой правилами безопасной эксплуатации высоковольтных линий.

Задачей заявляемого изобретения является создание неизолированного сталеалюминиевого провода двух типов: первый - высокопрочный неизолированный сталеалюминиевый провод в двух вариантах; второй - высокопрочный высокотемпературный сталеалюминиевый провод в двух вариантах, и применение полученных конструкций провода для передачи и распределения электрической энергии по воздушной линии электропередачи на номинальное напряжение 6 кВ и выше.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.

По первому типу - высокопрочный неизолированный сталеалюминиевый провод.

Высокопрочный неизолированный сталеалюминиевый провод изготавливается в двух вариантах, различной конструкции в зависимости от диаметра провода, площади сечения алюминиевой и стальной составляющих провода. Стальной сердечник изготавливается из оцинкованных проволок, плотность цинкового покрытия по группе ОЖ, с временным сопротивлением разрыву не менее 1670 (170) Н/мм² (кгс/мм²) по ГОСТ 7372-79 «Проволока стальная канатная. Технические условия».

Обеспечение высокой стойкости провода к пляски, эоловой вибрации, снижению гололедообразования, достигается путем повышения их конструктивной плотности, за счет кругового пластического обжатия по площади поперечного сечения металлического оцинкованного сердечника и провода.

По первому варианту - высокопрочный неизолированный сталеалюминиевый провод. Металлический оцинкованный сердечник изготавливается по типу однослойной пряди, с линейным касанием проволок, состоящий из проволок одинакового диаметра, в количестве от 5 до 14 штук, в зависимости от номинального диаметра сердечника, свитых вокруг центральной проволоки, сохраняя при этом линейное касание в слое.

Круговая пластическая деформация по наружной поверхности проволок, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения сердечника 4,0÷14,0%.

Сердечник покрыт двумя слоями алюминиевых проволок по типу двухслойных прядей, с линейным касанием проволок, с одинаковым числом проволок в каждом слое и отличными диаметрами проволок по слоям. Количество алюминиевых проволок в зависимости от номинального диаметра провода, в двух слоях, изменяется от 10 до 36 штук. Круговая пластическая деформация по наружной поверхности алюминиевых проволок, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 3,5÷17,0%.

По второму варианту - высокопрочный неизолированный сталеалюминиевый провод. Металлический оцинкованный сердечник, изготавливается аналогично конструкции металлического оцинкованного сердечника, изготавливаемому по первому варианту.

Вокруг сердечника расположены два слоя алюминиевых проволок по типу двухслойных прядей, с линейным касанием проволок. Второй слой состоит из четного числа проволок двух различных диаметров, чередующихся между собой, а первый слой состоит из проволок одинакового диаметра. Количество алюминиевых проволок в зависимости от номинального диаметра провода, в двух слоях, изменяется от 15 до 36 штук. Круговая пластическая деформация провода по наружной поверхности алюминиевых проволок, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 3,5÷17,0%.

Это позволяет, используя конструкции высокопрочного металлического сердечника для неизолированных проводов, оцинкованную проволоку по группе ОЖ с временным сопротивлением, не менее 1670 (170) Н/мм² (кгс/мм²), способ изготовления сердечника, увеличить его прочность на 20÷30%, по отношению к стальному сердечнику сталеалюминиевого провода по ГОСТ 839-80, изготовленному из проволоки стальной оцинкованной для сердечников проводов по ГОСТ 9850-72. Способствует применению проводов для больших переходов, а также использовать в областях со значительными ветровыми/гололедными нагрузками.

По второму типу - высокопрочный высокотемпературный неизолированный сталеалюминиевый провод.

Высокопрочный высокотемпературный неизолированный сталеалюминиевый провод изготавливается в двух вариантах, различной конструкции в зависимости от диаметра провода, площади сечения токопроводящей и стальной составляющих провода, как и для рассмотренных ранее конструкций для высокопрочного неизолированного сталеалюминиевого провода. Стальной сердечник изготавливается из оцинкованных проволок, плотность цинкового покрытия по группе ОЖ, с временным сопротивлением разрыву, не менее 1670 (170) Н/мм² (кгс/мм²) по ГОСТ 7372-79 «Проволока стальная канатная. Технические условия». Стальной сердечник покрывается слоем термостойкой смазки, толщиной 0,2÷0,5 мм, стойкой к воздействию высокой температуры, поверх слоя смазки расположены слои проволок из сплава на основе алюминия, включающего цирконий 0,12÷6,0 вес.%.

По первому варианту - высокопрочный высокотемпературный неизолированный сталеалюминиевый провод. Металлический оцинкованный сердечник, изготавливается по типу однослойной пряди, с линейным касанием проволок, состоящий из проволок одинакового диаметра, в количестве от 5 до 14 штук, в зависимости от номинального диаметра сердечника, свитых вокруг центральной проволоки, сохраняя при этом линейное касание в слое.

Круговая пластическая деформация по наружной поверхности проволок, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения сердечника 4,0÷14,0%.

Сердечник покрывается слоем термостойкой смазки, толщиной 0,2÷0,5 мм, стойкой к воздействию высокой температуры.

Вокруг сердечника, покрытого термостойкой смазкой, свиты два слоя проволок из сплава на основе алюминия, включающего цирконий 0,12÷6,0 вес.% по типу двухслойных прядей, с линейным касанием проволок, с одинаковым числом проволок в каждом слое и отличными диаметрами проволок по слоям. Количество проволок из сплава на основе алюминия, включающего цирконий 0,12÷6,0 вес.% в зависимости от номинального диаметра провода, в двух слоях, изменяется от 10 до 36 штук. Круговая пластическая деформация по наружной поверхности проволок провода, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 3,5÷17,0%.

По второму варианту - высокопрочный высокотемпературный неизолированный сталеалюминиевый провод. Металлический оцинкованный сердечник изготавливается аналогично конструкции металлического оцинкованного сердечника, изготавливаемому по первому варианту.

Вокруг сердечника покрытого термостойкой смазкой, свиты два слоя проволок из сплава на основе алюминия, включающего цирконий 0,12÷6,0 вес.%, по типу двухслойных прядей, с линейным касанием проволок. Второй слой состоит из четного числа проволок двух различных диаметров, чередующихся между собой, а первый слой состоит из проволок одинакового диаметра. Количество проволок из сплава на основе алюминия, включающего цирконий 0,12÷6,0 вес.% в зависимости от номинального диаметра провода, в двух слоях, изменяется от 15 до 36 штук. Круговая пластическая деформация по наружной поверхности проволок, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 3,5÷17,0%.

Это позволяет применить вновь разработанный провод неизолированный сталеалюминиевый высокопрочный, высокопрочный высокотемпературный (варианты), для передачи и распределения электрической энергии на номинальное переменное напряжение 6 кВ и выше, допускающих рабочую температуру провода - 210°С при максимальных значениях пропускаемого тока, а также позволит существенно увеличить эффективность ВЛ в районах с высокими температурами воздуха и солнечной активности.

Группа изобретений относится к конструкции неизолированных проводов. Высокопрочный неизолированный сталеалюминиевый провод состоит из стального металлического оцинкованного сердечника и токопроводящей части провода. Сердечник изготавливается с линейным касанием проволок по типу однослойной пряди, состоящий из проволок одинакового диаметра, в количестве от 5 до 14 штук, свитых вокруг центральной проволоки. Сердечник изготавливается из оцинкованных проволок, плотность цинкового покрытия по группе ОЖ, с временным сопротивлением разрыву, не менее 1670 Н/мм². Сердечник пластически деформирован по наружным поверхностям проволоки, степень обжатия площади поперечного сечения 4,0-14,0%. Вокруг сердечника расположены два слоя алюминиевых проволок с линейным касанием проволок по типу двухслойных прядей, с одинаковым числом проволок в каждом слое и отличными диаметрами проволок между слоями. Количество алюминиевых проволок в двух слоях изменяется от 10 до 36 штук. Круговая пластическая деформация провода по наружной поверхности провода выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 3,5-17,0%. Также заявлены варианты высокопрочного неизолированного сталеалюминиевого провода. Технический результат заключается в повышении прочности провода. 4 н.п. ф-лы.

1. Высокопрочный неизолированный сталеалюминиевый провод, состоящий из стального металлического оцинкованного сердечника и токопроводящей части провода, отличающийся тем, что сердечник изготавливается с линейным касанием проволок по типу однослойной пряди, состоящий из проволок одинакового диаметра, в количестве от 5 до 14 штук, свитых вокруг центральной проволоки, сердечник изготавливается из оцинкованных проволок, плотность цинкового покрытия по группе ОЖ, с временным сопротивлением разрыву, не менее 1670 Н/мм², сердечник пластически деформирован по наружным поверхностям проволоки, степень обжатия площади поперечного сечения 4,0÷14,0%, вокруг сердечника расположены два слоя алюминиевых проволок с линейным касанием проволок по типу двухслойных прядей, с одинаковым числом проволок в каждом слое и отличными диаметрами проволок между слоями, количество алюминиевых проволок, в двух слоях, изменяется от 10 до 36 штук, круговая пластическая деформация провода по наружной поверхности провода выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 3,5÷17,0%.

2. Высокопрочный неизолированный сталеалюминиевый провод, состоящий из стального металлического оцинкованного сердечника и токопроводящей части провода, отличающийся тем, что сердечник изготавливается с линейным касанием проволок по типу однослойной пряди, состоящий из проволок одинакового диаметра, в количестве от 5 до 14 штук, свитых вокруг центральной проволоки, сердечник изготавливается из оцинкованных проволок, плотность цинкового покрытия по группе ОЖ, с временным сопротивлением разрыву, не менее 1670 Н/мм², сердечник пластически деформирован по наружным поверхностям проволоки, степень обжатия площади поперечного сечения 4,0÷14,0%, вокруг сердечника расположены два слоя алюминиевых проволок с линейным касанием проволок, по типу двухслойных прядей, второй слой состоит из четного числа проволок двух различных диаметров, чередующихся между собой, а первый слой состоит из проволок одинакового диаметра, количество алюминиевых проволок, в двух слоях, изменяется от 15 до 36 штук, круговая пластическая деформация по наружной поверхности провода выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 3,5÷17,0%.

3. Высокопрочный высокотемпературный неизолированный сталеалюминиевый провод, состоящий из стального металлического оцинкованного сердечника и токопроводящей части провода, отличающийся тем, что сердечник изготавливается с линейным касанием проволок по типу однослойной пряди, состоящий из проволок одинакового диаметра, в количестве от 5 до 14 штук, свитых вокруг центральной проволоки, металлический сердечник изготавливается из оцинкованных проволок, плотность цинкового покрытия по группе ОЖ, с временным сопротивлением разрыву, не менее 1670 Н/мм², сердечник пластически деформирован по наружным поверхностям проволоки, степень обжатия площади поперечного сечения 4,0÷14,0%, сердечник покрыт слоем термостойкой смазки толщиной 0,2÷0,5 мм, стойкой к воздействию высокой температуры, вокруг сердечника свиты два слоя проволок из сплава на основе алюминия, включающего цирконий 0,12÷6,0 вес.% с линейным касанием проволок по типу двухслойных прядей, с одинаковым числом проволок в каждом слое и отличными диаметрами проволок между слоями, количество проволок из сплава на основе алюминия, включающего цирконий 0,12÷6,0 вес.%, в двух слоях, изменяется от 10 до 36 штук, круговая пластическая деформация по наружной поверхности провода выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 3,5÷17,0%.

4. Высокопрочный высокотемпературный неизолированный сталеалюминиевый провод, состоящий из стального металлического оцинкованного сердечника и токопроводящей части провода, отличающийся тем, что сердечник изготавливается с линейным касанием проволок по типу однослойной пряди, состоящий из проволок одинакового диаметра, в количестве от 5 до 14 штук, свитых вокруг центральной проволоки, металлический сердечник изготавливается из оцинкованных проволок, плотность цинкового покрытия по группе ОЖ, с временным сопротивлением разрыву, не менее 1670 Н/мм², сердечник пластически деформирован по наружным поверхностям проволоки, степень обжатия площади поперечного сечения 4,0÷14,0%, сердечник покрыт слоем термостойкой смазки толщиной 0,2÷0,5 мм, стойкой к воздействию высокой температуры, вокруг сердечника свиты два слоя проволок из сплава на основе алюминия, включающего цирконий 0,12÷6,0 вес.%, второй слой состоит из четного числа проволок двух различных диаметров, чередующихся между собой, а первый слой состоит из проволок одинакового диаметра, количество проволок из сплава на основе алюминия, включающего цирконий 0,12÷6,0 вес.%, в двух слоях, изменяется от 15 до 36 штук, круговая пластическая деформация по наружной поверхности провода выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 3,5÷17,0%.