Провод для протяженных переходов воздушных линий электропередачи Российский патент 2024 года по МПК H01B5/10 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкции неизолированных сталеалюминиевых проводов, для протяженных переходов высокотемпературных, высокопрочных, предназначенных для передачи электрической энергии по воздушным линиям электропередачи 35 кВ и выше.

Известен провод для воздушных линий электропередачи (см. описание изобретения к патенту РФ № 2631421; МПК Н01В 5/08, опубл. 22.09.2017, Бюл. №27), 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, отличающийся тем, что указанный внешний повив образован проволоками с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья с радиусом кривизны г и впадины с радиусом кривизны г, при этом высоту зуба Н определяют с учетом расстояния раздвижения центров окружностей зуба и впадины.

Недостатками известного провода являются:

- технологическая сложность изготовления провода из набора проволок с фасонным профилем для сердечника, требующая сложной оснастки, в особенности фильер, для изготовления методом волочения проволок сердечника с поперечным сечением правильного шестиугольника (внутренний слой) и трапецеидального сечения (внешний слой), из углеродистой конструкционной стали, а также определенные сложности при изготовлении токопроводящих проволок с поперечным сечением в форме правильной трапеции, из алюминия или его термостойкого сплава;

- зубья, выполненные на большем основании равнобочной трапеции внешнего повива, требуют довольно сложной оснастки для изготовления данного профиля, увеличивают повышенное образование гололедных отложений, повышают уровень налипания снега, а также отрицательно влияют на стойкость провода к эоловой вибрации, пляске под действием ветровой нагрузки;

- значительно увеличивается стоимость провода.

Известен провод компактный неизолированный для воздушных линий электропередачи (см. описание к патенту на полезную модель RU № 96442, МПК Н01В 5/00, опубл. 27.07.2010). Технический результат достигается тем, что в качестве стального сердечника провод содержит пластически обжатый сердечник из круглых стальных оцинкованных проволок по ГОСТ 9850-72.

Изготовление пластически обжатого сердечника, по мнению авторов, способствует повышенной жесткости и прочности сердечника и провода, но стальная оцинкованная проволока по ГОСТ 9850-72, применяемая для изготовления сердечника, не соответствует этим требованиям. Пластическое обжатие, как вид обработки, увеличивает плотность сечения и увеличивает прочность сердечника, но с применением вышеуказанной проволоки, изготовленной в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 9850-72, достичь увеличения заявляемой прочности не представляется возможным.

Необходимо отметить, что нанесение цинкового или алюминиевого покрытия определенной толщины на стальную проволоку методом газотермического напыления довольно сложный метод, применяем в единичном производстве. В метизном производстве, проволока с определенной плотностью цинкового покрытия, изготавливается из передельной заготовки, прошедшей патентирование и нанесение одновременно цинкового покрытия, с последующим волочением на требуемый диаметр.

Известен сталеалюминиевый провод, Технические условия, ГОСТ 839-80 «Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи», который состоит из стального сердечника, для изготовления которого используется проволока стальная, оцинкованная для сердечников проводов ГОСТ 9850-80, обеспечивающего механическую прочность провода, покрытие сердечника слоем нейтральной смазки повышенной нагревостойкости и изготовление одного или нескольких повивов проволок из алюминия. Свивка проволок сердечника и нанесение повивов проволок в алюминиевой части провода производится многооперационным способом, заключающимся в послойном изготовлении провода, при котором скрутка повивов должна быть произведена в противоположные стороны при разных шагах свивки по слоям, в результате чего проволоки между слоями перекрещиваются, образуя точечное касание проволок в проводе.

К недостаткам этого известного способа можно отнести следующие:

- пониженная механическая прочность, увеличенная стрела провиса;

- низкий коэффициент заполнения сечения стального сердечника, а также алюминиевой части провода;

- значительный износ проволок из-за перекрещивания между слоями;

- значительные контактные напряжения между слоями провода;

- повышенные вибрации провода под действием ветра, повышенная парусность;

- 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, так как начинается его разрушение, или величина стрелы провиса становится больше допустимой величины, определяемой правилами безопасной эксплуатации высоковольтных линий.

Провода для переходов воздушных линий электропередачи через большие водные пространства являются важным звеном в структуре электрических сетей. Уникальность проводов для больших переходов определяется высокой степенью ответственности и повышенными требованиями, предъявляемыми к их надежности и долговечности, тяжелыми условиями эксплуатации, сложным комплексом при монтаже, ремонте или реконструкции. Удельная стоимость переходов в несколько раз превышает удельную стоимость самой линии.

В настоящее время для переходов воздушных линий электропередачи, через большие водные пространства, используются в основном сталеалюминиевые провода, изготовленные многооперационным способом, с точечным касанием проволок по слоям провода, с критическими недостатками, которые свойственны данным конструкциям проводов. Как правило, провода для протяженных переходов воздушных линий электропередачи, через большие водные пространства, применяют в настоящее время с не определенным соотношением сечения алюминиевой части к сечению стального сердечника провода.

Задачей заявляемого изобретения, является создание для протяженных переходов, оптимальной конструкции неизолированного сталеалюминиевого провода двух типов, высокотемпературного, высокопрочного, для которого соотношение площади сечения алюминиевой части провода к площади сечения стального сердечника провода, выполнено в диапазоне 1,05÷1,35, предназначенного для передачи и распределении электрической энергии по воздушной линии электропередачи, с повышенной пропускной способностью по току на номинальное напряжение до 35 кВ и выше, с более высокими техническими, эксплуатационными характеристиками, по отношению к характеристикам проводов, применяемых в настоящее время в качестве проводов для протяженных переходов, такими как:

- увеличение эксплуатационных, технических характеристик, более высокий модуль упругости;

- минимизированные остаточные конструкционные удлинения в процессе эксплуатации, минимальная стрела провиса по отношению к применяемым проводам;

- минимизация диаметра, при одновременном обеспечении максимальной прочности и пропускной способности по току;

- минимизация аэродинамических, вибрационных и гололедных нагрузок;

- максимальная технологичность монтажа.

Достижение вышеотмеченного положительного технического результата заявляемого изобретения, достигается разработанной конструкцией провода, в части соотношения сечения алюминиевой части провода к сечению стального сердечника, повышенными механическими характеристиками проволок стального сердечника, способа изготовления провода. Провод для протяженных переходов свивается с линейным касанием проволок, как отдельно стального сердечника, так и алюминиевой части провода, в отличие от проводов, применяемых в настоящее время с точечным касанием проволок. Сечение стального сердечника и сечение алюминиевой части провода, пластически деформированы по площади поперечного сечения, что способствует уплотнению сечения провода, степень уплотнения по площади сечения провода (0,92÷0,95)%, внешняя поверхность провода более гладкая, снижающая вибрационную нагрузку, пляску провода.

Решения по достижению технического результата заявляемого изобретения весьма актуальны, поскольку минимизирует комплекс эксплуатационных нагрузок на все элементы воздушной линии электропередачи, увеличивая общий срок службы и снижая риски аварийности, использовать обычные опоры (вместо более дорогих высотных). В свою очередь, даже незначительное повышение долговечности переходов, дает большой экономический эффект при длительной эксплуатации, реконструкции воздушной линии электропередачи на номинальное напряжение 35 кВ и выше.

Сущность заявляемого изобретения, заключается в следующем.

По первому типу.

Неизолированный сталеалюминиевый провод для протяженных переходов, высокотемпературный первого типа изготавливается с соотношением площади сечения алюминиевой части провода к площади сечения стального сердечника провода в диапазоне 1,05÷1,35.

При изготовлении высокотемпературного неизолированного сталеалюминиевого провода для протяженных переходов, изготавливается стальной сердечник из оцинкованных проволок, плотность цинкового покрытия по группе Ж, с временным сопротивлением разрыву, не менее 1570 Н/мм².

Стальной оцинкованный сердечник изготавливается трехслойным с линейным касанием проволок. Вокруг центральной проволоки, расположены первый слой семи проволок одного диаметра, второй слой с чередованием семи одного большего диаметра проволок и семи другого меньшего диаметра проволок и третьей слой из четырнадцати проволок одного диаметра, при этом первый, второй и третий слои, выполнены с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок первого, второго и третьего слоя. Проволоки по слоям укладываются с зазорами 4÷10% от величины номинального диаметра проволок, пластически деформированы по наружной поверхности проволок сердечника, со степенью обжатия площади поперечного сечения сердечника 5÷12%.

Вокруг сердечника расположен один слой токопроводящих проволок, выполненных из сплава на основе алюминия, включающий цирконий 0,20÷0,60 вес.%. Количество проволок в слое одного диаметра 15 штук. Пластическая деформация по наружной поверхности проволок провода из сплава на основе алюминия, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 2,5÷12,0%.

По второму типу.

Неизолированный сталеалюминиевый провод для протяженных переходов высокопрочный, изготавливается с соотношением площади сечения алюминиевой части провода к площади сечения стального сердечника провода в диапазоне 1,05÷1,35.

Вокруг сердечника расположен один слой алюминиевых токопроводящих проволок, количество проволок в слое одного диаметра 15 штук. Пластическая деформация по наружной поверхности проволок провода из алюминия, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 2,5÷12,0%.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 расположено поперечное сечение провода для протяженных переходов воздушных линий электропередачи, выполненное заявляемым способом, состоящее из:

1 - центральная проволока;

2 - проволоки первого слоя;

3 - проволоки второго слоя большего диаметра;

4 - проволоки второго слоя меньшего диаметра;

5 - проволоки третьего слоя;

6 - проволоки алюминиевого токопроводящего слоя.

Достижение положительного технического результата заявляемого изобретения, достигается разработанной конструкцией провода, в части соотношения площади сечения алюминиевой части провода к площади сечения стального сердечника провода, повышенными механическими характеристиками стального сердечника, способа изготовления провода, что подтверждает сравнительный анализ провода, состоящего из стального сердечника и алюминиевой части АС 300/204 по ГОСТ 839-80, с соотношением площади сечения алюминиевой части провода к площади сечения стального сердечника провода 1,47 и неизолированного сталеалюминиевого провода для протяженных переходов высокотемпературного 287/240, с соотношением площади сечения алюминиевой части к площади сечения стального сердечника провода 1,2.

Сравнительный анализ технических характеристик разработанного неизолированного сталеалюминиевого провода для протяженных переходов высокотемпературного 287/240, с сталеалюминиевым проводом АС 300/204 по ГОСТ 839-80, показывает, что при меньшем диаметре, разработанный провод для протяженных переходов, обладает гораздо более высокими техническими характеристиками, по отношению к проводу выполненному по ГОСТ 839-80. Так разрывная нагрузка разработанного провода для протяженных переходов, превышает сталеалюминиевый провод АС 300/204 на 52,15%, максимальное тяжение на 55,85%, длительно допустимый ток при 70°С на 15,16%, модуль Е на 28,26%, стрела провиса провода АС 300/204 на 43,23% выше, разработанного сталеалюминиевого высокотемпературного провода для протяженных переходов, с соотношением площади сечения алюминиевой части провода к площади стального сердечника 287/240.

Это позволяет, используя разработанную оптимальную конструкцию двух типов неизолированного сталеалюминиевого провода высокотемпературного, высокопрочного, с более высокими техническими, эксплуатационными характеристиками, по отношению к характеристикам проводов, применяемых в настоящее время, применять данное техническое решение, в качестве неизолированного сталеалюминиевого провода для протяженных переходов, предназначенного для передачи и распределении электрической энергии по воздушной линии электропередачи, с повышенной пропускной способностью по току на номинальное напряжение до 35 кВ и выше.

Изобретение относится к конструкции неизолированных сталеалюминиевых проводов. Технический результат заключается в повышении упругости, прочности и пропускаемой способности провода, снижении стрелы провиса. Технический результат достигается тем, что провод содержит сердечник из стальных оцинкованных проволок с плотностью цинкового покрытия проволок по группе Ж, с временным сопротивлением разрыву не менее 1570 Н/мм², с линейным касанием проволок одновременно свитых трех слоев. Вокруг центральной проволоки расположен слой из семи проволок одинакового диаметра, слой с чередованием семи проволок большого диаметра и семи проволок меньшего диаметра и слой из четырнадцати проволок одинакового диаметра. Проволоки по слоям укладываются с зазорами 4÷10% от величины номинального диаметра проволок. Степень обжатия площади поперечного сечения сердечника 5÷12%. Вокруг сердечника расположен слой из пятнадцати проволок из алюминиевого сплава, включающего цирконий 0,20÷0,60 вес.%. Степень обжатия проволок из алюминиевого сплава 2,5÷12,0%. Соотношение площадей сечения слоя алюминия и стального сердечника составляет 1,05÷1,35. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Провод для протяженных переходов воздушных линий электропередачи, неизолированный сталеалюминиевый высокотемпературный, состоящий из стального оцинкованного сердечника и токопроводящей части провода, отличающийся тем, что сердечник изготавливается из оцинкованных проволок, плотность цинкового покрытия проволок по группе Ж, с временным сопротивлением разрыву не менее 1570 Н/мм², с линейным касанием проволок одновременно свитых трех слоев, вокруг центральной проволоки расположен первый слой из семи проволок одинакового диаметра, вокруг первого слоя расположен второй слой проволок с чередованием семи проволок большого диаметра и семи проволок меньшего диаметра, третий слой содержит четырнадцать проволок одинакового диаметра, проволоки по слоям укладываются с зазорами 4÷10% от величины номинального диаметра проволок, пластически деформированы по наружной поверхности проволок сердечника, со степенью обжатия площади поперечного сечения сердечника 5÷12%, вокруг сердечника расположен один слой из пятнадцати токопроводящих проволок, выполненных из сплава на основе алюминия, включающий цирконий 0,20÷0,60 вес.%, пластическая деформация по наружной поверхности проволок провода из сплава на основе алюминия выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 2,5÷12,0 %, соотношение площади сечения алюминиевой части к площади сечения стального сердечника провода выполнено в диапазоне 1,05÷1,35.

2. Провод для протяженных переходов воздушных линий электропередачи, неизолированный сталеалюминиевый высокопрочный по п. 1, отличающийся тем, что токопроводящий слой из пятнадцати проволок выполнен из алюминия.