EA020445B1

EA020445B1 - Провод для воздушных линий электропередач

Info

Publication number: EA020445B1
Application number: EA201100059A
Authority: EA
Inventors: Борис Александрович Бирюков; Алексей Владимирович Давыдов
Original assignee: Борис Александрович Бирюков; Алексей Владимирович Давыдов
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2014-11-28
Also published as: EA201100059A1

Abstract

Изобретение относится к производству проводов для воздушных линий электропередачи повышенной пропускной способности. Целью изобретения является повышение несущей способности сердечника, создающее возможность роста пропускной способности, снижение погонного веса провода, увеличение механической прочности и устойчивость к ветровым нагрузкам. Поставленная цель достигается тем, что провод состоит из грузонесущего сердечника, на который навиты в один или несколько слоев круглые или фасонные токоведущие проволоки, выполненного в виде троса, один или два слоя прядей которого содержат сердцевину из арамидных или подобных ему нитей, на которую навиты высокопрочные проволоки диаметром 0,2-0,8 мм, полученные из стали с содержанием углерода 0,8-1,0% и суммарной деформацией более 96%, прочностью 3000-4000 Н/мм, причем отношение алюминиевой части провода к стальной по весу находится в пределах от 4 до 6,5, а стальной части к арамидной 8,5-10.

Description

(57) Изобретение относится к производству проводов для воздушных линий электропередачи повышенной пропускной способности. Целью изобретения является повышение несущей способности сердечника, создающее возможность роста пропускной способности, снижение погонного веса провода, увеличение механической прочности и устойчивость к ветровым нагрузкам. Поставленная цель достигается тем, что провод состоит из грузонесущего сердечника, на который навиты в один или несколько слоев круглые или фасонные токоведущие проволоки, выполненного в виде троса, один или два слоя прядей которого содержат сердцевину из арамидных или подобных ему нитей, на которую навиты высокопрочные проволоки диаметром 0,2-0,8 мм, полученные из стали с содержанием углерода 0,8-1,0% и суммарной деформацией более 96%, прочностью 3000-4000 Н/мм², причем отношение алюминиевой части провода к стальной по весу находится в пределах от 4 до 6,5, а стальной части к арамидной 8,5-10.

020445 Β1

020445 В1

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в качестве проводов для воздушных линий электропередачи повышенной пропускной способности.

Известен провод [1] для воздушных линий электропередач, содержащий стальные проволоки, плакированные алюминием, толщина слоя которого находится в пределах 0,02-0,5 мм, за счет чего допускается разогрев до 250°С при максимальном токе до 1500 А. Однако такой провод, имеющий сечение в большей части стальное с удельным весом более 7,9 г/мм³ в сравнении с алюминием плотностью менее 2,7 г/мм³, резко утяжеляет его по отношению к сталеалюминиевому проводу по ГОСТ 839-80, где отношение веса алюминиевой части к стальной не превышает 1,5 раз.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является провод [2], содержащий композиционный несущий сердечник в виде длинномерного стержня или скрученных вместе стержней из композиционного материала с армирущими углеродными, арамидными, полиамидными, керамическими, стеклянными, базальтовыми или борными волокнами и термореактивного теплостойкого полимерного связующего. Сердечник многожильной конструкции скручивают из отформованных единичных жил с защитной алюминиевой оболочкой на крутильных машинах, после чего на него наматывают по спирали ленту из стеклоткани или другой теплостойкой ткани.

Конструкция такого сердечника сложна по составу входящих в него материалов, их стоимость высока, а технология изготовления характеризуется многоступенчатостью, большой трудоемкостью исполнения, требующей высокой квалификации персонала и оборудования. Ремонтопригодность конструкции сердечника, в особенности в условиях эксплуатации, достаточно проблематична.

Задачей изобретения является создание несущего сердечника для внешних токоведущих жил проводов воздушных высоковольтных линий электропередач, обеспечивающего повышение пропускной способности, снижение погонного веса провода, увеличение механической прочности, стойкость к температурным удлинениям, устойчивость к ветровым нагрузкам.

Поставленная задача решается за счет увеличения соотношения алюминиевой части провода к стальной путем повышения агрегатной и усталостной прочности элементов сердечника тросовой конструкции из прядей, включающих сердцевину в виде волокон из арамида или аналогичных материалов, на которые навивают особовысокопрочную стальную проволоку, имеющую на поверхности цинковое или алюминиевое покрытие. Трос изготавливают из указанных прядей крестовой свивкой для компенсации крутящего момента. Полученный таким образом сердечник является грузонесущим элементом провода, а его токоведущая часть выполнена в виде фасонных (Ζ-образных, трапециевидных, клинообразных или Х-образных) алюминиевых проволок, навитых на него в один или несколько разнонаправленных слоев.

Применение тросовой многопроволочной структуры композитного сердечника позволяет использовать в конструкции тонкие проволоки диаметром 0,2-0,8 мм, полученные волочением из высокоуглеродистой стали с содержанием углерода 0,8-1,0% и суммарной деформацией более 96%, чем достигается прочность порядка 3000-4000 Н/мм², тогда как в настоящее время в проводах по ГОСТ 839-80 применяют в качестве сердечника стальную оцинкованную проволоку диаметром не менее 1,78 мм с временным сопротивлением разрыву не более 2000 Н/мм², имеющую по отношению к токоведущей части значительный вес.

Предлагаемый провод по сравнению с аналогом имеет ряд существенных преимуществ, среди которых основным является более высокое отношение веса токоведущей алюминиевой части провода к стальному сердечнику, во-первых, за счет применения в нем особовысокопрочной стальной проволоки, позволяющей снизить вес стальной части провода примерно вдвое. Это невыполнимо для аналога, т.к. горячее плакирование алюминием предлагаемой стали несовместимо с предварительным упрочнением ее волочением с высокими суммарными деформациями. Во-вторых, использование арамидной сердцевины внутри стального сердечника позволяет получить еще большее отношение алюминиевой части провода к стальной, т.к. легкая арамидная сердцевина с удельной плотностью 1,44 г/см³ в высокопрочных стальных прядях имеет в 10 раз большее отношение прочности на разрыв к весу единицы длины, чем стальной сердечник. При равной разрывной прочности в предлагаемом проводе значительно уменьшается диаметр сердечника и при равном диаметре проводов появляется дополнительная площадь для алюминия. При равной площади сечения алюминиевой части провода уменьшается его диаметр, что снижает ветровую и гололедную нагрузку на предлагаемый провод.

В сравнении с прототипом предлагаемый провод имеет в сердечнике только два основных компонента: сердцевину из арамидных волокон, не требующую каких-либо связующих типа эпоксидных смол, как у прототипа, и удерживаемых в структуре сердечника радиальными силами, создаваемыми навитыми на них проволоками. Стальные проволоки служат также защитным средством для арамидной сердцевины вместо алюминиевой или другой ленты, как вынуждены делать в прототипе, а свивкой их в прядь и затем в тросовую структуру достигают хорошей устойчивости и гибкости сердечника, который становится надежной опорой для наружных токоведущих проволок провода. Поверхность грузонесущего троса в предлагаемом проводе можно выполнить близкой к кругу путем пластического формоизменения в роликовых устройствах, т.к пряди композитной структуры легко изменяют форму в треугольную, а тросовый сердечник становится круглым в результате радиального воздействия со стороны роликового инструмента, имеющего соответствующий профиль. Сравнение с прототипом показывает, что предлагаемый про- 1 020445 вод за счет увеличения прочности проволок сердечника и использования в его прядях арамидной сердцевины может нести существенно больше токопроводящих элементов, увеличивая пропускную способность линии электропередач.

На этом основании делается вывод о том, что изобретение соответствует требованиям новизны и изобретательского уровня, т.к. исследованные известные технические решения не позволяют решить поставленную задачу.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показана на фиг. 1 конструкция предлагаемого провода с параметрами: Д - диаметр провода; количество слоев - 3 и высота Ζ-образных проволок токопроводящего элемента - в; диаметр сердечника - Д; б_с - диаметр прядей сердечника: п₁ -количество прядей сердечника. На фиг. 2 показана структура предлагаемого сердечника с параметрами: Д- диаметр сердечника; б_с - диаметр прядей; б_п-диаметр проволок в сердечнике; Д_а - диаметр арамидной сердцевины с линейной плотностью N текс. Здесь приведены две структуры сердечника: 1+6 и 1+6+12 - для провода с двухслойной (не показана) и трехслойной токопроводящей частью.

Сравнение технических характеристик стандартного провода и предлагаемого приведены в таблице, где рассмотрены два варианта: 1 - вариант обозначен ΛΟΚΖ 306/ 31 - он выполнен исходя из условия равенства сечения алюминиевых проволок с проводом АС 300/66 и имеет следующие преимущества:

отношение сечения алюминиевых проволок к стальным в 2,2 раза больше;

вес алюминиевой части получен несколько большим в результате увеличения ее сечения за счет уменьшения диаметра сердечника;

вес стальной части сердечника уменьшается почти в три раза, облегчая провод и снижая нагрузку на опоры;

отношение веса алюминиевой части к стальной также возрастает в три раза; разрывное усилие провода возрастает на 12%, повышая запас его прочности; диаметр провода уменьшается на 8,2% за счет уменьшения диаметра сердечника на 23,8%; сопротивление остается примерно на том же уровне.

Второй вариант выполнен при условии достижения необходимого запаса прочности, т.е. используя возможность увеличения сечения токопроводящих проволок за счет сокращения веса сердечника. Получены следующие показатели предлагаемого провода в сравнении с аналогом: сечение алюминиевой части возросло на 83%.

Технические характеристики

Провода ΛΟΚΖ 306/ 31 и ΛΟΚΖ 550/ 31 в сравнении с проводом АС 300/ 66 по ГОСТ 839-80

	Наименование параметра	дскг 306/31	Αεκζ 550/31	АС 300/66
1	Сечение проволок стальных и алюминиевых	306/31	550/31	300/66
2	Число алюминиевых проволок и диаметр, мм	30/ 3,5	54/3,4	30/3,5
3	Число стальных проволок и диаметр, мм	156/ 0,4	247/0,4	19/21
4	Число повивов алюминиевых и стальных проволок	2/2	3/2	2/2
5	Отношение сечения алюминиевых проволок к стальным	9,8	17, 7	4,4
б	Форма сечения алюминиевых проволок	Ζ- образная	Ζ- образная	Круглая
7	Вес алюминиевой части, гр/ м	823	1518	796
8	Структура сердечника	Арамид +Ст	Арамид +Ст	стальной
9	Вес стальной части сердечника, гр/м	181	242	524
10	Плотность арамидной сердцевины, гр/м	18	28,5
11	Отношение веса алюминиевой части к стальной	4, 5	6,3	1,5
12	Разрывное усилие провода, кг	13940	18560	12480
13	Диаметр провода, мм	22,5	29,2	24,5
14	Диаметр сердечника,мм	8,0	10,8	10,5
15	Сопротивление, ом/ км	0,098	0,05	0,10

отношение сечения алюминиевой части к стальной возросло до 400%, что свидетельствует о резком

- 2 020445 росте полезной прочности сердечника, тогда как у исходного провода она бесполезно тратится на поддержание самого сердечника;

отношение веса алюминиевой части к стальной возрастает до 4,2 раз; разрывное усилие провода возросло на 49%, т.е. почти в 1,5 раза;

диаметр провода несколько возрос (не более 20%), однако применение фасонной проволоки и обкатки поверхности провода в роликах компенсирует этот рост;

электрическое сопротивление предлагаемого провода уменьшается в два раза, что существенно улучшает его пропускную способность.

В сравнении с прототипом стальной трос в качестве сердечника, несмотря на арамидную сердцевину в нем, поддается ремонту, т.к. позволяет сваривать пряди, разнося сварные соединения по длине сердечника.

Таким образом, совокупность признаков, предложенных согласно изобретению, обеспечивает комплекс положительных свойств провода, что подтверждает эффективность предлагаемого технического решения и целесообразность его использования в промышленности.

Источники информации:

1. Провод для воздушных линий электропередачи. Патент РФ №2396617, опубликован 10.08.2010.

2. Композиционный несущий сердечник для внешних токоведущих жил проводов воздушных высоковольтных линий электропередачи и способ его производства. Патент РФ №2386183, опубликован 10.04.2010.

Claims

Провод для воздушных линий электропередачи, состоящий из грузонесущего сердечника, на который навиты в один или несколько слоев круглые или фасонные токоведущие алюминиевые проволоки, отличающийся тем, что сердечник выполнен в виде троса, один или два слоя прядей которого содержат сердцевину из арамидных или подобных ему нитей, на которую навиты стальные высокопрочные проволоки диаметром 0,2-0,8 мм, полученные из стали с содержанием углерода 0,8-1,0% и суммарной деформацией более 96% прочностью 3000-4000 Н/мм², причем отношение алюминиевой части провода к стальной находится в пределах от 4 до 6,5 по весу, а стальной части к арамидной 8,5-10.