RU100846U1

RU100846U1 - HIGH TEMPERATURE ALUMINUM WIRE WITH A CARRYING COMPOSITE CORE FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES (OPTIONS)

Info

Publication number: RU100846U1
Application number: RU2010131840/07U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Григорьевич Сильченков; Сергей Владимирович Гришин; Олег Вадимович Литвиненко
Original assignee: Дмитрий Григорьевич Сильченков; Сергей Владимирович Гришин; Олег Вадимович Литвиненко
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2010-12-27

Abstract

1. Провод для воздушных линий электропередачи, содержащий композиционный несущий сердечник и многопроволочную токопроводящую жилу, отличающийся тем, что композиционный несущий сердечник одножильной конструкции содержит на поверхности упрочняющий спиральный каркас, выполненный путем однозаходной, или многозаходной, или однорядной, или многорядной, или перекрестной встречной спиральной намотки термостойкой нити с зазором или встык, или с перекрытием, а многопроволочная токопроводящая жила выполнена из теплостойкого алюминиевого сплава, имеющего предел длительной эксплуатации до 300°С. ! 2. Провод п.1, отличающийся тем, что композиционный несущий сердечник одножильной конструкции выполнен в виде длинномерного стержня диаметром от 3 до 70 мм. ! 3. Провод по п.1, отличающийся тем, что упрочняющий спиральный каркас композиционного несущего сердечника выполнен из термостойкой арамидной нити линейной плотностью от 6,3 до 120 текс, или углеродной, полиэфирной, полиимидной, стеклянной, базальтовой нити или ровинга линейной плотностью до 1200 текс, имеющих предел прочности до 8 ГПа и способных длительно эксплуатироваться при температуре до 300°С. ! 4. Провод по п.1, отличающийся тем, что композиционный несущий сердечник выполнен из высокопрочного армирующего волокна одного состава и термореактивного теплостойкого полимерного связующего, степень наполнения полимерной теплостойкой матрицы армирующими волокнами составляет 30-95 мас.%, а содержание термореактивного теплостойкого полимерного связующего 5-70 мас.%. ! 5. Провод по п.1, отличающийся тем, что композиционный несущий сердечник содержит в качестве армирующего волокна с� 1. A wire for overhead power lines containing a composite supporting core and a multi-wire conductive core, characterized in that the composite supporting core of a single-core structure comprises a reinforcing spiral frame on the surface made by a single-pass, or multi-pass, or single-row, or multi-row, or cross-counter spiral winding heat-resistant filaments with a gap or end-to-end or overlapping, and a multi-wire conductive core is made of heat-resistant aluminum alloy va having a limit of continuous operation up to 300 ° C. ! 2. The wire of claim 1, characterized in that the composite supporting core of a single core design is made in the form of a long rod with a diameter of 3 to 70 mm. ! 3. The wire according to claim 1, characterized in that the reinforcing spiral frame of the composite supporting core is made of heat-resistant aramid filament with a linear density of 6.3 to 120 tex, or carbon, polyester, polyimide, glass, basalt filament or roving with a linear density of up to 1200 Tex, having a tensile strength of up to 8 GPa and capable of long-term operation at temperatures up to 300 ° C. ! 4. The wire according to claim 1, characterized in that the composite supporting core is made of high strength reinforcing fiber of the same composition and thermosetting heat-resistant polymer binder, the degree of filling of the heat-resistant polymer matrix with reinforcing fibers is 30-95 wt.%, And the content of thermosetting heat-resistant polymer binder 5 -70 wt.%. ! 5. The wire according to claim 1, characterized in that the composite supporting core contains c� as a reinforcing fiber

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкции проводов сверхдальних, магистральных, распределительных воздушных линий электропередачи и электрических сетей.The utility model relates to electrical engineering, namely to the design of ultra-long, trunk, distribution overhead power transmission lines and electrical networks.

Повышение пропускной способности (пиковых мощностей) воздушных линий электропередачи (ВЛ) является в настоящее время актуальной технической задачей.Increasing the throughput (peak capacity) of overhead power lines (VL) is currently an urgent technical task.

Реальной возможностью повышение пропускной способности (пиковых мощностей) ВЛ при минимальных затратах является повышение токовой нагрузки. Данный способ решения проблемы экономически обоснован, так как, несмотря на значительные омические потери электроэнергии за счет тепловой диссипации, не требует строительства новых линий или замены проводов и, соответственно опор.A real opportunity to increase the throughput (peak power) of the overhead line at the lowest cost is to increase the current load. This method of solving the problem is economically justified, because, despite significant ohmic losses of electricity due to thermal dissipation, it does not require the construction of new lines or the replacement of wires and, accordingly, supports.

Повышение токовой нагрузки приводит в условиях эксплуатации к разогреву провода. Применяемые в настоящее время неизолированные стелеалюминиевые провода в воздушных линиях электропередачи (см. например, патент РФ №2063080) свидетельствуют, что сталеалюминиевые провода АС имеют предел длительной эксплуатации 90ºС. Данные провода сконструированы таким образом, чтобы в условиях эксплуатации механическая нагрузка в них равномерно распределялась между токоведущим алюминиевым повивом и стальным несущим сердечником. При температуре 100-110ºС токоведущий повив провода АС начинает отжигаться, теряет прочность и провод разрушается или величина его провиса становится больше допустимой величины, определенной правилами безопасной эксплуатации высоковольтных линий. Значимого повышения пропускной способности ВЛ в случае повышения токовой нагрузки при использовании провода АС добиться невозможно.An increase in current load leads to heating of the wire under operating conditions. The currently used non-insulated stele-aluminum wires in overhead power lines (see, for example, RF patent No. 2063080) indicate that the steel-aluminum wires of the AC have a long-term operation limit of 90 ° C. These wires are designed in such a way that under operating conditions the mechanical load in them is evenly distributed between the current-carrying aluminum coil and the steel bearing core. At a temperature of 100-110ºС, the current-carrying coil of the AC wire begins to anneal, loses its strength, and the wire breaks or its sag becomes greater than the allowable value defined by the rules for safe operation of high-voltage lines. It is impossible to achieve a significant increase in the transmission capacity of overhead lines in the event of an increase in current load when using AC wires.

Практика работы ведущих электросетевых компаний свидетельствует, что перспективным направлением в решении проблемы повышения пропускной способности ВЛ является разработка новых конструкционных материалов для проводов и сердечников линий электропередач, способных длительно эксплуатироваться при температурах 100-300ºС.The practice of the leading electric grid companies indicates that a promising direction in solving the problem of increasing the transmission capacity of overhead lines is the development of new structural materials for wires and cores of power lines that can be operated for a long time at temperatures of 100-300ºС.

Известные в настоящее время высокотемпературные алюминиевые неизолированные провода конструктивно состоят из несущего сердечника и скрученных токопроводящих жил, изготовленных из теплостойкого алюминий-циркониевого сплава или отожженного сплава 1350, аналогичного по составу отечественным сплавам А5Е, А7Е. Выбор марки алюминиевого сплава токопроводящих жил осуществляется исходя из физико-механических характеристик несущего сердечника. В случае если физико-механические характеристики сердечника близки к показателям углеродистых сталей, используют повив, выполненный из алюминий-циркониевого сплава. При применении усиленных, с точки зрения физико-механических показателей, сердечников, допускается использование отожженных алюминиевых сплавов технической чистоты, имеющих более высокую, по сравнению с алюминий-циркониевыми сплавами проводимость.Currently known high-temperature non-insulated aluminum wires are structurally composed of a bearing core and twisted conductors made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or annealed alloy 1350, similar in composition to domestic alloys A5E, A7E. The selection of the brand of aluminum alloy of conductive conductors is based on the physicomechanical characteristics of the bearing core. If the physicomechanical characteristics of the core are close to those of carbon steels, a coil made of aluminum-zirconium alloy is used. When using cores reinforced from the point of view of physical and mechanical properties, it is allowed to use annealed aluminum alloys of technical purity having a higher conductivity compared to aluminum-zirconium alloys.

В первом случае механическая нагрузка на провод в условиях эксплуатации равномерно распределяется между алюминиевым повивом и несущим сердечником. При применении в высокотемпературных алюминиевых неизолированных проводах для изготовления токопроводящего повива отожженного алюминия технической чистоты, вся механическая нагрузка провода в условиях эксплуатации воспринимается несущим сердечником.In the first case, the mechanical load on the wire under operating conditions is evenly distributed between the aluminum coil and the bearing core. When used in high-temperature non-insulated aluminum wires for the manufacture of conductive coils of annealed aluminum of technical purity, the entire mechanical load of the wire under operating conditions is perceived by the bearing core.

Заявитель проанализировал характеристики и параметры известных и применяемых в настоящее время отечественных и зарубежных конструкционных материалов проводов для воздушных линий электропередачи. Проведенный анализ показал следующее.The applicant analyzed the characteristics and parameters of the known and currently used domestic and foreign structural materials for wires for overhead power lines. The analysis showed the following.

Известен провод типа GTACSR (Новости электротехники 5(35) 2005), в котором алюминиевые проводники из алюминий-циркониевого сплава внутреннего слоя, ближайшего к сердечнику, имеют трапецеидальное сечение. Внутренний слой изготовлен таким образом, что между ним и стальным сердечником есть зазор, заполненный смазкой, стойкой к воздействию температуры. Такая конструкция обеспечивает скольжение алюминиевых слоев относительно стального сердечника, за счет чего GTACSR провод можно натянуть, только зафиксировав стальной сердечник и исключив механическое натяжение алюминиевого слоя. Это решение гарантирует малое (определяемое только линейным коэффициентом расширения стали) удлинение (провисание) провода вследствие роста температуры. Соответственно GTACSR провода увеличивают передаваемые мощности. С другой стороны, для этих конструкций необходима специальная процедура натяжения провода, более сложная по сравнению с натяжением обычных сталеалюминиевых проводов. Основное различие между технологиями монтажа GTACSR и обычных проводов заключается в монтаже зажимов. В случае применения GTACSR провода алюминиевые слои должны быть расплетены для крепления провода на анкерных опорах. После крепления и натяжения провод оставляют на 24 часа для выравнивания (скольжением) проводящих слоев относительно натянутого стального сердечника, затем провод подтягивают.A wire of the GTACSR type is known (Electrical News 5 (35) 2005), in which aluminum conductors of an aluminum-zirconium alloy of the inner layer closest to the core have a trapezoidal cross section. The inner layer is made in such a way that between it and the steel core there is a gap filled with grease that is resistant to temperature. This design ensures the sliding of the aluminum layers relative to the steel core, due to which the GTACSR wire can be tensioned only by fixing the steel core and eliminating the mechanical tension of the aluminum layer. This solution guarantees a small (determined only by the linear coefficient of expansion of the steel) elongation (sagging) of the wire due to temperature increase. Accordingly, GTACSR wires increase the transmitted power. On the other hand, these structures require a special procedure for tensioning the wire, which is more complicated compared to the tension of ordinary steel-aluminum wires. The main difference between GTACSR mounting technology and conventional wiring is clamp mounting. When using GTACSR wires, the aluminum layers must be braided to secure the wires to the anchor supports. After fastening and tensioning, the wire is left for 24 hours to align (slip) the conductive layers relative to the stretched steel core, then the wire is pulled.

Максимальная рабочая температура GTACSR проводов составляет 150ºС. При такой температуре передаваемая мощность может быть увеличена в 2 раза.The maximum working temperature of GTACSR wires is 150ºС. At this temperature, the transmitted power can be increased by 2 times.

Для провода типа ZTACIR (Новости электротехники 5(35) 2005) с усиленным сердечником из сталеникелевого сплава INVAR допустимая температура достигает 210ºС, а передаваемая мощность в 2,5-3 раза выше, чем на линиях с обычными сталеалюминиевыми проводами при той же конструкции опор (высоте, точке подвеса). Однако стоимость проводов типа ZTACIR на сегодняшний день в 5 раз превышает стоимость обычного провода, a GTACSR провод дороже обычного провода в 2,5 раза.For a wire of the ZTACIR type (Electrical News 5 (35) 2005) with a reinforced core made of steel-nickel alloy INVAR, the permissible temperature reaches 210 ° C, and the transmitted power is 2.5-3 times higher than on lines with ordinary steel-aluminum wires with the same construction of supports ( height, suspension point). However, the cost of wires of the ZTACIR type today is 5 times higher than the cost of a conventional wire, while a GTACSR wire is 2.5 times more expensive than a conventional wire.

Аналогичные конструкции имеют провода типа Т ACSR, GAP, ACSS, TAI (Новости электротехники 5 (47) 2007). Данные провода обеспечивают увеличение пропускной способности ЛЭП. Однако большой вес и стоимость делают перспективы их практического применения малопривлекательными.Similar designs have wires of type T ACSR, GAP, ACSS, TAI (Electrical Engineering News 5 (47) 2007). These wires provide an increase in transmission line capacity. However, the great weight and cost make the prospects for their practical application unattractive.

Известен алюминиевый провод с композиционным сердечником (заявка РСТ WO №2005/040017, В 65Н) от компании Composite Technology Corp.(СТС).Known aluminum wire with a composite core (PCT application WO No. 2005/040017, B 65H) from Composite Technology Corp. (STS).

Алюминиевый провод АССС от компании СТС имеет несущий сердечник, представляющий собой эпоксидную матрицу, армированную углеродными и стеклянными волокнами. Технология изготовления такого повода предусматривает, что во время процесса пултрузии непрерывное однонаправленное углеродное волокно формирует цельный сердечник цилиндрической формы, в то время как слой волокон из Е-стекла такой же ориентации укладывают вокруг наружной оболочки. Углеродные и стеклянные волокна пропитывают высокотемпературной эпоксидной смолой.The ACCC aluminum wire from STS has a supporting core, which is an epoxy matrix reinforced with carbon and glass fibers. The manufacturing technology of such an excuse provides that during the pultrusion process a continuous unidirectional carbon fiber forms a solid cylindrical core, while a layer of E-glass fibers of the same orientation is laid around the outer sheath. Carbon and glass fibers are impregnated with high temperature epoxy.

Слой стеклопластика решает следующие технические задачи:The fiberglass layer solves the following technical problems:

- он отделяет углеволокно от проводящего алюминиевого токоведущего повива для предотвращения контактной коррозии;- it separates carbon fiber from a conductive aluminum current-carrying coil to prevent contact corrosion;

- он «уравновешивает» более хрупкое углеродное волокно и улучшает гибкость сердечника.- It “balances” the more brittle carbon fiber and improves core flexibility.

Легкий электропроводящий кабель АССС от Composite Technology Corp.содержит, полученный пултрузией цельный структурный сердечник из эпоксидной матрицы, усиленной углеродными и стеклянными волокнами, покрытый проводящим отожженным алюминиевым проводом. Для получения цельного сердечника в виде стержня мокрый пучок волокон проводят через стальную фильеру и отверждают при 260ºС.The ACCC lightweight conductive cable from Composite Technology Corp. contains, by pultrusion, a solid structural core of an epoxy matrix reinforced with carbon and glass fibers, coated with a conductive annealed aluminum wire. To obtain a solid core in the form of a rod, a wet fiber bundle is passed through a steel die and cured at 260 ° C.

Защитное наружное покрытие наносят и отверждают на линии производства. Стержень режется на нужную заказчику длину. Сердечники имеют диаметры от 12.7 мм до 69.85 мм, что дает плотность тока от 300 А до 3500 А на линию. В результате проводниковая система АССС может непрерывно работать при 180ºС и может выдерживать кратковременные скачки до 200ºС, с всего лишь 10%-м провисанием от величины провисания провода со стальным сердечником.A protective outer coating is applied and cured on the production line. The bar is cut to the length required by the customer. The cores have diameters from 12.7 mm to 69.85 mm, which gives a current density of 300 A to 3500 A per line. As a result, the ACCC conductor system can operate continuously at 180 ° C and can withstand short-term jumps up to 200 ° C, with only 10% sagging from the amount of sagging wires with a steel core.

Алюминиевый повив провода АССС выполнен из скрученных токопроводящих жил, изготовленных из теплостойкого алюминий-циркониевого сплава или отожженного сплава 1350, аналогичного по составу отечественным сплавам А5Е, А7Е.The aluminum coil of ACCC wire is made of twisted conductive cores made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or annealed alloy 1350, similar in composition to domestic alloys A5E, A7E.

Конструктивной и технологической особенностью сердечника провода АССС от компании СТС является то, что в его составе используют два и более высокопрочных, непрерывно армирующих сердечник волокна: стеклянное и углеродное волокно.The structural and technological feature of the ACCC wire core from STS is that it contains two or more high-strength, continuously reinforcing fiber core: glass and carbon fiber.

Данное обстоятельство заметно усложняет технологию производства такого сердечника и провода на его основе.This fact significantly complicates the production technology of such a core and wires based on it.

Известны конструктивные варианты высокотемпературных проводов для линий электропередачи (патент РФ №2386183, Н01В 5/08), реализованные на основе запатентованных модификаций композиционного несущего сердечника. Конструкции высокотемпературных проводов, приведенные в патенте РФ №2386183, наиболее близкие по технической сущности к патентуемой полезной модели и выбраны в качестве прототипа.Known structural options for high-temperature wires for power lines (RF patent No. 2386183, НВВ 5/08), implemented on the basis of patented modifications of the composite carrier core. The design of the high-temperature wires shown in the patent of the Russian Federation No. 2386183, the closest in technical essence to the patented utility model and selected as a prototype.

Провода для линий электропередачи, изготовленные на основе запатентованного несущего композиционного сердечника (патент РФ №2386183) имеют сердечник одно или многожильной конструкции.Wires for power lines made on the basis of a patented supporting composite core (RF patent No. 2386183) have a core of one or multi-core design.

Конструктивно сердечник представляет собой длинномерный стержень или скрученные длинномерные стержни из высокопрочного теплостойкого непрерывно армированного композиционного материала, имеющего предел прочности при разрыве не менее 1 ГПа, состоящего из высокопрочного армирующего волокна одного состава со степенью наполнения 30-85 мас.% и термореактивного теплостойкого полимерного связующего содержанием 15-70 мас.%.Structurally, the core is a long rod or twisted long rods of high-strength heat-resistant continuously reinforced composite material having a tensile strength at break of at least 1 GPa, consisting of a high-strength reinforcing fiber of the same composition with a degree of filling of 30-85 wt.% And a thermosetting heat-resistant polymer binder content 15-70 wt.%.

Формование профиля несущего сердечника в виде длинномерного стержня осуществляют методом пултрузии. Предусмотрена возможность нанесения на сердечник наружного защитного покрытия в виде защитной лакотканевой оболочки.The forming of the profile of the bearing core in the form of a long rod is carried out by the method of pultrusion. It is possible to apply an external protective coating to the core in the form of a protective paint-and-lacquer shell.

Формование профиля несущего сердечника осуществляют также непосредственно в защитной наружной металлической оболочке. В этом случае, жгут армирующего волокна, пропитанного термореактивным теплостойким связующим, размещают на движущуюся алюминиевую ленту, которую свертывают вместе с пропитанным волокном в цилиндр в формообразующем устройстве.The core core profile is also formed directly in the protective outer metal shell. In this case, a bundle of reinforcing fiber impregnated with a thermosetting heat-resistant binder is placed on a moving aluminum tape, which is rolled together with the impregnated fiber into a cylinder in a forming device.

Существенными недостатками проводов для линий электропередачи, изготовленных на основе несущего композиционного сердечника по технологии, приведенной в патенте РФ №2386183), являются:Significant disadvantages of wires for power lines made on the basis of a supporting composite core according to the technology described in the patent of the Russian Federation No. 2386183) are:

- высокий процент брака и невысокая производительность изготовления проводов с сердечником многожильной конструкции, имеющего жилы диаметром 0,5-3 мм;- a high percentage of marriage and low productivity of manufacturing wires with a core of a multi-core design having conductors with a diameter of 0.5-3 mm;

- необходимость использования дорогостоящих многоручеестых фильер и средств автоматизации процесса для обеспечения приемлемой производительности процесса;- the need to use expensive multi-die dies and process automation tools to ensure acceptable process performance;

- относительно невысокая устойчивость провода к воздействию внешних активных факторов окружающей среды, таких как ветровая нагрузка, гололедо-изморозевые образования, удары молнии, обусловленная низкой компактностью токопроводящей жилы, изготовленной из скрученных алюминиевых проволок круглой формы без уплотнения.- relatively low resistance of the wire to the effects of external active environmental factors, such as wind load, icy-hoar frost, lightning strikes due to the low compactness of the conductive core made of twisted round aluminum wires without sealing.

- низкая эффективность металлической защитной оболочки сердечника провода в случае ее раскрытия в условиях эксплуатации для предотвращения термоокислительной деструкции сердечника.- low efficiency of the metal protective sheath of the core of the wire in case of its disclosure in operating conditions to prevent thermal oxidative degradation of the core.

- невысокая производительность нанесения лакотканевой защитной оболочки сердечника провода.- low productivity of applying varnished protective sheath of the core of the wire.

- отсутствие в составе лакотканевой защитной оболочки и полимерной матрицы сердечника антипирренов, что обуславливает возможность возгорания провода в случае пиковых нагрузок или короткого замыкания. Данный недостаток ограничивает число теплостойких полимерных композиций пригодных для использования в данных элементах провода.- the absence of flame retardant in the composition of the varnish-cloth protective shell and the polymer matrix matrix, which makes it possible to ignite the wire in the event of peak loads or short circuit. This disadvantage limits the number of heat-resistant polymer compositions suitable for use in these wire elements.

Провода с гибким многожильным сердечником, имеющим диаметр жил 0,5-3 мм, при изготовлении, транспортировке, подвесе провода и его последующей эксплуатации, более предпочтительны по сравнению с проводами с жестким одножильным сердечником.Wires with a flexible multicore core having a core diameter of 0.5-3 mm are more preferable in the manufacture, transportation, suspension of the wire and its subsequent operation compared to wires with a rigid single-core core.

Практика изготовления многожильных сердечников показывают, что возможности метода пултрузии при изготовлении длинномерных стержней малого диаметра, реализованные в патенте РФ №2386183, ограничены.The practice of manufacturing multicore cores shows that the capabilities of the pultrusion method in the manufacture of long rods of small diameter, implemented in RF patent No. 2386183, are limited.

Возникающие в фильере в процессе формования значительные силы граничного трения могут превысить прочность формуемой жилы, что приводит к многочисленным обрывам. Для предотвращения этого приходится резко снижать скорость формования, использовать дорогостоящие многоручеестые фильеры, точно настраивать и жестко контролировать технологические параметры процесса. При этом любое случайное изменение параметра (например, скачок температуры на несколько градусов), приводит к обрыву формуемой жилы. Учитывая, что строительная длина алюминиевых неизолированных проводов составляет 3 км, высокий проценту брака при промышленном производстве неизбежен.Significant boundary friction forces arising in the die during molding can exceed the strength of the mold core, which leads to numerous breaks. To prevent this, it is necessary to drastically reduce the molding speed, use expensive multi-die dies, fine-tune and tightly control the process parameters. Moreover, any random change in the parameter (for example, a temperature jump of several degrees) leads to a break in the moldable core. Given that the construction length of bare aluminum wires is 3 km, a high percentage of rejects in industrial production is inevitable.

Кроме того, большие (относительно прочности жгута) усилия необходимые для преодоления сил трения при протягивании формуемого жгута через фильеру вызывают разрушение поверхности как жгута, так фильеры и соответственно приводят к ухудшению качества проводов, а также преждевременному износу фильеры. При повышении диаметра формуемого стержня данные недостатки устраняются и при диаметре жилы 8 мм и более становятся несущественными. Однако изготовить гибкий сердечник из жил большого диаметра невозможно.In addition, large (relative to the strength of the bundle) efforts necessary to overcome the friction forces when pulling the moldable bundle through the die cause destruction of the surface of both the bundle and the die and, accordingly, lead to deterioration of the quality of the wires, as well as premature wear of the die. By increasing the diameter of the molded core, these shortcomings are eliminated and with a core diameter of 8 mm or more become insignificant. However, it is impossible to make a flexible core from large-diameter conductors.

Следует отметить, что технология формования жил в металлической оболочке (патент РФ №2386183) также имеет определенные недостатки.It should be noted that the technology of forming cores in a metal shell (RF patent No. 2386183) also has certain disadvantages.

При затягивании смоченного пучка волокон в формующее устройство одновременно с металлической лентой может происходить: деформация ленты, приводящая к образованию на выходе складки или задира ленты, выдавливание связующего и армирующего волокна через щель не полностью сомкнувшейся металлической ленты. В результате данных процессов по длине отформованной жилы имеют место многочисленные дефекты.When the wetted fiber bundle is pulled into the forming device simultaneously with the metal strip, the following can happen: deformation of the tape, leading to the formation of wrinkles or scoring of the tape at the exit, extrusion of the binder and reinforcing fiber through the slot of an incompletely closed metal tape. As a result of these processes, numerous defects occur along the length of the molded core.

Контроль подобных негативных последствий формования жил в металлической оболочке крайне затруднен, особенно при изготовлении жил малого диаметра. Гибкость жил, полученных методом формования в металлической оболочке, ограничена возможностью раскрытия этой оболочки при малых радиусах изгиба. В связи с этим при скрутке многожильного сердечника требуется дорогостоящее оборудование, использующее для открутки катушки большого диаметра. Раскрытие металлической оболочки жил сердечника, имеющей отличные от композиционной части теплофизические и физико-механические свойства может произойти и в процессе эксплуатации провода под действием внешних факторов (ветровая нагрузка, пляска провода, гололед, температурный нагрев), что приведет в конечном итоге к разрушению всего провода.Monitoring such negative consequences of forming cores in a metal sheath is extremely difficult, especially in the manufacture of small diameter cores. The flexibility of the cores obtained by molding in a metal shell is limited by the possibility of opening this shell at small bending radii. In this regard, when twisting a multicore core, expensive equipment is required that uses large diameter coils to unscrew it. The disclosure of the metal shell of core cores having thermophysical and physico-mechanical properties that are different from the composite part can also occur during operation of the wire under the influence of external factors (wind load, wire dance, ice, temperature heating), which will ultimately lead to the destruction of the entire wire .

Настоящая полезная модель решает задачу:A real utility model solves the problem:

- повышения устойчивости высокотемпературных проводов воздушных линий электропередачи с композиционным несущим сердечником к знакопеременным нагрузкам, вибрации, изгибу, кручению;- increase the stability of high-temperature wires of overhead power lines with a composite bearing core to alternating loads, vibration, bending, torsion;

- повышения надежности проводов воздушных линий электропередачи при их безопасной эксплуатации при температурах 100-300ºС;- increase the reliability of the wires of overhead power lines during their safe operation at temperatures of 100-300ºС;

- увеличения пропускной способности воздушных линий электропередачи;- increase the throughput of overhead power lines;

- изготовления высокотемпературных проводов линий электропередачи, конструкция и прочностные параметры, которых позволяют уменьшить провис проводов высоковольтных линий электропередачи и снизить нагрузки на опоры ВЛ.- the manufacture of high-temperature wires of power lines, the design and strength parameters, which can reduce the slack of the wires of high-voltage power lines and reduce the load on the OHL supports.

- уменьшения технологического брака при изготовлении высокотемпературных проводов высоковольтных линий электропередачи.- reduce technological defects in the manufacture of high-temperature wires of high-voltage power lines.

Решение поставленной технической задачи достигается следующим образом.The solution of the technical problem is achieved as follows.

Патентуемая полезная модель предусматривает возможность решения поставленной технической задачи в различных вариантах конструктивной реализации разработанного провода для воздушных линий электропередачи.The patented utility model provides for the possibility of solving the technical problem in various design options for the developed wire for overhead power lines.

Вариант 1 и 2.Option 1 and 2.

Провод для воздушных линий электропередачи, аналогичный, описанному в патенте РФ №2386183, содержащий композиционный несущий сердечник и многопроволочную токопроводящую жилу, согласно патентуемой полезной модели, композиционный несущий сердечник выполнен в виде одножильной конструкции и содержит на поверхности упрочняющий спиральный каркас.A wire for overhead power transmission lines, similar to that described in RF patent No. 2386183, comprising a composite bearing core and a multiwire conductive core, according to the patented utility model, the composite bearing core is made in the form of a single core design and contains a reinforcing spiral frame on the surface.

Упрочняющий каркас выполнен путем однозаходной или многозаходной или однорядной или многорядной или перекрестной встречной спиральной намотки термостойкой нити с зазором или встык, или с перекрытием, а многопроволочная токопроводящая жила выполнена из теплостойкого алюминиевого сплава, имеющего предел длительной эксплуатации до 300ºС.The reinforcing frame is made by a single-pass or multiple-run or single-row or multi-row or cross counter spiral winding of a heat-resistant thread with a gap or end-to-end, or with an overlap, and a multi-wire conductive core is made of a heat-resistant aluminum alloy having a long-term operation limit of up to 300 ° C.

Согласно полезной модели, токопроводящая жила выполнена, например, из теплостойкого алюминий-циркониевого сплава или предварительно отожженного алюминия А5Е, А7Е.According to a utility model, the conductive core is made, for example, of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or pre-annealed aluminum A5E, A7E.

Предусмотрено, что композиционный несущий сердечник одножильной конструкции выполнен в виде длинномерного стержня диаметром от 3 до 70 мм, а упрочняющий спиральный каркас композиционного несущего сердечника выполнен из термостойкой арамидной нити линейной плотностью от 6,3 до 120 текс, или углеродной, полиэфирной, полиимидной, стеклянной, базальтовой нити или ровинга линейной плотностью до 1200 текс, имеющие предел прочности до 8 ГПа и способные длительно эксплуатироваться при температуре до 300ºС.It is envisaged that the composite supporting core of a single core design is made in the form of a long rod with a diameter of 3 to 70 mm, and the reinforcing spiral frame of the composite supporting core is made of heat-resistant aramid yarn with a linear density of 6.3 to 120 tex, or carbon, polyester, polyimide, glass , basalt thread or roving with a linear density of up to 1200 tex, having a tensile strength of up to 8 GPa and capable of long-term operation at temperatures up to 300ºС.

Согласно полезной модели композиционный несущий сердечник выполнен из высокопрочного армирующего волокна одного состава и термореактивного теплостойкого полимерного связующего, степень наполнения полимерной теплостойкой матрицы армирующими волокнами составляет 30-95 мас.%, а содержание термореактивного теплостойкого полимерного связующего 5-70 мас.%.According to a utility model, a composite bearing core is made of high strength reinforcing fiber of the same composition and thermosetting heat-resistant polymer binder, the degree of filling of the heat-resistant polymer matrix with reinforcing fibers is 30-95 wt.%, And the content of thermosetting heat-resistant polymer binder is 5-70 wt.%.

Композиционный несущий сердечник содержит в качестве армирующего волокна соответственно стеклянные, углеродные, арамидные, полиимидные, керамические, базальтовые, борные волокна.The composite supporting core contains glass, carbon, aramid, polyimide, ceramic, basalt, boron fibers as reinforcing fibers, respectively.

Предусмотрено, что полимерная матрица композиционного несущего сердечника содержит в качестве термореактивного теплостойкого связующего соответственно эпоксидную композицию с температурой стеклования 150-350ºС, или термореактивные связующие на основе кремнеорганических, полиимидных, эпоксидных полиэфирных, фенол-формальдегидных смол и дигидрофосфатных, полициануратных, карборансодержащих связующих, их производных и сополимеров, имеющие предел длительной эксплуатации до 350ºС.It is envisaged that the polymer matrix of the composite bearing core contains, as a thermosetting heat-resistant binder, respectively an epoxy composition with a glass transition temperature of 150-350 ° C, or thermosetting binders based on organosilicon, polyimide, epoxy polyester, phenol-formaldehyde resins and dihydrogen phosphate, carboxyanate and copolymers having a long life limit of up to 350 ° C.

При использовании в качестве материала токопроводящих жил алюминий-циркониевого сплава, имеющего предел прочности при температурах эксплуатации 160 МПа и выше, отношение сечения токопроводящей части провода к сечению композиционного несущего сердечника составляет 2,5-20,0.When using aluminum-zirconium alloy as a conductive material, having a tensile strength at operating temperatures of 160 MPa and above, the ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite bearing core is 2.5–20.0.

При использовании в качестве материала токопроводящих жил предварительно отожженного алюминия А5Е, А7Е, отношение сечения токопроводящей части провода к сечению композиционного сердечника составляет 1,5-16,0.When using pre-annealed aluminum A5E, A7E as the material of the conductive wires, the ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite core is 1.5-16.0.

Согласно полезной модели многопроволочная токопроводящая жила выполнена:According to a utility model, a multi-wire conductive core is made:

- из проволок круглой формы в виде одного или более повивов, скрученных вокруг несущего композиционного сердечника;- from round wires in the form of one or more coils twisted around a supporting composite core;

- из предварительно профилированных проволок трапецеидальной, клиновидной или Z-образной формы в виде одного или более повивов, скрученных вокруг несущего композиционного сердечника.- from pre-profiled trapezoidal, wedge-shaped or Z-shaped wires in the form of one or more coils twisted around a supporting composite core.

- между токопроводящим повивом провода и несущим композиционным сердечником выполнен зазор 0,1-4 мм или без зазора.- a gap of 0.1-4 mm or without a gap is made between the conductive layer of wire and the supporting composite core.

Отличительной особенностью патентуемой полезной модели (вариант 2) является то, что композиционный несущий сердечник содержит наружное защитное покрытие.A distinctive feature of the patented utility model (option 2) is that the composite supporting core contains an outer protective coating.

Предусмотрено, что защитное покрытие композиционного несущего сердечника:It is provided that the protective coating of the composite supporting core:

- выполнено на основе композиции фторопластов, способных длительно эксплуатироваться при температурах 150-250ºС или термо- теплостойких композиций на основе, полиимидов, кремнийорганических полимеров, полиамидов, полифениленов, полигетероариленов, полиэфиров, полиэпоксидов, органосиликатов, их сополимеров и производных, имеющих предел длительной эксплуатации до 350ºС.- made on the basis of a composition of fluoroplastics that can be used for a long time at temperatures of 150-250 ° C or thermally heat-resistant compositions based on polyimides, organosilicon polymers, polyamides, polyphenylenes, polyheteroarylenes, polyesters, polyepoxides, organosilicates, their copolymers and derivatives having a long-term operation limit up to 350ºС.

- содержит антиоксиданты фенольного, аминного, фосфитного типа или их синергические смеси в количестве от 0,5 до 20% мае. и антипирены, в качестве которых используют бром-, хлор-, фосфорсодержащие органические соединения, гидрооксиды магния алюминия, полифосфат аммония, триоксид сурьмы, в количестве 5-70% мае, остальное компоненты теплостойких композиций материала защитного покрытия.- contains phenolic, amine, phosphite type antioxidants or their synergistic mixtures in an amount of 0.5 to 20% in May. and flame retardants, which are used as bromine, chlorine, phosphorus-containing organic compounds, aluminum magnesium hydroxides, ammonium polyphosphate, antimony trioxide, in the amount of 5-70% of May, the rest are components of heat-resistant compositions of the protective coating material.

Вариант 3 и 4.Option 3 and 4.

Провод для воздушных линий электропередачи, аналогичный описанному в патенте РФ №2386183, содержащий композиционный несущий сердечник и многопроволочную токопроводящую жилу, согласно патентуемой полезной модели, композиционный несущий сердечник выполнен в виде многожильной конструкции, из скрученных длинномерных стержней, каждая жила которого, содержит на поверхности упрочняющий спиральный каркас.A wire for overhead power transmission lines, similar to that described in RF patent No. 2386183, comprising a composite bearing core and a multi-wire conductive core, according to the patented utility model, a composite bearing core made in the form of a multi-core structure, of twisted long rods, each core of which contains a reinforcing surface spiral frame.

Композиционный несущий сердечник многожильной конструкции выполнен в виде скрученных длинномерных стержней диаметром от 0,5 до 10 мм.The composite bearing core of a multicore design is made in the form of twisted long rods with a diameter of 0.5 to 10 mm.

Предусмотрено, что упрочняющий спиральный каркас единичной жилы многожильного композиционного несущего сердечника выполнен из термостойкой арамидной нити линейной плотностью от 6,3 до 120 текс, или углеродной, полиэфирной, полиимидной, стеклянной, базальтовой нити или ровинга линейной плотностью до 1200 текс, имеющие предел прочности до 8 ГПа и способные длительно эксплуатироваться при температуре до 300ºС.It is envisaged that the reinforcing spiral frame of a single core of a multicore composite bearing core is made of heat-resistant aramid filament with a linear density of 6.3 to 120 tex, or carbon, polyester, polyimide, glass, basalt filament or roving with a linear density of up to 1200 tex, with a tensile strength of up to 1200 tex 8 GPa and capable of long-term operation at temperatures up to 300ºС.

Согласно полезной модели композиционный несущий сердечник:According to a utility model, a composite supporting core:

- выполнен из высокопрочного армирующего волокна одного состава и термореактивного теплостойкого полимерного связующего, степень наполнения полимерной теплостойкой матрицы армирующими волокнами составляет 30-95 мас.%, а содержание термореактивного теплостойкого полимерного связующего 5-70 мас.%.;- made of high strength reinforcing fiber of the same composition and thermosetting heat-resistant polymer binder, the degree of filling of the heat-resistant polymer matrix with reinforcing fibers is 30-95 wt.%, and the content of thermosetting heat-resistant polymer binder 5-70 wt.% .;

-содержит в качестве армирующего волокна соответственно стеклянные, углеродные, арамидные, полиимидные, керамические, базальтовые, борные волокна.-contains glass, carbon, aramid, polyimide, ceramic, basalt, boron fibers as reinforcing fibers, respectively.

- а полимерная матрица композиционного несущего сердечника содержит в качестве термореактивного теплостойкого связующего соответственно эпоксидную композицию с температурой стеклования 150-350ºС, или термореактивные связующие на основе кремнеорганических, полиимидных, эпоксидных полиэфирных, фенол-формальдегидных смол и дигидрофосфатных, полициануратных, карборансодержащих связующих, их производных и сополимеров, имеющие предел длительной эксплуатации до 350ºС.- and the polymer matrix of the composite supporting core contains, as a thermosetting heat-resistant binder, respectively an epoxy composition with a glass transition temperature of 150-350 ° C, or thermosetting binders based on organosilicon, polyimide, epoxy polyester, phenol-formaldehyde resins and dihydrophosphate, polycyanosurate, carboxylic anhydrate, copolymers having a long-term use limit of up to 350 ° C.

Предусмотрено, что токопроводящая жила выполнена (аналогично варианту 1 и 2) из теплостойкого алюминий-циркониевого сплава или предварительно отожженного алюминия А5Е, А7Е.It is provided that the conductive core is made (similar to option 1 and 2) of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or pre-annealed aluminum A5E, A7E.

Согласно патентуемой полезной модели многопроволочная токопроводящая жила выполнена:According to the patented utility model, a multi-wire conductive core is made:

- из проволок круглой формы в виде одного или более повивов, скрученных вокруг несущего композиционного сердечника.- from round wires in the form of one or more coils twisted around a supporting composite core.

Отличительной конструктивной особенностью патентуемой полезной модели (вариант 4) является то, что многожильный композиционный несущий сердечник содержит наружное защитное покрытие.A distinctive design feature of the patented utility model (option 4) is that the multicore composite bearing core contains an outer protective coating.

- содержит антиоксиданты фенольного, аминного, фосфитного типа или их синергические смеси в количестве от 0,5 до 20% мас. и антипирены, в качестве которых используют бром-, хлор-, фосфорсодержащие органические соединения, гидрооксиды магния алюминия, полифосфат аммония, триоксид сурьмы, в количестве 5-70% мае, остальное компоненты теплостойких композиций материала защитного покрытия.- contains antioxidants of phenolic, amine, phosphite type or their synergistic mixture in an amount of from 0.5 to 20% wt. and flame retardants, which are used as bromine, chlorine, phosphorus-containing organic compounds, aluminum magnesium hydroxides, ammonium polyphosphate, antimony trioxide, in the amount of 5-70% of May, the rest are components of heat-resistant compositions of the protective coating material.

Вариант 5.Option 5

Отличительной конструктивной особенностью патентуемой полезной модели (вариант 5) является то, что каждая жила несущего композиционного сердечника содержит наружное защитное покрытие.A distinctive design feature of the patented utility model (option 5) is that each core of the supporting composite core contains an outer protective coating.

Защитное покрытие единичной жилы многожильного композиционного несущего сердечника:Protective coating of a single core of a multicore composite bearing core:

В целом же реализация полезной модели по 5 варианту аналогична конструктивному решению полезной модели по 3 варианту реализации.In general, the implementation of the utility model according to option 5 is similar to the constructive solution of the utility model according to option 3.

Технический результат патентуемой полезной модели заключается в том, что разработанный провод:The technical result of the patented utility model is that the developed wire:

- позволяет увеличить в 2-3 раза пропускную способность высоковольтных линий электропередачи;- allows you to increase by 2-3 times the throughput of high-voltage power lines;

- обеспечить минимальный провис воздушного провода линии электропередачи и снизить нагрузки на опоры ВЛ, увеличить сроки межремонтного периода, при этом патентуемый провод отличается повышенной устойчивостью к знакопеременным нагрузкам, вибрации, изгибу, кручению, гибкостью и возможностью скручивания;- to ensure minimal sag of the overhead wire of the power line and reduce the load on the overhead line supports, increase the time between overhauls, while the patented wire is characterized by increased resistance to alternating loads, vibration, bending, torsion, flexibility and the ability to twist;

- позволяет увеличить температуру эксплуатации линий электропередачи. Провода высоковольтных линий электропередачи с несущими композиционными сердечниками способны длительно эксплуатироваться при температуре 100-300ºС.- allows you to increase the operating temperature of power lines. Wires of high-voltage power lines with bearing composite cores are capable of long-term operation at a temperature of 100-300ºС.

Сущность полезной модели поясняется нижеследующим описанием вариантов провода и графическими материалами, на которых представлены:The essence of the utility model is illustrated by the following description of wire options and graphic materials on which:

Фиг.1. - образец провода с композиционным сердечником одножильной конструкции;Figure 1. - a sample of a wire with a composite core of a single-core design;

Фиг.2 - образцы провода с неуплотненной, уплотненной токопроводящей жилой и с зазором между токопроводящей жилой и композиционным сердечником.Figure 2 - samples of wires with unsealed, sealed conductive core and with a gap between the conductive core and composite core.

Фиг.3 - образец провода с композиционным сердечником одножильной конструкции с защитным наружным покрытиемFigure 3 - sample wire with a composite core of a single-core design with a protective outer coating

Фиг.4 - образец провода с композиционным сердечником многожильной конструкции;Figure 4 - sample wire with a composite core of a multi-core design;

Фиг.5 - образец провода с композиционным сердечником многожильной конструкции с защитным наружным покрытием;5 is a sample of a wire with a composite core of a multicore structure with a protective outer coating;

Фиг.6 - образец провода с композиционным сердечником многожильной конструкции с защитным покрытием каждой жилы.6 is a sample of a wire with a composite core of a multicore structure with a protective coating of each core.

Фиг.7 - схема технологической линии изготовления провода7 is a diagram of a technological line for the manufacture of wire

Согласно патентуемой полезной модели конструкции проводов высоковольтных линий электропередачи могут быть реализованы в различных конечных вариантах.According to the patented utility model, the construction of wires of high voltage power lines can be implemented in various final versions.

Вариант 1.Option 1.

Патентуемый провод высоковольтных линий электропередачи в простейшем базовом варианте (фиг.1) содержит одножильный композиционный сердечник 1, упрочняющий спиральный каркас 2 сердечника и многопроволочную токопроводящую жилу 3.The patented wire of high voltage power lines in the simplest basic version (Fig. 1) contains a single core composite core 1, a reinforcing spiral core frame 2 and a multi-wire conductive core 3.

Несущий композиционный сердечник 1 выполнен в виде одножильной конструкции. По всей длине сердечника 1 сформирован упрочняющий спиральный каркас 2.The bearing composite core 1 is made in the form of a single core design. A reinforcing spiral frame 2 is formed along the entire length of the core 1.

Упрочняющий спиральный каркас 2 получают в результате однозаходной спиральной намотки термостойкой нити на поверхность формуемого сердечника, или используют многозаходную, однорядную, многорядную, перекрестную встречную виды спиральной намотки с зазором, встык или с перекрытием (фиг.1). Для формирования упрочняющего спирального каркаса 2 сердечника 1 используют термостойкие высокопрочные нити, имеющие предел прочности до 8 ГПа.Reinforcing spiral frame 2 is obtained as a result of one-way spiral winding of heat-resistant filament on the surface of the forming core, or multi-start, single row, multi row, cross counter types of spiral winding with a gap, butt or overlap are used (Fig. 1). To form a reinforcing spiral frame 2 of the core 1, heat-resistant high-strength filaments having a tensile strength of up to 8 GPa are used.

Упрочняющий спиральный каркас, формируемый на стадии изготовления несущего композиционного сердечника, предназначен для повышения устойчивости сердечника и провода в целом к знакопеременным нагрузкам и вибрации за счет повышения жесткости сердечника при изгибе и кручении. Это существенным образом повышает стойкость провода к малоугловым деформациям в зажимах и соответственно безопасность его эксплуатации, особенно при возникновении «пляски» провода под действием ветровой нагрузки.The reinforcing spiral frame formed at the stage of manufacturing the supporting composite core is designed to increase the stability of the core and wire in general to alternating loads and vibration by increasing the stiffness of the core during bending and torsion. This significantly increases the resistance of the wire to small-angle deformations in the clamps and, accordingly, the safety of its operation, especially when a wire “dances” under the influence of a wind load.

Для изготовления одножильного композиционного сердечника используют длинномерные стержни диаметром от 3 до 70 мм.For the manufacture of a single core composite core, long rods with a diameter of 3 to 70 mm are used.

Для формирования композиционного сердечника 1 используют:To form a composite core 1 use:

- высокопрочное армирующее волокно одного состава, степень наполнения полимерной теплостойкой матрицы армирующим волокном составляет 30-95 мас.%, а содержание термореактивного теплостойкого полимерного связующего 5-70 мас.%,- high-strength reinforcing fiber of the same composition, the degree of filling of the polymer heat-resistant matrix with a reinforcing fiber is 30-95 wt.%, and the content of thermoset heat-resistant polymer binder 5-70 wt.%,

- в качестве армирующего волокна используют соответственно стеклянные, углеродные, арамидные, полиимидные, керамические, базальтовые, борные волокна.- as reinforcing fibers, respectively, glass, carbon, aramid, polyimide, ceramic, basalt, boron fibers are used.

Для формирования полимерной матрицы сердечника используют в качестве термореактивного связующего соответственно эпоксидную композицию с температурой стеклования 150-350ºС, или термореактивные связующие на основе кремнеорганических, полиимидных, эпоксидных полиэфирных, фенол-формальдегидных смол и дигидрофосфатных, полициануратных карборансодержащих связующих, их производных и сополимеров, имеющие предел длительной эксплуатации до 350ºС.For the formation of a core polymer matrix, an epoxy composition with a glass transition temperature of 150-350 ° C, or thermosetting binders based on organosilicon, polyimide, epoxy polyester, phenol-formaldehyde resins and dihydrophosphate, polycyanurate carborane-containing binders, which are their derivatives, are used as a thermosetting binder, respectively. long-term operation up to 350ºС.

Многопроволочная токопроводящая жила 3 состоит из одного или более повивов скрученных вокруг композиционного сердечника проволок из теплостойкого алюминий-циркониевого сплава, или отожженного электротехнического алюминия А5Е, А7Е.The multiwire conductive core 3 consists of one or more types of wires twisted around a composite core of wires made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy, or annealed electrical aluminum A5E, A7E.

Патентуемая полезная модель предусматривает возможность использования как неуплотненной, скрученной из проволок круглой формы 4 (Фиг.2), так и уплотненной токопроводящей жилы провода. Уплотнение токопроводящей жилы провода проводят для снижения коэффициента аэродинамического сопротивления провода, повышения его компактности, достигая тем самым повышение устойчивости провода к воздействию внешних активных факторов окружающей среды, таких как ветровая нагрузка, гололедно-изморозевые образования, удары молнии. Уплотнение токопроводящей жилы провода осуществляется за счет скрутки предварительно профилированных проволок трапециидальной 5 (Фиг.2), клиновидной (на фигуре не показана) или Z-образной формы 6 (Фиг.2). Уплотненная токопроводящая жила может состоять из деформированных скрученных проволок 7 (Фиг.2) полученных после протягивания неуплотненного провода через фильеру (на фигуре не показана).Patented utility model provides for the possibility of using both uncompacted, twisted from round wires 4 (Figure 2), and a sealed conductive wire core. The conductive core of the wire is sealed to reduce the aerodynamic drag coefficient of the wire, increase its compactness, thereby increasing the resistance of the wire to external environmental factors, such as wind load, icy-frosty frost, lightning strikes. The sealing of the conductive core of the wire is carried out by twisting pre-profiled wires of trapezoidal 5 (Figure 2), wedge-shaped (not shown in the figure) or Z-shaped 6 (Figure 2). The sealed conductive core may consist of deformed twisted wires 7 (Figure 2) obtained after drawing the unsealed wire through a die (not shown in the figure).

Согласно патентуемой модели при использовании в качестве материала токопроводящих жил алюминий-циркониевого сплава, имеющего предел прочности при температурах эксплуатации 160 МПа и выше, отношение сечения токопроводящей части провода к сечению композиционного сердечника составит 2,5-20,0. В этом случае механическая нагрузка на провод в условиях эксплуатации, равномерно будет распределяться между токопроводящей жилой и несущим сердечником.According to the patented model, when using aluminum-zirconium alloy as a conductive core material with a tensile strength at operating temperatures of 160 MPa and higher, the ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite core will be 2.5-20.0. In this case, the mechanical load on the wire under operating conditions will be evenly distributed between the conductive core and the bearing core.

При применении для изготовления токопроводящей жилы отожженного алюминия А5Е, А7Е, вся механическая нагрузка провода в условиях эксплуатации воспринимается несущим сердечником. При этом отношение сечения токопроводящей части провода к сечению композиционного сердечника составит 1,5-16,0.When used for the manufacture of a conductive core of annealed aluminum A5E, A7E, the entire mechanical load of the wire under operating conditions is perceived by the bearing core. The ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite core is 1.5-16.0.

Патентуемая модель предусматривает в конструкции провода наличие зазора 8 (Фиг.2) между несущим композиционным сердечником и внутренним ближайшим к сердечнику повивом токопроводящей жилы. Зазор 8 (Фиг.2) обеспечивает скольжение повивов токопроводящей жилы относительно композиционного сердечника при подвесе провода, что исключает механические нагрузки на алюминиевый токопроводящий повив в условиях эксплуатации. Провод с зазором, согласно патентуемой модели, подвешивается за несущий композиционный сердечник, воспринимающий в условиях эксплуатации всю механическую нагрузку. Данная конструкция провода определяет малое (определяемое только линейным коэффициентом расширения композиционного сердечника) удлинение (провисание) провода вследствие роста температуры.The patented model provides for the presence of a gap 8 (FIG. 2) in the design of the wire between the composite bearing core and the inner core of the conductive core closest to the core. The gap 8 (Figure 2) provides a slip of the coils of the conductive core relative to the composite core when hanging the wire, which eliminates mechanical stress on the aluminum conductive coil in the field. The wire with a gap, according to the patented model, is suspended by a supporting composite core, which takes all mechanical load under operating conditions. This wire design determines the small (determined only by the linear coefficient of expansion of the composite core) elongation (sagging) of the wire due to temperature increase.

Необходимо отметить, что существенным достоинством патентуемого высокотемпературного провода на основе несущего композиционного сердечника является возможность многовариантной реализации конструкции провода за счет использования широко спектра исходных компонентов для формирования композиционного материала. При этом предусмотрено, что степень наполнения армирующим волокном в композиционном сердечнике составляет 30-95 мас.%, а содержание теплостойкого связующего составляет 5-70 мас.%.It should be noted that a significant advantage of the patented high-temperature wire based on a supporting composite core is the possibility of a multivariate implementation of the wire design due to the use of a wide range of initial components for the formation of composite material. It is provided that the degree of filling with the reinforcing fiber in the composite core is 30-95 wt.%, And the content of heat-resistant binder is 5-70 wt.%.

Патентуемая полезная модель предусматривает возможность использования для изготовления композиционного несущего сердечника следующих типов армирующих волокон:The patented utility model provides the possibility of using the following types of reinforcing fibers for the manufacture of a composite supporting core:

- высокомодульные стеклянные волокна, имеющие предел прочности 2-5 ГПа и модуль упругости 40-120 ГПа. Степень наполнения армирующими стеклянными волокнами составляет 60-95 мас.%.- high-modulus glass fibers having a tensile strength of 2-5 GPa and an elastic modulus of 40-120 GPa. The degree of filling with reinforcing glass fibers is 60-95 wt.%.

- углеродные арамидные, полиимидные, керамические, стеклянные, базальтовые, борные волокна, имеющие предел прочности 2-8 ГПа и модуль упругости 50-600 ГПа.- carbon aramid, polyimide, ceramic, glass, basalt, boron fibers having a tensile strength of 2-8 GPa and an elastic modulus of 50-600 GPa.

Согласно патентуемой полезной модели связующее представляет собой:According to a patentable utility model, a binder is:

- теплостойкую эпоксидную композицию с температурой стеклования до 150-350ºС;- heat-resistant epoxy composition with a glass transition temperature up to 150-350ºС;

- термореактивные связующие на основе кремнеорганических, полиимидных, эпоксидных полиэфирных, фенол-формальдегидньгх смол и дигидрофосфатных, полициануратных, карборансодержащие связующих, их производных и сополимеров, имеющие предел длительной эксплуатации до 350ºС.- thermosetting binders based on organosilicon, polyimide, epoxy polyester, phenol-formaldehyde resins and dihydrophosphate, polycyanurate, carborane-containing binders, their derivatives and copolymers having a long-term operation limit of up to 350 ° C.

Значительным достоинством настоящей полезной модели является возможность использования для промышленного производства высокотемпературных проводов на основе композиционного сердечника широкого спектра алюминиевых сплавов, полимерных материалов и компонентов.A significant advantage of this utility model is the ability to use for industrial production of high-temperature wires based on a composite core of a wide range of aluminum alloys, polymeric materials and components.

Известно, что несущий сердечник высоковольтного провода должен обладать высокими физико-механическими показателями, теплостойкостью и длительным сроком эксплуатации.It is known that the supporting core of a high-voltage wire should have high physical and mechanical properties, heat resistance and a long service life.

Механические показатели сердечника определяются свойствами армирующего волокна. Так:The mechanical properties of the core are determined by the properties of the reinforcing fiber. So:

- стеклянное волокно - прочное, низкомодульное, теплостойкое, дешевое, удовлетворительно хрупкое в зажимах, устойчивое к знакопеременным нагрузкам;- glass fiber - strong, low-modulus, heat-resistant, cheap, satisfactorily brittle in clamps, resistant to alternating loads;

- углеродное волокно - прочное, высокомодульное, теплостойкое, дорогое, хрупкое;- carbon fiber - strong, high modulus, heat-resistant, expensive, brittle;

- арамидное волокно - высокопрочное, среднемодульное, ограниченно теплостойкое, мало хрупкое, очень дорогое.- aramid fiber - high strength, medium modular, limited heat resistance, slightly brittle, very expensive.

Таким образом, любой Производитель проводов для высоковольтных линий электропередачи имеет широкий выбор потенциальных марок армирующего волокна, что позволяет выбирать оптимальную конструктивную, технологическую и производственную стратегию.Thus, any manufacturer of wires for high-voltage power lines has a wide selection of potential grades of reinforcing fiber, which allows you to choose the optimal design, technological and production strategy.

Высокая технологическая эффективность патентуемой полезной модели и производства патентуемого провода для воздушных линий электропередачи обусловлена найденным оптимальным соотношением армирующего волокна и связующего.The high technological efficiency of the patented utility model and the production of the patented wire for overhead power lines is due to the found optimal ratio of reinforcing fiber and binder.

Известно, что чем меньше в композиционном сердечнике армирующего волокна, тем меньше его прочностные показатели. Установлено, что при 30 мас.% содержания армирующего волокна самые прочные известные волокна, например арамидные волокна «Русар», обеспечивают прочность сердечника на уровне 1 ГПа, что позволяет использовать такие сердечника в выпускаемых проводах. Минимально допустимые прочностные показатели сердечника определяют нижний предел содержания армирующего волокна - 30 мас.% (остальное связующее).It is known that the less the reinforcing fiber in the composite core, the lower its strength characteristics. It was found that at 30 wt.% The content of reinforcing fibers, the most durable known fibers, for example Rusar aramid fibers, provide core strength at the level of 1 GPa, which allows the use of such cores in manufactured wires. The minimum allowable strength characteristics of the core determine the lower limit of the content of the reinforcing fiber - 30 wt.% (The rest of the binder).

Теплостойкость сердечника определяется свойствами связующего. Так,The heat resistance of the core is determined by the properties of the binder. So,

- эпоксидные связующие характеризуются высокой адгезией, прочностью, низкой усадкой, ограниченной теплостойкостью, средней ценой,- epoxy binders are characterized by high adhesion, strength, low shrinkage, limited heat resistance, average price,

- полиэфирные связующие характеризуются средними значениями по всем показателям, удовлетворительной теплостойкостью;- polyester binders are characterized by average values for all indicators, satisfactory heat resistance;

кремнеорганические связующие характеризуются невысокой адгезией и прочностью, низкой усадкой, высокой теплостойкостью и химической стойкостью, высокой ценой.organosilicon binders are characterized by low adhesion and strength, low shrinkage, high heat resistance and chemical resistance, high price.

Заявителем указывается, что при содержании связующего меньше 5 мас.%. может быть нарушена целостность сердечника (не достигается пропитка всех волокон). Данные технологические аспекты ограничивают максимальное содержание армирующего волокна на уровне 95 мас.%, (остальное связующее).The applicant indicates that when the binder content is less than 5 wt.%. core integrity may be impaired (impregnation of all fibers is not achieved). These technological aspects limit the maximum content of reinforcing fiber at the level of 95 wt.%, (The rest is a binder).

Таким образом, в патентуемой полезной модели допустимый диапазон содержания армирующего волокна установлен на уровне 30-95 мас.%, а связующего на уровне 5-70 мас.%.Thus, in the patented utility model, the permissible range of the content of the reinforcing fiber is set at 30-95 wt.%, And the binder at the level of 5-70 wt.%.

Необходимо отметить, что специалисты, работающие в области разработки композиционных материалов, располагают соответствующими знаниями о наличии многообразных полимерных и композиционных материалов для конечной реализации всех вариантов патентуемого состава сердечника, помимо тех полимерных материалов, что приведены в качестве возможных вариантов реализаций.It should be noted that specialists working in the field of development of composite materials have the corresponding knowledge about the availability of diverse polymer and composite materials for the final implementation of all variants of the patented core composition, in addition to those polymeric materials that are given as possible implementations.

Конкретная техническая реализация и идентификация всех возможных исходных компонентов и связующих для производства высокотемпературного провода и композиционного сердечника не представляет труда для специалистов, поскольку вытекает из уровня техники на основе практических данных и включает в себя известные стандартные связующие и компоненты, зафиксированные в различных научно-технических изданиях и справочниках (см. например, «Энциклопедию полимеров» т.1, 2, 3), на основе которых может быть получено требуемое связующее, в силу чего более подробное раскрытие этих исходных компонентов и связующих нецелесообразно.Specific technical implementation and identification of all possible starting components and binders for the production of high-temperature wire and composite core is not difficult for specialists, since it follows from the prior art on the basis of practical data and includes well-known standard binders and components recorded in various scientific and technical publications and reference books (see, for example, the "Encyclopedia of Polymers" v. 1, 2, 3), on the basis of which the required binder can be obtained, due to which a detailed disclosure of these initial components and binders impractical.

Вариант 2.Option 2

Значимым достоинством патентуемой полезной модели является возможность изготовления проводов на основе композиционного несущего сердечника одножильной и многожильной конструкции, как с внешним защитным покрытием, так и без защитного покрытияA significant advantage of the patented utility model is the ability to manufacture wires based on a composite supporting core of a single-core and multi-core design, both with an external protective coating and without a protective coating

Патентуемая полезная модель предусматривает возможность нанесения на композиционный сердечник 1 наружного защитного покрытия. В этом случае, патентуемый провод конструктивно содержит (фиг.3) одножильный композиционный сердечник 1, упрочняющий спиральный каркас 2 сердечника, токопроводящую жилу 3 и защитное покрытие 9 сердечника 1.The patented utility model provides for the possibility of applying an external protective coating to the composite core 1. In this case, the patented wire structurally contains (Fig. 3) a single core composite core 1, a reinforcing spiral core frame 2, a conductive core 3 and a protective coating 9 of the core 1.

Согласно полезной модели в качестве материала защитного покрытия 9 используют композиции на основе фторопластов способные длительно эксплуатироваться при температурах 150-250ºС или термо-теплостойкие композиции на основе, полиимидов, кремнийорганических полимеров, полиамидов, полифениленов, полигетероариленов, полиэфиров, полиэпоксидов, органосиликатов, их сополимеров и производных, имеющие предел длительной эксплуатации до 350ºС.According to the utility model, fluoroplastics-based compositions capable of long-term operation at temperatures of 150-250 ° C or thermo-heat-resistant compositions based on, polyimides, organosilicon polymers, polyamides, polyphenylenes, polyheteroarylenes, polyesters, polyepoxides, organosilicates, their copolymers and derivatives having a long-term operation limit of up to 350ºС.

Состав защитного покрытия 9 содержит антиоксиданты фенольного, аминного, фосфитного типа или их синергические смеси в количестве от 0,5 до 20% мас. и антипирены, в качестве которых используют бром-, хлор-, фосфорсодержащие органические соединения, гидрооксиды магния алюминия, полифосфат аммония, триоксид сурьмы, в количестве 5-70% мас, остальное компоненты теплостойких композиций материала защитного покрытия.The composition of the protective coating 9 contains antioxidants of phenolic, amine, phosphite type or their synergistic mixtures in an amount of from 0.5 to 20% wt. and flame retardants, which use bromine, chlorine, phosphorus-containing organic compounds, aluminum magnesium hydroxides, ammonium polyphosphate, antimony trioxide, in an amount of 5-70% wt, the rest are components of heat-resistant compositions of the protective coating material.

Наружное защитное покрытие предназначено для защиты материала композиционного сердечника от термоокислительной деструкции в условиях эксплуатации и снижения его горючести в случае пиковых нагрузок и коротких замыканий, что существенно расширяет спектр теплостойких полимерных композиций, пригодных для формирования матрицы композиционного сердечника.The outer protective coating is intended to protect the material of the composite core from thermal oxidative degradation under operating conditions and to reduce its combustibility in the event of peak loads and short circuits, which significantly expands the range of heat-resistant polymer compositions suitable for forming the matrix of the composite core.

Вариант 3.Option 3

Согласно патентуемой полезной модели несущий композиционный сердечник провода может быть выполнен в виде многожильной конструкции (Фиг.4). В данной модификации патентуемый провод содержит центральную жилу 10 многожильного сердечника 11, многопроволочную токопроводящую жилу 3. Предусмотрено, что центральная жила 10 и каждая жила многожильного сердечника 11 содержит упрочняющий спиральный каркас 2.According to the patented utility model, the supporting composite core of the wire can be made in the form of a multicore structure (Figure 4). In this modification, the patented wire comprises a central core 10 of a multi-core core 11, a multi-wire conductive core 3. It is envisaged that the central core 10 and each core of the multi-core core 11 contains a reinforcing spiral frame 2.

Вариант 4.Option 4

Согласно патентуемой полезной модели несущий композиционный сердечник провода может быть выполнен в виде многожильной конструкции (Фиг.5). В данной модификации патентуемый провод содержит центральную жилу 10 многожильного сердечника 11, защитное покрытие многожильного сердечника 9, многопроволочную токопроводящую жилу 3. Предусмотрено, что центральная жила 10 и каждая жила многожильного сердечника 11 содержит упрочняющий спиральный каркас 2.According to the patented utility model, the supporting composite core of the wire can be made in the form of a multicore structure (Figure 5). In this modification, the patented wire comprises a central core 10 of a multi-core core 11, a protective coating of a multi-core core 9, a multi-wire conductive core 3. It is envisaged that the central core 10 and each core of the multi-core core 11 contains a reinforcing spiral frame 2.

Вариант 5.Option 5

Предусмотрен также вариант конструктивной реализации патентуемого повода, при котором:There is also an option for the constructive implementation of a patentable occasion, in which:

- несущий композиционный сердечник содержит (фиг.6) центральную жилу 10, снабженную упрочняющим спиральным каркасом 2 с защитным покрытием 9;- bearing composite core contains (Fig.6) a Central core 10, equipped with a reinforcing spiral frame 2 with a protective coating 9;

- каждая жила многожильного несущего композиционного сердечника 6 содержит защитное покрытие 9, и упрочняющий спиральный каркас 2- each core of a multicore supporting composite core 6 contains a protective coating 9, and a reinforcing spiral frame 2

- многопроволочную токопроводяшую жилу 3 в виде скрученных алюминиевых проволок.- multi-wire conductive core 3 in the form of twisted aluminum wires.

Поясним технологию производства патентуемого провода на примере изготовления провода с одножильным композиционным сердечником, имеющим защитное покрытие (вариант 2 полезной модели).Let us explain the production technology of a patented wire by the example of manufacturing a wire with a single core composite core having a protective coating (utility model option 2).

Изготовление провода с композиционным сердечником одножильной конструкции осуществляют с помощью технологического оборудования, которое включает (фиг.7): шпулярник 12 с бобинами армирующего волокна, термопечь 13 для удаления избыточной влаги армирующего волокна, ванну пропитки 14, калибровочное отверстие 15, устройство спиральной намотки 16 термостойкой нити 17 на пучок смоченных армирующих волокон, термопечь 18 для отверждения связующего, экструдер для нанесения защитного покрытия 19, крутильную машину 20 скрутки проволок токопроводящей жилы вокруг композиционного сердечника и приемную катушку 21.The manufacture of a wire with a composite core of a single-core design is carried out using technological equipment, which includes (Fig. 7): creel crest 12 with reinforcing fiber bobbins, a thermal furnace 13 to remove excess moisture of the reinforcing fiber, an impregnation bath 14, a calibration hole 15, and a heat-resistant spiral winding device 16 filaments 17 per bundle of wetted reinforcing fibers, a thermal furnace 18 for curing the binder, an extruder for applying a protective coating 19, a twisting machine 20, twisting wires of conductive conductors around the composite core and the take-up spool 21.

Для обеспечения высокого качества, высокой производительности изготовления патентуемого провода и композиционного сердечника, максимального уменьшения технологического брака предусмотрена возможность выравнивания формируемого жгута из армирующих волокон для предотвращения их обрыва и скручивания в процессе изготовления композиционого сердечника. Это обеспечивается использованием выравнивающего устройства 22 (фиг.7). Выравнивающее устройство 22 может быть выполнено, например, в виде пластины с отверстиями для каждой нити армирующего волокна, сматываемого с катушек шпулярника, расположенных горизонтально на одной линии.To ensure high quality, high productivity of manufacturing patentable wire and composite core, to minimize technological defects, it is possible to align the formed bundle of reinforcing fibers to prevent them from breaking and twisting during the manufacturing of the composite core. This is achieved by using the leveling device 22 (Fig.7). The leveling device 22 can be made, for example, in the form of a plate with holes for each thread of reinforcing fiber, reeled from creel crepes located horizontally in line.

Возможно другое конструктивное решение выравнивающего устройства, обеспечивающее плоскопараллельное движение нитей, препятствующее их обрыву и скручиванию, на последующих технологических стадиях изготовления сердечника.Perhaps another constructive solution of the leveling device, providing plane-parallel movement of the threads, preventing them from breaking and twisting, at subsequent technological stages of the manufacture of the core.

При изготовлении провода и несущего композиционного сердечника предусмотрена возможность равномерного, постоянного натяжения каждой нити армирующего волокна в формуемом сердечнике с целью максимального использования механических свойств армирующих волокон в получаемом длинномерном композиционном стержне.In the manufacture of the wire and the supporting composite core, it is possible to uniformly, continuously tension each strand of reinforcing fiber in the formable core in order to maximize the use of the mechanical properties of the reinforcing fibers in the resulting long composite rod.

Для обеспечения равномерного постоянного натяжения при сматывании армирующих волокон на каждой катушки шпулярника 12 установлено натяжное устройство 23. Натяжное устройство 23 (фиг.7) может быть выполнено в виде пластины, прижимаемой с заданным усилием к щеке катушки шпулярника 12 пружиной или натяжных роликов, соединенных с каждой катушкой. Допускается использование любого другого натяжного устройства, обеспечивающего сматывание волокна с катушек с равномерным постоянным натяжением. Значение натяжения армирующих волокон в процессе изготовления сердечника определяют экспериментально в ходе предварительных технологических экспериментов. Цель экспериментов - определить минимальное значение натяжения волокон в процессе изготовления сердечника, при котором вклад армирующих волокон в прочность (предел прочности при растяжении) готового сердечника с учетом доли волокон в сечении сердечника составлял бы не менее 90-95% от прочности волокон в микропластике.To ensure uniform constant tension when winding the reinforcing fibers, a tension device 23 is installed on each creel of the creel 12. The tension device 23 (Fig. 7) can be made in the form of a plate pressed with a predetermined force to the creel of the creel of the creel 12 by a spring or tension rollers connected to each coil. It is allowed to use any other tensioning device that ensures the winding of the fiber from the coils with uniform constant tension. The value of the tension of the reinforcing fibers in the process of manufacturing the core is determined experimentally during preliminary technological experiments. The purpose of the experiments is to determine the minimum value of fiber tension in the core manufacturing process, in which the contribution of reinforcing fibers to the strength (tensile strength) of the finished core, taking into account the proportion of fibers in the core section, would be at least 90-95% of the fiber strength in microplastics.

Изготовление патентуемого провода осуществляется на стандартном технологическом оборудовании.The patentable wire is manufactured on standard technological equipment.

Шпулярник 12 с бобинами армирующего волокна может иметь:The creel 12 with the reels of reinforcing fiber may have:

- различное количество катушек (от 1 до 850 штук) в зависимости от текса армирующего волокна и диаметра формуемого сердечника,- a different number of coils (from 1 to 850 pieces) depending on the tex of the reinforcing fiber and the diameter of the formed core,

- различное пространственное расположение катушек, например, катушки располагают вертикально одна под другой (фиг.7), возможно горизонтальное расположение катушек - в ряд, возможна комбинация из вертикально и горизонтально расположенных катушек, в том числе катушек, сматывание с которых осуществляется без вращение катушки (неподвижно закрепленные катушки).- a different spatial arrangement of the coils, for example, the coils are arranged vertically one below the other (Fig. 7), the horizontal arrangement of the coils is possible in a row, a combination of vertically and horizontally arranged coils, including coils, from which the coiling is performed without rotation of the coil, motionless coils).

Термопечь 13, 18, ванна пропитки 14, экструдер 19 для нанесения защитного покрытия, крутильная машина 20 для скрутки проволок токопроводящей жилы вокруг композиционного сердечника и приемная катушка 21 имеют стандартную традиционную конструкцию.The thermal furnace 13, 18, the impregnation bath 14, the extruder 19 for applying a protective coating, the twisting machine 20 for twisting the wires of the conductive core around the composite core and the receiving coil 21 have a standard traditional design.

Калибровочное отверстие 15 служит для удаления лишнего связующего с пучка смоченных армирующих волокон и формования профиля стержня композиционного сердечника.The calibration hole 15 is used to remove excess binder from the bundle of wetted reinforcing fibers and forming the core profile of the core.

Устройство спиральной намотки 16 конструктивно представляет собой катушку с волокном для спиральной намотки, расположенную на валу вращающейся рамы, на которой имеются направляющие кольца для сматываемой нити, зажим, регулирующий усилия натяжения при намотке и служит для формования профиля композиционного сердечника в виде длинномерного стержня. Шаг намотки регулируется скоростью вращения устройства. Патентуемый способ предусматривает, что для спиральной намотки могут использоваться устройства, в которых одна (однозаходная намотка) или несколько (многозаходная намотка) катушек с нитями располагаются на вращающей раме или на нескольких вращающихся рамах (многозаходная, встречная перекрестная намотка).The spiral winding device 16 is structurally a coil with fiber for spiral winding, located on the shaft of the rotating frame, on which there are guide rings for the winding thread, a clip that regulates the tension during winding and serves to form the profile of the composite core in the form of a long rod. The winding pitch is controlled by the rotation speed of the device. The patented method provides that devices can be used for spiral winding in which one (single-winding) or several (multi-winding) spools with threads are located on a rotating frame or on several rotating frames (multi-starting, counter cross winding).

Формование профиля стержня и упрочняющего повива 2 осуществляют путем спиральной намотки термостойкой нити 17 на пучок смоченных связующим армирующих волокон. Для получения заданного диаметра сердечника одножильной или многожильной конструкции опытным путем определяют и устанавливают требуемый диаметр калибровочного отверстия 15, шаг и усилие намотки термостойкой нити 17.The formation of the profile of the rod and the reinforcing coil 2 is carried out by spiral winding of the heat-resistant yarn 17 onto a bundle of reinforcing fibers moistened with a binder. To obtain a given core diameter of a single-core or multi-core design, the required diameter of the calibration hole 15, the pitch and the winding force of the heat-resistant thread 17 are determined and set experimentally.

До начала серийного (промышленного) производства патентуемого повода на основе композиционного сердечника определенного состава и диаметра проводят технологические исследования, имеющие своей целью определение значений диаметра калибровочного отверстия 15, шага и усилия спиральной намотки термостойкой нити 17, при которых диаметр длинномерного отформованного стержня после отверждения связующего в термопечи 18, точно соответствовал требуемому диаметру сердечника (единичной жилы).Prior to the start of serial (industrial) production of a patentable motive on the basis of a composite core of a certain composition and diameter, technological studies are carried out with the aim of determining the diameter of the calibration hole 15, the pitch and the efforts of the spiral winding of the heat-resistant thread 17, at which the diameter of the lengthy molded core after curing the binder in thermal furnace 18, exactly corresponded to the required diameter of the core (single core).

Подбор диаметр калибровочного отверстия 15, шага и усилия спиральной намотки термостойкой нити 17 на этапе технологических исследований, позволяет получать композиционный сердечник патентуемого провода требуемых размеров и свойств, используя широкий спектр волокнистых материалов и полимерных связующих.The selection of the diameter of the calibration hole 15, the pitch and the efforts of the spiral winding of the heat-resistant filament 17 at the stage of technological research, allows to obtain the composite core of the patented wire of the required sizes and properties using a wide range of fibrous materials and polymer binders.

Следует отметить, что термостойкие нити 17, например арамидные нити «Русар», имеющие предел прочности до 8 ГПА, используемые при спиральной намотке на сердечник, т.е. при формировании профиля сердечника и упрочняющего спирального каркаса 2 улучшают механические (усталостную прочность при малоугловых знакопеременных нагрузках, вибрационную стойкость) характеристики готового сердечника. Особенно сильно это влияние будет проявляться при использовании многозаходной, многорядной, перекрестной встречной спиральной намотке.It should be noted that heat-resistant yarns 17, for example Rusar aramid yarns, having a tensile strength of up to 8 GPA, are used for spiral winding on the core, i.e. when forming the profile of the core and the reinforcing spiral frame 2 improve the mechanical (fatigue strength at small-angle alternating loads, vibration resistance) characteristics of the finished core. Especially strong this effect will be manifested when using multi-start, multi-row, cross oncoming spiral winding.

При изготовлении патентуемого провода с многожильным композиционным сердечником дополнительной технологической операцией является скрутка отформованных жил на стандартных крутильных машинах (на фигурах не показаны) с откруткой (катушки с жилами композиционного сердечника при сматывании дополнительно вращаются вокруг собственной оси). При скрутке многожильного композиционного сердечника используют стандартные схемы типа 1+6 т.е. вокруг центральной жилы на крутильных машинах скручивают 6 жил. В многожильном сердечнике обычно есть центральная жила и скрученные вокруг нее жилы.In the manufacture of a patentable wire with a multicore composite core, an additional technological operation is the twisting of molded cores on standard twisting machines (not shown in the figures) with unscrewing (coils with cores of the composite core additionally rotate around their own axis during winding). When twisting a multicore composite core, standard schemes of type 1 + 6 are used i.e. 6 strands are twisted around the central core in torsion machines. A multicore core usually has a central core and veins twisted around it.

Предварительные технологические эксперименты при изготовлении патентуемого высокотемпературного алюминиевого провода (ВУАП) с композиционным сердечником многожильной конструкции (фиг.4), типа ВУАП 240/39 (240 мм² - площадь сечения токопроводящего части содержащей два повива из 26-ти проволок диаметром 3,7 мм из отожженного алюминия А5Е; 39 мм² - площадь сечения сердечника из семи скрученных единичных жил диаметром 2,7 мм, содержащих стеклянное волокно ВМП (80% масс.) и эпоксидное связующее (20% масс), спиральный упрочняющий каркас из теплостойкой нити «Русар» (6,5 текс)) показали:Preliminary technological experiments in the manufacture of a patentable high-temperature aluminum wire (VUAP) with a composite core of a multi-core design (Fig. 4), type VUAP 240/39 (240 mm ² - sectional area of the conductive part containing two coils of 26 wires with a diameter of 3.7 mm of annealed aluminum A5E; 39 mm ² - the cross-sectional area of the core of seven twisted single strands with a diameter of 2.7 mm, containing VMP glass fiber (80% by weight) and epoxy binder (20% by weight), spiral reinforcing frame made of heat-resistant thread Rusar (6.5 tex)) showed:

- для единичной жилы композиционного сердечника установленного диаметра и состава при спиральном упрочняющем каркасе, выполненным однозаходной спиральной намотки оптимальными показателями являются: диаметр калибровочного отверстия - 2,9 мм, шаг намотки 2 мм, усилие намотки - 20 Н.- for a single core of a composite core of a fixed diameter and composition with a spiral reinforcing frame made by a single-start spiral winding, the optimal indicators are: diameter of the calibration hole - 2.9 mm, winding pitch 2 mm, winding force - 20 N.

- значение натяжения при сматывании с катушек стеклянного волокна ВМП составляет - 30 Н.- the value of the tension when winding from the coils of the glass fiber VMP is - 30 N.

Лабораторное опробование опытно-промышленной партии (500 м) высокотемпературного алюминиевого провода (ВУАП 240/39) с многожильным композиционным сердечником (диаметр единичной жилы 2,2 мм), изготовленным согласно патентуемой полезной модели, подтверждает, что композиционный сердечник провода ВУАП имеет коэффициент температурного расширения (КТР) в 20 раз меньше стального сердечника сталеалюминиевого провода АС 240/39, и в 4 раза меньше сердечника провода АССС 240/39 (заявка РСТ WO №2005/040017, В 65Н). КТР провода ВУАП обеспечивает минимальный провис при повышенных температурах (не более 10% от провиса провода АС). Провод ВУАП в 1,7 раза прочнее проводов АС, что обеспечивает 6-ти кратный запас прочности в условиях эксплуатации. Низкий удельный вес, высокая пропускная способность за счет возможности длительной эксплуатации при температуре 180ºС, позволяют рассматривать провода ВУАП с композиционным несущим сердечником в качестве перспективного провода воздушных линий электропередачиLaboratory testing of a pilot batch (500 m) of high-temperature aluminum wire (VUAP 240/39) with a multicore composite core (diameter of a single core of 2.2 mm) made according to the patented utility model confirms that the composite core of the VUAP wire has a coefficient of thermal expansion (KTP) is 20 times smaller than the steel core of the AC 240/39 steel-aluminum wire, and 4 times smaller than the ACCC 240/39 wire core (PCT application WO No. 2005/040017, B 65H). The KTP of the VUAP wire provides minimal sag at elevated temperatures (no more than 10% of the sag of the speaker wire). The VUAP wire is 1.7 times stronger than the speaker wires, which provides a 6-fold safety margin in operating conditions. Low specific gravity, high throughput due to the possibility of long-term operation at a temperature of 180 ° C, allow us to consider VUAP wires with a composite bearing core as a promising wire overhead power lines

Claims

1. A wire for overhead power lines containing a composite supporting core and a multi-wire conductive core, characterized in that the composite supporting core of a single-core structure comprises a reinforcing spiral frame on the surface made by a single-pass, or multi-pass, or single-row, or multi-row, or cross-counter spiral winding heat-resistant filaments with a gap or end-to-end or overlapping, and a multi-wire conductive core is made of heat-resistant aluminum alloy va having a limit of continuous operation up to 300 ° C.

2. The wire of claim 1, characterized in that the composite supporting core of a single core design is made in the form of a long rod with a diameter of 3 to 70 mm.

3. The wire according to claim 1, characterized in that the reinforcing spiral frame of the composite supporting core is made of heat-resistant aramid filament with a linear density of 6.3 to 120 tex, or carbon, polyester, polyimide, glass, basalt filament or roving with a linear density of up to 1200 Tex, having a tensile strength of up to 8 GPa and capable of long-term operation at temperatures up to 300 ° C.

4. The wire according to claim 1, characterized in that the composite supporting core is made of high strength reinforcing fiber of the same composition and thermosetting heat-resistant polymer binder, the degree of filling of the heat-resistant polymer matrix with reinforcing fibers is 30-95 wt.%, And the content of thermosetting heat-resistant polymer binder 5 -70 wt.%.

5. The wire according to claim 1, characterized in that the composite supporting core contains glass, carbon, aramid, polyimide, ceramic, basalt, boron fibers as reinforcing fibers, respectively.

6. The wire according to claim 1, characterized in that the polymer matrix of the composite supporting core contains, as a thermosetting heat-resistant binder, respectively an epoxy composition with a glass transition temperature of 150-350 ° C, or thermosetting binders based on organosilicon, polyimide, epoxy polyester, phenol-formaldehyde resins and dihydrophosphate, polycyanurate, carborane-containing binders, their derivatives and copolymers having a long-term use limit of up to 350 ° C.

7. The wire according to claim 1, characterized in that the conductive core is made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or pre-annealed aluminum A5E, A7E.

8. The wire according to claim 1, characterized in that when using aluminum-zirconium alloy as a conductive core material having a tensile strength at operating temperatures of 160 MPa and higher, the ratio of the cross-section of the conductive part of the wire to the cross-section of the composite bearing core is 2.5- 20.0.

9. The wire according to claim 1, characterized in that when using pre-annealed aluminum A5E, A7E as the material of the conductive wires, the ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite core is 1.5-16.0.

10. The wire according to claim 1, characterized in that the multi-wire conductive core is made of round wires in the form of one or more strands twisted around a supporting composite core.

11. The wire according to claim 1, characterized in that the multi-wire conductive core is made of pre-profiled trapezoidal, wedge-shaped or Z-shaped wires in the form of one or more windings twisted around a supporting composite core.

12. The wire according to claim 1, characterized in that a gap of 0.1-4 mm is made between the conductive layer of wire and the supporting composite core.

13. A wire for overhead power lines containing a composite supporting core and a multi-wire conductive core, characterized in that the composite supporting core of a single-core structure comprises a reinforcing spiral frame on the surface made by a single-pass, or multi-pass, or single-row, or multi-row, or cross-counter spiral winding heat-resistant filaments with a gap, or end-to-end, or overlapping, while the composite supporting core contains an outer protective coating, and many the heat-conducting conductive core is made of heat-resistant aluminum alloy having a long-term operation limit of up to 300 ° C.

14. The wire according to item 13, wherein the protective coating of the composite bearing core is made on the basis of a composition of fluoroplastics that can be used for a long time at temperatures of 150-250 ° C or thermally heat-resistant compositions based on polyimides, organosilicon polymers, polyamides, polyphenylenes, polyheteroarylenes, polyesters , polyepoxides, organosilicates, their copolymers and derivatives having a long-term operation limit of up to 350 ° C.

15. The wire according to item 13, wherein the protective coating contains phenolic, amine, phosphite type antioxidants or their synergistic mixtures in an amount of from 0.5 to 20 wt.% And flame retardants, which use bromine, chlorine, phosphorus-containing organic compounds, aluminum magnesium hydroxides, ammonium polyphosphate, antimony trioxide, in an amount of 5-70 wt.%, the rest are components of heat-resistant compositions of the protective coating material.

16. The wire p. 13, characterized in that the composite supporting core of a single core design is made in the form of a long rod with a diameter of 3 to 70 mm

17. The wire according to item 13, wherein the winding of the composite supporting core is made of heat-resistant aramid yarn with a linear density of 6.3 to 120 tex, or carbon, polyester, polyimide, glass, basalt yarn or roving with a linear density of up to 1200 tex, having a tensile strength of up to 8 GPa and capable of long-term operation at temperatures up to 300 ° C.

18. The wire according to item 13, wherein the composite bearing core is made of high strength reinforcing fiber of the same composition and a thermosetting heat-resistant polymer binder, the degree of filling of the heat-resistant polymer matrix with reinforcing fibers is 30-95 wt.%, And the content of the thermosetting heat-resistant polymer binder 5 -70 wt.%.

19. The wire according to item 13, characterized in that the composite supporting core contains glass, carbon, aramid, polyimide, ceramic, basalt, boron fibers as reinforcing fibers, respectively.

20. The wire according to item 13, wherein the polymer matrix of the composite supporting core contains, as a thermosetting heat-resistant binder, an epoxy composition with a glass transition temperature of 150-350 ° C, or thermosetting binders based on organosilicon, polyimide, epoxy polyester, phenol-formaldehyde resins and dihydrophosphate, polycyanurate, carborane-containing binders, their derivatives and copolymers having a long-term use limit of up to 350 ° C.

21. The wire according to item 13, wherein the conductive core is made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or pre-annealed aluminum A5E, A7E.

22. The wire according to claim 13, characterized in that when using aluminum-zirconium alloy as a conductive core material with a tensile strength at operating temperatures of 160 MPa and higher, the ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite bearing core is 2.5- 20.0.

23. The wire according to item 13, characterized in that when using pre-annealed aluminum A5E, A7E as the material of the conductive wires, the ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite core is 1.5-16.0.

24. The wire according to claim 12, characterized in that the multi-wire conductive core is made of round wires in the form of one or more strands twisted around a supporting composite core.

25. The wire according to item 12, wherein the multi-wire conductive core is made of pre-shaped trapezoidal, wedge-shaped or Z-shaped wires in the form of one or more coils twisted around a supporting composite core.

26. The wire according to claim 12, characterized in that a gap of 0.1-4 mm is made between the conductive coil of the wire and the supporting composite core.

27. A wire for overhead power lines containing a composite supporting core and a multi-wire conductive core, characterized in that the composite supporting core is a multi-core design, in the form of twisted long rods, each core of which contains a reinforcing spiral frame made on the surface by a single-pass, or multi-pass, or single-row, or multi-row, or cross oncoming spiral winding of a heat-resistant thread with a gap, or end-to-end, or with overlapping, and multi-wire okoprovodyaschaya conductor made of heat resistant aluminum alloy having a tensile continuous operation up to 300 ° C.

28. The wire according to item 27, wherein the composite supporting core of a multi-core design is made in the form of twisted long rods with a diameter of from 0.5 to 10 mm.

29. The wire according to p. 27, characterized in that the reinforcing spiral frame of a single core of a multicore composite bearing core is made of heat-resistant aramid yarn with a linear density of 6.3 to 120 tex, or carbon, polyester, polyimide, glass, basalt or linear roving density up to 1200 tex, having tensile strength up to 8 GPa and capable of long-term operation at temperatures up to 300 ° C.

30. The wire according to item 27, wherein the composite supporting core is made of high strength reinforcing fiber of the same composition and a thermosetting heat-resistant polymer binder, the degree of filling of the heat-resistant polymer matrix with reinforcing fibers is 30-95 wt.%, And the content of the thermosetting heat-resistant polymer binder 5 -70 wt.%.

31. The wire according to item 27, wherein the composite supporting core contains glass, carbon, aramid, polyimide, ceramic, basalt, boron fibers as reinforcing fibers.

32. The wire according to claim 27, wherein the polymer matrix of the composite supporting core contains, as a thermosetting heat-resistant binder, an epoxy composition with a glass transition temperature of 150-350 ° C, or thermosetting binders based on organosilicon, polyimide, epoxy polyester, phenol-formaldehyde resins and dihydrophosphate, polycyanurate, carborane-containing binders, their derivatives and copolymers having a long-term use limit of up to 350 ° C.

33. The wire according to item 27, wherein the conductive core is made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or pre-annealed aluminum A5E, A7E.

34. The wire according to claim 27, characterized in that when using aluminum-zirconium alloy as a conductive core material having a tensile strength at operating temperatures of 160 MPa and higher, the ratio of the conductive part of the wire to the cross-section of the composite bearing core is 2.5- 20.0.

35. The wire according to item 27, wherein when using pre-annealed aluminum A5E, A7E as the material of the conductive wires, the ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite core is 1.5-16.0.

36. The wire according to item 27, wherein the multi-wire conductive core is made of round wires in the form of one or more coils twisted around a supporting composite core.

37. The wire according to item 27, wherein the multi-wire conductive core is made of pre-profiled trapezoidal, wedge-shaped or Z-shaped wires in the form of one or more strands twisted around a supporting composite core.

38. The wire according to item 27, wherein a gap of 0.1-4 mm is made between the conductive layer of wire and the supporting composite core.

39. A wire for overhead power lines containing a composite supporting core and a multi-wire conductive core, characterized in that the composite supporting core is a multi-core design, in the form of twisted long rods, each core of which contains a reinforcing spiral frame made on a surface by a single-pass, or multi-pass, or single-row, or multi-row, or cross oncoming spiral winding of a heat-resistant thread with a gap, or end-to-end, or with an overlap, while bearing the positioning core has an external protective coating, and the multi-wire conductive core is made of heat-resistant aluminum alloy having a long-term operation limit of up to 300 ° C.

40. The wire according to § 39, characterized in that the protective coating of the composite bearing core is made on the basis of a composition of fluoroplastics that can be used for a long time at temperatures of 150-250 ° C or thermally heat-resistant compositions based on polyimides, organosilicon polymers, polyamides, polyphenylenes, polyheteroarylenes, polyesters , polyepoxides, organosilicates, their copolymers and derivatives having a long-term operation limit of up to 350 ° C.

41. The wire according to § 39, wherein the protective coating contains phenolic, amine, phosphite type antioxidants or their synergistic mixtures in an amount of from 0.5 to 20 wt.% And flame retardants, which use bromine, chlorine, phosphorus-containing organic compounds, aluminum magnesium hydroxides, ammonium polyphosphate, antimony trioxide, in the amount of 5-70 wt.%, the rest are components of heat-resistant compositions of the protective coating material.

42. The wire according to § 39, wherein the composite supporting core of a multi-core design is made in the form of twisted long rods with a diameter of from 0.5 to 10 mm.

43. The wire according to § 39, characterized in that the reinforcing spiral frame of a single core of a multicore composite bearing core is made of heat-resistant aramid yarn with a linear density of 6.3 to 120 tex, or carbon, polyester, polyimide, glass, basalt or linear roving density up to 1200 tex, having tensile strength up to 8 GPa and capable of long-term operation at temperatures up to 300 ° C.

44. The wire according to § 39, wherein the composite carrier core is made of high strength reinforcing fiber of the same composition and a thermosetting heat-resistant polymer binder, the degree of filling of the heat-resistant polymer matrix with reinforcing fibers is 30-95 wt.%, And the content of the thermosetting heat-resistant polymer binder 5 -70 wt.%.

45. The wire according to claim 39, characterized in that the composite supporting core contains glass, carbon, aramid, polyimide, ceramic, basalt, boron fibers as reinforcing fibers, respectively.

46. The wire according to § 39, wherein the polymer matrix of the composite supporting core contains, as a thermosetting heat-resistant binder, an epoxy composition with a glass transition temperature of 150-350 ° C, or thermosetting binders based on organosilicon, polyimide, epoxy polyester, phenol-formaldehyde resins and dihydrophosphate, polycyanurate, carborane-containing binders, their derivatives and copolymers having a long-term use limit of up to 350 ° C.

47. The wire according to § 39, characterized in that the conductive core is made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or pre-annealed aluminum A5E, A7E.

48. The wire according to claim 39, characterized in that when using aluminum-zirconium alloy as a conductive core material having a tensile strength at operating temperatures of 160 MPa and higher, the ratio of the conductive part of the wire to the cross-section of the composite bearing core is 2.5- 20.0.

49. The wire according to § 39, characterized in that when using pre-annealed aluminum A5E, A7E as the material of the conductive wires, the ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite core is 1.5-16.0.

50. The wire according to § 39, wherein the multi-wire conductive core is made of round wires in the form of one or more coils twisted around a supporting composite core.

51. The wire according to § 39, wherein the multi-wire conductive core is made of pre-shaped trapezoidal, wedge-shaped or Z-shaped wires in the form of one or more coils twisted around a supporting composite core.

52. The wire according to claim 39, characterized in that a gap of 0.1-4 mm is made between the conductive coil of the wire and the supporting composite core.

53. A wire for overhead power lines containing a composite supporting core and a multi-wire conductive core, characterized in that the composite supporting core is a multi-core design, in the form of twisted long rods, each core of which contains a reinforcing spiral frame made on the surface by a single-pass or multi-pass or single-row or multi-row or cross oncoming spiral winding of a heat-resistant thread with a gap or end-to-end, or with an overlap, with each core not existing composite core contains an outer protective coating, and a multi-wire conductive core is made of heat-resistant aluminum alloy having a long-term operation limit of up to 300 ° C.

54. The wire according to item 53, wherein the protective coating of a single core of the composite bearing core is made on the basis of a composition of fluoroplastics capable of long-term operation at temperatures of 150-250 ° C or thermally heat-resistant compositions based on, polyimides, organosilicon polymers, polyamides, polyphenylenes, polyheteroarylenes, polyesters, polyepoxides, organosilicates, their copolymers and derivatives having a long-term operation limit of up to 350 ° C.

55. The wire according to item 53, wherein the protective coating contains phenolic, amine, phosphite type antioxidants or their synergistic mixtures in an amount of from 0.5 to 20% wt. and flame retardants, which use bromine, chlorine, phosphorus-containing organic compounds, aluminum magnesium hydroxides, ammonium polyphosphate, antimony trioxide, in an amount of 5-70% by weight, the rest are components of heat-resistant compositions of the protective coating material.

56. The wire according to item 53, wherein the composite supporting core of a multi-core design is made in the form of twisted long rods with a diameter of from 0.5 to 10 mm.

57. The wire according to item 53, wherein the reinforcing spiral frame of a single core of a multicore composite bearing core is made of heat-resistant aramid yarn with a linear density of 6.3 to 120 tex, or carbon, polyester, polyimide, glass, basalt or linear roving density up to 1200 tex, having tensile strength up to 8 GPa and capable of long-term operation at temperatures up to 300 ° C.

58. The wire according to item 53, wherein the composite carrier core is made of high strength reinforcing fiber of the same composition and a thermosetting heat-resistant polymer binder, the degree of filling of the heat-resistant polymer matrix with reinforcing fibers is 30-95 wt.%, And the content of the thermosetting heat-resistant polymer binder 5 -70 wt.%.

59. The wire according to item 53, wherein the composite supporting core contains glass, carbon, aramid, polyimide, ceramic, basalt, boron fibers as reinforcing fibers.

60. The wire according to item 53, wherein the polymer matrix of the composite supporting core contains, as a thermosetting heat-resistant binder, an epoxy composition with a glass transition temperature of 150-350 ° C, or thermosetting binders based on organosilicon, polyimide, epoxy polyester, phenol-formaldehyde resins and dihydrophosphate, polycyanurate, carborane-containing binders, their derivatives and copolymers having a long-term use limit of up to 350 ° C.

61. The wire according to item 53, wherein the conductive core is made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or pre-annealed aluminum A5E, A7E.

62. The wire according to claim 53, characterized in that when using aluminum-zirconium alloy as a conductive core material having a tensile strength at operating temperatures of 160 MPa and higher, the ratio of the conductive part of the wire to the cross-section of the composite bearing core is 2.5- 20.0.

63. The wire according to item 53, wherein when using pre-annealed aluminum A5E, A7E as the material of the conductive wires, the ratio of the cross section of the conductive part of the wire to the cross section of the composite core is 1.5-16.0.

64. The wire according to item 53, wherein the multi-wire conductive core is made of round wires in the form of one or more coils twisted around a supporting composite core.

65. The wire according to item 53, wherein the multi-wire conductive core is made of pre-profiled trapezoidal, wedge-shaped or Z-shaped wires in the form of one or more coils twisted around a supporting composite core.

66. The wire according to item 53, wherein a gap of 0.1-4 mm is made between the conductive coil of the wire and the supporting composite core.