RU161787U1 - Противогололедные композитные провода вл - Google Patents

Abstract

Противогололедные композитные неизолированные и изолированные провода ВЛ, содержащие повивы алюминиево-циркониевых проволок, отличающиеся тем, что в наружный повив проводов встроены термозакаленные отдельными участками наноструктурные проволоки в количестве не более половины проволок внешнего повива, при этом сопротивление встроенных проволок на порядок больше, чем сопротивление алюминиево-циркониевых проволок.

Description

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована при строительстве и реконструкции воздушных линий электропередач для защиты от опасных режимов гололедообразования и «пляски» проводов в районах, подверженных гололедно-ветровым нагрузкам.

Известны аналоги неизолированных и изолированных композитных проводов, применяемых на воздушных линиях электропередачи [1) 3уев Э.Д. «О классификации инновационных конструкций проводов воздушных ЛЭП», жур. «Кабель-NEWS» №3, 2013 г., с. 18-23; 2) Провода будущего. Жур. «Электроэнергия. Передача и распределение» №6, 2013 г., с. 7-8].

Недостатком указанных аналогов является их подверженность к гололедообразованию, «пляске» проводов. Эти опасные режимы приводят к схлестыванию и перегоранию проводов, повреждению опор и отдельных конструктивных элементов, в результате существенно снижается надежность работы линий электропередач.

Наиболее близким прототипом к заявленному являются композитные провода с гладкой поверхностью благодаря трапециедальной форме проволок в наружном повиве, позволяющим несколько снизить размеры гололедных отложений [Зотов Д.Р. и др. «Курсом инноваций - ООО ЭМ-кабель», жур. «Кабель-NEWS» №5, 2013 г., с. 32-34].

Однако существенным недостатком этих проводов также является подверженность гололедным отложениям, «пляске» и вибрации проводов, что приводит к массовым аварийным происшествиям в электросетях и значительно снижается надежность энергоснабжения потребителей.

Задачей полезной модели является предотвращение на композитных неизолированных и изолированных проводах гололедных отложений, «пляски» и вибрации проводов.

Поставленная задача достигается тем, что в композитных неизолированных и изолированных проводах, содержащих повивы алюминиево-циркониевых, в наружный повив встроены термозакаленные отдельными участками наноструктурные проволоки в количестве не более половины проволок внешнего повива, при этом сопротивление встроенных проволок на порядок больше сопротивления алюминиево-циркониевых проволок.

Существо полезной модели поясняется чертежом. На фиг. изображено сечение заявляемого провода. Провод содержит алюминиево-циркониевые проволоки 1 и наноструктурные проволоки 2, расположенные в наружном повиве.

Физическая сущность предотвращения гололедных отложений, «пляски» и вибрации на заявляемых проводах заключается в том, что при протекании нагрузочных токов наибольшее токораспределение благодаря т.н. скин-эффекту будет в наноструктурных проволоках, так как их сопротивление больше сопротивления алюминиево-циркониевых проволок. В результате наружный повив провода в эксплуатационном режиме имеет подогретую поверхность и гололедные отложения и «пляска» изначально предотвращаются.

В Институте физики перспективных материалов при Уфимском авиационном Университете (ИФГТМ АГАТУ) с 2010 г. создан провод нового поколения: наноструктурные провода Al-сплавов. В этих проводах за счет применения технологической операции - интенсивной пластической деформации (ИПД) - происходит измельчение размеров зерен материала проволок до наноразмеров. В результате улучшаются характеристики провода по сравнению с известными композитными проводами: больше электропроводность, повышена механическая и термическая прочность, меньше размеры гололедных отложений [Межвузовский научный сборник «Электротехнические комплексы и системы» №8.287.2014/к, «Наноструктурные провода нового поколения», Уфа, 2014 г., с. 74-93].

В заявляемых проводах АСП_С-СИП_С полезной модели с применением наноструктурных проволок в наружном повиве реализовано против гололеда, «пляски» и вибрации два эффекта.

Первый эффект - нагрев поверхности наружного повива рабочими токами нагрузки. Так как сопротивление наноструктурных проволок больше сопротивления алюминиево-циркониевых проволок провода, то наибольший ток благодаря действию скин-эффекта будет в наноструктурных проволоках. От протекания увеличенного тока эти проволоки нагреваются больше, так как ΔP=I²*R. В результате провод имеет подогретую поверхность и гололедные отложения и «пляска» изначально предотвращаются.

В качестве подтверждения приведены сравнительные расчеты сопротивлений R_C наноструктурных проводов НС-80, НС-100 [вышеуказанный сборник, табл. 2, с. 86], R_К композитных проводов АСП-95/19 и АСП-300/48. Расчеты проведены по методике источника [Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4 - 35 - 110 кВ, Том 1 М., Папирус ПРО, 1999].

Удельное сопротивление проводов ρ вычисляется по формуле ρ=R*S и составляет:

- наноструктурный провод ρ_с=0,0287*10^-6 ом*м;

- композитный провод ρ_к=0,025*10^-6 ом*м.

Сечение встроенных наноструктурных проволок в проводах АСП-95/19 составляет 16,7 мм², в проводах АСП-300/48 - 33,4 мм². Расчеты приведены для температуры воздуха +20°C.

Сравнительные расчеты: провода НС-80 и 100 и АСП-95/19: R_c=0,0287*10^-6/16,7=1,719*10^-3 ом; R_к=0,025*10^-6/95=0,263*10^-3 ом.

Соотношение n=R_С/R_К=1,719*10^-3/0,263*10^-3=6,54≈7 раз, т.е. примерно на порядок.

Провода НС-276 [сборник, табл. 1, с. 91] и АСП-300/48:

ρ_с=0,097*276=0,0267*10^-6 ом*м;

R_С=0,0267*10^-6/33,4=0,8*10^-3ом; R_к=0,025*10^-6/300=0,0833*10^-3ом.

Соотношение n=R_C/R_К=0,8*10^-3/0,0833*10^-3=9,6 раз, т.е. на порядок.

Приведение сопротивления для НС-276 от +150°С к +20°С рассчитано по формуле R₂₀=R₁₅₀*(1-0.00403*150)=0.6045R₁₅₀ [сборник, с. 85]

Таким образом, сопротивление встроенных наноструктурных проволок на порядок больше сопротивления алюминиево-циркониевых проволок. Как указано выше, нагрев наноструктурных проволок происходит больше благодаря действию скин-эффекта, т.е. протеканию токов нагрузки в поверхностных проволоках провода, и их повышенному нагреву (ΔP_H=I²*R), в результате поверхность заявляемых проводов АСП_С-СИП_С от протекания токов нагрузки подогрета и гололедные отложения и «пляска» проводов изначально предотвращаются.

Второй эффект обусловлен термической закалкой отдельными участками наноструктурных проволок. Возникающие под действием ветра бегущие и отраженные волны, обуславливающие устойчивую пляску и вибрацию проводов, в местах перехода на участках большей жесткости (термозакаленные участки проволок) с соседними участками меньшей жесткости (незакаленные участки проволок) изначально демпфируются, точнее гасятся, и провод не подвергается «пляске» и вибрации. Таким образом, в таком проводе изгибная и крутильная жесткость разная по длине, т.е. модуль упругости Е, умноженный на момент инерции I, величина непостоянная. Термическая закалка проволок выполняется общеизвестным способом закалки токами высокой частоты с помощью индуктора.

В изолированных самонесущих проводах СИП наноструктурные проволоки располагаются под защитной термостойкой пленкой.

Применение на ВЛ заявляемых проводов позволяет изначально предотвратить гололедные отложения, «пляску» и вибрацию проводов, что значительно повышает надежность работы ВЛ и надежность энергоснабжения потребителей.

Предотвращение обледенения проводов осуществляется рабочими нагрузочными токами без отключения энергоснабжения потребителей.

В эксплуатационных условиях при применении заявляемых проводов АСП_С-СИП_С не требуются установки плавок гололеда, проведения самих плавок, оборудования ВЛ гасителями «пляски» и вибрации, что позволяет сэкономить значительные капитальные затраты.

Заводская технология производства проводов не изменяется: только в несколько другом порядке устанавливаются исходные барабаны с проволоками, наноструктурные проволоки поставляются готовыми.

Список

использованной технической литературы при оформлении заявки на полезную модель «Противогололедные провода ВЛ»

1. Зуев Э.Д. «О классификации инновационных конструкций проводов воздушных ЛЭП», жур. «Кабель-NEWS» №3, 2013 г., с. 18-23.

2. Провода будущего, жур. «Электроэнергия. Передача и распределение» №6, 2013 г., с. 7-8.

3. Зотов Д.Р. и др. «Курсом инноваций - ООО ЭМ-кабель», жур. «Кабель-NEWS» №5, 2013 г, с. 32-34.

4. Наноструктурные провода нового поколения. Межвузовский научный сборник «Электротехнические комплексы и системы» №8.287.2014/к, Уфа, 2014 г., с. 74-93.

5. Макаров Е.Ф., Справочник по электрическим сетям 0,4 - 35 - 110 кВ, Том 1. М., Папирус ПРО, 1999 г.

Claims (1)

1. Противогололедные композитные неизолированные и изолированные провода ВЛ, содержащие повивы алюминиево-циркониевых проволок, отличающиеся тем, что в наружный повив проводов встроены термозакаленные отдельными участками наноструктурные проволоки в количестве не более половины проволок внешнего повива, при этом сопротивление встроенных проволок на порядок больше, чем сопротивление алюминиево-циркониевых проволок.

   

Images