RU212956U1 - Провод неизолированный повышенной проводимости - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям неизолированных проводов, предназначенных для передачи электрической энергии в высоковольтных воздушных линиях электропередачи (ВЛ). Сердечник скручен из круглых проволок, поверх которых наложены один или несколько наружных повивов из профилированных проволок Z-образной формы, обеспечивающих компактную конструкцию провода и гладкую поверхность. Проволоки изготовлены из термообработанного алюминиевого сплава с содержанием кремния, магния и железа, имеющего прочность не менее 260 МПа и проводимость не менее 55,6% IACS. Заявляемая полезная модель обеспечивает улучшение технических характеристик неизолированного провода, включая снижение удельного электрического сопротивления и увеличение пропускной способности провода без снижения его прочности, что позволит существенно повысить энергоэффективность.

Description

Полезная модель относится к кабельной технике, а именно к конструкциям неизолированных проводов, предназначенных для передачи электрической энергии в высоковольтных воздушных линиях электропередачи (ВЛ).

Полезная модель реализована в следующей конструкции

Сердечник скручен из круглых проволок, поверх которых наложены один или несколько наружных повивов из профилированных проволок Z-образной формы, обеспечивающих компактную конструкцию провода и гладкую поверхность. Проволоки изготовлены из термообработанного алюминиевого сплава с содержанием кремния, магния и железа, имеющего прочность не менее 260 МПа и проводимость не менее 55,6% IACS.

Уровень техники

Известен неизолированный провод марки АС по ГОСТ 839-80 «Провода неизолированные для ВЛ. Технические условия» с сердечником из круглых стальных проволок и с токопроводящим слоем, состоящим из одного или нескольких концентрических повивов из круглых алюминиевых проволок.

К недостаткам известного провода можно отнести следующее:

недостаточная надежность провода, связанная с увеличенным наружным диаметром и малой крутильной жесткостью из-за недостаточной компактности конструкции (коэффициент заполнения 0,76), что приводит к повышенной вибрации провода и возникновением пляски провода под действием ветра;

низкая стойкость провода к снегоналипанию и гололедообразованию из-за ребристой поверхности провода, определяемой круглой формой проволок наружного повива;

снижение прочности провода в процессе эксплуатации из-за трения проволок сердечника и токопроводящего повива, имеющих разные физические характеристики;

недостаточная стойкость провода к электрохимической коррозии;

недостаточная пропускная способность в расчете на единицу массы провода;

высокие потери при передаче электроэнергии.

Известен провод неизолированный компактной конструкции, содержащий сердечник из круглых стальных проволок и токопроводящий слой из алюминия или алюминиевого сплава, один или несколько концентрических повивов которого выполнены из проволок, имеющих в сечении стреловидный профиль (патент на полезную модель РФ № 111338 U1, H01B 5/10, опубликован 27.08.2010).

В известном проводе устранены недостатки применяемых сталеалюминевых проводов из круглых проволок, провод обладает меньшим диаметром, более высокой стойкостью к налипанию снега, образованию гололеда, к воздействию ветра. К недостаткам известного провода можно отнести

использование в конструкции материалов, имеющих разные физические характеристики, что приводит к электрохимической коррозии и ухудшению механических характеристик в процессе эксплуатации, к снижению срока службы провода;

недостаточная пропускная способность в расчете на единицу массы провода;

высокие потери при передаче электроэнергии.

Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели являются неизолированные провода AERO-Z производства компании Nexans (Франция) (http://промкаталог.рф/PublicDocuments/0514317.pdf ). Провода AERO-Z выполнены целиком из алюминиевого сплава, имеют компактную конструкцию. Наружный слой провода AERO-Z выполнен из проволок Z-образного профиля, практически идеально гладкий, имеет незначительные винтовые канавки, возникающие между верхними кромками Z-образных проволок с тщательно подобранными шагом скрутки, глубиной и шириной. Z-образная форма проволок наружного повива была выбрана как наиболее надежная при эксплуатации, более устойчивая к механическим повреждениям, поскольку другие, например, трапецеидальные проволоки, не всегда идеально соприкасаются друг с другом и вибрация провода под действием ветра может вызвать увеличение наклона трапеций относительно друг друга, что приведет к выпиранию отдельных проволок и нарушению гладкости наружной поверхности провода. Таким образом, данная конструкция, сохраняя преимущества компактированного провода (уменьшение коэффициента аэродинамического сопротивления, крутильную жесткость, стойкость к воздействию ветра и гололеда), лишена недостатков, свойственных алюминиевым проводам со стальным сердечником, - электрохимической коррозии и ухудшению механических характеристик в процессе эксплуатации. Данный провод выбран в качестве прототипа. К его недостатку следует отнести недостаточную проводимость, вызванную необходимостью использовать в конструкции алюминиевый сплав повышенной прочности с достаточно высоким электрическим сопротивлением, что приводит к потерям при передаче электроэнергии, сравнимым с потерями при использовании сталеалюминиевого провода близкого сечения.

Задачей заявляемой полезной модели является улучшение технических характеристик неизолированного провода, включая снижение удельного электрического сопротивления и увеличение пропускной способности провода без снижения его прочности, что позволит существенно повысить энергоэффективность ВЛ при передаче электроэнергии.

Раскрытие сущности полезной модели

Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем. Неизолированный провод, содержащий сердечник из одной центральной круглой проволоки и 1-3 повивов круглых проволок, вокруг которого расположены слои Z-образных проволок, выполненных с линейным касанием проволок между собой. Скрутка повивов провода должна быть произведена в противоположные стороны, причем наружный повив должен иметь правое направление скрутки. Кратность шага скрутки проволоки для наружного повива должна быть от 10 до 14, для внутренних повивов - от 10 до 16. Количество повивов профилированной проволоки изменяется от одного до трех, при этом общее количество проволок в проводе может изменяться от 19 до 91, что определяется номинальным сечением провода. Проволоки изготовлены из термообработанного алюминиевого сплава, имеющего прочность не менее 260 МПа и проводимость не менее 55,6% IACS, с содержанием химических элементов, мас.%: кремний 0,40-0,50, магний 0,40-0,50, железо ≤0,35, прочие элементы ≤0,29, остальное - алюминий.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где показано поперечное сечение предлагаемого провода.

Цифрами на чертеже обозначены следующие элементы:

1 - сердечник из круглых проволок,

2 - первый наружный повив из Z-образных проволок,

3 - второй наружный повив из Z-образных проволок.

Осуществление полезной модели

При изготовлении провода неизолированного повышенной проводимости выполняются следующие технологические операции.

Первая технологическая операция - волочение круглых и профилированных проволок из катанки, изготовленной из алюминиевого сплава, имеющего прочность не менее 260 Н/мм², удлинение не менее 5%, удельное электрическое сопротивление не более 31,0 нОм⋅м (проводимость не менее 55,6% IACS).

Вторая технологическая операция - термическая обработка проволоки в индукционной печи в течение 5-20 ч при температуре от 130 до 200°С. Это процесс искусственного старения материала, при котором происходит упорядочение кристаллической решетки и, как следствие, улучшение механических и электрических характеристик проволоки. Получаемая проволока из термообработанного алюминиевого сплава имеет удельную прочность на разрыв не менее 295 Н/мм², удлинение не менее 3%, удельное электрическое сопротивление не более 30,0 нОм⋅м (проводимость не менее 57,5% IACS).

Третья технологическая операция - скрутка проволок всех повивов провода единовременно.

Выполненные операции позволяют получить провод неизолированный повышенной проводимости компактной конструкции из термообработанного алюминиевого сплава. Данная технология позволяет производить провода сечением до 900 мм2 и более. При этом плотность заполнения токопроводящим материалом (алюминиевым сплавом) в сечении провода достигает 98% и, в отличие от технологии пластического деформирования, гарантирована равномерность заполнения межпроволочного пространства как во внутренних, так и во внешних повивах независимо от прочности и упругости используемого материала.

Технический результат достигается тем, что в проводе неизолированном для высоковольтных воздушных линий электропередачи используется профилированная проволока Z-образной формы из алюминиевого сплава с улучшенными электрическими и механическими свойствами. В результате провод имеет удельную прочность на разрыв не менее 315 Н/мм², а удельное электрическое сопротивление не более 31,73 нОм⋅м.

Таблица 1. Сравнение характеристик проводов AAAC-Z (ВП) с АС

Наименование провода	Полное сечение провода	Диаметр провода	Масса провода		Разрывное усилие	Max предел прочности на разрыв		Электрическое сопротивление постоянному току при 20°С	Удельное электрическое сопротивление при 20°С		Максимальный рабочий ток при температуре воздуха 25°С
	мм²	мм	кг	°	Н	Н/мм²	°	Ом/км	нОм/м	°	А	°
АС 150/24	173,00	17,10	599		52 279	302		0,2039	35,27		445
AAAC-Z-177 (ВП)	179,27	16,50	507	-15,4%	57 070	318	5,3%	0,1761	31,57	-10,5%	587	31,9%
АС 205/27	231,60	19,80	774		63 740	275		0,1407	32,59		550
AAAC-Z-242 (ВП)	246,00	18,90	687	-11,2%	79 960	325	18,1%	0,1286	31,64	-2,9%	709	28,9%
АС 240/32	275,70	21,60	921		75 050	272		0,1182	32,59		605
AAAC-Z-261 (ВП)	265,70	19,60	742	-19,4%	86 350	325	19,4%	0,1191	31,64	-2,9%	761	25,8%
АС 240/56	297,30	22,40	1 106		98 253	330		0,1197	35,59		610
AAAC-Z-301 (ВП)	306,29	21,00	856	-22,6%	99 540	325	-1,7%	0,1033	31,64	-11,1%	812	33,1%
АС 300/66	354,30	24,50	1 313		117 520	332		0,1000	35,43		680
AAAC-Z-346 (ВП)	351,44	22,40	982	-25,2%	111 270	317	-4,5%	0,0900	31,63	-10,7%	886	30,3%
АС 330/43	375,10	25,20	1 255		103 784	277		0,0869	32,60		730
AAAC-Z-366 (ВП)	372,26	23,10	1 040	-17,1%	117 860	317	14,4%	0,0850	31,64	-2,9%	915	25,3%
АС 400/51	445,10	27,50	1 490		120 481	271		0,0733	32,63		825
AAAC-Z-455 (ВП)	461,73	26,10	1 306	-12,3%	150 060	325	20,1%	0,0686	31,67	-2,9%	1 048	27,0%
АС 500/26	507,60	29,40	1 537		112 548	222		0,0575	29,19		960
AAAC-Z-504 (ВП)	511,25	27,45	1 445	-6,0%	166 160	325	46,6%	0,0610	31,19	6,8%	1 133	18,0%
АС 500/64	553,50	30,60	1 852		148 257	268		0,0588	32,55		945
AAAC-Z-538 (ВП)	546,00	28,35	1 543	-16,7%	177 390	325	21,3%	0,0580	31,67	-2,7%	1 161	22,9%
АС 550/71	620,20	32,70	2 076		172 592	278		0,0526	32,62		1 000
AAAC-Z-635	641,00	31,50	1 858	-10,5%	205 380	320	15,1%	0,0495	31,73	-2,7%	1 288	28,8%
АС 600/72	652,20	33,20	2 170		183 835	282		0,0498	32,48		1 050
AAAC-Z-648 (ВП)	657,80	31,10	1 860	-14,3%	208 980,	318	12,7%	0,0482	31,71	-2,4%	1 300	23,8%
АС 650/79	712,90	34,70	2 372		200 451	281		0,0456	32,51		1 332
AAAC-Z-707 (ВП)	717,03	32,40	2 028	-14,5%	225 860	315	12,0%	0,0442	31,69	-2,5%	1 369	2,8%
АС 800/105	926,00	39,70	3 092		260 073	281		0,0352	32,60		1 580
AAAC-Z-928 (ВП)	943,67	36,90	2 650	-14,3%	298 930	317	12,8%	0,0336	31,71	-2,7%	1 608	1,8%
ВСЕГО:	°	°	°	до -25,2%		°	до 46,6%		°	до -11,1%		до 33,1%

Из сравнения характеристик провода AAAC-Z (ВП) предлагаемой полезной модели с известным сталеалюминевым проводом АС (Таблица 1) можно сделать вывод, что провод предлагаемой полезной модели имеет удельную массу меньше на 6÷25%, удельную прочность сравнимую или выше до 46%, удельное электрическое сопротивление меньше на 2÷11%, а пропускную способность выше на 2÷33% по сравнению с применяемым сталеалюминевым проводом, имеющим сравнимое общее сечение.

Использование в проводе предлагаемой полезной модели профилированной проволоки для получения компактной конструкции провода способствует уплотнению провода, уменьшению его диаметра и увеличению площади соприкосновения отдельных проволок между собой, что обеспечивает повышенную крутильную жесткость провода и, как следствие, снижение амплитуды колебаний при воздействии ветра и самодемпфирование провода, предотвращающее возникновение пляски проводов, приводящее к износу проводов, снижению их срока службы, к авариям на ВЛ. Полученная внешняя поверхность провода более гладкая, чем у провода, выполненного из круглых проволок, что позволяет снизить аэродинамическое сопротивление за счет меньшей площади контура провода. Меньший диаметр и гладкая поверхность провода в сочетании с крутильной жесткостью препятствуют снегоналипанию и гололедообразованию на проводах, а образующиеся отложения легче отделяются от поверхности такого провода.

Использование однородного материала в конструкции провода обеспечивает стойкость провода к коррозии. Использование конструкции провода из алюминиевого сплава без применения других конструкционных материалов позволяет снизить удельную массу провода, материалоемкость строительства ВЛ и стоимость доставки материалов на место строительства, что особенно существенно для удаленных и труднопроходимых районов энергетического строительства.

Таблица 2. Сравнение характеристик проводов AAAC-Z (ВП) с AERO-Z AAAC Z A3F

Наименование	Полное сечение провода	Диаметр провода	Масса провода		Разрывное усилие	Max предел прочности на разрыв		Электрическое сопротивление постоянному току при 20°С	Удельное электрическое сопротивление при 20°С		Максимальный рабочий ток при температуре воздуха 25°С
	мм²	мм	кг		Н	Н/мм²		Ом/км	(Ом/км)⋅мм²		А
AERO-Z AAAC Z 177	179,27	16,50	506		57 070	318		0,1869	33,51		494
AAAC-Z 177-1Z (ВП)	179,27	16,50	507	0,2%	57 070	318		0,1761	31,57	-5,8%	587	18,8%
AERO-Z AAAC Z 242	246,02	18,90	688		79 960	325		0,1362	33,51		596
AAAC-Z 242-2Z (ВП)	246,00	18,90	687	-0,1%	79 960	325	0,0%	0,1286	31,64	-5,6%	709	19,0%
AERO-Z AAAC Z 261	265,70	19,60	742		86 350	325		0,1261	33,50		625
AAAC-Z 261-2Z (ВП)	265,70	19,60	742		86 350	325		0,1191	31,64	-5,6%	761	21,8%
AERO-Z AAAC Z 301	306,29	21,00	856		99 540	325		0,1094	33,51		683
AAAC-Z 301-2Z (ВП)	306,29	21,00	856		99 540	325		0,1033	31,64	-5,6%	812	18,9%
AERO-Z AAAC Z 346	351,44	22,40	982		111 270	317		0,0953	33,49		743
AAAC-Z 346-2Z (ВП)	351,44	22,40	982		111 270	317		0,0900	31,63	-5,6%	886	19,2%
AERO-Z AAAC Z 366	372,26	23,10	1 040		117 860	317		0,0900	33,50		770
AAAC-Z 366-2Z (ВП)	372,26	23,10	1 040		117 860	317		0,0850	31,64	-5,6%	915	18,8%
AERO-Z AAAC Z 455	461,73	26,10	1 313		150 060	325		0,0733	33,84		883
AAAC-Z 455-2Z (ВП)	461,73	26,10	1 306	-0,5%	150 060	325		0,0686	31,67	-6,4%	1 048	18,7%
AERO-Z AAAC Z 504	511,25	27,45	1 454		166 160	325		0,0662	33,84		941
AAAC-Z 504-2Z (ВП)	511,25	27,45	1 445	-0,6%	166 160	325		0,0610	31,19	-7,9%	1 133	20,4%
AERO-Z AAAC Z 538	545,83	28,35	1 552		177 390	325		0,0620	33,84		980
AAAC-Z 538-2Z (ВП)	546,00	28,35	1 543	-0,6%	177 390	325	0,0%	0,0580	31,67	-6,4%	1 161	18,5%
AERO-Z AAAC Z 648	657,80	31,05	1 870		208 980	318		0,0514	33,81		1 100
AAAC-Z 648-2Z (ВП)	657,80	31,10	1 860	-0,5%	208 980	318		0,0482	31,71	-6,2%	1 300	18,2%
AERO-Z AAAC Z 666	675,58	31,50	1 921		214 600	318		0,0501	33,85		1 119
AAAC-Z 666-2Z (ВП)	675,58	31,50	1 910	-0,6%	214 640	318	0,0%	0,0469	31,68	-6,4%	1 321	18,1%
AERO-Z AAAC Z 707	717,03	32,40	2 034		225 860	315		0,0472	33,84		1 161
AAAC-Z 707-2Z (ВП)	717,03	32,40	2 028	-0,3%	225 860	315		0,0442	31,69	-6,4%	1 369	17,9%
AERO-Z AAAC Z 928	943,67	36,85	2 684		298 930	317		0,0360	33,97		1 371
AAAC-Z 928-3Z (ВП)	943,67	36,90	2 650	-1,3%	298 930	317		0,0336	31,71	-6,7%	1 608	17,3%
				до -1,3%			0			до -7,9%		до 22%

Из сравнения характеристик провода AAAC-Z (ВП) предлагаемой полезной модели с проводом AERO-Z AAAC Z (Таблица 2) можно сделать вывод, что провод предлагаемой полезной модели имеет удельное электрическое сопротивление меньше на 6÷8%, а пропускную способность выше на 17÷22% по сравнению с известным проводом из алюминиевого сплава при равных механических характеристиках.

Технический результат, заключающийся в снижении удельной массы и удельного электрического сопротивления, повышении удельной прочности и пропускной способности (максимально допустимого тока) по сравнению с известным сталеалюминевым проводом АС, имеющим сравнимое общее сечение обеспечивается за счет компактной конструкции и использования термообработанного алюминиевого сплава повышенной проводимости.

Технический результат, заключающийся в снижении удельного электрического сопротивления провода ВЛ и повышении его пропускной способности по сравнению с известным проводом из алюминиевого сплава при равных механических характеристиках, обеспечивается за счет того, что в проводе неизолированном для ВЛ, состоящем из сердечника, выполненного круглых проволок, а также из внутреннего проволочного и внешнего проволочного повивов, выполненных из профилированных проволок Z-образной формы, согласно полезной модели все проволоки выполнены из термообработанного алюминиевого сплава повышенной проводимости.

Claims (2)

1. Провод неизолированный повышенной проводимости для воздушных линий электропередачи, содержащий сердечник из круглых проволок и один или несколько наружных повивов, образованных из скрученных профилированных проволок Z-образной формы с линейным касанием между собой и расположенных концентрично поверх сердечника, причем направления скрутки проволок во всех повивах взаимно противоположны друг другу, а направление скрутки наружного повива правое, отличающийся тем, что все проволоки провода выполнены из термообработанного сплава на основе алюминия с содержанием химических элементов, мас.%:
2. Кремний 0,40-0,50 Магний 0,40-0,50 Железо ≤00,35 Прочие элементы ≤0,29

Images