RU2631421C1 - Wire for overhead power transmission lines - Google Patents

Wire for overhead power transmission lines Download PDF

Info

Publication number
RU2631421C1
RU2631421C1 RU2016114397A RU2016114397A RU2631421C1 RU 2631421 C1 RU2631421 C1 RU 2631421C1 RU 2016114397 A RU2016114397 A RU 2016114397A RU 2016114397 A RU2016114397 A RU 2016114397A RU 2631421 C1 RU2631421 C1 RU 2631421C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wire
cross
section
wires
perimeter
Prior art date
Application number
RU2016114397A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Михайлович Богачков
Ирек Салихович Латыпов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Газпром проектирование"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Газпром проектирование" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Газпром проектирование"
Priority to RU2016114397A priority Critical patent/RU2631421C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2631421C1 publication Critical patent/RU2631421C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B5/00Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
    • H01B5/08Several wires or the like stranded in the form of a rope
    • H01B5/10Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material
    • H01B5/102Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material stranded around a high tensile strength core
    • H01B5/105Several wires or the like stranded in the form of a rope stranded around a space, insulating material, or dissimilar conducting material stranded around a high tensile strength core composed of synthetic filaments, e.g. glass-fibres

Landscapes

  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: non-insulated wire for overhead power transmission lines comprises a steel core (1) made of one or more rods (2) having the form of interconnected complex profiles, and several concentric inner lays, and an external lay made of power rods of trapezoidal cross-section made of aluminium or aluminium-zirconium alloy (3). The external wire lay is formed by rods with a cross-section in form of an equilateral trapezium, on the larger base of which the teeth with a radius of curvature r and depressions with a radius of curvature r are made, in this case the height of the tooth 3 is determined taking into account the distance of separation of the circumferences centers of the tooth and depression.
EFFECT: design of the wire makes it possible to increase the long-term permissible current of the wire without increasing the cross-sectional area and operating temperature.
3 cl, 7 dwg, 6 tbl

Description

Изобретение относится к области электротехники, а в частности к конструкции неизолированных многопроволочных проводов, для воздушных линий электропередачи.The invention relates to the field of electrical engineering, and in particular to the design of uninsulated stranded wires for overhead power lines.

Известна конструкция сталеалюминевого провода марки АС [ГОСТ 839-80. Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи. Утвержден и введен в действие постановлением государственного комитета СССР по стандартам от 23.06.80 №2987], состоящего из стального сердечника, обеспечивающего механическую прочность провода, и одного или нескольких концентрических повивов круглых алюминиевых проволок (активный материал), передающих электрическую энергию. Сердечник провода скручивается из стальных оцинкованных круглых проволок.Known design of steel-aluminum wire brand AC [GOST 839-80. Uninsulated wires for overhead power lines. Approved and enacted by resolution of the USSR State Committee for Standards dated June 23, 80 No. 2987], consisting of a steel core providing mechanical strength of the wire, and one or more concentric coils of round aluminum wires (active material) that transmit electrical energy. The core of the wire is twisted from galvanized steel round wires.

Недостатком данной конструкции являются: низкий коэффициент заполнения сечения токоведущей части провода активным материалом, что увеличивает наружный диаметр провода; низкий длительно допустимый ток при рабочей температуре провода.The disadvantage of this design are: low fill factor of the cross section of the current-carrying part of the wire with active material, which increases the outer diameter of the wire; low long-term permissible current at operating temperature of the wire.

Наиболее близким по технической сущности является конструкция компактного неизолированного провода для воздушных линий электропередачи [RU 96442 U1, МПК Н01В 5/00 (2006.01), опубл. 27.07.2010], состоящего из стального пластически обжатого сердечника из стальных проволок с коррозионно-защитным металлическим покрытием марки ПОС, обеспечивающего механическую прочность провода, и одного или нескольких концентрических повивов проволок из алюминиевого сплава ABE по ГОСТ 20967-75 или алюминиево-циркониевого сплава TAL или ZTAL трапецеидального сечения (активный материал), передающих электрическую энергию. Сердечник провода скручивается из стальных оцинкованных проволок, форма которых задается с помощью обжатия и имеет вид взаимосопряженных фасонных профилей.The closest in technical essence is the design of a compact bare cable for overhead power lines [RU 96442 U1, IPC Н01В 5/00 (2006.01), publ. 07/27/2010], consisting of a steel plastically pressed core made of steel wires with a corrosion-protective metal coating of the POS grade, providing mechanical strength of the wire, and one or more concentric coils of wires from ABE aluminum alloy according to GOST 20967-75 or TAL aluminum-zirconium alloy or ZTAL trapezoidal section (active material) that transmit electrical energy. The core of the wire is twisted from galvanized steel wires, the shape of which is set by crimping and has the form of interconnected shaped profiles.

Недостатки известного неизолированного провода следующие: длительно допустимый ток увеличен за счет повышения температуры рекристаллизации алюминия; проволоки выполнены из специального высокотехнологического термостойкого алюминиево-циркониевого сплава; для подвески провода на опорах требуется специальная линейная арматура, из-за высокой температуры проводника, которая составляет более 200°С.The disadvantages of the known uninsulated wire are as follows: long-term allowable current is increased by increasing the temperature of recrystallization of aluminum; the wires are made of a special high-tech heat-resistant aluminum-zirconium alloy; For the suspension of wires on supports, special linear reinforcement is required, due to the high temperature of the conductor, which is more than 200 ° C.

Также известны и другие конструкции проводников, например, кабелей, которые позволяют увеличить длительно допустимый ток за счет принудительного его охлаждения, т.е. улучшения условий теплоотвода от кабеля.Other constructions of conductors are also known, for example, cables, which can increase the long-term allowable current due to its forced cooling, i.e. improving the conditions of heat removal from the cable.

Различают внутренние, внешние и косвенные системы охлаждения.Distinguish between internal, external and indirect cooling systems.

Основными особенностями системы внутреннего охлаждения являются: охлаждение токопроводящей жилы осуществляется за счет прокачивания масла по внутреннему каналу; для циркуляции масла по замкнутому циклу необходимы обратный трубопровод и теплообменник для его охлаждения; длины кабельных линий ограничены за счет малых объемов охлаждающего масла. Кабели с внутренней системой охлаждения изготавливаются по ГОСТ 16441-78.The main features of the internal cooling system are: the conductive core is cooled by pumping oil through the internal channel; for circulation of oil in a closed cycle, a return pipe and a heat exchanger are necessary for its cooling; cable line lengths are limited due to small volumes of cooling oil. Cables with an internal cooling system are manufactured in accordance with GOST 16441-78.

Системы с внешним (поверхностным) охлаждением кабельной линии имеют следующие особенности: в качестве охлаждающей среды могут применяться воздух, вода, масло под высоким давлением; охлаждающая среда находится в непосредственном контакте с наружной поверхностью кабеля; в качестве конструктивного решения применяется прокладка кабельной линии в трубе (объединено или с разделением по фазам), по которой продувается воздух, прокачивается вода или масло [SU 150142 А1, 1962]. К данной системе относится поверхностное охлаждение кабельной линии криогенной системой, где в качестве охлаждающей среды выступает криоген [RU 2491671 С2, 2013].Systems with external (surface) cooling of the cable line have the following features: air, water, oil under high pressure can be used as a cooling medium; the cooling medium is in direct contact with the outer surface of the cable; as a constructive solution, a cable line is laid in the pipe (combined or with phase separation), along which air is blown, water or oil is pumped [SU 150142 A1, 1962]. This system includes surface cooling of a cable line by a cryogenic system, where a cryogen acts as a cooling medium [RU 2491671 C2, 2013].

Основными особенностями системы косвенного охлаждения являются: отсутствует непосредственное охлаждение кабеля водой, маслом или воздухом; в качестве теплоотвода применяются трубы с проточной водой, прокладываемые около кабельной линии; теплоотдача от кабельной линии происходит за счет снижения температуры окружающей среды.The main features of the indirect cooling system are: there is no direct cooling of the cable with water, oil or air; pipes with running water installed near the cable line are used as a heat sink; heat transfer from the cable line occurs due to lower ambient temperature.

Основными недостатками принудительного его охлаждения являются: создание и эксплуатация сложных дополнительных систем охлаждения проводника.The main disadvantages of its forced cooling are: the creation and operation of complex additional conductor cooling systems.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка конструкции неизолированного провода для линии воздушной электропередачи, без создания дополнительных систем охлаждения, имеющего улучшенные эксплуатационные характеристики.The task to which the claimed technical solution is directed is to develop a design of bare wire for an overhead power line, without creating additional cooling systems having improved performance characteristics.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении пропускной способности линий электропередачи путем увеличения длительно допустимого тока провода без увеличения площади поперечного сечения.The problem is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the throughput of power lines by increasing the long-term allowable current of the wire without increasing the cross-sectional area.

Технический результат достигается тем, что в известном неизолированном проводе для воздушных линий электропередачи, содержащим стальной сердечник, выполненный из одной или нескольких проволок, имеющих вид взаимосопряженных фасонных профилей, и несколько концентрических внутренних повивов и внешнего повива, выполненных из токопроводящих проволок трапецеидального сечения из алюминиевых или алюминиево-циркониевого сплава, особенностью является то, что указанный внешний повив образован проволоками с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья с радиусом кривизны r и впадины с радиусом кривизны r, при этом высоту зуба Η определяют с учетом расстояния раздвижения центров окружностей зуба и впадины. Возможно, что в качестве алюминиево-циркониевого сплава использован сплав TAL или ZTAL, а межпроволочное пространство провода заполнено консистентной смазкой.The technical result is achieved by the fact that in the known uninsulated wire for overhead power lines containing a steel core made of one or more wires having the form of interconnected shaped profiles, and several concentric inner wires and external wire made of trapezoidal conductive wires of aluminum or aluminum-zirconium alloy, a feature is that the specified external winding is formed by wires with a cross section in the form of isos ary trapezoid at a greater basis of which the teeth are made with a radius of curvature r and depressions with a radius of curvature r, the height of the tooth Η determined considering the distance razdvizheniya tooth centers of circles and troughs. It is possible that TAL or ZTAL alloy is used as an aluminum-zirconium alloy, and the interwire space of the wire is filled with grease.

Заявляемая конструкция неизолированного провода позволяет повысить длительно допустимый ток провода, без увеличения площади поперечного сечения, рабочей температуры проводника, а также создания систем принудительного охлаждения. Увеличение длительно допустимого тока осуществляется путем увеличения отдачи количества тепла проводом в окружающую среду от боковой поверхности, за счет увеличения периметра поперечного сечения.The inventive design of non-insulated wire allows you to increase the long-term allowable current of the wire, without increasing the cross-sectional area, operating temperature of the conductor, as well as the creation of forced cooling systems. The increase in the long-term permissible current is carried out by increasing the amount of heat transferred by the wire to the environment from the side surface, by increasing the perimeter of the cross section.

Увеличение пропускной способности проводника с помощью повышения длительно допустимого тока известно. Для этого применяется специальный токопроводящий материал - термостойкий сплав или специальные системы улучшения условий теплоотвода от проводника. Также известна конструкция провода с улучшенными условиями теплоотвода от проводника, с помощью увеличения площади боковой поверхности проводника, и тем самым повышается длительно допустимый ток [RU 156801 U1, 2015, RU 156715 U1, 2015]. В известных конструкциях провода высота зуба Η составляет не более двух радиусов кривизны зуба - 2 r(n). Но не известна конструкция провода, где для повышения периметра поперечного сечения провода увеличивается высота зуба за счет раздвижения центров окружности - зуба, с радиусом кривизны r(n) и впадины с радиусом кривизны r(n) на расстояние h. При этом высота зуба Η=2r(n)+h(n).An increase in conductor throughput by increasing the long-term allowable current is known. For this, a special conductive material is used - a heat-resistant alloy or special systems to improve the conditions of heat removal from the conductor. Also known is the design of the wire with improved conditions for heat removal from the conductor, by increasing the area of the side surface of the conductor, and thereby increases the long-term allowable current [RU 156801 U1, 2015, RU 156715 U1, 2015]. In known wire structures, the tooth height Η is not more than two radii of curvature of the tooth - 2 r (n). But the construction of the wire is not known where, to increase the perimeter of the cross section of the wire, the height of the tooth increases due to the extension of the centers of the circle - the tooth, with a radius of curvature r (n) and a cavity with a radius of curvature r (n) by a distance h. Moreover, the height of the tooth зуб = 2r (n) + h (n).

При использовании в проводе во внешнем повиве проволок в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья, происходит более быстрое охлаждение провода, чем при использовании в проводе проволок с гладкой поверхностью (прототип). Следовательно, по проводу можно передать больше электроэнергии, при этом температура провода не превысит допустимой температуры рекристаллизации активного материала.When using wires in the form of an isoside trapezoid on the larger base of which the teeth are made on the wire in the outer layer, faster cooling of the wire occurs than when using wires with a smooth surface in the wire (prototype). Consequently, more electricity can be transmitted through the wire, while the temperature of the wire does not exceed the permissible temperature of recrystallization of the active material.

На фиг. 1 изображено поперечное сечение провода, состоящего из проволок.In FIG. 1 shows a cross section of a wire consisting of wires.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение проволоки внешнего повива.In FIG. 2 shows a cross section of an outer coil wire.

На фиг. 3 изображен неизолированный скрученный провод.In FIG. 3 shows an uninsulated twisted wire.

На фиг. 4 изображены зависимости: изменение радиуса кривизны r зуба от количества зубьев; изменение периметра поперечного сечения провода от количества зубьев при высоте зуба Η=2r; изменение периметра поперечного сечения провода от количества зубьев при увеличенной высоте зуба H=2r+h.In FIG. 4 shows the dependences: a change in the radius of curvature r of a tooth versus the number of teeth; change in the perimeter of the cross section of the wire from the number of teeth at the height of the tooth Η = 2r; the change in the perimeter of the cross section of the wire from the number of teeth with an increased tooth height H = 2r + h.

На фиг. 5 изображены зависимости: температуры провода сечением 300/37 мм2 из алюминиево-циркониевого сплава от длины периметра поперечного сечения при токах 900 А, 1300 А, 1700 А, 2100 А.In FIG. 5 depicts: temperature of a wire with a cross-section of 300/37 mm 2 of aluminum-zirconium alloy on the length of the perimeter of the cross section at currents of 900 A, 1300 A, 1700 A, 2100 A.

На фиг. 6 изображен проводник, состоящий из трех участков. Первый участок представляет собой в поперечном сечении круг, второй участок - в поперечном сечении зубчатое колесо с количеством зубьев 12 шт., третий участок - в поперечном сечении зубчатое колесо с количеством зубьев 24 шт.In FIG. 6 shows a conductor consisting of three sections. The first section is a circle in cross section, the second section is a gear wheel in cross section with the number of teeth 12 pcs., And the third section is in cross section a gear wheel with 24 teeth in number.

На фиг. 7 изображено распределение векторов теплового потока (Вт/мм2) от поверхности проводника.In FIG. 7 shows the distribution of heat flux vectors (W / mm 2 ) from the surface of the conductor.

На фиг. 1 показано: 1 - сердечник провода с формой взаимосопряженных фасонных профилей из стальных проволок; 2 - токопроводящая проволока алюминиевая или проволока из алюминиево-циркониевого сплава с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции; 3 - токопроводящая проволока алюминиевая или проволока из алюминиево-циркониевого сплава с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья; 4 - внутренний проволочный повив; 5 - внешний проволочный повив; 6 - зубья, выполненные на внешней поверхности токопроводящей проволоки 3 внешнего повива.In FIG. 1 shows: 1 - the core of the wire with the form of interconnected shaped profiles of steel wires; 2 - conductive aluminum wire or wire of aluminum-zirconium alloy with a cross section in the form of an isosceles trapezoid; 3 - conductive aluminum wire or wire of aluminum-zirconium alloy with a cross section in the form of an equilateral trapezoid, on the larger base of which the teeth are made; 4 - inner wire coil; 5 - external wire coil; 6 - the teeth made on the outer surface of the conductive wire 3 of the external winding.

На фиг. 2 показано: 3 - токопроводящая проволока алюминиевая или проволока из алюминиево-циркониевого сплава с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья; 6 - зуб с радиусом кривизны r; 7 - впадина с радиусом кривизны r, 8 - Η - высота зуба; 9 - h - расстояние раздвижения центров окружностей зуба и впадины (расстояние между осями радиуса кривизны зуба 6 и впадины 7); 10 - наружный радиус R проволоки с поперечным сечением в виде круга.In FIG. 2 shows: 3 - aluminum conductive wire or aluminum-zirconium alloy wire with a cross section in the form of an isosceles trapezoid, on the larger base of which teeth are made; 6 - a tooth with a radius of curvature r; 7 - cavity with a radius of curvature r, 8 - Η - tooth height; 9 - h is the distance of the separation of the centers of the circumferences of the tooth and the cavity (the distance between the axes of the radius of curvature of the tooth 6 and the cavity 7); 10 - outer radius R of the wire with a cross section in the form of a circle.

На фиг. 3 показано: 1 - сердечник провода с формой взаимосопряженных фасонных профилей из стальных проволок; 2 - токопроводящая проволока алюминиевая или проволока из алюминиево-циркониевого сплава с поперечным сечением в виде равнобокой трапеции; 3 - токопроводящая проволока алюминиевая или проволока из алюминиево-циркониевого сплава с поперечным сечением в виде равнобокой трапеции, на большем основании которой выполнены зубья 6; 4 - внутренний проволочный повив; 5 - внешний проволочный повив.In FIG. 3 shows: 1 - the core of the wire with the form of interconnected shaped profiles of steel wires; 2 - conductive aluminum wire or wire of aluminum-zirconium alloy with a cross section in the form of an isosceles trapezoid; 3 - conductive aluminum wire or wire of aluminum-zirconium alloy with a cross section in the form of an isosceles trapezoid, on a larger base of which teeth 6 are made; 4 - inner wire coil; 5 - external wire coil.

На фиг. 4 показано: 11 - кривая изменения радиуса кривизны r(n) зуба от количества зубьев; 12 - кривая изменения периметра поперечного сечения Р1(n) в виде зубчатого колеса от количества зубьев; 13 - кривая изменения периметра поперечного сечения Р2(n) в виде зубчатого колеса от количества зубьев с увеличенной высотой H=2r+h; 14 - линия периметра проволоки с поперченным сечением Р(n) в виде круга.In FIG. 4 shows: 11 - curve of the radius of curvature r (n) of the tooth versus the number of teeth; 12 is a change curve of the perimeter of the cross section P1 (n) in the form of a gear from the number of teeth; 13 - change curve of the perimeter of the cross-section P2 (n) in the form of a gear from the number of teeth with an increased height H = 2r + h; 14 - line of the perimeter of the wire with a cross section of P (n) in the form of a circle.

На фиг. 5 показано: 15 - кривая изменения температуры проводника от длины периметра поперечного сечения провода при токе 900 А; 16 - кривая изменения температуры от длины периметра поперечного сечения провода при токе 1300 А; 17 - кривая изменения температуры от длины периметра поперечного сечения провода при токе 1700 А; 18 - кривая изменения температуры от длины периметра поперечного сечения провода при токе 2100 А; 19 - линия - периметр поперечного сечения провода (прототип); 20 - линия - периметр поперечного сечения провода (заявляемое решение); точка А - точка пересечения линии 19 периметра поперечного сечения провода (прототип) с кривой изменения температуры при токе 1700 А; точка Б - точка пересечения линии 20 периметра поперечного сечения провода (заявляемое техническое решение) с кривой изменения температуры при токе 1700 А.In FIG. 5 shows: 15 - curve of the temperature change of the conductor from the length of the perimeter of the cross section of the wire at a current of 900 A; 16 - curve of temperature change from the length of the perimeter of the cross section of the wire at a current of 1300 A; 17 - curve of temperature change from the length of the perimeter of the cross section of the wire at a current of 1700 A; 18 is a curve of temperature change from the length of the perimeter of the cross section of the wire at a current of 2100 A; 19 - line - the perimeter of the cross section of the wire (prototype); 20 - line - the perimeter of the cross section of the wire (the claimed solution); point A - the point of intersection of the line 19 of the perimeter of the cross section of the wire (prototype) with the temperature change curve at a current of 1700 A; point B - the point of intersection of the line 20 of the perimeter of the cross section of the wire (the claimed technical solution) with the temperature change curve at a current of 1700 A.

На фиг. 6 показано: 21 - проводник; 22 - первый участок проводника с поперечным сечением круг; 23 - второй участок проводника с поперечным сечением зубчатое колесо с количеством зубьев 12 шт.; 24 - третий участок проводника с поперечным сечением круг, зубчатое колесо с количеством зубьев 24 шт.In FIG. 6 shows: 21 - conductor; 22 - the first section of the conductor with a cross section of a circle; 23 - the second section of the conductor with a cross section of the gear wheel with the number of teeth 12 pcs .; 24 - the third section of the conductor with a cross section of a circle, a gear wheel with the number of teeth 24 pcs.

На фиг. 7 показано: 21 - проводник; 25 - вектор теплового потока от поверхности проводника.In FIG. 7 shows: 21 - conductor; 25 is the heat flux vector from the surface of the conductor.

Основные положения физической сущности конструкции провода с увеличенным длительным допустимым током следующие:The main provisions of the physical essence of the design of the wire with an increased continuous allowable current are as follows:

1. Наличие тока в проводе вызывает его нагрев.1. The presence of current in the wire causes it to heat.

2. Охлаждение провода быстрее при большей его площади боковой поверхности.2. Cooling the wire faster with a larger lateral surface area.

3. Периметр геометрических фигур (треугольник, круг, шестиугольник) разный при одинаковой площади.3. The perimeter of geometric shapes (triangle, circle, hexagon) is different for the same area.

4. Коэффициент заполнения полного сечения многопроволочного провода активным материалом выше у проволок трапецеидального сечения, по сравнению с круглым сечением.4. The fill factor of the full cross section of a multiwire wire with an active material is higher for trapezoidal wires compared to a circular cross section.

5. Плотность тока в проводе с радиусом 11,95 мм (9,554 мм) из активного материала алюминия (меди) с поперечным сечением при 50 Гц распределяется равномерно в поперечном сечении.5. The current density in a wire with a radius of 11.95 mm (9.554 mm) of active aluminum (copper) material with a cross section at 50 Hz is evenly distributed in the cross section.

6. Провода, при передаче электроэнергии в напряжениях 6-35 кВ, создают вокруг своей поверхности неравномерное электрическое поле, которое не ионизирует воздух (потери электроэнергии на корону незначительные).6. Wires, when transmitting electricity at voltages of 6-35 kV, create an uneven electric field around its surface that does not ionize the air (electricity losses to the crown are negligible).

7. Потери электроэнергии в проводе уменьшаются при снижении температуры нагрева провода.7. Loss of electricity in the wire decreases with decreasing heating temperature of the wire.

Покажем возможность использования провода, состоящего из проволок во внешнем повиве с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья с увеличенной высотой Η зуба за счет раздвижения центров окружности зуба, с радиусом кривизны r(n) и - впадины с радиусом кривизны r(n) на расстояние h.Let us show the possibility of using a wire consisting of wires in an external layer with a cross section in the form of an isosceles trapezoid, on a larger base of which teeth are made with an increased tooth height Η due to the separation of the tooth circumference centers, with a radius of curvature r (n) and - depressions with a radius of curvature r (n) over a distance h.

Обоснование конструкцииDesign rationale

1. Количество выделяемого тепла при протекании тока1. The amount of heat generated by the flow of current

При протекании длительно допустимого тока провод нагревается в соответствии с законом Джоуля - Ленца. Максимальное количество тепла без нарушения механической прочности провода, выделяемого в проводнике за единицу времени, определяется [Александров Г.Н. Передача электрической энергии / Г.Н. Александров. - 2-е изд. -СПб.: Изд-во Политехн., ун-та, 2009. - 412 с. (Энергетика в политехническом университете). - С. 16]:When a long-term permissible current flows, the wire heats up in accordance with the Joule-Lenz law. The maximum amount of heat without violating the mechanical strength of the wire released in the conductor per unit time is determined [G. Alexandrov Transmission of electrical energy / G.N. Alexandrov. - 2nd ed. -SPb .: Publishing house of the Polytechnic University, University, 2009. - 412 p. (Energy at the Polytechnic University). - S. 16]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Iдл.доп - ток, нагревающий провод при заданных климатических условиях до допустимой температуры по условиям механической прочности провода, А [СТО 56947007-29.240.55.143-2013 Методика расчета предельных токовых нагрузок по условиям сохранения механической прочности проводов и допустимых габаритов воздушных линий. М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2013];where I dl.dop is the current heating the wire under specified climatic conditions to an acceptable temperature according to the conditions of the mechanical strength of the wire, A [STO 56947007-29.240.55.143-2013 Methods for calculating the maximum current loads according to the conditions of maintaining the mechanical strength of the wires and the permissible dimensions of overhead lines. M .: JSC FGC UES, 2013];

RЭ - удельное активное сопротивление проводника, Ом/м;R E - specific resistance of the conductor, Ohm / m;

ρt - удельное электрическое сопротивление проводов при температуре провода 25°С, Ом⋅м;ρ t is the electrical resistivity of the wires at a wire temperature of 25 ° C, Ohm⋅m;

F - площадь поперечного сечения, мм2.F is the cross-sectional area, mm 2 .

Температура нагрева провода во многом зависит от активного сопротивления и условий окружающей среды.The heating temperature of the wire largely depends on the resistance and environmental conditions.

2. Охлаждение провода2. Wire cooling

Охлаждение провода происходит путем излучения и конвекции. Количество тепла, отдаваемого проводом (единичной длины) в окружающую среду в единицу времени, определяют по следующей зависимости [Александров Г.Н. Передача электрической энергии / Г.Н. Александров. - 2-е изд. - СПб.: Изд-во Политехн., ун-та, 2009. - 412 с. (Энергетика в политехническом университете). - С. 16]:The wire is cooled by radiation and convection. The amount of heat given off by the wire (unit length) to the environment per unit time is determined by the following dependence [G. Alexandrov Transmission of electrical energy / G.N. Alexandrov. - 2nd ed. - SPb .: Publishing house of the Polytechnic University, University, 2009. - 412 p. (Energy at the Polytechnic University). - S. 16]:

Figure 00000002
Figure 00000002

где αТ - коэффициент теплоотдачи, зависящий от температуры провода и его размера, Вт/(м2⋅К);where α T is the heat transfer coefficient, depending on the temperature of the wire and its size, W / (m 2 ⋅K);

Sб.п - площадь боковой поверхности провода на 1 м длины провода, м2;S bp - the area of the side surface of the wire per 1 m of the length of the wire, m 2 ;

Τ - абсолютная температура провода, К;Τ is the absolute temperature of the wire, K;

Т0 - абсолютная температура окружающей среды (на территории России рекомендуется принимать t0=25°С), К.T 0 - absolute ambient temperature (in Russia it is recommended to take t 0 = 25 ° C), K.

Площадь боковой поверхности единицы длины провода выражается формулой:The area of the side surface of a unit length of wire is expressed by the formula:

Sб.п=P⋅L, (3)S bp = P⋅L, (3)

где L - длина проводника, мм;where L is the length of the conductor, mm;

Ρ - периметр площади поперечного сечения проводника, м.Ρ - perimeter of the cross-sectional area of the conductor, m

Анализ соотношений (3), (4) показывает, что увеличение периметра поперечного сечения провода увеличивает площадь боковой поверхности единичной длины провода и, следовательно, количество отводимого тепла от его поверхности.An analysis of relations (3), (4) shows that increasing the perimeter of the cross section of the wire increases the lateral surface area of a unit length of the wire and, therefore, the amount of heat removed from its surface.

3. Периметр геометрических фигур3. The perimeter of geometric shapes

Из геометрии известно, что при одинаковой площади (например, 300 мм2) у разных фигур, их периметр отличается. В таблице 1 приведены значения периметров различных геометрических фигур.From geometry it is known that with the same area (for example, 300 mm 2 ) in different figures, their perimeter is different. Table 1 shows the values of the perimeters of various geometric shapes.

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, из рассмотренных в таблице 1 геометрических фигур самый большой периметр у звезды. При выполнении у провода внешнего проволочного повива 5 из токопроводящих проволок 3 с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья 6, периметр будет самым большим.Thus, of the geometric figures considered in table 1, the largest perimeter of the star. When performing an external wire winding 5 of conductive wires 3 with a cross section in the form of an equal-sided trapezoid on the larger base of which teeth 6 are made, the perimeter will be the largest.

Для увеличения плотности заполнения активным материалом в поперечном сечении провода, токопроводящие проволоки 2 приняты с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции.To increase the filling density of the active material in the cross section of the wire, the conductive wire 2 is adopted with a cross section in the form of an isosceles trapezoid.

4. Длительно допустимый ток провода4. Long-term allowable wire current

Длительно допустимый ток провода найдем, приравняв правые части выражений (1) и (2) с учетом выражения (3):We find the long-term allowable current of the wire by equating the right-hand sides of expressions (1) and (2) taking into account expression (3):

Figure 00000004
Figure 00000004

где χз - коэффициент заполнения провода активным материалом.where χ s - fill factor of the wire with the active material.

Соотношение (4) показывает зависимость длительно допустимого тока от периметра поперечного сечения провода.Relation (4) shows the dependence of the long-term allowable current on the perimeter of the cross section of the wire.

5. Коэффициент теплоотдачи5. Heat transfer coefficient

Коэффициент теплоотдачи нагретого провода, обтекаемого воздухом, температура которого меньше температуры провода, равен:The heat transfer coefficient of a heated wire flowing around air whose temperature is less than the temperature of the wire is:

αТИК, (5)α T = α I + α K , (5)

где αК - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2⋅К);where α K is the heat transfer coefficient of convection, W / (m 2 ⋅K);

αИ - коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м2⋅К).α And - heat transfer coefficient by radiation, W / (m 2 ⋅K).

Коэффициент теплоотдачи излучением зависит от температуры наружной поверхности провода и находится по закону Стефана-Больцмана:The heat transfer coefficient by radiation depends on the temperature of the outer surface of the wire and is found according to the Stefan-Boltzmann law:

Figure 00000005
Figure 00000005

где ε - коэффициент черноты поверхности провода;where ε is the black factor of the wire surface;

С0=5,7⋅10-8 Вт/(м2К4) - постоянная излучения абсолютно черного тела;С 0 = 5.7⋅10 -8 W / (m 2 K 4 ) is the radiation constant of a completely black body;

Τ - абсолютная температура провода, К;Τ is the absolute temperature of the wire, K;

Т0 - абсолютная температура окружающей среды, К. 0 T - absolute temperature of the surrounding environment, K.

Коэффициент теплоотдачи конвекции, который зависит от периметра поперечного сечения провода [RU 2417905 С1], определяется соотношением:The heat transfer coefficient of convection, which depends on the perimeter of the cross section of the wire [RU 2417905 C1], is determined by the ratio:

Figure 00000006
Figure 00000006

где a, b - постоянные коэффициенты;where a, b are constant coefficients;

λ=0,026 Вт/(м⋅К) - теплопроводность воздуха;λ = 0.026 W / (m⋅K) - thermal conductivity of air;

v=1,51⋅10-5 м2/с - кинетическая вязкость воздуха;v = 1,51⋅10 -5 m 2 / s - kinetic viscosity of air;

Figure 00000007
=0,6 м/с - скорость ветра;
Figure 00000007
= 0.6 m / s - wind speed;

Ρ - периметр поперечного сечения провода, м.Ρ - perimeter of the cross section of the wire, m

Значение коэффициентов а и b принимаются из следующих условий:The values of the coefficients a and b are taken from the following conditions:

- если

Figure 00000008
, то а=0,44; b=0,813;- if
Figure 00000008
then a = 0.44; b = 0.813;

- если

Figure 00000009
, то а=0,59; b=0,288.- if
Figure 00000009
then a = 0.59; b = 0.288.

Значение отношения

Figure 00000010
принимается из следующих условий:Relationship value
Figure 00000010
accepted from the following conditions:

- если

Figure 00000011
, то
Figure 00000012
=2,73;- if
Figure 00000011
then
Figure 00000012
= 2.73;

- если

Figure 00000013
, то
Figure 00000014
=5.19.- if
Figure 00000013
then
Figure 00000014
= 5.19.

Соотношение (7) показывает, что увеличение периметра поперечного сечения Ρ провода уменьшает коэффициент теплоотдачи конвекции.Relation (7) shows that increasing the perimeter of the wire cross-section Ρ reduces the heat transfer coefficient of convection.

На фиг. 6 показан проводник, состоящий из трех участков с разной площадью боковой поверхности.In FIG. 6 shows a conductor consisting of three sections with different lateral surface areas.

В программе ANSYS 16.0 построена физическая модель проводника, состоящего из трех участков с разной площадью боковой поверхности (фиг. 6).In the ANSYS 16.0 program, a physical model of the conductor is constructed, consisting of three sections with different lateral surface areas (Fig. 6).

На фиг. 7 показана плотность векторов теплового потока 25 от поверхности проводника. На фиг. 7 видно, что плотность векторов теплового потока 25 выше на третьем участке 24 с поперечным сечением зубчатое колесо с количеством зубьев 24 шт.In FIG. 7 shows the density of the heat flux vectors 25 from the surface of the conductor. In FIG. 7 shows that the density of the heat flux vectors 25 is higher in the third section 24 with a cross-section of a gear with the number of teeth 24 pcs.

Таким образом, проводник с поперечным сечением зубчатое колесо охлаждается лучше, чем проводник с поперечным сечением круг.Thus, a conductor with a cross section of a gear wheel cools better than a conductor with a cross section of a circle.

6. Скин-эффект6. Skin effect

Плотность постоянного тока распределяется по сечению провода равномерно.The direct current density is evenly distributed over the cross section of the wire.

При переменном токе наблюдается вытеснение тока с его объема проводника к поверхности, глубина которого называется толщиной скин-слоя [Богачков И.В. Электромагнитные поля и волны. Часть 1 / И.В. Богачков. - уч. пособ. для вузов - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014].With alternating current, current is displaced from its volume of the conductor to the surface, the depth of which is called the thickness of the skin layer [Bogachkov I.V. Electromagnetic fields and waves. Part 1 / I.V. Bogachkov. - study benefits for universities - Omsk: Publishing House of OmSTU, 2014].

Толщина скин-слоя в проводнике определяется формулой:The thickness of the skin layer in the conductor is determined by the formula:

Figure 00000015
Figure 00000015

где f - частота, Гц;where f is the frequency, Hz;

σ - удельная проводимость, См/м;σ is the specific conductivity, S / m;

μ0=4π⋅10-7 - магнитная проницаемость, Гн/м;μ 0 = 4π⋅10 -7 - magnetic permeability, GN / m;

μ - относительная магнитная проницаемость (для алюминия - 1,00026; для меди - 0,9999904).μ - relative magnetic permeability (for aluminum - 1,00026; for copper - 0,9999904).

Анализ соотношения (8), показывает, что толщина скин-слоя зависит от частоты электромагнитного поля и материала проводника, так при частоте 50 Гц, толщина скин-слоя у алюминия 11,95 мм, а у меди - 9,554 мм.An analysis of relation (8) shows that the thickness of the skin layer depends on the frequency of the electromagnetic field and the material of the conductor, so at a frequency of 50 Hz, the thickness of the skin layer for aluminum is 11.95 mm, and for copper - 9.554 mm.

Радиус у провода по [ГОСТ 839-80] АС-120/27 составляет - 7,7 мм, провода АС-300/39 - 12 мм.The radius of the wire according to [GOST 839-80] AC-120/27 is - 7.7 mm, the wire AC-300/39 - 12 mm.

Таким образом, скин-эффект у алюминиевого провода с радиусом до 12 мм можно не учитывать.Thus, the skin effect of an aluminum wire with a radius of up to 12 mm can be ignored.

7. Условие коронирования провода7. The condition of the corona wire

Вокруг провода возникает разряд в виде короны при максимальном значении начальной критической напряженности электрического поля [Рожкова Л.Д. Электрооборудование станций и подстанций / Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин. - учебник для техникумов. – М.: Изд-во «Энергия», 1975. С. 281-283]:Around the wire there is a discharge in the form of a corona at the maximum value of the initial critical electric field strength [L. Rozhkova Electrical equipment of stations and substations / L.D. Rozhkova, V.S. Kozulin. - A textbook for technical schools. - M .: Publishing house "Energy", 1975. S. 281-283]:

Figure 00000016
Figure 00000016

где m - коэффициент, учитывающий неровность поверхности провода (для многопроволочных проводов m=0,82);where m is a coefficient taking into account the unevenness of the surface of the wire (for stranded wires m = 0.82);

r0 - радиус провода, см.r 0 is the radius of the wire, see

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению:The electric field strength near the surface of an unbroken wire is determined by the expression:

Figure 00000017
Figure 00000017

где U - линейное напряжение, кВ;where U is the linear voltage, kV;

Dcp - среднегеометрическое расстояние между проводами фаз, см.D cp is the geometric mean distance between the phase wires, see

Провода не коронируют, если наибольшая напряженность поля у поверхности любого провода не более 0,9⋅Е0. Таким образом, условие проверки на корону можно записать в виде:Wires are not corona if the highest field strength at the surface of any wire is not more than 0.9⋅E 0 . Thus, the condition for checking for the crown can be written as:

1,07Ε≤0,9Е0 (11)1.07Ε≤0.9E 0 (11)

Анализ выражений (9)…(11) показывает, что при увеличении периметра поперечного сечения Ρ провода или линейного напряжения условие коронирования провода повышается.An analysis of expressions (9) ... (11) shows that with an increase in the perimeter of the wire cross-section Ρ or line voltage, the condition of corona wire increases.

В таблице 2 выполнено сравнение для классов напряжения 6-35 кВ условия коронирования провода, с внешним повивом 5 из токопроводящих проволок 3 с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья 6.Table 2 compares for the voltage classes 6-35 kV the condition of corona wire, with an external coil 5 of conductive wires 3 with a cross section in the form of an equal-sided trapezoid, on the larger base of which teeth 6 are made.

Figure 00000018
Figure 00000018

Исходя из таблицы 2, провод с зубьями на внешнем повиве можно использовать в классах напряжения до 35 кВ.Based on table 2, a wire with teeth on an external winding can be used in voltage classes up to 35 kV.

Согласно приведенным выше положениям физической сущности, конструкция провода, состоящего во внешнем повиве из проволок с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья с увеличенной высотой, позволяет увеличить длительно допустимый ток. При этом у провода площадь поперечного сечения Ρ не увеличена и количество активного материала (алюминия, меди и т.п.) в проводе осталось без изменения. Такой провод можно использовать в народном хозяйстве для воздушных линий электропередачи до класса напряжения 35 кВ.According to the above provisions of the physical nature, the design of the wire, consisting of an outer coil of wires with a cross section in the form of an isosceles trapezoid, on a larger base of which teeth with increased height are made, allows to increase the long-term allowable current. At the same time, the cross-sectional area Ρ of the wire is not increased and the amount of active material (aluminum, copper, etc.) in the wire remains unchanged. Such a wire can be used in the national economy for overhead power lines up to a voltage class of 35 kV.

8. Расчет конструкции предлагаемого провода8. The calculation of the design of the proposed wire

Выполним расчет конструкции провода сечением 300/37 (заявляемого технического), состоящего из термостойкого алюминиево-циркониевого сплава.We perform the calculation of the design of the wire with a cross section of 300/37 (the claimed technical), consisting of a heat-resistant aluminum-zirconium alloy.

Периметр поперечного сечения гладкого провода 300/37 (прототип) определяется по формуле:The perimeter of the cross section of a smooth wire 300/37 (prototype) is determined by the formula:

Ρ=2⋅R⋅π. (12)Ρ = 2⋅R⋅π. (12)

где R - внешний радиус гладкого провода, мм.where R is the outer radius of the smooth wire, mm

Для расчета размеров зубьев найдем радиус кривизны, который зависит от количества зубьев провода и от внешнего радиуса провода.To calculate the size of the teeth, we find the radius of curvature, which depends on the number of teeth of the wire and on the outer radius of the wire.

Радиус кривизны зуба находится по формуле:The radius of curvature of the tooth is found by the formula:

Figure 00000019
Figure 00000019

где R - внешний радиус гладкого провода, мм; n - количество зубьев, шт.where R is the outer radius of the smooth wire, mm; n is the number of teeth, pcs.

Периметр поперечного сечения провода с n зубьями находится по формуле:The perimeter of the cross section of the wire with n teeth is found by the formula:

Р1(n)=2⋅r(n)⋅n⋅π. (14)P1 (n) = 2⋅r (n) ⋅n⋅π. (fourteen)

По формулам (12)…(15) на фиг. 4 построена кривая 11 - изменение радиуса кривизны зуба r от количества зубьев n, и кривая 12 - изменение длины периметра поперечного сечения Ρ провода с зубьями от количества зубьев n, прямая 13 периметра проволоки с поперченным сечением в виде круга (прототип).By the formulas (12) ... (15) in FIG. 4, curve 11 is plotted - the change in the radius of curvature of the tooth r from the number of teeth n, and curve 12 is the change in the length of the perimeter of the cross section Ρ of the wire with teeth from the number of teeth n, straight line 13 of the perimeter of the wire with a cross section in the form of a circle (prototype).

Анализ фиг. 4 показывает, что увеличение количества зубьев приводит к увеличению периметра поперечного сечения провода (кривая 12) не линейно, т.е. чем больше зубьев, тем меньше их радиус (кривая 11), и впоследствии периметр Р1(n) увеличивается незначительно. Поэтому нет необходимости на проводе создавать большое количество зубьев.The analysis of FIG. 4 shows that an increase in the number of teeth leads to an increase in the perimeter of the cross section of the wire (curve 12) is not linear, i.e. the more teeth, the smaller their radius (curve 11), and subsequently the perimeter P1 (n) increases slightly. Therefore, there is no need to create a large number of teeth on the wire.

Для увеличения периметра поперечного сечения Р1(n) провода предложено увеличивать высоту Η зуба за счет раздвижения центров окружности - зуба 6, с радиусом кривизны r(n) и впадины 7 с радиусом кривизны r(n) на расстояние h, которое определяется по выражению:To increase the perimeter of the cross-section P1 (n) of the wire, it is proposed to increase the tooth height Η due to the extension of the centers of the circle - tooth 6, with a radius of curvature r (n) and a cavity 7 with a radius of curvature r (n) by a distance h, which is determined by the expression:

h(n)=k⋅r(n), (15)h (n) = k⋅r (n), (15)

где k - коэффициент увеличения высоты Η зуба, k=2.where k is the coefficient of increase in tooth height Η, k = 2.

Периметр поперечного сечения провода с n зубьями с коэффициентом k увеличения высоты Η зуба определяют по формуле:The perimeter of the cross section of the wire with n teeth with a coefficient k of increasing the height Η of the tooth is determined by the formula:

Р2(n)=2⋅r(n)⋅n⋅(π+k-2) (16)P2 (n) = 2⋅r (n) ⋅n⋅ (π + k-2) (16)

На фиг. 4 по формуле (16) построена кривая 13 - изменение периметра поперечного сечения провода с зубьями Р2(n) от количества зубьев n с учетом коэффициента увеличения k (кратности) высоты Η зуба.In FIG. 4, according to formula (16), curve 13 is constructed — the change in the perimeter of the cross section of the wire with teeth P2 (n) versus the number of teeth n, taking into account the coefficient of increase k (multiplicity) of the tooth height Η.

Количество зубьев на проволоке внешнего повива зависит от требуемого периметра поперечного сечения Р2 провода, и от количества проволок внешнего повива и определяется соотношением:The number of teeth on the wire of the external winding depends on the required perimeter of the cross-section P2 of the wire, and on the number of wires of the external winding and is determined by the ratio:

Figure 00000020
Figure 00000020

где n1 - количество зубьев провода, N - количество проволок во внешнем повиве провода.where n1 is the number of teeth of the wire, N is the number of wires in the outer coil of the wire.

Результаты расчетов основных размеров провода 300/37 (заявляемое техническое решение) представлены в таблице 3.The calculation results of the main dimensions of the wire 300/37 (the claimed technical solution) are presented in table 3.

Как видно из фиг. 4 и таблицы 3, при увеличении количества зубьев n у провода 300/37 (заявляемое решение) периметр Р2(n) значительно увеличивается при количестве зубьев n от 3 до 50 шт. Принимаем провод с количеством зубьев n, кратным количеству проволок во внешнем повиве, n=48 шт. При этом периметр поперечного сечения провода составляет 115,19, увеличен на 176%.As can be seen from FIG. 4 and table 3, with an increase in the number of teeth n at the wire 300/37 (the claimed solution), the perimeter P2 (n) significantly increases with the number of teeth n from 3 to 50 pcs. We accept a wire with the number of teeth n, a multiple of the number of wires in the outer layer, n = 48 pcs. At the same time, the cross-sectional perimeter of the wire is 115.19, increased by 176%.

Дополнительно увеличить периметр поперечного сечения Р2(n) возможно путем увеличения высоты зуба Η (фиг. 2) за счет увеличения расстояния раздвижения центров окружностей зуба 6 и впадины 7.Additionally, to increase the perimeter of the cross-section P2 (n) is possible by increasing the height of the tooth Η (Fig. 2) by increasing the distance of the extension of the centers of the circumferences of the tooth 6 and the cavity 7.

Высоту зуба определяют из выражения с учетом (16):The height of the tooth is determined from the expression taking into account (16):

Η=2r(n)+h(n)=r(n)(2+k) (18)Η = 2r (n) + h (n) = r (n) (2 + k) (18)

Figure 00000021
Figure 00000021

В качестве примера заявляемого технического решения выполнен расчет для провода 300/37 с увеличенной высотой Η зуба при разном k высоты зуба. Результаты расчета периметра провода с увеличенной высотой зуба Η приведены в таблице 4.As an example of the claimed technical solution, a calculation was performed for a wire 300/37 with an increased tooth height при with different k tooth heights. The results of calculating the perimeter of the wire with an increased tooth height Η are shown in table 4.

Figure 00000022
Figure 00000022

Таким образом, увеличивая высоту Η зуба путем увеличения расстояния между центрами зуба и впадины, периметр увеличивается еще больше. Размер высоты Η зуба в зависимости от расстояния h раздвижения центров окружностей зуба и впадины (кратности) ограничен только механической прочностью и габаритами проволоки внешнего повива, а также условиями внешнего охлаждения провода.Thus, increasing the height Η of the tooth by increasing the distance between the centers of the tooth and the cavity, the perimeter increases even more. The size of the tooth height Η, depending on the distance h of the separation of the centers of the circumferences of the tooth and the cavity (multiplicity), is limited only by the mechanical strength and dimensions of the wire of the external winding, as well as by the conditions of external cooling of the wire.

9. Расчет температуры провода9. Calculation of wire temperature

Как изложено выше, электрический ток (например, ток нагрузки) в проводе приводит к выделению тепла в соответствии с законом Джоуля-Ленца, согласно соотношению (1). При этом провод с учетом охлаждения окружающей среды нагревается до температуры, которая находится из выражения (4):As stated above, an electric current (for example, a load current) in a wire leads to heat generation in accordance with the Joule-Lenz law, according to relation (1). In this case, taking into account the cooling of the environment, the wire is heated to a temperature that is found from expression (4):

Figure 00000023
Figure 00000023

Теперь проанализируем, как увеличение длины периметра поперечного сечения провода изменяет условия охлаждения провода при разных токах.Now we analyze how increasing the length of the perimeter of the cross section of the wire changes the conditions for cooling the wire at different currents.

Для этого на фиг. 5 по выражению (19) построены четыре зависимости: кривая 15 - изменение температуры проводника от длины периметра поперечного сечения провода при токе 900 А; кривая 16 - изменение температуры от длины периметра поперечного сечения провода при токе 1300 А; кривая 17 - изменение температуры от длины периметра поперечного сечения провода при токе 1700 А; кривая 18 - изменение температуры от длины периметра поперечного сечения провода при токе 2100 А.For this, in FIG. 5 according to expression (19), four dependencies are constructed: curve 15 — change in the temperature of the conductor versus the length of the perimeter of the wire’s cross section at a current of 900 A; curve 16 - temperature change from the length of the perimeter of the cross section of the wire at a current of 1300 A; curve 17 - temperature change from the length of the perimeter of the cross section of the wire at a current of 1700 A; curve 18 - temperature change from the length of the perimeter of the cross section of the wire at a current of 2100 A.

На графике фиг. 5 показан периметр поперечного сечения провода (прототип) - прямая 19 и периметр поперечного сечения провода (заявляемое решение) - прямая 20.In the graph of FIG. 5 shows the perimeter of the cross section of the wire (prototype) - straight line 19 and the perimeter of the cross section of the wire (the claimed solution) - straight line 20.

Точки пересечения прямой 19 с кривыми 15, 16, 17, 18 показывают температуру провода (прототип) при токах 900 А, 1300 А, 1700 А, 2100 А соответственно. Аналогично точки пересечения прямой 20 с кривыми 15, 16, 17, 18 показывают температуру провода (заявляемое решение) при тех же токах.The intersection points of straight line 19 with curves 15, 16, 17, 18 show the temperature of the wire (prototype) at currents of 900 A, 1300 A, 1700 A, 2100 A, respectively. Similarly, the points of intersection of straight line 20 with curves 15, 16, 17, 18 show the temperature of the wire (the claimed solution) at the same currents.

Например, точка А является пересечением прямой 19 периметра поперечного сечения провода (прототип) с кривой 17 изменения температуры при токе 1700 А; точка Б - пересечение прямой 20 периметра поперечного сечения провода (патент) с кривой 17 изменения температуры при токе 1700 А.For example, point A is the intersection of the straight line 19 of the perimeter of the wire cross section (prototype) with curve 17 of the temperature change at a current of 1700 A; point B - the intersection of the straight line 20 of the perimeter of the wire cross section (patent) with curve 17 of the temperature change at a current of 1700 A.

Рассмотрим, до какой температуры нагревается провод 300/37 (прототип) при токах 900 А, 1300 А, 1700 А, 2100 А.Consider what temperature the wire 300/37 (prototype) heats up at currents of 900 A, 1300 A, 1700 A, 2100 A.

Результаты расчетов представлены в таблице 5.The calculation results are presented in table 5.

Figure 00000024
Figure 00000024

Таким образом, провод с большим периметром поперечного сечения охлаждается лучше, следовательно, проводник может выдержать больший ток тем самым длительно допустимый ток у провода 300/37 (заявляемое решение) выше, чем у провода 300/37 (прототип).Thus, a wire with a large perimeter of the cross section cools better, therefore, the conductor can withstand more current, thereby the long-term allowable current of the wire 300/37 (the claimed solution) is higher than that of the wire 300/37 (prototype).

При токе 1700 А провод (заявляемое решение) с увеличенным периметром Р2 холоднее по сравнению с проводом (прототип) на ΔΤ. Поэтому при одном и том же сечении провода 300/37, но при увеличенном периметре поперечного сечения, можно передать больше электроэнергии. Эффект охлаждения провода проявляется больше при токах, близких к длительно допустимым.At a current of 1700 A, the wire (the claimed solution) with an increased perimeter P2 is colder compared to the wire (prototype) by ΔΤ. Therefore, with the same section of the wire 300/37, but with an increased perimeter of the cross section, you can transfer more electricity. The effect of cooling the wire is manifested more at currents close to long-term acceptable.

10. Сопоставление параметров проводов (аналог, прототип, заявляемое решение)10. Comparison of wire parameters (analogue, prototype, claimed solution)

Параметры известных неизолированных проводов (аналог, прототип) и предлагаемого провода для расчета длительно допустимого тока приведены в таблице 6.The parameters of the known bare wires (analogue, prototype) and the proposed wire for calculating the long-term allowable current are shown in table 6.

Сравнительный анализ расчетных параметров в таблице 6 показывает:A comparative analysis of the calculated parameters in table 6 shows:

1. Провод с увеличенной боковой поверхностью имеет большую площадь, следовательно, охлаждение данного провода происходит интенсивнее, при этом длительно допустимый ток для провода, изготавливаемого без использования термостойкого сплава, увеличивается на 11,4% по сравнению с аналогом, а для провода с термостойким сплавом увеличение длительно допустимого тока составляет 22,4% по сравнению с прототипом.1. A wire with an increased lateral surface has a large area, therefore, this wire is cooled more intensively, while the long-term allowable current for a wire manufactured without using a heat-resistant alloy increases by 11.4% compared to the analogue, and for a wire with a heat-resistant alloy the increase in the long-term allowable current is 22.4% compared with the prototype.

2. Использование проволок трапецеидального сечения позволяет увеличить коэффициент заполнения активного материала и, следовательно, уменьшить диаметр провода по сравнению с аналогом на 10%, при этом наружный диаметр предложенного провода соотносится с диаметром прототипа, выполненного также из проволок трапецеидального сечения только без рифления зубьев во внешнем повиве поверхности.2. The use of trapezoidal cross-section wires allows to increase the fill factor of the active material and, therefore, reduce the wire diameter compared to the analog by 10%, while the outer diameter of the proposed wire corresponds to the diameter of the prototype, also made from trapezoidal cross-section wires only without corrugation of the teeth in the outer in the midst of the surface.

3. Уменьшение температуры провода путем увеличенной его боковой поверхности позволяет уменьшить активное сопротивление и тем самым снизить потери электроэнергии при электропередаче. Потери электроэнергии в предложенном проводе меньше на 1,2% и 6,2% по сравнению с потерями в проводах аналога и прототипа соответственно.3. Reducing the temperature of the wire by increasing its lateral surface allows you to reduce the resistance and thereby reduce energy loss during power transmission. The loss of electricity in the proposed wire is less by 1.2% and 6.2% compared with the loss in the wires of the analogue and prototype, respectively.

4. Стоимость предложенного провода ниже, так как при большей интенсивности охлаждения провода, увеличивается его длительно допустимый ток, поэтому можно использовать провод с меньшим сечением в сравнении с аналогом и прототипом, тем самым экономить на токопроводящем материале (алюминий, сплавы алюминия, меди и т.п.).4. The cost of the proposed wire is lower, because with a higher intensity of cooling the wire, its long-term allowable current increases, so you can use a wire with a smaller cross section in comparison with the analog and prototype, thereby saving on conductive material (aluminum, aluminum, copper, etc. .P.).

5. Механическая прочность предложенного провода выше на 5-10% (аналогично прототипу) по сравнению с аналогом за счет увеличения площади контакта стальных проволок сердечника, и тем самым повышается структурная устойчивость сердечника.5. The mechanical strength of the proposed wire is 5-10% higher (similar to the prototype) compared to the analogue by increasing the contact area of the steel wires of the core, and thereby increases the structural stability of the core.

Таким образом, заявляемый провод обладает улучшенными техническими характеристиками, что позволяет больше передавать электроэнергии по ЛЭП.Thus, the inventive wire has improved technical characteristics, which allows more to transmit electricity through power lines.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.Information confirming the possibility of carrying out the invention.

Неизолированный провод для воздушных линий электропередачи изготавливают по шнуровой (пучковой) системе скрутки.Uninsulated wire for overhead power lines is made using a cord (bundle) twisting system.

Проволоки сердечника 1 с поперечным сечением правильного шестиугольника (внутренний слой) и трапецеидального сечения (внешний слой), имеющих вид взаимосопряженных фасонных профилей, изготавливают методом волочения катанки, из углеродистой конструкционной стали, при этом на стальную проволоку наносят цинковое покрытие определенной толщины.The core wire 1 with a cross section of a regular hexagon (inner layer) and a trapezoidal cross section (outer layer), having the form of interconnected shaped profiles, is made by drawing a wire rod from carbon structural steel, while a zinc coating of a certain thickness is applied to the steel wire.

Токопроводящие проволоки 2, 3 с поперечным сечением формой поперечного сечения в виде правильной трапеции изготавливают методом волочения катанки, имеющей соответствующий профиль, из алюминия или его термостойкого сплава.Conducting wires 2, 3 with a cross-sectional shape in the form of a regular trapezoid are made by drawing a wire rod having an appropriate profile from aluminum or its heat-resistant alloy.

Сердечник 1 провода и проволоки 2, 3 (фиг. 1) укладывают в форму окружности и скручивают вместе в одну сторону на крутильной машине по спирали с определенным шагом скрутки. Скрутка может быть правой или левой. Скрученный сердечник далее пластически обжимают методом холодной прокатки с использованием специальных твердосплавных роликов. В результате такого обжатия сечения проволок принимают взаимосопряженные фасонные профили. Линейный контакт между проволоками развивается в полосовой. Увеличивается площадь контакта и снижаются контактные давления, заполняются зазоры между проволоками и повышается структурная устойчивость сердечника. Сердечник становится более гладким, а форма - округлой.The core 1 of the wire and wire 2, 3 (Fig. 1) is laid in the shape of a circle and twisted together in one direction on a twisting machine in a spiral with a certain twisting pitch. The twist can be right or left. The twisted core is then plastically crimped by cold rolling using special carbide rollers. As a result of such compression, the cross-sections of the wires accept mutually conjugate shaped profiles. Linear contact between the wires develops in strip. The contact area increases and contact pressures decrease, the gaps between the wires are filled, and the structural stability of the core increases. The core becomes smoother and the shape rounded.

Межпроволочное пространство провода заполняют консистентной смазкой в процессе наложения внутренних повивов проволок.The interwire space of the wire is filled with grease during the application of the internal coils of wires.

Также неизолированный провод может быть изготовлен из современных материалов, металлов и их сплавов на базе существующих технологий с применением волочильного оборудования и оснастки для изготовления профильной проволоки, и крутильного оборудования, содержащего узлы для скрутки профильных проволок.Also, non-insulated wire can be made of modern materials, metals and their alloys on the basis of existing technologies using drawing equipment and tooling for the manufacture of profile wire, and twisting equipment containing units for twisting profile wires.

Основные положения настоящего изобретения также применимы для изготовления кабельно-проводниковой продукции, такой как провода с изоляцией, шины и кабели.The basic provisions of the present invention are also applicable for the manufacture of cable products such as insulated wires, busbars and cables.

Figure 00000025
Figure 00000025

Claims (3)

1. Неизолированный провод для воздушных линий электропередачи, содержащий стальной сердечник, выполненный из одной или нескольких проволок, имеющих вид взаимосопряженных фасонных профилей, и нескольких концентрических внутренних повивов и внешнего повива, выполненных из токопроводящих проволок трапецеидального сечения из алюминиевых или алюминиево-циркониевого сплава, отличающийся тем, что указанный внешний повив образован проволоками с поперечным сечением в виде равнобочной трапеции, на большем основании которой выполнены зубья с радиусом кривизны r и впадины с радиусом кривизны r, при этом высоту зуба Н определяют с учетом расстояния раздвижения центров окружностей зуба и впадины.1. Non-insulated wire for overhead power lines, containing a steel core made of one or more wires having the form of interconnected shaped profiles, and several concentric internal wires and external wires made of trapezoidal conductive wires of aluminum or aluminum-zirconium alloy, characterized the fact that the specified outer winding is formed by wires with a cross section in the form of an isosceles trapezoid, on a larger base of which teeth are made with the radius of curvature r and the cavity with the radius of curvature r, while the height of the tooth H is determined taking into account the distance of the separation of the centers of the circumferences of the tooth and the cavity. 2. Неизолированный провод по п. 1, отличающийся тем, что в качестве алюминиево-циркониевого сплава использован сплав TAL или ZTAL.2. Uninsulated wire according to claim 1, characterized in that the TAL or ZTAL alloy is used as an aluminum-zirconium alloy. 3. Неизолированный провод по п. 1, отличающийся тем, что межпроволочное пространство провода заполнено консистентной смазкой.3. Uninsulated wire according to claim 1, characterized in that the interwire space of the wire is filled with grease.
RU2016114397A 2016-04-13 2016-04-13 Wire for overhead power transmission lines RU2631421C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114397A RU2631421C1 (en) 2016-04-13 2016-04-13 Wire for overhead power transmission lines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114397A RU2631421C1 (en) 2016-04-13 2016-04-13 Wire for overhead power transmission lines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2631421C1 true RU2631421C1 (en) 2017-09-22

Family

ID=59931119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016114397A RU2631421C1 (en) 2016-04-13 2016-04-13 Wire for overhead power transmission lines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2631421C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108732042A (en) * 2018-06-11 2018-11-02 浙江大学 A kind of experimental rig suitable for the test of multiple fission conductor torsion stiffness
RU219965U1 (en) * 2023-05-31 2023-08-16 Иван Михайлович Богачков Power cable for power line
EP4376029A1 (en) * 2022-11-23 2024-05-29 NKT HV Cables AB A profile wire conductor and a power cable

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03184210A (en) * 1989-12-14 1991-08-12 Sumitomo Electric Ind Ltd Cable conductor for automobile
JP3184210B2 (en) * 1990-10-03 2001-07-09 株式会社日立製作所 Electric car
RU96442U1 (en) * 2010-03-22 2010-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "СЕВАН" COMPACT UNINSULATED WIRE FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES
RU142850U1 (en) * 2014-02-20 2014-07-10 Закрытое акционерное общество "Людиновокабель" Uninsulated wire
RU156801U1 (en) * 2015-05-25 2015-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" UNINSULATED WIRE FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03184210A (en) * 1989-12-14 1991-08-12 Sumitomo Electric Ind Ltd Cable conductor for automobile
JP3184210B2 (en) * 1990-10-03 2001-07-09 株式会社日立製作所 Electric car
RU96442U1 (en) * 2010-03-22 2010-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "СЕВАН" COMPACT UNINSULATED WIRE FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES
RU142850U1 (en) * 2014-02-20 2014-07-10 Закрытое акционерное общество "Людиновокабель" Uninsulated wire
RU156801U1 (en) * 2015-05-25 2015-11-20 Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" UNINSULATED WIRE FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108732042A (en) * 2018-06-11 2018-11-02 浙江大学 A kind of experimental rig suitable for the test of multiple fission conductor torsion stiffness
CN108732042B (en) * 2018-06-11 2024-04-26 浙江大学 Test device suitable for torsion rigidity test of multi-split conductor
EP4376029A1 (en) * 2022-11-23 2024-05-29 NKT HV Cables AB A profile wire conductor and a power cable
RU219965U1 (en) * 2023-05-31 2023-08-16 Иван Михайлович Богачков Power cable for power line

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3082135B1 (en) Electric wire and coil
JP4879373B2 (en) High frequency electric wire and high frequency coil
CA2824816C (en) High power, high frequency power cable
RU2631421C1 (en) Wire for overhead power transmission lines
CN105556619B (en) Method and armoured power cable for transporting alternating current
EP3068191B1 (en) Skin-effect based heating cable, heating unit and method
RU156801U1 (en) UNINSULATED WIRE FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES
CN208352017U (en) A kind of three core high-tension bus-bars for bottom transmission
CN103377758A (en) Aluminum alloy cable
RU156715U1 (en) UNINSULATED WIRING FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES
RU163332U1 (en) UNINSULATED WIRE WITH IMPROVED CHARACTERISTICS FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES
CN203260334U (en) Composite-core round-aluminum-strand overhead insulated cable
CN103594147A (en) Special-type efficient and energy-saving contact cable, double-oval pantograph and manufacturing method
CN212659329U (en) PVC wire rod
CN203746469U (en) Aluminum tape armored flat cable
JP3628589B2 (en) Superconducting cable
CN202887851U (en) Small-section cable with split conductor structure
RU219965U1 (en) Power cable for power line
RU160606U1 (en) UNINSULATED WIRE FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES
CN203461951U (en) Electric heating device for platinum channel
JP6009253B2 (en) Coaxial cable for high-frequency power transmission
KR101238333B1 (en) High efficiency and low-loss power cable
RU2705798C1 (en) Non-insulated steel-aluminum high-strength, high-temperature wire for overhead transmission lines
RU182153U1 (en) Uninsulated wire
CN207124045U (en) Novel multi-core electric wire