Способ изготовления высокотемпературного провода для воздушной линии электропередачи и провод, полученный данным способом.
Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления высокотемпературных проводов и их конструкции предназначенных для передачи электрической энергии по воздушным линиям электропередачи (ВЛ) 35 кВ и выше.
Известен способ изготовления проводников из сплава на основе алюминия, содержащего цинк 0,03-0,50, медь 0,25-1,00 и цирконий 0,001-0,100 вес.%, заключающийся в пластической деформации давлением со степенью деформации от 1000% до 10000% полученной разливом заготовки, при этом во время деформации заготовку подвергают термической обработке при 180- 250°С в течении ЗОминут-бч. (см. описание изобретения к патенту СССР Ne649338, МПК Н01В13/00, публикация 25.02.1979)
Недостатком известного способа является применение сложного и дорогостоящего оборудования для осуществления деформации заготовки со степенью от 1000% до 10000%.
Известен способ получения длинномерных композиционных проводов на основе высокотемпературных сверхпроводящих соединений. Способ включает формирование могожильной заготовки путем засыпки порошка висмутовой керамики в серебряную оболочку, деформацию полученной моножильной заготовки до требуемых размеров волочением без нагрева со степенью деформации за проход 0,5-20%. Резку деформированной заготовки на мерные части, сборку многожильной заготовки путем размещения требуемого количества мерных частей деформированной моножильной заготовки в серебряной оболочке многожильной заготовки, экструзию, прокаткой, с термообработкой (см. описание изобретения к патенту РФ N22258970. МПК Н01В12/00, Н01В13/00, опубликовано 20.08.2005)
Недостатком известного способа является:
-сложная затратная технология с применением дорогостоящих материалов для изготовления провода на основе высокотемпературных сверхпроводящих соединений.
Известен способ изготовления сталеал юминиевого провода, включающий изготовление стального сердечника из одной центральной и шести скрученных вокруг ее стальных оцинкованных проволок диаметром 2, 2 3, 6мм каждая, наложение на стальной сердечник на прессе кольцевого слоя выпрессованного алюминия, охлаждение водой на расстоянии не менее 1,5м от зоны прессования алюминия и намотку на приемный барабан готового провода. При этом получают готовый провод меньшего диаметра на 23% по сравнению с проводом полученным по ГОСТ 839-80 аналогичного поперечного сечения (см. описание изобретения к патенту РФ Ne2351486; МПК В6ОМ1/13 опубликовано 10.04.2009).
Недостатками известного способа являются:
- использование в сталеалюминевом проводе стального сердечника в виде стальной круглой проволоки низкоуглеродистой термически не обработанной, второго класса, повышенной точности по ГОСТ 3282 (настоящий стандарт распространяется на круглую низкоуглеродистую стальную проволоку, предназначенную для изготовления гвоздей, увязки, ограждений и других целей) не способствует поддержанию заданных эксплуатационных свойств провода, в связи с низким временным сопротивлением разрыву проволоки, и стального сердечника в целом;
-для улучшения качества наложения алюминия на стальную проволоку необходимо проводить специальную подготовку поверхности, а для устранения неровностей на поверхности стальной круглой проволоки правильное устройство необходимо дополнительно оснастить калибрующей фильерой, что ведет к усложнению конструкции.
Известен способ изготовления провода, заключающийся в последовательном наложении на сердечник повивов из проволок и пластической деформации изделия, проволоки внешнего повива укладываются с зазорами, величина которых составляет 15-70% от номинального диаметра проволок (см. описание изобретения к
авторскому свидетельству СССР NQ669415, МПК Н01В13/02, публикация 28.06.1979).
Недостатком известного способа является низкая электропроводность провода, не способность работать при повышенных температурах, а также необходимо отметить, что при столь большом диапазоне 15-70%, зазора проволок внешнего повива, потребуется для каждого отдельного значения данного зазора корректировка диаметров проволок при свивке новых диаметров провода.
Известен способ изготовления сталеал юминиевого провода, который включает изготовление стального сердечника из одной центральной и шести скрученных вокруг нее стальных оцинкованных проволок диаметром 2, 2 + 3, 6мм каждая, покрытие сердечника слоем защитной термостойкой смазкой и изготовление двух повивов проволок из алюминия (см. Технические условия ГОСТ 839-80 «Провода неизолированные для воздушных линий электропередачи).
К недостаткам этого известного способа можно отнести следующее:
-сталеал юминиевые провода имеют температурный предел нагрева проходящим током при длительной эксплуатации равный не более 90°С, при температуре 100-110°С токоведущий повив провода теряет прочность, что ограничивает возможности передачи проводом и ВЛ в целом по количеству передаваемой электроэнергии (величине тока), так как начинается его разрушение и(или) величина стрелы прогиба становится больше допустимой величины, определяемой правилами безопасной эксплуатации высоковольтных линий, -низкая механическая прочность, что уменьшает эксплуатационныйх срок службы высоковольтных линий.
Известен провод для воздушных линий электропередачи, содержащий повивы стальных плакированных алюминием проволок, отличающийся тем, что толщина слоя плакированного алюминия на поверхности стальной проволоки находится в пределах (0,02+0.5) мм таким образом, что обеспечивается пропускная способность провода по электрическому току в пределах (0,8 + 8) ампер на
квадратный миллиметр его поперечного сечения при максимально допустимой температуре поверхности провода, равной 250 °С. (см. описание изобретения к патенту РФ NQ2396617, МПК Н01В5/04, опубликовано 10.08.2010).
Недостатком известного провода является:
-при обозначенной толщине слоя плакированного алюминия на поверхности стальной проволоки, для получения требуемого размера поперечного сечения алюминиевого провода, необходимо значительное увеличение количества проволок в данной конструкции провода, что ведет к увеличению его диаметра, массы по отношению к известным применяющимся в настоящее время проводам для ВЛ. При заданных стрелах провеса, ветровых и гололедных нагрузках создаются повышенные нагрузки на элементы опор, на которые существующие опоры могут быть не рассчитаны. Поэтому может возникнуть необходимость в их усилении, в установке дополнительных промежуточных опор в пролетах воздушной линии или установке новых (замене существующих) опор.
Известен провод с зазором из термостойкого алюминиевого сплава с цирконием усиленный стальным сердечником (высокотемпературные провода с зазором GTACSR и GZTACSR, производство компании «J-Power», Япония), в котором сердечник выполненный из высокопрочной оцинкованной стали, состоящий обычно из семи проволок. Вокруг стального сердечника навивается проволока из термостойкого алюминиевого сплава с цирконием. Количество алюминиевых повивов не превышает трех. Алюминиевые проволоки внутреннего слоя, ближайшего к сердечнику, имеют трапециевидную форму. Внутренний слой выполнен таким образом, что между ним и стальным сердечником есть зазор 1.2-1, 45мм (по диаметру), заполненный смазкой, стойкой к воздействию высоких температур.
В известном проводе необходимо отметить следующие недостатки:
-для вышеуказанного провода необходима специальная процедура натяжения провода, более сложная по сравнению с натяжением
стандартных сталеал юминевых проводов. Основное различие между технологиями монтажа высокотемпературных проводов с зазором и стандартных сталеал юминиевых проводов заключается в монтаже зажимов. В случае применения высокотемпературных проводов с зазором токопроводящие проволоки должны быть расплетены для крепления провода на анкерных опорах/. После крепления и натяжения сердечника, проврд оставляют на 24 часа для выравнивания (скольжением) токопроводящих повивов относительно натянутого сердечника, затем провод подтягивают; -большие сложности при свивке вышеуказанного провода для получения зазора 1.2-1.45мм (по диаметру), что требует специального канатовьющего оборудования и технологии свивки провода, для получения «трубы» в виде алюминиевых проводов, повитых вокруг стального сердечника;
-использование алюминиевых проволок трапецеидального сечения в конструкции провода требует применения дополнительных специальных технологических операций и оборудования для получения такого фасонного профиля
Задачей заявляемого изобретения является создание способа изготовления высокотемпературного провода и применение полученной данным способом конструкции провода для передачи и распределения электрической энергии на номинальное переменное напряжение 35 кВ и выше номинальной частотой 50Гц, допускающих рабочую температуру провода - 210°С при максимальных значениях пропускаемого тока.
Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.
Способ изготовления высокотемпературного провода для воздушной линии электропередачи, в котором изготавливают стальной сердечник из одной центральной проволоки диаметром 1,0 7.5мм и семи скрученных вокруг нее стальных высокопрочных проволок диаметром 0,85+9, 6мм, оцинкованных слоем толщиной 0.04+0, 32мм, с одновременной деформацией со степенью обжатия площади поперечного сечения сердечника 6+8%, с получением общего диаметра стального сердечника 3,0+22, 5мм, покрывают
стальной сердечник слоем смазки толщиной 0,3+0, 7мм, стойкой к воздействию высокой температуры.
Поверх слоя смазки расположены последовательно первый и второй повивы проволок из сплава на основе алюминия, включающий цирконий 0,20+0,40 вес.% с чередованием семи токопроводящих проволок диаметром 1,15+3, 30мм и семи токопроводящих проволок диаметром 0,85+2, 55мм в первом повиве и с чередованием четырнадцати токопроводящих проволок диаметром 1,45+4, 05мм во втором повиве, первый и второй повивы выполнют с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок первого и второго повива, пластически деформируют наружные поверхности проволок второго повива со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 7 + 9% с получением общего диаметра провода 8, 0+32, 5мм.
Высокотемпературный провод для воздушной линии электропередачи, содержащий стальной сердечник из одной центральной диаметром 1,0+7, 5мм и семи скрученных вокруг нее стальных высокопрочных проволок диаметром 0,85+9,6мм, оцинкованных слоем толщиной 0.04+0, 32мм, с одновременной деформацией со степенью обжатия площади поперечного сечения сердечника 6+8% с получением общего диаметра стального сердечника 6, 0+22, 5мм, покрытый стальной сердечник слоем смазки толщиной 0,3+0, 7мм, стойкой к воздействию высокой температуры .
Поверх слоя смазки последовательно расположены первый и второй повивы проволок из сплава на основе алюминия, включающий цирконий 0,20+0,40 вес.%, с чередованием семи токопроводящих проволок диаметром 1,15 + 3, 30мм и семи токопроводящих проволок диаметром 0,85+2, 55мм в первом повиве и с чередованием четырнадцати токопроводящих проволок диаметром 1,45+4, 05мм во втором повиве, первый и второй повивы выполнют с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок первого и второго повивов, пластически деформируют наружные поверхности проволок второго
повива со степенью обжатия площади поперечного сечения провода 7 9% с получением общего диаметра провода 8,0+32, 5мм.
Это позволяет применение вновь разработанного высокотемпературного провода для передачи и распределения электрической энергии на номинальное переменное напряжение 35кВ и выше, номинальной частотой 50Гц, допускающих рабочую температуру провода - 210°С при максимальных значениях пропускаемого тока, что позволит существенно увеличить эффективность ВЛ за счет увеличения количества передаваемой в единицу времени электроэнергии, сократить материальные и финансовые затраты при выполнении проектов воздушной линии в районах со сложными географическими и метеорологическими условиями, выполнять проекты реконструкции линий электропередачи с повышенным уровнем экологической безопасности.
Сущность изобретения поясняется рис.1.
Высокотемпературный провод для воздушной линии электропередачи изготовлен из стального сердечника, где центральная проволока (1) диаметром di, семь проволок (2) диаметром d2, Стальной сердечник покрывается смазкой (6) стойкой к воздействию высоких температур. Первый повив выполнен с чередованием семи токопроводящих проволок (3) с диаметром d3 и семи токопроводящих проволок (4) с диаметром d4> второй повив выполнен с чередованием четырнадцати токопроводящих проволок
(5) с диаметром d5-
Способ изготовления высокотемпературного провода осуществляется следующим образом. Вокруг центральной проволоки (1) диаметром di, выполняется повив семи проволок (2) диаметром d2, с одновременной деформацией по наружным поверхностям проволок со степенью обжатия по сечению сердечника 6+8%, далее стальной сердечник покрывается смазкой
(6) , стойкой к воздействию высоких температур. Заключительная технологическая операция при изготовлении провода состоит в покрытии пластически деформированного по наружным поверхностям стального сердечника двумя повивами проволок,
изготовленных из (Al-Zr) сплава, с последующей деформацией по наружным поверхностям токопроводящих проволок. Первый повив выполняется с чередованием семи токопроводящих проволок (3) с диаметром d3 и семи токопроводящих проволок (4) с диаметром d4, второй повив выполняется с чередованием четырнадцати токопроводящих проволок (5) с диаметром d5, при этом первый, и второй повивы выполняют с одинаковым шагом свивки, в одном направлении и с линейным касанием проволок, первого и второго повивов, наружные поверхности проволок второго повива пластически деформируют, со степенью обжатия площади сечения провода 7+9% .
Пластическое деформирование алюминиевого сплава по наружной поверхности, способствует, за счет увеличения коэффициента заполнения рабочего сечения, увеличению полезного токопроводящего сечения провода, а полученная внешняя поверхность более гладкая и ровная, чем у проводов, выполненных из круглых проволок, позволяет уменьшить нагрузку от климатических воздействий, значительно снизить аэродинамическое сопротивление и пляску проводов.