WO2014200388A2 - Overhead transmission line conductor and method for the manufacture thereof - Google Patents

Overhead transmission line conductor and method for the manufacture thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2014200388A2
WO2014200388A2 PCT/RU2014/000413 RU2014000413W WO2014200388A2 WO 2014200388 A2 WO2014200388 A2 WO 2014200388A2 RU 2014000413 W RU2014000413 W RU 2014000413W WO 2014200388 A2 WO2014200388 A2 WO 2014200388A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wire
wires
aluminum
core
fibers
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000413
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Other versions
WO2014200388A3 (en
Inventor
Дмитрий Григорьевич СИЛЬЧЕНКОВ
Сергей Владимирович ГРИШИН
Original Assignee
Silchenkov Dmitriy Grigorevich
Grishin Sergey Vladimirovich
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 Silchenkov Dmitriy Grigorevich, Grishin Sergey Vladimirovich filed Critical Silchenkov Dmitriy Grigorevich
Publication of WO2014200388A2 publication Critical patent/WO2014200388A2/en
Publication of WO2014200388A3 publication Critical patent/WO2014200388A3/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/28Protection against damage caused by moisture, corrosion, chemical attack or weather
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/14Extreme weather resilient electric power supply systems, e.g. strengthening power lines or underground power cables

Definitions

  • the invention relates to the electric power industry, namely, to the design of wires of overhead power lines and electrical networks.
  • overhead lines When choosing a wire for the construction of new overhead lines or reconstruction of existing power lines, the leading network companies strive to: increase the throughput of overhead lines (hereinafter referred to as overhead lines), reduce the load on supports, and reduce the icy-wind effect on the wire.
  • Continuously reinforced composite materials are widely used at present to solve a wide range of practical problems.
  • the advantages of these materials include: the development of the raw material base and the technology of processing materials into products, the ability to predict in advance with high accuracy the operational characteristics of the finished product from the known characteristics of their components (binder and filler).
  • Specific indicators reinforced with high-strength fibers (indicators per unit weight) of composite materials are significant significantly exceed the characteristics of metals and alloys.
  • the use of continuously reinforced composite materials in the manufacture of the supporting core of overhead power lines allows network specialists to solve the problem of uninterrupted supply of electricity to consumers, choosing for themselves in each specific case which of the following wire indicators are priority:
  • ZM ACCR wire is known (application US N ° 20100038112) in which the core is made of a metal composite with an external conductive core of high-temperature aluminum-zirconium wires.
  • the ACCR wire design provides that both the composite core and the outer coil of aluminum-zirconium wires contribute to the strength and conductivity of the wire.
  • the composite core of the ACCR wire consists of fibers of high purity aluminum ceramics (aluminum oxide A1 20 0) in a matrix of high purity aluminum. Each core consists of more than 25,000 heavy-duty fibers A1 2 0 3 . Ceramic fibers are continuous, with an axial orientation of 0 °, and completely placed in an aluminum matrix.
  • the outer aluminum-zirconium coil is a heat-resistant alloy that allows continuous operation at 210 ° C, with peak loads up to 240 ° C.
  • the ACCC aluminum wire from STS has a supporting core, which is an epoxy matrix reinforced with carbon and glass fibers.
  • the manufacturing technology of such an occasion provides that during the process In pultrusion, an unbroken unidirectional carbon fiber forms a solid cylindrical core, while a layer of E-glass fibers of the same orientation is laid around the outer sheath. Carbon and glass fibers are impregnated with a high temperature epoxy resin.
  • ACCC Lightweight Conductive Cable from Composite Technology Corp. contains, obtained by pultrusion, an integral structural core of an epoxy matrix reinforced with carbon and glass fibers, coated with a conductive annealed aluminum wire. To obtain a solid core in the form of a rod, a wet bundle of fibers is passed through a steel spinneret and cured at 260 ° C.
  • a protective outer coating is applied and cured on the production line.
  • the bar is cut to the length required by the customer.
  • the cores have diameters from 12.7 mm to 69.85 mm, which gives a current density of 300 A to 3500 A per line.
  • the ACCC conductor system can operate continuously at 180 ° ⁇ and can sustain short-term jumps up to 200 ° ⁇ , with only 10% sagging from the sagging value of a wire with a steel core.
  • the aluminum coil of ACCC wire is made of twisted conductive wires made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or annealed alloy 1350, similar in composition to domestic alloys A5E, A7E.
  • the structural and technological feature of the ACCC wire core from STS is that two or more high-strength, continuously reinforcing fiber core are used in its composition: glass and carbon fiber, while the core is formed by pultrusion. This circumstance noticeably complicates the production technology of such a core and wires based on it.
  • Known wire consisting of wires containing a reinforcing core coated with a layer of metallic conductive material of high conductivity, while the core is made of composite material with a synthetic resin matrix modified with carbon nanoclusters of a fulleroid type, the concentration of which is 0.001-2 , 0 wt.%.
  • metallic conductive material of high conductivity copper and / or aluminum or steel or their alloys with other substances can be used.
  • synthetic resin a thermosetting resin, for example, epoxy, or heat-resistant thermoplastic resin with a melting point above 150 ° C is used. Fullerenes and / or nanotubes and / or astralen are used as carbon nanoclusters.
  • RF patent N ° 100846, NOSH 5/08 Known options for high-temperature wires for power lines.
  • the wire design described in RF patent K "100846 includes a conductive core made in the form of round or shaped wires of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or annealed aluminum grade A5E, ⁇ 7 ⁇ and a supporting composite core made in the form of a long rod or twisted continuously fiber reinforced with the same composition composite long rods containing a reinforcing spiral frame on the surface.
  • a significant difference between the wires described in RF patent N 100846 is a method for the non-spherical molding of a bearing composite core, which consists in single-thread or multi-thread or single-row or multi-row or cross-counter spiral winding of heat-resistant thread with a gap or butt, or with overlapping wetted in a binder fiber bundle, due to which a reinforcing spiral frame is formed on the surface of the core rods, which gives the finished product increased resistance to vibration and alternating Loading the.
  • Wires for power lines made on the basis of a patented supporting composite core have a single or multi-core core.
  • the core is a long rod or twisted long rods made of high-strength heat-resistant continuously reinforced composite material having a tensile strength of at least 1 GPa, consisting of a high-strength reinforcing fiber of the same composition with a degree of filling on May 30-85. % and thermoset heat-resistant polymer binder content of May 15-70. %
  • the profile of the bearing core in the form of a long rod is formed by the pultrusion method. It is possible to apply an external protective coating to the core in the form of a protective paint-and-lacquer shell.
  • the core core profile is also formed directly in the protective outer metal shell.
  • the bundle of the reinforcing fiber impregnated with a thermoset heat-resistant binder is placed on a moving aluminum tape, which is rolled together with the impregnated fiber into a cylinder in a forming device.
  • composition and design of the composite core in RF patent Na 2386183, including the protective coatings used, are designed for long-term operation of the overhead line at elevated temperatures (150 - 300 ° C).
  • elevated temperatures 150 - 300 ° C.
  • STS, ZM high-temperature wires by foreign companies
  • STS, ZM foreign companies
  • the present invention solves the problem:
  • the present invention provides for the possibility of solving the technical problem, in various versions of the structural implementation of the developed wire for overhead power lines.
  • wire overhead power lines which combines increased mechanical strength, low coefficient of thermal expansion, reduced weight, reliability, high resistance to the influence of active environmental factors under operating conditions, has been realized;
  • a high service life of the wire is achieved by ensuring a uniform distribution of loads between the current-transmitting and load-bearing elements of the wire during heating-cooling under operating conditions in the temperature range from -50 ° C to 300 ° C;
  • the invention allows to increase the throughput capacity of overhead lines, while ensuring minimal sagging of the wire, reduce the load on the power transmission line poles, increase the overhaul period, increase resistance to wind loads and icy-frosty formations, organize a communication line due to the fiber-optic module and information transfer.
  • the technical result of the present invention is also that for the manufacture of the wire, a simple and high-performance technology for the production of the wire is maximally protected from environmental influences.
  • the technical result in terms of the device is achieved by the fact that, in the wire for overhead power lines containing a multi-wire conductive core consisting of wires, according to the invention, at least three wires of a multi-wire conductive core are provided with a supporting element located inside each of these wires, made in as a long rod of continuously reinforced composite material with a thermosetting polymer or metal matrix.
  • the multi-wire conductive core of the wire is made of twisted wires; conductive wire wires are made of either copper, or aluminum, or copper alloys, or aluminum alloys; wires of a multi-wire conductive core wires have either round, or trapezoidal and round, or ⁇ -shaped and round cross-sectional shape; a multi-wire conductive core is made in the form of wires, with or without a gap, twisted around a strand of twisted or non-twisted wires containing a supporting element; the bearing element of a wire of a multi-wire conductive core has a tensile strength of at least 500 MPa, an elastic modulus of at least 40 GPa, a coefficient of thermal expansion of less than 1.1x10 5 1 / ° ⁇ ;
  • the supporting element with a thermosetting polymer matrix consists of a reinforcing fiber of the same composition with a content of May 30-95.
  • the technical result in terms of the method is achieved by the fact that, in the method of manufacturing the wire of overhead power lines, including winding continuous reinforcing fibers from coils, impregnating the fibers with a polymer binder, curing the binder, winding the manufactured wire wire onto the coils of a twisting machine, twisting wires in a wire on twisting machines and winding the finished wire onto a take-up drum according to the invention after winding reinforcing fibers (long-length rod of continuously reinforced composite material) from coils, the obtained bundle (rod) is pulled into a metal pipe, the bundle of reinforcing fibers is impregnated (the long rod of continuously reinforced composite material is wetted or not wetted) with a polymer binder directly in the metal pipe, by filling it with a polymer binder, form the wire profile of the wire, while the formation of the wire profile occurs when a metal pipe is drawn with a bundle of reinforcing fibers inside (a long rod made of continuous reinforced composite material), impregnated
  • metal pipes made of either copper or aluminum or copper alloys or aluminum alloys are used; using reinforcing fibers of a long composite rod having a tensile strength of at least 0.7 GPa and an elastic modulus of at least 50 GPa; using thermosetting binders of a long composite rod having a glass transition temperature above 100 ° C; a long composite rod consisting of pre-metallized carbon fiber with a content of May 45-92 is used. % and a metal matrix made of aluminum or aluminum alloys, the content of May 8-55.
  • thermosetting polymer binder inside the wires of the wire is carried out either in a thermal furnace or with high frequency currents; a lengthy composite rod with a thermosetting polymer matrix is preliminarily made either by pultrusion or by spiral winding; after winding the reinforcing fibers from the coils, they are sent to a thermal furnace to remove excess moisture.
  • Fig. 1A-1B depict variants of a multiwire wire made of round wires and round and trapezoidal cross-section wires containing inside a carrier element of continuously reinforced composite material.
  • Fig. 2A-2B illustrate variants of a multiwire wire in which at least three wires contain a support element in the form of a long rod of continuously reinforced composite material and a fiber optic module.
  • FIG. 3A-3F shows cross-sections of wires with an unsealed, sealed conductive core with or without a gap twisted around a strand of twisted or non-twisted wires containing a support member, respectively.
  • Fig. 4 - a diagram of the production of wire wires containing inside a load-bearing element (core) in the form of a long rod from a continuously reinforced composite material with a thermosetting polymer matrix, is a general view;
  • the proposed wire of high-voltage overhead power transmission lines is intended for long-term operation at temperatures of -50 - 300 ° ⁇ .
  • the design of the wires of overhead power lines can be implemented in various final versions (cross-sectional shape of the wires, the presence of a gap between the coils, the number of wires with a supporting element).
  • the multivariate design of the wires is due to a wide range of tasks that are solved when using bare wires, in accordance with the present invention, in overhead lines for transmitting electricity over long distances.
  • design organizations and network companies when choosing the type of wire with wires containing inside the supporting element in the form of a long rod of continuously reinforced composite material, will proceed from specific conditions: the type of terrain, climatic features, and the magnitude of the transmitted power sti, the presence of constraint in the conditions of transmission, the type of fittings used, technical and economic indicators, etc.
  • the wire for overhead power lines (Fig. 1A-1B) contains a multi-wire conductive core 1 made of twisted wires or wires, each of which contains a supporting element 2 in the form of a long rod made of continuously reinforced composite material and a metal part 3 of aluminum, or of copper, or of aluminum alloys, or of copper alloys.
  • the geometric dimensions of the wires of a multi-wire conductive conductor are determined by the nomenclature of the overhead lines.
  • the geometrical dimensions of the supporting element can be selected based on technological limitations determined by the possibility of manufacturing (1 mm) or the flexibility of the wire (25 mm).
  • thermosetting polymer matrix of wires To form a composite supporting element with a thermosetting polymer matrix of wires using:
  • the degree of filling of the polymer heat-resistant matrix with reinforcing fiber is May 30-95. %, and the content of thermosetting heat-resistant polymer binder May 5-70. %
  • thermosetting polymer binder an epoxy composition with a glass transition temperature in the cured state above 100 ° C or thermosetting binders having a glass transition temperature above 100 ° C, based on a compound, is used as a thermosetting polymer binder.
  • a composite carrier with a metal matrix is made of aluminum or aluminum alloys with a content of 8-55 wt.% And metallized carbon fibers with a content of 45-92 wt.%.
  • the metal-composite supporting element provides the wire: increased conductivity (the metal matrix of the composite and the metallized fiber participates in the transmission of electricity), high corrosion, thermal and heat resistance, and resistance to external factors.
  • the service life of wires reinforced with a metal-bearing supporting element can be 70 years or more. This load-bearing element is resistant to compression and allows the use of extruded clamps when hanging wires on the line.
  • the metal-composite carrier element is made by impregnating pre-metallized carbon fibers with aluminum melt or its alloys under pressure or without, followed by drawing the melt-impregnated fibers through a die, in which the melt is cooled to solidify it and obtain a finished carrier element.
  • Metallization of carbon fibers is carried out by the galvanic or chemical method, or by vacuum deposition. Instead of metallization, it is allowed to coat carbon fibers with substances, for example, aluminum-chromophosphate binders, which prevent softening of the fibers upon contact with the aluminum melt and also increase their wettability. To prevent contact corrosion, the supporting element made of a metal composite should be located inside the wires of the conductive core of wire 1.
  • Wires with a composite supporting element with a thermosetting polymer matrix have a weight reduced by about 25%, high flexibility, small sag arrows, relatively low cost, and a wide raw material base for production.
  • the wire according to the invention has fundamental differences from all known wires of overhead lines having a composite core with a polymer thermo- reactive matrix. These differences are due to the fact that in the known wires the core and the conductive part in the form of conductive wires conducting them in one or several types of conductive wires are connected, but, nevertheless, separate structural elements of the wire with their inherent set of physico-mechanical and thermophysical properties. Under operating conditions under the influence of loads, heating-cooling, changes in ambient temperature, the composite core and the conductive part respond differently to changes in operating conditions.
  • the supporting element with a polymer thermosetting matrix of wires is formed to the required dimensions inside the conductive pipe when drawing. This is not a simple crimp. After molding, enormous adhesion forces arise over the entire surface of the pipe between the conductive part and the carrier with a polymer thermosetting matrix.
  • the bearing element and the conductive part in the present invention are integral and respond to changing operating conditions as a whole.
  • the conductive part of the wires provides electric power transmission, protects the carrier element with a polymer thermosetting matrix of a continuously reinforced composite material from moisture, the short-wave part of the solar radiation spectrum, and prevents the development of thermo-oxidative and hydrolytic destruction.
  • a composite supporting element with a polymer thermosetting matrix of the inventive wire provides mechanical strength and resistance to the effects of starvation-hoarfrost formations, wind loads, vibration, temperature changes, wire “dancing”.
  • the main wire of the overhead lines is currently the steel-aluminum wire of the AC. All the main regulatory documents and indicators for the safe operation of uninsulated OHL wires are designed for the characteristics of the speaker wire. A feasibility study on the possibility of using new wires, including wires from a supporting element with a polymer thermosetting matrix, should be carried out based on the quantitative indicators of the speaker wire.
  • a feature of composite materials in contrast, for example, from polymeric materials, is the ability to predict with high accuracy the operational characteristics of the finished material according to the known parameters of the binder and reinforcing fiber, as well as their ratio in the composite material.
  • the characteristics of the supporting element with a polymer thermosetting matrix (tensile strength at break of at least 500 MPa, elastic modulus of at least 50 GPa, coefficient of thermal expansion of less than 1.1x10 "5 1 / ° C) established in the present invention allows to obtain a wire having mechanical strength and stiffness at the level of the speaker wire with an equivalent area of the conductive core, while a wire with wires containing a supporting element with a polymer thermosetting matrix will be 15-30% lighter, less prone to temperatures the impact, especially in the field of elevated temperatures, which, according to the applicant, is minimally sufficient to achieve the technical result of the invention.
  • the maximum value of the tensile strength and elastic modulus of the composite bearing element is not defined, because during the continuous process of improvement and development of technology reinforcing fibers, their strength indicators are steadily increasing .Aramid fibers having a maximum limit are currently known. strengths of 9-10 GPa and high-modulus carbon fibers having a maximum modulus of elasticity of 700-800 GPa.
  • a significant advantage of the proposed wire is the possibility of its multivariate implementation through the use of various source components for the formation of composite material.
  • Each of the recommended types of reinforcing fibers or polymer binder has an individual set of operational and technological characteristics.
  • each type of reinforcing fibers or binders listed in the patent may provide the achievement of the technical result of the invention.
  • Specialists working in the field of development of composite materials have the appropriate knowledge for the final implementation of all variants of the proposed composition of the supporting element with a polymer thermosetting matrix of continuously reinforced composite material.
  • the minimum allowable strength characteristics of the bearing element with a polymer thermosetting matrix determine the lower limit of the content of the reinforcing fiber - 30 wt.% (The rest is a binder). It should be noted that when the binder content is less than 5 wt.%.
  • the permissible range of content of the reinforcing fiber can be set at 30-95 wt.%, And a binder at the level of 5-70 wt.%.
  • the ratio of the cross-sectional area of the metal part of the conductive core of the wire to the cross-sectional area of the supporting elements 2 of the wire can be 0.5-50.
  • the present invention provides the possibility of using both unsealed, twisted from round wires of section 4 (Fig.lA), and a sealed conductive wire core.
  • the conductive core of the wire is sealed to reduce the aerodynamic drag coefficient of the wire, to increase its compactness, thereby increasing the resistance of the wire to the effects of external active environmental factors, such as wind load, icy frost and lightning strikes.
  • the current-carrying conductor of the wire is sealed by twisting pre-shaped wires of a traceal shape 5 (Fig. 1B).
  • the advantages of the proposed wire are: the possibility of using in full operating conditions the mechanical characteristics of the composite supporting element 2 wires, the transmission of electrical power and mechanical loads during operation evenly over the cross section of the wire.
  • the disadvantage of this wire is the high labor costs of its production, associated with the need to manufacture a large number of wires with a composite supporting element 2.
  • a variant of a wire in which wires of a round (Fig. 2 A) or profiled (Fig. 2B) shape with a bearing element are evenly distributed over the cross section of the wire, and the remaining wires of the wire of the conductive core that do not contain the bearing element are shaped the size and type of the conductive material is the same with the wires containing the supporting element 2.
  • W wires of a round (Fig. 2 A) or profiled (Fig. 2B) shape with a bearing element are evenly distributed over the cross section of the wire, and the remaining wires of the wire of the conductive core that do not contain the bearing element are shaped the size and type of the conductive material is the same with the wires containing the supporting element 2.
  • wires with a supporting element 2 - at least three are used as the reinforcing fiber of the carrier element 2 of the wire.
  • the invention provides for the presence of an anti-icing coating wire on an external type of conductive core, for example, based on organosilicon compositions, which impart hydrophobicity to the surface of the wire, thereby providing anti-icing properties.
  • Water droplets that have fallen onto the surface of the anti-icing wire during freezing have a very small contact area with it and, as a result, are easily blown away by the wind without adhesion to the surface. As a result, in critical temperature conditions, the probability of icing of the wire is reduced.
  • the functionality of the proposed wire can be enhanced by including an OKPP optical cable (optical cable in a phase wire) in the form of a fiber optic module (for example, NKT cables ORPC cable) consisting of a metal tube 6 (Fig. 2A) made of aluminum or alloys of aluminum or stainless steel and optical fibers 7 (Fig. 2A) located inside the tube 6 (Fig. 2A).
  • a fiber optic module for example, NKT cables ORPC cable
  • Fig. 2A made of aluminum or alloys of aluminum or stainless steel
  • optical fibers 7 Fig. 2A located inside the tube 6 (Fig. 2A).
  • the wire can be made in the form of multi-wire conductive conductors (Fig. 3A-3F) of round or profiled wires made of aluminum or copper, or from aluminum alloys, or from copper alloys twisted around strand 8 of twisted or non-twisted wires containing a composite supporting element 2.
  • Fig. 3A-3F multi-wire conductive conductors
  • the bearing part of the wire is localized in its central part on the wires with the composite bearing element 2, and the conductive part is made of wires of conductive materials.
  • the bearing part of the wire made in the form of strand 8 made of round wire 4 (Fig. 3) or trapezoidal form 5 (Fig. 3F) containing composite support element 2.
  • Applications of profiled wires (trapezoidal form 5 (Fig. 3F ) allows you to significantly increase the compactness of the wire.
  • the proposed version of the wire provides for the possibility of using both an unsealed conductive core 1, twisted from round wires 9 (Fig. FOR) from conductive materials not containing composite bearing element 2, and a sealed conductive wire core.
  • the conductive core of the wire is sealed by twisting pre-shaped wires of conductive materials that do not contain a composite supporting element 2, trapezoidal 10 (Fig. ⁇ , 3F), or ⁇ -shaped 11 (Fig. ⁇ ).
  • the sealed conductive core may consist of deformed twisted wires 12 (Fig. 3D), obtained after drawing the unsealed wire through the die (not shown in the figures).
  • a gap 13 (Fig. ZE, 3F) between the strand 8 made of wires containing a supporting element and the inner core of the conductive core nearest to them 1.
  • the gap 13 (Fig. ZE, 3F) provides sliding of the wires of the conductive core relative to the strand of wires containing the composite supporting element 2 when hanging the wire, which eliminates mechanical stress on the conductive wire in the field.
  • a wire with a gap, according to the invention, is suspended by a strand of wires containing a composite supporting element 2, which, under operating conditions, perceives all mechanical stress.
  • This design of the wire determines the small (determined only by the linear coefficient of expansion of the wires with the composite supporting element) elongation (sagging) of the wire due to temperature increase.
  • the size of the gap 13 (0.1 - 4 mm) is selected based on the geometric dimensions of the wire and the spectrum of tasks.
  • the minimum gap value (0.1 mm) is sufficient to ensure the sliding of the current coil in heating.
  • a maximum gap of 13 (Fig. ZE) (4 mm) is characteristic of filling this gap to facilitate sliding with thickened oils, organosiloxanes or liquid rubbers.
  • the proposed method of manufacturing a wire is as follows:
  • Glass, carbon or some other reinforcing fiber (Fig. 4) in a dry state is wound from creel bobbin 14 and fed into a thermal furnace 15, heated to a temperature of 150-250 ° C to remove atmospheric moisture from the reinforcing fiber.
  • the reinforcing fibers dried in a thermal furnace 15 in the form of a bundle are drawn into a metal pipe 16 made of aluminum or copper, or aluminum alloys or copper alloys.
  • the metal pipe is filled under pressure with a polymeric binder, and the binder is impregnated with reinforcing fibers.
  • the metal pipe 16, with the bundle of wetted reinforcing fibers inside the binder, is drawn on the drawing machine 17. Passing the dies (not shown) of the drawing machine 17 in series, the metal pipe lengthens while reducing its diameter.
  • the reinforcing fibers are coiled off from the creel bobbins 14, which, after passing through the thermal furnace 15, enter the metal pipe 16. The drawing process is carried out until the metal pipe reaches the set diameter and length values.
  • the molded wire enters the thermal furnace 18, heated to temperatures of 80-
  • a wire with a composite supporting element having a stable cross-sectional dimensions is obtained.
  • the manufactured wire is wound on coils of a twisting machine 19, after which, on twisting machines (not shown in the drawings), the wires of the wire are twisted in accordance with its design.
  • the finished wire is wound around the receiving drum (not shown in the drawings). If necessary, the final curing of the composite supporting element of the wire wires is carried out in a separate thermal furnace (not shown in the drawings).
  • the number and profile of wires with a composite supporting element 2, their location is determined by the design of the wire.
  • all variants of the proposed wire can be made.
  • molded wires according to the proposed method with a composite supporting element with a diameter of 1 to 25 mm and standard twisting machines are used.
  • the twisting of wires into wires on twisting machines is a typical technological operation well known to specialists and does not require additional explanations.
  • standard schemes are used, for example, 1 + 6 + 12, etc., that is, 6 wires in the first coil and 12 wires in the second coil, etc. are twisted around the central wire on twisting machines.
  • a multiwire wire usually has a central wire and wires twisted around it. In this case, the technology for manufacturing stranded wire is identical to the method for manufacturing a single wire.
  • the proposed method assumes the possibility of using long rods (not shown in the drawings) from a continuously reinforced composite material with a polymeric thermoset or metal matrix for forming a wire profile with a composite supporting element.
  • Rods with a polymer thermosetting matrix are preliminarily made by pultrusion or spiral winding and when forming wires they are wetted with a polymer binder.
  • Rods with a metal matrix are not wetted when forming wires with a polymer binder.
  • Composite rods with a polymer thermoset or metal matrix are pulled into a metal pipe 16 instead of a bundle of reinforcing fibers, after which the pipe is filled with a polymeric binder (no filling takes place) with further formation of the wire profile by drawing, twisting the manufactured wires on twisting machines into a finished wire.
  • the use of prefabricated long rods is advisable in case of large friction forces (large wire length or small pipe diameter) when drawing between the wetted reinforcing fiber bundle and the inner surface of the metal pipe 16, which can damage the reinforcing fiber bundle.
  • the preparation of the binder is carried out by mixing at 50 ° C epoxy resin
  • the basalt fiber BYV (roving 1250 tex), having a tensile strength of 3.7 GPa in microplastics and an elastic modulus of 90 GPa, is wound from the creel pulley coils 14 (Fig. 4) at a speed of 10 m / min and passed into a thermal furnace 15 to remove moisture heated to temperature 200 ° ⁇ . After that, a bundle of basalt fibers is drawn into a metal pipe 16 made of aluminum grade A5E 420 m long, having an outer diameter of 8 mm and a wall thickness of 1 mm. The metal pipe 16 is filled with a prepared epoxy binder, as a result of which the fiber is impregnated. On the drawing machine 17, the metal pipe 16 is drawn by passing sequentially through the wolves.
  • basalt fibers When drawing as the length of the pipe increases and its diameter decreases, basalt fibers are rewound from the creel of the creel 14. The coiled basalt fibers pass through the thermal furnace 15 and are drawn into the pipe 16. The drawing speed and the rate of winding of basalt fibers are consistent.
  • a molded pipe with an inside bundle of reinforcing fibers moistened with a polymer binder undergoes heat treatment in a thermal furnace 18, Fig. 4, (temperature 150 ° C, residence time in the oven 3 minutes) and wound on a drum.
  • the final curing of the core takes place in a thermo-furnace directly on the drum at a temperature of 90 ° C, the curing time is 5 hours.
  • the content of reinforcing fibers in the finished carrier 2 (diameter 2 mm) of the obtained wire is 80% (May), epoxy binder 20% ( May).
  • the drums with the finished wire are placed on a twisting machine and twisted the wire, consisting of 19 wires, containing 2 coils, the twisting of which is carried out in opposite directions.
  • the wire is wound on a take-up reel.
  • the resulting wire (aluminum section 179 mm 2 ) has the following indicators: tensile strength 115,000 n, weight 600 kg / km, the coefficient of thermal expansion of the composite bearing element of wires 1.2x10 "6 1 / deg, the temperature limit of continuous operation is 90 ° C; short-term heating is possible, up to 180 ° C.
  • the resulting wire is 1.85 times stronger than speaker wires with a similar cross-section of the current-conducting part of the wire, 15% lighter, and the temperature expansion coefficient of the composite wire carrier element is 10 times lower.
  • the preparation of the binder is carried out by mixing UP-643 epoxy resin (32 wt.%) With ER epoxy (48 wt.%) And hardener UP 0638/1 (20 wt.%).
  • a carbon fiber rod with a diameter of 3 mm, having a breaking strength of 2.5 GPa, an elastic modulus of 140 GPa and a glass transition temperature of 230 ° C, is wound from the drum of the delivery device at a speed of 20 m / min and drawn into a metal pipe made of stainless steel 600 m long, having an outer diameter of 6.8 mm and a wall thickness of 0.2 mm.
  • Prepared epoxy binder is fed into a metal pipe. On a drawing machine, the metal pipe is drawn by passing successively through the dies. When dragging as the length of the pipe increases and its diameter decreases, the carbon fiber rod is unwound from the drum of the delivery device. The drawing speed and the winding speed of the carbon fiber rod are matched.
  • a molded pipe with an inside core wetted with a polymer binder (outer diameter 3.4 mm, length 1500 m) is wound on a drum. Open- the binder is waiting in the thermal furnace directly on the drum at a temperature of 90 ° C for 2 hours, then at a temperature of 140 ° C for 3 hours.
  • the drums with the obtained wire, as well as with the wire of aluminum zirconium alloy, are placed on a twisting machine and twisted a strand consisting of 7 round wires, 4 of which are made of stainless steel and equipped with a supporting element, which is a composite continuously reinforced core.
  • a supporting element which is a composite continuously reinforced core.
  • metals and alloys that are close in their physicochemical and thermal properties to the properties of the carbon fiber bearing element for example, such as stainless steels, precision iron-nickel alloys, titanium or its alloys, etc.
  • Two strands of trapezoidal wires of heat-resistant aluminum are applied to the strand minium zirconium alloy.
  • the resulting wire (aluminum section 300 mm, diameter 21.6 mm) has the following characteristics: tensile strength 124,000 n, weight 915 kg / km, thermal expansion coefficient of the composite wire carrier element 1.6x10 "6 1 / hail, temperature limit of continuous operation 180 ° ⁇ , short-term heating up to 210 ° ⁇ is possible.
  • the resulting wire (example 2) is 1.65 times stronger than AC (240/32) steel-aluminum wire with the same diameter and weight, the aluminum section is 25% larger, the coefficient of thermal expansion of the composite wire carrier element is 7.5 times lower than the coefficient thermal expansion of steel wires of AC wire.

Landscapes

  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Ropes Or Cables (AREA)

Abstract

The invention relates to the electric power industry, and more particularly to the design of conductors for overhead transmission lines and electrical power networks and to methods for the manufacture thereof. An overhead transmission line conductor comprises a stranded conducting core consisting of wires, wherein at least three of the wires of the stranded conducting core are provided with a load-bearing element disposed inside each of the wires and configured in the form of a long-length rod made from a continuously reinforced composite material having a thermosetting polymer matrix or a metal matrix. The invention makes it possible to manufacture conductors for overhead transmission lines having increased mechanical strength, a low thermal expansion coefficient and reduced weight, which are reliable and highly resistant, under operating conditions, to the impact of active environmental factors. The result is a long operating life. The transmission capacity of overhead lines is increased.

Description

ПРОВОД ДЛЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И  WIRING FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES AND
СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ  METHOD FOR ITS MANUFACTURE
Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к конструкции проводов воздушных линий электропередачи и электрических сетей. The invention relates to the electric power industry, namely, to the design of wires of overhead power lines and electrical networks.
При выборе провода для строительства новых воздушных линий или реконструк- ции существующих линий электропередачи ведущие сетевые компании стремятся: увели- чить пропускную способность воздушных линий (далее - ВЛ), уменьшить нагрузки на опоры, снизить гололедно-ветровое воздействие на провод.  When choosing a wire for the construction of new overhead lines or reconstruction of existing power lines, the leading network companies strive to: increase the throughput of overhead lines (hereinafter referred to as overhead lines), reduce the load on supports, and reduce the icy-wind effect on the wire.
Реальной возможностью повышение пропускной способности ВЛ при минималь- ных затратах является повышение токовой нагрузки. Данный способ решения проблемы экономически обоснован, так как, несмотря на значительные омические потери электро- энергии за счет тепловой диссипации, не требует строительства новых линий или замены на провода большего диаметра и, соответственно опор.  A real opportunity to increase the transmission capacity of overhead lines at the lowest cost is to increase the current load. This method of solving the problem is economically justified, because, despite significant ohmic losses of electric energy due to thermal dissipation, it does not require the construction of new lines or replacement with wires of a larger diameter and, accordingly, supports.
Повышение токовой нагрузки приводит в условиях эксплуатации к разогреву про- вода. Применяемые в настоящее время неизолированные сталеалюминевые провода АС имеют предел длительной эксплуатации 90°С. При температуре 100-110 °С токоведущий повив неизолированного сталеалюминевого провода начинает отжигаться, теряет проч- ность и провод разрушается или величина его провиса (за счет температурного удлинения алюминиевых и стальных жил) становится больше допустимой величины, определенной правилами безопасной эксплуатации высоковольтных линий.  An increase in the current load leads to heating of the wire under operating conditions. Currently used non-insulated steel-aluminum speaker wires have a long-term operation limit of 90 ° C. At a temperature of 100-110 ° C, the current-carrying coil of an uninsulated steel-aluminum wire begins to anneal, loses its strength, and the wire breaks or its sag (due to the temperature elongation of aluminum and steel wires) becomes more than the allowable value defined by the rules for safe operation of high-voltage lines.
Решением комплексной задачи повышения надежности неизолированного провода ВЛ в условиях эксплуатации, снижения его веса, увеличение пропускной способности с достижением существенного технико-экономического эффекта, является использование новых конструкционных материалов. К числу таких материалов относятся волокнистые непрерывно армированные композиционные материалы. Современный уровень техники в области композиционных материалов позволяет достигнуть качественно новых показате- лей проводов ВЛ.  The solution to the complex task of improving the reliability of non-insulated overhead lines in operating conditions, reducing its weight, increasing throughput with achieving a significant technical and economic effect, is the use of new structural materials. These materials include fibrous, continuously reinforced composite materials. The current state of the art in the field of composite materials makes it possible to achieve qualitatively new indicators of OHL wires.
Непрерывно армированные композиционные материалы широко используются в настоящее для решения широкого спектра практических задач. К достоинствам данных материалов можно отнести: развитость сырьевой базы и технологии переработки матери- алов в изделия, возможность с высокой точностью заранее предсказывать эксплуатацион- ные характеристики готового изделия по известным характеристикам их составляющих (связующего и наполнителя). Удельные показатели армированных высокопрочными во- локнами (показатели, отнесенные к единице веса) композиционных материалов суще- ственно превосходят характеристики металлов и сплавов. Использование непрерывно ар- мированных композиционных материалов при изготовлении несущего сердечника прово- дов воздушных линий электропередачи позволит специалистам сетевых компаний решать задачи бесперебойного обеспечения потребителей электроэнергией, выбирая для себя в каждом конкретном случае какие из нижеперечисленных показателей провода являются приоритетными: Continuously reinforced composite materials are widely used at present to solve a wide range of practical problems. The advantages of these materials include: the development of the raw material base and the technology of processing materials into products, the ability to predict in advance with high accuracy the operational characteristics of the finished product from the known characteristics of their components (binder and filler). Specific indicators reinforced with high-strength fibers (indicators per unit weight) of composite materials are significant significantly exceed the characteristics of metals and alloys. The use of continuously reinforced composite materials in the manufacture of the supporting core of overhead power lines allows network specialists to solve the problem of uninterrupted supply of electricity to consumers, choosing for themselves in each specific case which of the following wire indicators are priority:
-уменьшение веса провода;  -reduction of the weight of the wire;
-повышение прочности провода,;  -increasing the strength of the wire;
-увеличение пропускной способности;  -increase in throughput;
-увеличение жесткости провода;  -increasing the stiffness of the wire;
-снижение термических деформаций;  - reduction of thermal deformations;
-совокупность всех перечисленных факторов.  - the totality of all these factors.
Заявитель, исходя из сущности предлагаемого технического решения, проанализи- ровал характеристики и параметры известных в настоящее время отечественных и зару- бежных проводов для воздушных линий электропередачи с композиционным сердечни- ком. Проведенный анализ показал следующее.  Based on the essence of the proposed technical solution, the applicant analyzed the characteristics and parameters of currently known domestic and foreign wires for overhead power lines with a composite core. The analysis showed the following.
Известен провод ACCR компании ЗМ (заявка US N° 20100038112) в котором сер- дечник выполнен из металлокомпозита, с наружным токопроводящим повивом из высоко- температурных алюминий-циркониевых проволок. Конструкция провода ACCR преду- сматривает, что и композитный сердечник, и наружный повив алюминий-циркониевых проволок вносят вклад в прочность провода и его проводимость.  ZM ACCR wire is known (application US N ° 20100038112) in which the core is made of a metal composite with an external conductive core of high-temperature aluminum-zirconium wires. The ACCR wire design provides that both the composite core and the outer coil of aluminum-zirconium wires contribute to the strength and conductivity of the wire.
Композитный сердечник провода ACCR состоит из волокон из алюминиевой кера- мики высокой чистоты (оксид алюминия А120з) в матрице алюминия высокой чистоты, Каждый сердечник состоит более чем из 25000 сверхпрочных волокон А1203. Керамиче- ские волокна являются непрерывными, осевой ориентации 0°, и полностью помещенными в алюминиевую матрицу. Наружный алюминий-циркониевый повив, является термостой- ким сплавом, который позволяет непрерывно работать при 210 °С, с пиковыми нагрузками до 240 °С. The composite core of the ACCR wire consists of fibers of high purity aluminum ceramics (aluminum oxide A1 20 0) in a matrix of high purity aluminum. Each core consists of more than 25,000 heavy-duty fibers A1 2 0 3 . Ceramic fibers are continuous, with an axial orientation of 0 °, and completely placed in an aluminum matrix. The outer aluminum-zirconium coil is a heat-resistant alloy that allows continuous operation at 210 ° C, with peak loads up to 240 ° C.
Известен алюминиевый провод с композиционным сердечником (международная публикация WO Ns 2005/040017) от компании Composite Technology Corp. (СТС).  Known aluminum wire with a composite core (international publication WO Ns 2005/040017) from the company Composite Technology Corp. (STS).
Алюминиевый провод АССС от компании СТС имеет несущий сердечник, пред- ставляющий собой эпоксидную матрицу, армированную углеродными и стеклянными во- локнами. Технология изготовления такого повода предусматривает, что во время процесса пултрузии непрерьшное однонаправленное углеродное волокно формирует цельный сер- дечник цилиндрической формы, в то время как слой волокон из Е-стекла такой же ориен- тации укладывают вокруг наружной оболочки. Углеродные и стеклянные волокна пропи- тывают высокотемпературной эпоксидной смолой. The ACCC aluminum wire from STS has a supporting core, which is an epoxy matrix reinforced with carbon and glass fibers. The manufacturing technology of such an occasion provides that during the process In pultrusion, an unbroken unidirectional carbon fiber forms a solid cylindrical core, while a layer of E-glass fibers of the same orientation is laid around the outer sheath. Carbon and glass fibers are impregnated with a high temperature epoxy resin.
Легкий электропроводящий кабель АССС от Composite Technology Corp. содержит, полученный пултрузией цельный структурный сердечник из эпоксидной матрицы, уси- ленной углеродными и стеклянными волокнами, покрытый проводящим отожженным алюминиевым проводом. Для получения цельного сердечника в виде стержня мокрый пу- чок волокон проводят через стальную фильеру и отверждают при 260 °С.  ACCC Lightweight Conductive Cable from Composite Technology Corp. contains, obtained by pultrusion, an integral structural core of an epoxy matrix reinforced with carbon and glass fibers, coated with a conductive annealed aluminum wire. To obtain a solid core in the form of a rod, a wet bundle of fibers is passed through a steel spinneret and cured at 260 ° C.
Защитное наружное покрытие наносят и отверждают на линии производства. A protective outer coating is applied and cured on the production line.
Стержень режется на нужную заказчику длину. Сердечники имеют диаметры от 12.7 мм до 69.85 мм, что дает плотность тока от 300 А до 3500 А на линию. В результате провод- никовая система АССС может непрерывно работать при 180 °С и может вьщерживать кратковременные скачки до 200 °С, с всего лишь 10%-м провисанием от величины прови- сания провода со стальным сердечником. The bar is cut to the length required by the customer. The cores have diameters from 12.7 mm to 69.85 mm, which gives a current density of 300 A to 3500 A per line. As a result, the ACCC conductor system can operate continuously at 180 ° С and can sustain short-term jumps up to 200 ° С, with only 10% sagging from the sagging value of a wire with a steel core.
Алюминиевый повив провода АССС выполнен из скрученных токопроводящих проволок, изготовленных из теплостойкого алюминий-циркониевого сплава или отожженного сплава 1350, аналогичного по составу отечественным сплавам А5Е, А7Е.  The aluminum coil of ACCC wire is made of twisted conductive wires made of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or annealed alloy 1350, similar in composition to domestic alloys A5E, A7E.
Конструктивной и технологической особенностью сердечника провода АССС от компании СТС является то, что в его составе используют два и более высокопрочных, непрерывно армирующих сердечник волокна: стеклянное и углеродное волокно при этом формование сердечника осуществляется методом пултрузии. Данное обстоятельство за- метно усложняет технологию производства такого сердечника и провода на его основе.  The structural and technological feature of the ACCC wire core from STS is that two or more high-strength, continuously reinforcing fiber core are used in its composition: glass and carbon fiber, while the core is formed by pultrusion. This circumstance noticeably complicates the production technology of such a core and wires based on it.
Известен провод (патент РФ М° 2387035) состоящий из проволок, содержащих упрочняющий сердечник, покрытый слоем металлического проводникового материала высокой проводимости, при этом сердечник выполнен из композиционного материала с матрицей из синтетической смолы, модифицированной углеродными нанокластерами фуллероидного типа, концентрация которых равна 0,001-2,0 мас.%. В качестве металличе- ского проводникового материала высокой проводимости могут быть использованы медь и/или алюминий или сталь или их сплавы с другими веществами. В качестве синтетиче- ской смолы использована термореактивная смола, например эпоксидная, или термостой- кая термопластичная смола с температурой плавления выше 150°С. В качестве углерод- ньгх нанокластеров использованы фуллерены и/или нанотрубки, и/или астралены. В па- тенте РФ JVS 2387035 указано, что заявляемая проволока и сердечник для нее изготавлива- ются на стандартном оборудовании, по авторской технологии, основанной на личных зна- ниях и опыте работы авторов. Отсутствие сведений о способе изготовления проволоки с композитным сердечником, а также составе композитного сердечника не позволяют оце- нить возможность практической реализации данного изобретения, эксплуатационных ха- рактеристиках провода на основе заявляемой проволок, особенно с учетом требований монтажной длины проводов воздушных линий (1-3 км). Known wire (RF patent M ° 2387035) consisting of wires containing a reinforcing core coated with a layer of metallic conductive material of high conductivity, while the core is made of composite material with a synthetic resin matrix modified with carbon nanoclusters of a fulleroid type, the concentration of which is 0.001-2 , 0 wt.%. As the metallic conductive material of high conductivity, copper and / or aluminum or steel or their alloys with other substances can be used. As a synthetic resin, a thermosetting resin, for example, epoxy, or heat-resistant thermoplastic resin with a melting point above 150 ° C is used. Fullerenes and / or nanotubes and / or astralen are used as carbon nanoclusters. In pa The RF Jenta JVS 2387035 states that the inventive wire and core for it are manufactured on standard equipment, using proprietary technology based on personal knowledge and experience of the authors. The lack of information about the method of manufacturing a wire with a composite core, as well as the composition of the composite core, does not allow us to evaluate the possibility of practical implementation of this invention, the operational characteristics of the wire based on the inventive wires, especially taking into account the requirements for the installation length of the wires of overhead lines (1-3 km )
Известны варианты высокотемпературных проводов для линий электропередачи (патент РФ N° 100846, НОШ 5/08). Конструкция проводов, изложенная в патенте РФ К» 100846 включает токопроводящую жилу, выполненную в виде проволок круглой или профилированной формы из теплостойкого алюминий-циркониевого сплава или отожженного алюминия марки А5Е, Ά7Ε и несущего композиционного сердечника, вы- полненного в виде длинномерного стержня или скрученных непрерывно армированных волокнами одного состава композиционных длинномерных стержней, содержащих на по- верхности упрочняющий спиральный каркас. Существенным отличием проводов, изло- женньгх в патенте РФ N 100846 является способ безфильерного формования несущего композиционного сердечника, заключающийся в однозаходной или многозаходной или однорядной или многорядной или перекрестной встречной спиральной намотки термо- стойкой нити с зазором или встык, или с перекрытием на смоченный в связующем пучок волокон, за счет чего на поверхности стержней сердечника формируется упрочняющий спиральный каркас, придающий готовому изделию повышенную устойчивость к вибрации и знакопеременным нагрузкам.  Known options for high-temperature wires for power lines (RF patent N ° 100846, NOSH 5/08). The wire design described in RF patent K "100846 includes a conductive core made in the form of round or shaped wires of heat-resistant aluminum-zirconium alloy or annealed aluminum grade A5E, Ά7Ε and a supporting composite core made in the form of a long rod or twisted continuously fiber reinforced with the same composition composite long rods containing a reinforcing spiral frame on the surface. A significant difference between the wires described in RF patent N 100846 is a method for the non-spherical molding of a bearing composite core, which consists in single-thread or multi-thread or single-row or multi-row or cross-counter spiral winding of heat-resistant thread with a gap or butt, or with overlapping wetted in a binder fiber bundle, due to which a reinforcing spiral frame is formed on the surface of the core rods, which gives the finished product increased resistance to vibration and alternating Loading the.
Известны конструктивные варианты высокотемпературных проводов для линий электропередачи (патент РФ Ν° 2386183, Н01 В 5/08), реализованные на основе запатенто- ванных модификаций композиционного несущего сердечника. Конструкции высокотем- пературных проводов, приведенные в патенте РФ N° 2386183, наиболее близкие по тех- нической сущности к предлагаемому изобретению и выбраны в качестве прототипа.  Constructive variants of high-temperature wires for power lines are known (RF patent Ν ° 2386183, Н01 В 5/08), implemented on the basis of patented modifications of the composite carrier core. The high-temperature wire structures described in RF patent N ° 2386183 are the closest in technical essence to the proposed invention and are selected as a prototype.
Провода для линий электропередачи, изготовленные на основе запатентованного несущего композиционного сердечника (патент РФ N° 2386183) имеют сердечник одно или многожильной конструкции.  Wires for power lines made on the basis of a patented supporting composite core (RF patent N ° 2386183) have a single or multi-core core.
Конструктивно сердечник представляет собой длинномерный стержень или скру- ченные длинномерные стержни из высокопрочного теплостойкого непрерывно армиро- ванного композиционного материала, имеющего предел прочности при разрьте не менее 1 ГПа, состоящего из высокопрочного армирующего волокна одного состава со степенью наполнения 30-85 мае. % и термореактивного теплостойкого полимерного связующего содержанием 15-70 мае. %. Structurally, the core is a long rod or twisted long rods made of high-strength heat-resistant continuously reinforced composite material having a tensile strength of at least 1 GPa, consisting of a high-strength reinforcing fiber of the same composition with a degree of filling on May 30-85. % and thermoset heat-resistant polymer binder content of May 15-70. %
Формование профиля несущего сердечника в виде длинномерного стержня осу- ществляют методом пултрузии. Предусмотрена возможность нанесения на сердечник наружного защитного покрытия в виде защитной лакотканевой оболочки.  The profile of the bearing core in the form of a long rod is formed by the pultrusion method. It is possible to apply an external protective coating to the core in the form of a protective paint-and-lacquer shell.
Формование профиля несущего сердечника осуществляют также непосредственно в защитной наружной металлической оболочке. В этом случае, жгут армирующего волок- на, пропитанного термореактивным теплостойким связующим, размещают на движущую- ся алюминиевую ленту, которую свертывают вместе с пропитанным волокном в цилиндр в формообразующем устройстве.  The core core profile is also formed directly in the protective outer metal shell. In this case, the bundle of the reinforcing fiber impregnated with a thermoset heat-resistant binder is placed on a moving aluminum tape, which is rolled together with the impregnated fiber into a cylinder in a forming device.
Существенными недостатками проводов для линий электропередачи, изготовлен- ных на основе несущего композиционного сердечника по технологии, приведенной в па- тенте РФ Ν° 2386183, являются:  Significant disadvantages of wires for power lines made on the basis of a supporting composite core according to the technology described in the RF patent Ν ° 2386183 are:
- ограниченность сырьевой базы и высокая стоимость компонентов теплостойкого связующего, обеспечивающего работу сердечника и соответственно провода в целом в условиях воздействия кислорода воздуха при температуре 150 - 300°С;  - the limited raw material base and the high cost of the components of the heat-resistant binder, which ensures the operation of the core and, accordingly, the wire as a whole under the influence of atmospheric oxygen at a temperature of 150 - 300 ° С;
- низкая эффективность металлической защитной оболочки сердечника провода в случае ее раскрытия в условиях эксплуатации для предотвращения термоокислительной и гидролитической деструкции сердечника;  - low efficiency of the metal protective sheath of the core of the wire in the case of its disclosure in operating conditions to prevent thermal oxidative and hydrolytic destruction of the core;
- низкие защитные свойства лакотканевой оболочки сердечника провода;  - low protective properties of the varnish shell of the core of the wire;
- ограниченный ресурс работы сердечника и провода на его основе, обусловленный возможностью развития в условиях эксплуатации термоокислительной и гидролитической деструкции сердечника;  - limited life of the core and wires based on it, due to the possibility of development in the conditions of operation of thermal oxidative and hydrolytic destruction of the core;
- низкая надежность провода, связанная с существенными различиями в физико- механических и теплофизических характеристиках сердечника и токопроводящего алю- миниевого повива, что в условиях эксплуатации при нагреве-охлаждении провода в ши- роком интервале температур (-50°С - 300°С) приводит к перераспределению нагрузок между сердечником и токопроводящим повивом, локализации нагрузок на отдельных конструкционных элементах провода с высокой вероятностью их разрушения;  - low reliability of the wire, associated with significant differences in the physicomechanical and thermophysical characteristics of the core and the conductive aluminum coil, which in operating conditions when heating and cooling the wire in a wide temperature range (-50 ° C - 300 ° C) to the redistribution of loads between the core and the conductive layer, the localization of loads on individual structural elements of the wire with a high probability of their destruction;
- технологическая сложность производства сердечника в металлической оболочке, обусловленная тем, что при затягивании смоченного пучка волокон в формующее устрой- ство одновременно с металлической лентой может происходить: деформация ленты, при- водящая к образованию на выходе складки или задира ленты, выдавливание связующего и армирующего волокна через щель не полностью сомкнувшейся металлической ленты. В результате данных процессов по длине отформованной жилы имеют место многочислен- ные дефекты. - the technological complexity of producing a core in a metal shell, due to the fact that when a wetted fiber bundle is pulled into a forming device simultaneously with a metal tape, the following can happen: tape deformation, leading to the formation of folds or bullying of the tape at the exit, extrusion of a binder and reinforcing fiber through a gap of an incompletely closed metal tape. As a result of these processes, numerous defects occur along the length of the molded core.
Контроль подобных негативных последствий формования жил в металлической оболочке крайне затруднен, особенно при изготовлении жил малого диаметра. Гибкость жил, полученных методом формования в металлической оболочке, ограничена возможно- стью раскрытия этой оболочки при малых радиусах изгиба. В связи с этим при скрутке многожильного сердечника требуется дорогостоящее оборудование, использующее для открутки катушки большого диаметра. Раскрытие металлической оболочки жил сердечни- ка, имеющей отличные от композиционной части теплофизические и физико- механические свойства может произойти и в процессе эксплуатации провода под действи- ем внешних факторов (ветровая нагрузка, пляска провода, гололед, температурный нагрев), что приведет в конечном итоге к разрушению всего провода.  Monitoring such negative consequences of forming cores in a metal sheath is extremely difficult, especially in the manufacture of small diameter cores. The flexibility of the cores obtained by molding in a metal shell is limited by the possibility of opening this shell at small bending radii. In this regard, when twisting a multicore core, expensive equipment is required that uses large diameter coils to unscrew it. The disclosure of the metal shell of core cores having thermophysical and physico-mechanical properties that are different from the composite part can also occur during operation of the wire under the influence of external factors (wind load, wire dance, ice, temperature heating), which ultimately leads to the destruction of the entire wire.
Состав и конструкция композиционного сердечника в патенте РФ Na 2386183, в том числе и используемые защитные покрытия, рассчитаны на длительную эксплуатация провода ВЛ при повышенных температурах (150 - 300 °С). Практика использования высо- котемпературн х проводов зарубежными компаниями (СТС, ЗМ) показывает, что непо- средственно при повышенной температуре провод эксплуатируется не более 8-10 часов в сутки. В остальное время провод находится при температуре окружающей среды. Данное обстоятельство в патенте РФ N° 2386183 не учитывается. Негерметичность металлической защитной оболочки, а также возможность проникновения влаги через защитную лакотка- невую оболочку может привести к накоплению влаги непосредственно на поверхности сердечника, что приведет к негативным последствиям:  The composition and design of the composite core in RF patent Na 2386183, including the protective coatings used, are designed for long-term operation of the overhead line at elevated temperatures (150 - 300 ° C). The practice of using high-temperature wires by foreign companies (STS, ZM) shows that directly at elevated temperatures the wire is used no more than 8-10 hours a day. The rest of the time, the wire is at ambient temperature. This circumstance in the patent of the Russian Federation N ° 2386183 is not taken into account. Leakage of the metal protective shell, as well as the possibility of moisture penetrating through the protective varnish-cloth shell, can lead to the accumulation of moisture directly on the surface of the core, which will lead to negative consequences:
- развитие гидролитической деструкции связующего сердечника;  - the development of hydrolytic destruction of the binder core;
- вскипание влаги под защитной оболочкой сердечника в момент нагрева провода, с разрушением защитной оболочки и поверхности сердечника.  - boiling of moisture under the protective shell of the core at the time of heating the wire, with the destruction of the protective shell and the surface of the core.
Настоящее изобретение решает задачу:  The present invention solves the problem:
- получения облегченного, высокопрочного, гибкого неизолированного провода с повышенным ресурсом работы в условиях эксплуатации для воздушных линий электро- передачи; - увеличения пропускной способности, уменьшения провиса проводов воздушных линий электропередачи, снижения нагрузки на опоры ЛЭП, повьппения устойчивости к ветровым нагрузкам и гололедно-изморозевым образованиям; - obtaining a lightweight, high-strength, flexible uninsulated wire with an increased service life in operating conditions for overhead power transmission lines; - increasing throughput, reducing the slack of wires of overhead power lines, reducing the load on the power transmission towers, increasing resistance to wind loads and icy-frosty formations;
- обеспечения надежной эксплуатации проводов воздушных линий электропереда- чи при температурах от -50 до 300 °С;  - ensuring reliable operation of wires of overhead power lines at temperatures from -50 to 300 ° C;
- разработки высокотехнологичного способа изготовления неизолированного про- вода для проводов воздушных линий электропередачи.  - development of a high-tech method for manufacturing bare wire for overhead power lines.
Предлагаемое изобретение предусматривает возможность решения поставленной технической задачи, в различных вариантах конструктивной реализации разработанного провода для воздушных линий электропередачи.  The present invention provides for the possibility of solving the technical problem, in various versions of the structural implementation of the developed wire for overhead power lines.
Изложенная сущность изобретения свидетельствует, что в основе предлагаемых изобретений лежит комплекс новых и оригинальных технических решений, которые обу- славливают следующий технический результат:  The stated essence of the invention indicates that the basis of the proposed invention is a complex of new and original technical solutions that provide the following technical result:
- Реализована возможность изготовления провода воздушных линий электропере- дачи, который сочетает повышенную механическую прочность, низкий коэффициент тем- пературного расширения, сниженный вес, надежность, высокую устойчивость к воздей- ствию активных факторов окружающей среды в условиях эксплуатации;  - The possibility of manufacturing wire overhead power lines, which combines increased mechanical strength, low coefficient of thermal expansion, reduced weight, reliability, high resistance to the influence of active environmental factors under operating conditions, has been realized;
- Достигается высокий ресурс работы провода, за счет обеспечения равномерности распределения нагрузок между токопередающими и несущими элементами провода при нагреве-охлаждении в условиях эксплуатации в интервале температур от -50°С до 300°С;  - A high service life of the wire is achieved by ensuring a uniform distribution of loads between the current-transmitting and load-bearing elements of the wire during heating-cooling under operating conditions in the temperature range from -50 ° C to 300 ° C;
- Изобретение позволяет повысить пропускную способность воздушных линий, обеспечивая при этом минимальный провис провода, снизить нагрузки на опоры ЛЭП, увеличить сроки межремонтного периода, повысить устойчивость к ветровым нагрузкам и гололедно-изморозевым образованиям, организовать за счет волоконно-оптического мо- дуля линию связи и передачи информации.  - The invention allows to increase the throughput capacity of overhead lines, while ensuring minimal sagging of the wire, reduce the load on the power transmission line poles, increase the overhaul period, increase resistance to wind loads and icy-frosty formations, organize a communication line due to the fiber-optic module and information transfer.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является также то, что для изготовления провода реализована простая и высокопроизводительная технология произ- водства провода максимально защищенного от воздействия окружающей среды.  The technical result of the present invention is also that for the manufacture of the wire, a simple and high-performance technology for the production of the wire is maximally protected from environmental influences.
Технический результат в части устройства достигается тем, что, в проводе для воздушных линий электропередачи, содержащем многопроволочную токопроводящую жилу, состоящую из проволок, согласно изобретению не менее трех проволок многопро- волочной токопроводящей жилы снабжены несущим элементом, расположенным внутри каждой из этих проволок, выполненным в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала с термореактивной полимерной или металли- ческой матрицей. The technical result in terms of the device is achieved by the fact that, in the wire for overhead power lines containing a multi-wire conductive core consisting of wires, according to the invention, at least three wires of a multi-wire conductive core are provided with a supporting element located inside each of these wires, made in as a long rod of continuously reinforced composite material with a thermosetting polymer or metal matrix.
. Кроме того, многопроволочная токопроводящая жила провода вьшолнена из скру- ченных проволок; проволоки токопроводящей жилы провода выполнены или из меди, или алюминия, или сплавов меди, или сплавов алюминия; проволоки многопроволочной токопроводящей жилы провода имеют или круглую, или трапецеидальную и круглую, или Ζ-образную и круглую форму сечения; многопроволочная токопроводящая жила про- вода вьшолнена в виде проволок, с зазором или без зазора, скрученных вокруг стренги из скрученных или нескрученных проволок, содержащих несущий элемент; несущий эле- мент проволоки многопроволочной токопроводящей жилы имеет предел прочности на разрыв не менее 500 МПа, модуль упругости не менее 40 ГПа, коэффициент термического расширения менее 1,1x10 5 1/°С; несущий элемент с термореактивной полимерной мат- рицей состоит из армирующего волокна одного состава содержанием 30-95 мае. % и тер- мореактивного полимерного связующего содержанием 5-70 мае. % или из предварительно металлизированного углеродного волокна содержанием 45-92 мае. % и металлической матрицы, выполненной из алюминия или сплавов алюминия, содержанием 8-55 мае. %; в качестве армирующего волокна несущего элемента проволок используют или стеклян- ные, или углеродные, или арамидные или полиимидные, или керамические, или базальто- вые, или борные волокна, имеющие предел прочности не менее 0,7 ГПа и модуль упруго- сти не менее 50 Гпа; термореактивная полимерная матрица несущего элемента проволок токопроводящей жилы провода, имеет температуру стеклования выше 100 °С и изготавле- на на основе соединений ароматических полиамидов или ненасыщенных ароматических углеводородов, или кремнеорганических, или полиимидных, или полиэфирных, или фе- нол-альдегидных смол, или полициануратных или борорганических, или полифениленок- сидных или полисульфоновых композиций, или их производных, или сополимеров, или их смесей; термореактивная полимерная матрица несущего элемента проволок токопро- водящей жилы провода модифицирована наночастицами, например, вискерами или гра- фенами, или углеродными нанотрубками, или фулеренами, или углеродными нановолок- нами, или их смесями; многопроволочная токопроводящая жила снабжена антиобледени- тельным покрытием, расположенным на наружной поверхности, вьшолненным на основе гидрофобных материалов, например кремнийорганических композиций; в многопрово- лочную токопроводящую жилу провода встроен волоконно-оптический модуль, состоя- щей из металлической трубки, выполненной из алюминия или сплавов алюминия или не- ржавеющей стали и оптических волокон, расположенных внутри этой трубки. . In addition, the multi-wire conductive core of the wire is made of twisted wires; conductive wire wires are made of either copper, or aluminum, or copper alloys, or aluminum alloys; wires of a multi-wire conductive core wires have either round, or trapezoidal and round, or Ζ-shaped and round cross-sectional shape; a multi-wire conductive core is made in the form of wires, with or without a gap, twisted around a strand of twisted or non-twisted wires containing a supporting element; the bearing element of a wire of a multi-wire conductive core has a tensile strength of at least 500 MPa, an elastic modulus of at least 40 GPa, a coefficient of thermal expansion of less than 1.1x10 5 1 / ° С; The supporting element with a thermosetting polymer matrix consists of a reinforcing fiber of the same composition with a content of May 30-95. % and thermosetting polymer binder content of May 5-70. % or from pre-metallized carbon fiber with a content of May 45-92. % and a metal matrix made of aluminum or aluminum alloys, the content of May 8-55. %; either glass, or carbon, or aramid or polyimide, or ceramic, or basalt, or boron fibers having a tensile strength of at least 0.7 GPa and an elastic modulus of at least 50 are used as the reinforcing fiber of the wire support element GPA; thermosetting polymer matrix of the supporting element of the wires of the conductive wire, has a glass transition temperature above 100 ° C and is made on the basis of compounds of aromatic polyamides or unsaturated aromatic hydrocarbons, or organosilicon, or polyimide, or polyester, or phenol-aldehyde resins, or polycyanurate or organoboron or polyphenylene oxide or polysulfone compositions, or their derivatives, or copolymers, or mixtures thereof; the thermosetting polymer matrix of the carrier element of the wires of the conductive wire core is modified by nanoparticles, for example, whiskers or graphene, or carbon nanotubes, or fullerenes, or carbon nanofibers, or mixtures thereof; the multiwire conductive core is provided with an anti-icing coating located on the outer surface, based on hydrophobic materials, for example, organosilicon compositions; a fiber optic module is built into the multi-wire conductive core of the wire, consisting of a metal tube made of aluminum or alloys of aluminum or stainless steel and optical fibers located inside the tube.
Технический результат в части способа достигается тем, что, в способе изготовле- ния провода воздушных линий электропередачи, включающем сматывание непрерывных армирующих волокон с катушек, пропитку волокон полимерным связующим, отвержде- ние связующего, намотку изготовленной проволоки провода на катушки крутильной ма- шины, скрутку проволок в провод на крутильных машинах и намотку готового провода на приемный барабан, согласно изобретению после смотки армирующих волокон (длин- номерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала) с кату- шек, полученный жгут (стержень) затягивают в металлическую трубу, пропитывают жгут армирующих волокон (смачивают или не смачивают длинномерный стержень из непре- рывно армированного композиционного материала) полимерньм связующим непосред- ственно в металлической трубе, путем ее заполнения полимерным связующим, формуют профиль проволоки провода, при этом формование профиля проволоки, происходит при волочении металлической трубы с находящимся внутри жгутом армирующих волокон (длинномерньш стержнем из непрерывно армированного композиционного материала), пропитанным (смоченным или несмоченным) полимерным связующим, через волоки во- лочильного стана, и после отверждения связующего, последовательно осуществляют намотку изготовленных проволок с находящимся внутри длинномерным стержнем из композиционного материала на катушки крутильной машины, скрутку проволок на кру- тильных машинах в провод, используя при этом или проволоки, содержащие внутри длинномерньш стержень из непрерывно армированного композиционного материала или проволоки содержащие и не содержащие внутри стержень из композиционного материа- ла, с последующей намоткой готового провода на приемную катушку.  The technical result in terms of the method is achieved by the fact that, in the method of manufacturing the wire of overhead power lines, including winding continuous reinforcing fibers from coils, impregnating the fibers with a polymer binder, curing the binder, winding the manufactured wire wire onto the coils of a twisting machine, twisting wires in a wire on twisting machines and winding the finished wire onto a take-up drum according to the invention after winding reinforcing fibers (long-length rod of continuously reinforced composite material) from coils, the obtained bundle (rod) is pulled into a metal pipe, the bundle of reinforcing fibers is impregnated (the long rod of continuously reinforced composite material is wetted or not wetted) with a polymer binder directly in the metal pipe, by filling it with a polymer binder, form the wire profile of the wire, while the formation of the wire profile occurs when a metal pipe is drawn with a bundle of reinforcing fibers inside (a long rod made of continuous reinforced composite material), impregnated (wetted or not wetted) with a polymer binder, through the dies of a drawing mill, and after curing the binder, sequentially wind the manufactured wires with a long length of composite material inside the coil of the twisting machine, twist the wires around tilting machines into a wire, using either wires containing inside a long rod of continuously reinforced composite material or wire containing It does not contain a rod made of composite material inside, followed by winding the finished wire onto a receiving coil.
Кроме того, используют металлические трубы, выполненные или из меди, или алюминия, или сплавов меди, или сплавов алюминия; используют армирующие волокна длинномерного композиционного стержня, имеющие предел прочности не менее 0,7 ГПа и модуль упругости не менее 50 Гпа; используют термореактивные связующие длинно- мерного композиционного стержня, имеющие температуру стеклования выше 100 °С; ис- пользуют длинномерный композиционный стержень, состоящий из предварительно ме- таллизированного углеродного волокна содержанием 45-92 мае. % и металлической мат- рицы, выполненной из алюминия или сплавов алюминия, содержанием 8-55 мае. %; при скрутке провода на крутильных машинах используют не менее трех проволок, содержа- щих внутри длинномерный стержень из композиционного материала с термореактивной полимерной или металлической матрицей; отверждение термореактивного полимерного связующего внутри проволок провода осуществляют или в термопечи, или токами высо- кой частоты; длинномерный композиционный стержень с термореактивной полимерной матрицей предварительно изготавливают или методом пултрузии или методом спираль- ной намоткой; после смотки армирующих волокон с катушек их направляют в термопечь для удаления избыточной влаги. In addition, metal pipes made of either copper or aluminum or copper alloys or aluminum alloys are used; using reinforcing fibers of a long composite rod having a tensile strength of at least 0.7 GPa and an elastic modulus of at least 50 GPa; using thermosetting binders of a long composite rod having a glass transition temperature above 100 ° C; a long composite rod consisting of pre-metallized carbon fiber with a content of May 45-92 is used. % and a metal matrix made of aluminum or aluminum alloys, the content of May 8-55. %; when twisting wires on twisting machines, at least three wires are used, containing- inside a long rod made of a composite material with a thermosetting polymer or metal matrix; curing of the thermosetting polymer binder inside the wires of the wire is carried out either in a thermal furnace or with high frequency currents; a lengthy composite rod with a thermosetting polymer matrix is preliminarily made either by pultrusion or by spiral winding; after winding the reinforcing fibers from the coils, they are sent to a thermal furnace to remove excess moisture.
На Fig. 1А-1В изображены варианты многопроволочного провода, выполненного из проволок круглой формы сечения и проволок круглой и трапецеидальной формы сече- ния, содержащих внутри несущий элемент из непрерывно армированного композицион- ного материала.  In Fig. 1A-1B depict variants of a multiwire wire made of round wires and round and trapezoidal cross-section wires containing inside a carrier element of continuously reinforced composite material.
На Fig. 2А-2В - изображены варианты многопроволочного провода, в котором не менее трех проволок содержат несущий элемент в виде длинномерного стержня из непре- рывно армированного композиционного материала и волоконно-оптический модуль.  In Fig. 2A-2B illustrate variants of a multiwire wire in which at least three wires contain a support element in the form of a long rod of continuously reinforced composite material and a fiber optic module.
На Fig. 3A-3F - изображены поперечные сечения проводов с неуплотненной, уплотненной токопроводящей жилой с зазором или без зазора скрученной вокруг стренги из скрученных или нескрученных проволок, содержащих несущий элемент, соответствен- но.  In Fig. 3A-3F — shows cross-sections of wires with an unsealed, sealed conductive core with or without a gap twisted around a strand of twisted or non-twisted wires containing a support member, respectively.
На Fig. 4 - изображена схема получения проволок провода, содержащих внутри не- сущий элемент (сердечник) в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала с термореактивной полимерной матрицей, общий вид;  In Fig. 4 - a diagram of the production of wire wires containing inside a load-bearing element (core) in the form of a long rod from a continuously reinforced composite material with a thermosetting polymer matrix, is a general view;
Предлагаемый провод воздушных высоковольтных линий электропередачи предна- значен для длительной эксплуатации при температурах -50 - 300 °С.  The proposed wire of high-voltage overhead power transmission lines is intended for long-term operation at temperatures of -50 - 300 ° С.
Согласно изобретению конструкции проводов воздушных линий электропередачи могут быть реализованы в различных конечных вариантах (форма сечения проволок, наличие зазора между повивами, количество проволок с несущим элементом). Многова- риантность конструкций проводов обусловлена широким спектром задач, которые реша- ются при использовании неизолированных проводов, в соответствие с настоящим изобре- тением, в воздушных линиях для передачи электроэнергии на дальние расстояния. В ко- нечном итоге проектные организации и сетевые компании при выборе типа провода с проволоками, содержащими внутри несущий элемент в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала, будут исходить из конкретных условий: типа местности, климатических особенностей, величины передаваемой мощно- сти, наличия стесненности в условиях передачи, типа используемой арматуры, технико- экономических показателей и т.д. Вполне вероятна ситуация, когда на одной ВЛ, могут использоваться различные варианты конструкций проводов с проволоками, содержащими внутри несущий элемент в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала, описанные в предлагаемом изобретении. Тем не менее, в каждом конечном варианте провода достигается решение основных задач изобретения: снижение веса провода, снижение зависимости линейных размеров от температуры, по- вышение его прочности, надежности, пропускной способности. В зависимости от выбран- ного варианта конструкции провода, типом и соответственно свойствами используемых материалов, условиями производства и эксплуатации количественные показатели провода с токоведущей жилой содержащей проволоки с несущими элементами из непрерывно ар- мированного композиционного материала могут отличаться друг от друга. According to the invention, the design of the wires of overhead power lines can be implemented in various final versions (cross-sectional shape of the wires, the presence of a gap between the coils, the number of wires with a supporting element). The multivariate design of the wires is due to a wide range of tasks that are solved when using bare wires, in accordance with the present invention, in overhead lines for transmitting electricity over long distances. Ultimately, design organizations and network companies, when choosing the type of wire with wires containing inside the supporting element in the form of a long rod of continuously reinforced composite material, will proceed from specific conditions: the type of terrain, climatic features, and the magnitude of the transmitted power sti, the presence of constraint in the conditions of transmission, the type of fittings used, technical and economic indicators, etc. It is quite probable that on one overhead line, various designs of wires with wires containing inside the supporting element in the form of a long rod of continuously reinforced composite material described in the present invention can be used. Nevertheless, in each final version of the wire, the main objectives of the invention are achieved: reducing the weight of the wire, reducing the dependence of linear dimensions on temperature, increasing its strength, reliability, and throughput. Depending on the chosen design of the wire, the type and, accordingly, the properties of the materials used, the conditions of production and operation, the quantitative indicators of a wire with a live conductive containing wire with supporting elements from continuously reinforced composite material may differ from each other.
Провод для воздушных линий электропередачи (Fig. 1А-1В) содержит многопрово- лочную токопроводяшую жилу 1, из скрученных в один или несколько повивов проволок, каждая из которых содержит несущий элемент 2 в виде длинномерного стержня из непре- рывно армированного композиционного материала и металлическую часть 3 из алюми- ния, или из меди, или из сплавов алюминия, или из сплавов меди.  The wire for overhead power lines (Fig. 1A-1B) contains a multi-wire conductive core 1 made of twisted wires or wires, each of which contains a supporting element 2 in the form of a long rod made of continuously reinforced composite material and a metal part 3 of aluminum, or of copper, or of aluminum alloys, or of copper alloys.
Геометрические размеры проводок многопроволочной токопроводящей жилы про- вода определяются номенклатурой проводов ВЛ. Геометрические размеры несущего эле- мента могут быть выбраны исходя из технологических ограничений, определяемых воз- можностью изготовления (1 мм) или гибкостью проволоки (25 мм).  The geometric dimensions of the wires of a multi-wire conductive conductor are determined by the nomenclature of the overhead lines. The geometrical dimensions of the supporting element can be selected based on technological limitations determined by the possibility of manufacturing (1 mm) or the flexibility of the wire (25 mm).
Для формирования композиционного несущего элемента с термореактивной поли- мерной матрицей проволок используют:  To form a composite supporting element with a thermosetting polymer matrix of wires using:
- армирующее волокно одного состава, степень наполнения полимерной тепло- стойкой матрицы армирующим волокном составляет 30-95 мае. %, а содержание терморе- активного теплостойкого полимерного связующего 5-70 мае. %,  - reinforcing fiber of the same composition, the degree of filling of the polymer heat-resistant matrix with reinforcing fiber is May 30-95. %, and the content of thermosetting heat-resistant polymer binder May 5-70. %
- в качестве армирующего волокна используют соответственно стеклянные, угле- родные, арамидные, полиимидные, керамические, базальтовые, борные волокна, имею- щие предел прочности не менее 0,7 ГПа и модуль упругости не менее 50 ГПа.  - glass, carbon, aramid, polyimide, ceramic, basalt, boron fibers having a tensile strength of at least 0.7 GPa and an elastic modulus of at least 50 GPa are used as reinforcing fibers, respectively.
Для формирования полимерной матрицы несущего элемента 2 используют в каче- стве термореактивного полимерного связующего соответственно эпоксидную компози- цию с температурой стеклования в отверждённом состоянии выше 100°С, или термореак- тивные связующие, имеющие температуру стеклования выше 100°С, на основе соедине- ний ароматических полиамидов или ненасыщенных ароматических углеводородов, или кремнеорганических, или по-лиимидных, или полиэфирных, или фенол-альдегидных смол, или полициануратных, или борорганических, или полифениленоксидных, или поли- сульфоновых композиций, или их производных, или сополимеров, в том числе наномоди- филированных, например, вискерами или графенами, или углеродными нанотрубками, или фулеренами, или углеродными нановол окнами или их смесями. To form the polymer matrix of the supporting element 2, an epoxy composition with a glass transition temperature in the cured state above 100 ° C or thermosetting binders having a glass transition temperature above 100 ° C, based on a compound, is used as a thermosetting polymer binder. aromatic polyamides or unsaturated aromatic hydrocarbons, or organosilicon, or polyimide, or polyester, or phenol-aldehyde resins, or polycyanurate, or organoboron, or polyphenylene oxide, or poly-sulfone compositions, or their derivatives, or copolymers, including nanomodified, for example, by whiskers or graphenes, or carbon nanotubes, or fullerenes, or carbon nanowires, or mixtures thereof.
Композиционный несущий элемент с металлической матрицей, выполнен из алю- миния или сплавов алюминия, содержанием 8-55 мас.% и металлизированных углеродных волокон со содержанием 45-92 мас.%.  A composite carrier with a metal matrix is made of aluminum or aluminum alloys with a content of 8-55 wt.% And metallized carbon fibers with a content of 45-92 wt.%.
Металлокомпозиционный несущий элемент обеспечивает проводу: повышенную проводимость (металлическая матрица композита и металлизированное волокно участву- ет в передачи электроэнергии), высокую коррозионную, термо-теплостойкость, устойчи- вость к воздействию внешних факторов. Срок службы проводов усиленных металлоком- позитным несущим элементом может составить 70 и более лет. Данный несущий элемент устойчив к сжатию и позволяет использовать прессуемые зажимы при подвесе провода на линии. Металлокомпозиционный несущий элемент изготавливают путем пропитки пред- варительно металлизированных углеродных волокон расплавом алюминия или его спла- вов под давлением или без, с последующей протяжкой пропитанных расплавом волокон через формообразующую фильеру, в которой происходит охлаждения расплава с целью его отверждения и получения готового несущего элемента. Металлизацию углеродных волокон (например, никелирование или меднение) осуществляют гальваническим или хи- мическим методом, или методом вакуумного напыления. Допускается, вместо металлиза- ции, покрытие углеродных волокон веществами, например, алюминийхромфосфатными связующими, предотвращающими разупрочнения волокон при контакте с расплавом алю- миния, а также увеличивающими их смачиваемость. Для предотвращения контактной коррозии несущий элемент из металлокомпозита должен находиться внутри проволок то- копроводящей жилы провода 1.  The metal-composite supporting element provides the wire: increased conductivity (the metal matrix of the composite and the metallized fiber participates in the transmission of electricity), high corrosion, thermal and heat resistance, and resistance to external factors. The service life of wires reinforced with a metal-bearing supporting element can be 70 years or more. This load-bearing element is resistant to compression and allows the use of extruded clamps when hanging wires on the line. The metal-composite carrier element is made by impregnating pre-metallized carbon fibers with aluminum melt or its alloys under pressure or without, followed by drawing the melt-impregnated fibers through a die, in which the melt is cooled to solidify it and obtain a finished carrier element. Metallization of carbon fibers (for example, nickel plating or copper plating) is carried out by the galvanic or chemical method, or by vacuum deposition. Instead of metallization, it is allowed to coat carbon fibers with substances, for example, aluminum-chromophosphate binders, which prevent softening of the fibers upon contact with the aluminum melt and also increase their wettability. To prevent contact corrosion, the supporting element made of a metal composite should be located inside the wires of the conductive core of wire 1.
Провода с композиционным несущим элементом с термореактивной полимерной матрицей обладают сниженным примерно на 25 % весом, высокой гибкостью, малыми стрелами провиса, относительно невысокой стоимостью, широкой сырьевой базой для производства.  Wires with a composite supporting element with a thermosetting polymer matrix have a weight reduced by about 25%, high flexibility, small sag arrows, relatively low cost, and a wide raw material base for production.
Провод согласно изобретению имеет принципиальные отличия от всех известных проводов воздушных линий, имеющих композиционный сердечник с полимерной термо- реактивной матрицей. Эти отличия обусловлены тем, что в известных проводах сердеч- ник и токопроводящая часть в виде скрученных в один или несколько повивов токопрово- дя их проволок являются связанными, но, тем не менее, отдельными конструктивными элементами провода с присущими им набором физико-механических и теплофизических свойств. В условиях эксплуатации под действием нагрузок, нагрева-охлаждения, измене- ний температуры окружающей среды композиционньш сердечник и токопроводящая часть по-разному реагируют на изменение условий эксплуатации. Это приводит к пере- распределению нагрузок между композиционным сердечником и токопроводящей частью, «фонарению» провода, проскальзыванию сердечника относительно токопроводящих про- волок, провисанию провода, что может являться причиной выхода провода из строя. Следствием данных обстоятельств является тот факт, что в известных проводах воздуш- ных линий прочностные свойства композиционных сердечников используются не полно- стью, поскольку моментом обрыва провода считают разрыв двух и более токопроводящих жил. При этом композиционньш сердечник сохраняет 25% и более запаса прочности. Кроме того, как правило, композиционный сердечник провода не участвует в передаче электрической мощности в воздушных линиях. The wire according to the invention has fundamental differences from all known wires of overhead lines having a composite core with a polymer thermo- reactive matrix. These differences are due to the fact that in the known wires the core and the conductive part in the form of conductive wires conducting them in one or several types of conductive wires are connected, but, nevertheless, separate structural elements of the wire with their inherent set of physico-mechanical and thermophysical properties. Under operating conditions under the influence of loads, heating-cooling, changes in ambient temperature, the composite core and the conductive part respond differently to changes in operating conditions. This leads to the redistribution of loads between the composite core and the conductive part, the “flashlight” of the wire, the slippage of the core relative to the conductive wires, sagging wire, which may cause the wire to fail. A consequence of these circumstances is the fact that the strength properties of composite cores are not fully used in known overhead line wires, since breakage of two or more conductive wires is considered to be the moment of wire breakage. At the same time, the compositional core retains 25% or more of the safety margin. In addition, as a rule, the composite core of the wire is not involved in the transmission of electric power in overhead lines.
В предлагаемом изобретении несущий элемент с полимерной термореактивной матрицей проволок формируется до требуемых размеров внутри токопроводящей трубы при волочении. Это не простое обжатие. После формования между токопроводящей ча- стью и несущим элементом с полимерной термореактивной матрицей возникают огром- ные силы адгезии по всей поверхности трубы. Несущий элемент и токопроводящая часть в предлагаемом изобретении являются неразъемными и реагируют на изменение условий эксплуатации как единое целое. При этом токопроводящая часть проволок обеспечивает передачу электрической мощности, защиту несущего элемента с полимерной термореак- тивной матрицей из непрерывно армированного композиционного материала от воздей- ствия влаги, коротковолновой части спектра солнечного излучения, препятствует разви- тию термокислительной и гидролитической деструкции.  In the present invention, the supporting element with a polymer thermosetting matrix of wires is formed to the required dimensions inside the conductive pipe when drawing. This is not a simple crimp. After molding, enormous adhesion forces arise over the entire surface of the pipe between the conductive part and the carrier with a polymer thermosetting matrix. The bearing element and the conductive part in the present invention are integral and respond to changing operating conditions as a whole. In this case, the conductive part of the wires provides electric power transmission, protects the carrier element with a polymer thermosetting matrix of a continuously reinforced composite material from moisture, the short-wave part of the solar radiation spectrum, and prevents the development of thermo-oxidative and hydrolytic destruction.
В случае использования углеродных волокон для армирования композиционного несущего элемента с полимерной термореактивной матрицей проволок токопроводящей жилы провода, возможность контактной коррозии между алюминиевым токопроводящим повивом и композиционным несущим элементом с полимерной термореактивной матри- цей внутри проволок и провода в целом исключена, поскольку доступ атмосферной влаги к месту контакта двух разнородных материалов с различными значениями равновесного электродного материала невозможен. При этом концы провода, находящегося в зажимах, рекомендуется обработать герметиком. In the case of using carbon fibers for reinforcing a composite supporting element with a polymer thermosetting matrix of wires of a conductive core of a wire, the possibility of contact corrosion between an aluminum conductive core and a composite supporting element with a polymer thermosetting matrix inside the wires and wires is generally excluded, since atmospheric moisture does not reach contact of two dissimilar materials with different equilibrium values electrode material is not possible. In this case, it is recommended that the ends of the wire located in the clamps be treated with sealant.
Композиционный несущий элемент с полимерной термореактивной матрицей за- являемого провода обеспечивает механическую прочность устойчивость к воздействию голодно-изморозевым образованиям, ветровым нагрузкам, вибрации, перепадам темпера- туры, «пляски» провода.  A composite supporting element with a polymer thermosetting matrix of the inventive wire provides mechanical strength and resistance to the effects of starvation-hoarfrost formations, wind loads, vibration, temperature changes, wire “dancing”.
Следует пояснить существенность предлагаемых соотношений армирующего во- локна и связующего, требований к физико-механическим и теплофизическим свойствам несущего элемента 2 с полимерной термореактивной матрицей из непрерывно армирован- ного композиционного материала.  The significance of the proposed ratios of the reinforcing fiber and the binder, the requirements for the physicomechanical and thermophysical properties of the supporting element 2 with a polymer thermosetting matrix of a continuously reinforced composite material should be explained.
Основным проводом воздушных линий в настоящее время является сталеалюми- невый провод АС. Все основные нормативные документы и показатели безопасной экс- плуатации неизолированных проводов ВЛ рассчитаны на характеристики провода АС. Технико-экономическое обоснование возможности использования новых проводов, в том числе проводов с несущего элемента с полимерной термореактивной матрицей, необхо- димо проводить, опираясь на количественные показатели провода АС.  The main wire of the overhead lines is currently the steel-aluminum wire of the AC. All the main regulatory documents and indicators for the safe operation of uninsulated OHL wires are designed for the characteristics of the speaker wire. A feasibility study on the possibility of using new wires, including wires from a supporting element with a polymer thermosetting matrix, should be carried out based on the quantitative indicators of the speaker wire.
Особенностью композиционных материалов, в отличие, например, от полимер- ных материалов является возможность с высокой точностью прогнозировать эксплуатаци- онные характеристики готового материала по известным показателям связующего и арми- рующего волокна, а также их соотношения в композиционном материале.  A feature of composite materials, in contrast, for example, from polymeric materials, is the ability to predict with high accuracy the operational characteristics of the finished material according to the known parameters of the binder and reinforcing fiber, as well as their ratio in the composite material.
Установленные в предлагаемом изобретении характеристики несущего элемента с полимерной термореактивной матрицей (предел прочности при разрыве не менее 500 МПа, модуль упругости не менее 50 ГПа, коэффициент термического расширения менее 1,1x10 "5 1/°С) позволяет получить провод, имеющий механическую прочность и жест- кость на уровне провода АС с эквивалентной площадью токопроводящей жилы, при этом провод с проволоками, содержащими несущий элемент с полимерной термореактивной матрицей, будет на 15-30% легче, в меньшей степени подвержен температурному воздей- ствия, особенно в области повышенных температур, что, по мнению заявителя, является минимально достаточными для достижения технического результата изобретения. Мак- симальное значение предела прочности и модуля упругости композиционного несущего элемента не определено, поскольку в ходе непрерывного процесса совершенствования и развития технологии армирующих волокон их прочностные показатели неуклонно возрас- тают. На данный момент известны арамидные волокна, имеющие максимальный предел прочности на уровне 9-10 ГПа и высокомодульные углеродные волокна, имеющие макси- мальный модуль упругости 700-800 ГПа. The characteristics of the supporting element with a polymer thermosetting matrix (tensile strength at break of at least 500 MPa, elastic modulus of at least 50 GPa, coefficient of thermal expansion of less than 1.1x10 "5 1 / ° C) established in the present invention allows to obtain a wire having mechanical strength and stiffness at the level of the speaker wire with an equivalent area of the conductive core, while a wire with wires containing a supporting element with a polymer thermosetting matrix will be 15-30% lighter, less prone to temperatures the impact, especially in the field of elevated temperatures, which, according to the applicant, is minimally sufficient to achieve the technical result of the invention. The maximum value of the tensile strength and elastic modulus of the composite bearing element is not defined, because during the continuous process of improvement and development of technology reinforcing fibers, their strength indicators are steadily increasing .Aramid fibers having a maximum limit are currently known. strengths of 9-10 GPa and high-modulus carbon fibers having a maximum modulus of elasticity of 700-800 GPa.
Существенным достоинством предлагаемого провода является возможность его многовариантной реализации за счет использования различных исходных компонентов для формирования композиционного материала. Каждый из рекомендуемых типов арми- рующих волокон или полимерного связующего обладает индивидуальным набором экс- плуатационных и технологических характеристик. Тем не менее, каждый тип перечис- ленных в патенте армирующих волокон или связующих могут обеспечивать достижение технического результата изобретения. Специалисты, работающие в области разработки композиционных материалов, располагают соответствующими знаниями для конечной реализации всех вариантов предлагаемого состава несущего элемента с полимерной тер- мореактивной матрицей из непрерывно армированного композиционного материала.  A significant advantage of the proposed wire is the possibility of its multivariate implementation through the use of various source components for the formation of composite material. Each of the recommended types of reinforcing fibers or polymer binder has an individual set of operational and technological characteristics. However, each type of reinforcing fibers or binders listed in the patent may provide the achievement of the technical result of the invention. Specialists working in the field of development of composite materials have the appropriate knowledge for the final implementation of all variants of the proposed composition of the supporting element with a polymer thermosetting matrix of continuously reinforced composite material.
Конкретная техническая реализация и идентификация всех возможных исходных армирующих волокон и связующих для производства предлагаемого композиционного несущего элемента не представляет труда для специалистов, поскольку вытекает из уровня техники на основе практических данных и включает в себя известные стандартные связующие и волокна, зафиксированные в различных научно-технических изданиях и справочниках (см. например, «Энциклопедию полимеров» т. 1, 2, 3), на основе которых может быть получено требуемое связующее и выбран тип армирующих волокон, в силу чего более подробное раскрытие этих исходных компонентов нецелесообразно. При этом следует отметить, что выбор компонентов композиционного несущего элемента с поли- мерной термореактивной матрицей должен осуществляться исходя из условий эксплуата- ции и требований к стоимости готового провода.  The specific technical implementation and identification of all possible initial reinforcing fibers and binders for the production of the proposed composite supporting element is not difficult for specialists, since it follows from the prior art on the basis of practical data and includes well-known standard binders and fibers recorded in various scientific and technical publications and reference books (see, for example, Encyclopedia of Polymers, Vols. 1, 2, 3), on the basis of which the required binder can be obtained and the reinforcing type selected their fibers, whereby the more detailed description of these starting components is impractical. It should be noted that the choice of components of a composite supporting element with a polymeric thermosetting matrix should be based on operating conditions and cost requirements for the finished wire.
Известно, что чем меньше в композиционном несущем элементе с полимерной термореактивной матрицей армирующего волокна, тем меньше его прочностные показа- тели. Установлено, что при 30 мас.% содержания армирующего волокна самые прочные известные волокна, например арамидные волокна «Русар», обеспечивают прочность не- сущего элемента проволок на уровне 0,7 ГПа, что позволяет использовать такие непре- рывно армированные композиционные материалы в выпускаемых проводах. Минимально допустимые прочностные показатели несущего элемента с полимерной термореактивной матрицей определяют нижний предел содержания армирующего волокна - 30 мас.% (остальное - связующее). Следует отметить, что при содержании связующего меньше 5 мас.%. может быть нарушена целостность несущего элемента с полимерной термореактивной матрицей про- волок (не достигается пропитка всех волокон). Данные технологические аспекты ограни- чивают максимальное содержание армирующего волокна на уровне 95 мас.%, (остальное - связующее). It is known that the smaller the reinforcing fiber in a composite supporting element with a polymer thermosetting matrix, the lower its strength characteristics. It has been established that at 30 wt.% The content of reinforcing fibers, the most durable known fibers, such as Rusar aramid fibers, provide a wire bearing strength of 0.7 GPa, which allows the use of such continuously reinforced composite materials in the manufactured wires . The minimum allowable strength characteristics of the bearing element with a polymer thermosetting matrix determine the lower limit of the content of the reinforcing fiber - 30 wt.% (The rest is a binder). It should be noted that when the binder content is less than 5 wt.%. the integrity of the supporting element with the polymer thermosetting matrix of the wire may be violated (impregnation of all fibers is not achieved). These technological aspects limit the maximum content of reinforcing fiber to 95 wt.%, (The rest is a binder).
Таким образом допустимый диапазон содержания армирующего волокна может быть установлен на уровне 30-95 мас.%, а связующего на уровне 5-70 мас.% .  Thus, the permissible range of content of the reinforcing fiber can be set at 30-95 wt.%, And a binder at the level of 5-70 wt.%.
Аналогичный расчет степени наполнения композиционного металлокомпозицион- ного несущего элемента металлизированными углеродными волокнами (45-92 мас.%) и содержание в нем металлической матрицы (8-55 мас.%) проведен с учетом их удельного веса.  A similar calculation of the degree of filling of the composite metal-composite supporting element with metallized carbon fibers (45-92 wt.%) And the content of the metal matrix in it (8-55 wt.%) Was carried out taking into account their specific gravity.
Отношение площади сечения металлической части токопроводящей жилы провода к площади сечения несущих элементов 2 проволок может составить 0,5-50.  The ratio of the cross-sectional area of the metal part of the conductive core of the wire to the cross-sectional area of the supporting elements 2 of the wire can be 0.5-50.
Предлагаемое изобретение предусматривает возможность использования как не- уплотненной, скрученной из проволок круглой формы сечения 4 (Fig.lA), так и уплотнен- ной токопроводящей жилы провода. Уплотнение токопроводящей жилы провода проводят для снижения коэффициента аэродинамического сопротивления провода, повьппения его компактности, достигая тем самым увеличение устойчивости провода к воздействию внешних активных факторов окружающей среды, таких как ветровая нагрузка, гололедно- изморозевые образования, удары молнии. Уплотнение токопроводящей жилы провода осуществляется за счет скрутки предварительно профилированных проволок тралеце- идальной формы 5 (Fig. 1В).  The present invention provides the possibility of using both unsealed, twisted from round wires of section 4 (Fig.lA), and a sealed conductive wire core. The conductive core of the wire is sealed to reduce the aerodynamic drag coefficient of the wire, to increase its compactness, thereby increasing the resistance of the wire to the effects of external active environmental factors, such as wind load, icy frost and lightning strikes. The current-carrying conductor of the wire is sealed by twisting pre-shaped wires of a traceal shape 5 (Fig. 1B).
Достоинствами предлагаемого провода, являются: возможность использования в условиях эксплуатации в полном объеме механических характеристик композиционного несущего элемента 2 проволок, передача в процессе эксплуатации электрической мощно- сти и механических нагрузок равномерно по сечению провода. Недостатком данного про- вода, является высокая трудозатратность его производства, связанная с необходимостью изготовления большого количества проволок с композиционным несущим элементом 2.  The advantages of the proposed wire are: the possibility of using in full operating conditions the mechanical characteristics of the composite supporting element 2 wires, the transmission of electrical power and mechanical loads during operation evenly over the cross section of the wire. The disadvantage of this wire is the high labor costs of its production, associated with the need to manufacture a large number of wires with a composite supporting element 2.
В предлагаемом изобретении предусмотрен вариант провода, в котором проволоки круглой (Fig. 2 А) или профилированной (Fig. 2В) формы с несущим элементом равномер- но распределены по сечению провода, а остальные проволоки провода токопроводящей жилы, не содержащие несущий элемент имеют форму, размер и тип проводникового ма- териала одинаковый с проволоками, содержащие несущий элемент 2. При этом количе- W In the present invention, there is provided a variant of a wire in which wires of a round (Fig. 2 A) or profiled (Fig. 2B) shape with a bearing element are evenly distributed over the cross section of the wire, and the remaining wires of the wire of the conductive core that do not contain the bearing element are shaped the size and type of the conductive material is the same with the wires containing the supporting element 2. At the same time, W
17 ство проволок с несущим элементом 2 - не менее трех. Применение провода данной кон- струкции целесообразно в том случае, если в качестве армирующего волокна несущего элемента 2 проволок используются высокопрочные, высокомодульные волокна, например, углеродные волокна, физико-механические характеристики которых не требуют наличия композиционного сердечника в каждой проволоке провода. 17 wires with a supporting element 2 - at least three. The use of a wire of this design is advisable if high-strength, high-modulus fibers, for example, carbon fibers, the physico-mechanical characteristics of which do not require a composite core in each wire, are used as the reinforcing fiber of the carrier element 2 of the wire.
Одной из причин выхода из строя воздушных линий является обледенение провода. Для борьбы с этим негативным явлением, приводящим в ряде случае к обрыву провода, в предлагаемом изобретении предусмотрено наличие на внешнем повиве токопроводящей жилы провода антиобледенительного покрытия, например, на основе кремнеорганических композиций, придающими поверхности провода гидрофобность, обеспечивая тем самым антиобледенительные свойства. Капельки воды, попавшие на поверхность провода с ан- тиобледенительным покрытием, в ходе замерзания имеют с ней очень малую площадь контакта и вследствие этого легко сдуваются ветром, не имея сцепления с поверхностью. В результате в критических температурных условиях снижается вероятность обледенения провода.  One of the reasons for the failure of overhead lines is the icing of the wire. To combat this negative phenomenon, which in some cases leads to wire breakage, the invention provides for the presence of an anti-icing coating wire on an external type of conductive core, for example, based on organosilicon compositions, which impart hydrophobicity to the surface of the wire, thereby providing anti-icing properties. Water droplets that have fallen onto the surface of the anti-icing wire during freezing have a very small contact area with it and, as a result, are easily blown away by the wind without adhesion to the surface. As a result, in critical temperature conditions, the probability of icing of the wire is reduced.
Функциональность предлагаемого провода может быть повышена за счет включе- ния в его конструкцию оптического кабеля ОКФП (оптический кабель в фазном проводе) в виде волоконно-оптического модуля (например, кабеля ОРРС компании NKT cables), состоящего из металлической трубки 6 (Fig. 2А), выполненной из алюминия или сплавов алюминия или нержавеющей стали и оптических волокон 7 (Fig. 2А), расположенных внутри трубки 6 (Fig. 2А). Преимущества предлагаемого провода по сравнению с тради- ционными проводами (сниженный вес, повышенная пропускная способность и надеж- ность) позволяют организовать волоконно-оптическую линию связи и передачи информа- ции (ВОЛС-ВЛ) без дополнительных затрат и каких-либо последствий для его эксплуата- ционных характеристик.  The functionality of the proposed wire can be enhanced by including an OKPP optical cable (optical cable in a phase wire) in the form of a fiber optic module (for example, NKT cables ORPC cable) consisting of a metal tube 6 (Fig. 2A) made of aluminum or alloys of aluminum or stainless steel and optical fibers 7 (Fig. 2A) located inside the tube 6 (Fig. 2A). The advantages of the proposed wire compared to traditional wires (reduced weight, increased throughput and reliability) allow you to organize a fiber-optic communication line and data transmission line (FOCL-VL) without additional costs and any consequences for its operation - tion characteristics.
Согласно изобретению провод может быть выполнен в виде многопроволочной то- копроводящая жилы (Fig. 3A-3F) из проволок круглой или профилированной формы из алюминия, или из меди, или из сплавов алюминия, или из сплавов меди, скрученных во- круг стренги 8 из скрученных или нескрученных проволок, содержащих композиционный несущий элемент 2.  According to the invention, the wire can be made in the form of multi-wire conductive conductors (Fig. 3A-3F) of round or profiled wires made of aluminum or copper, or from aluminum alloys, or from copper alloys twisted around strand 8 of twisted or non-twisted wires containing a composite supporting element 2.
Производство многопроволочного провода, все проволоки которого содержат ком- позиционный несущий элемент 2, трудозатратно. Конструкция данного варианта предла- гаемого провода позволяет существенно удешевить стоимость готового изделия, при со- хранении его эксплуатационных характеристик, определяющих технический результат изобретения. Так для исключения технологической операции - скрутка проволок стренги, предусмотрен вариант провода, включающий стренгу 8 (Fig. 3) из нескрученных проволок с композиционным несущим элементом 2. The production of a multiwire wire, all wires of which contain a composite supporting element 2, is labor intensive. The design of this version of the proposed wire allows you to significantly reduce the cost of the finished product, with storage of its operational characteristics that determine the technical result of the invention. So to exclude the technological operation - twisting the wires of the strand, a wire option is provided, including strand 8 (Fig. 3) of untwisted wires with a composite supporting element 2.
В данной модификации несущая часть провода локализована в его центральной ча- сти на проволоках с композиционным несущим элементом 2, а токопроводящая часть вы- полнена из проволок из проводниковых материалов. Предусмотрена многовариантность несущей части провода, выполненной в виде стренги 8 из проволок круглой формы 4 (Fig. 3) или трапецеидальной формы 5 (Fig. 3F), содержащих композиционный несущий эле- мент 2. Применения профилированных проволок (трапецеидальной формы 5 (Fig. 3F) поз- воляет существенно повысить компактность провода.  In this modification, the bearing part of the wire is localized in its central part on the wires with the composite bearing element 2, and the conductive part is made of wires of conductive materials. There is a multivariance of the bearing part of the wire made in the form of strand 8 made of round wire 4 (Fig. 3) or trapezoidal form 5 (Fig. 3F) containing composite support element 2. Applications of profiled wires (trapezoidal form 5 (Fig. 3F ) allows you to significantly increase the compactness of the wire.
Предлагаемый вариант провода предусматривает возможность использования как неуплотненной токопроводящей жилы 1, скрученной из проволок круглой формы 9 (Fig. ЗА) из проводниковых материалов, не содержащих композиционный несущий элемент 2, так и уплотненной токопроводящей жилы провода. Уплотнение токопроводящей жилы провода осуществляется за счет скрутки предварительно профилированных проволок из проводниковых материалов, не содержащих композиционный несущий элемент 2, трапе- цеидальной 10 (Fig. ЗВ, 3F), или Ζ-образной формы 11 (Fig. ЗС). Уплотненная токопрово- дящая жила может состоять из деформированных скрученных проволок 12 (Fig. 3D), по- лученных после протягивания неуплотненного провода через фильеру (на фигурах не по- казана).  The proposed version of the wire provides for the possibility of using both an unsealed conductive core 1, twisted from round wires 9 (Fig. FOR) from conductive materials not containing composite bearing element 2, and a sealed conductive wire core. The conductive core of the wire is sealed by twisting pre-shaped wires of conductive materials that do not contain a composite supporting element 2, trapezoidal 10 (Fig. ЗВ, 3F), or Ζ-shaped 11 (Fig. ЗС). The sealed conductive core may consist of deformed twisted wires 12 (Fig. 3D), obtained after drawing the unsealed wire through the die (not shown in the figures).
В конструкции предлагаемого провода предусмотрено наличие зазора 13 (Fig. ЗЕ, 3F) между стренгой 8, выполненных из проволок, содержащих несущий элемент и внут- ренним ближайшим к ним повивом токопроводящей жилы 1. Зазор 13 (Fig. ЗЕ, 3F) обес- печивает скольжение повивов токопроводящей жилы относительно стренги из проволок, содержащих композиционный несущий элемент 2 при подвесе провода, что исключает механические нагрузки на токопроводящий повив в условиях эксплуатации. Провод с за- зором, согласно изобретению, подвешивается за стренгу из проволок, содержащих компо- зиционный несущий элемент 2, воспринимающих в условиях эксплуатации всю механи- ческую нагрузку. Данная конструкция провода определяет малое (определяемое только линейным коэффициентом расширения проволок с композиционным несущим элементом) удлинение (провисание) провода вследствие роста температуры. Величина зазора 13 (0,1 - 4 мм) выбирается исходя из геометрических размеров провода и спектра решаемых задач. Минимальная величина зазора (0,1 мм) достаточна для обеспечения скольжения токове- дущего повива при нагревании. Максимальный зазор 13 (Fig. ЗЕ) (4 мм) характерен для случая заполнения данного зазора для облегчения скольжения загущенными маслами, ор- ганосилоксанами или жидкими каучуками. In the design of the proposed wire, there is a gap 13 (Fig. ZE, 3F) between the strand 8 made of wires containing a supporting element and the inner core of the conductive core nearest to them 1. The gap 13 (Fig. ZE, 3F) provides sliding of the wires of the conductive core relative to the strand of wires containing the composite supporting element 2 when hanging the wire, which eliminates mechanical stress on the conductive wire in the field. A wire with a gap, according to the invention, is suspended by a strand of wires containing a composite supporting element 2, which, under operating conditions, perceives all mechanical stress. This design of the wire determines the small (determined only by the linear coefficient of expansion of the wires with the composite supporting element) elongation (sagging) of the wire due to temperature increase. The size of the gap 13 (0.1 - 4 mm) is selected based on the geometric dimensions of the wire and the spectrum of tasks. The minimum gap value (0.1 mm) is sufficient to ensure the sliding of the current coil in heating. A maximum gap of 13 (Fig. ZE) (4 mm) is characteristic of filling this gap to facilitate sliding with thickened oils, organosiloxanes or liquid rubbers.
Предлагаемый способ изготовления провода осуществляют следующим образом: The proposed method of manufacturing a wire is as follows:
Стеклянное, углеродное или какое-либо другое армирующее волокно (Fig. 4) в сухом состоянии сматывают с бобин шпулярника 14 и подают в термопечь 15 , нагретую до температуры 150-250 °С для удаления из армирующего волокна атмосферной влаги. Glass, carbon or some other reinforcing fiber (Fig. 4) in a dry state is wound from creel bobbin 14 and fed into a thermal furnace 15, heated to a temperature of 150-250 ° C to remove atmospheric moisture from the reinforcing fiber.
Просушенные в термопечи 15 армирующие волокна в виде пучка затягиваются в металлическую трубу 16, вьшолненную из алюминия или меди, или сплавов алюминия или сплавов меди. Металлическую трубу под давлением заполняют полимерным связую- щим, при этом происходит пропитка связующим армирующих волокон. Металлическая труба 16, с находящимся внутри пучком смоченных связующим армирующих волокон подвергается волочению на волочильной машине 17. Последовательно проходя волоки (на чертежах не показано) волочильной машины 17, металлическая труба удлиняется с одновременным уменьшением ее диаметра. Одновременно с волочением трубы происхо- дит согласованное сматывание армирующих волокон с бобин шпулярника 14, которые по- сле прохождения термопечи 15 поступают в металлическую трубу 16. Процесс волочения ведут до достижения металлической трубой установленных значений диаметра и длины.  The reinforcing fibers dried in a thermal furnace 15 in the form of a bundle are drawn into a metal pipe 16 made of aluminum or copper, or aluminum alloys or copper alloys. The metal pipe is filled under pressure with a polymeric binder, and the binder is impregnated with reinforcing fibers. The metal pipe 16, with the bundle of wetted reinforcing fibers inside the binder, is drawn on the drawing machine 17. Passing the dies (not shown) of the drawing machine 17 in series, the metal pipe lengthens while reducing its diameter. Along with the drawing of the pipe, the reinforcing fibers are coiled off from the creel bobbins 14, which, after passing through the thermal furnace 15, enter the metal pipe 16. The drawing process is carried out until the metal pipe reaches the set diameter and length values.
Отформованный провод поступает в термопечь 18, нагретую до температур 80- The molded wire enters the thermal furnace 18, heated to temperatures of 80-
300 °С, где происходит отверждение связующего сердечника. На выходе из термопечи 18 получают проволоку с композиционньм несущим элементом, имеющую стабильные по сечению размеры. Изготовленную проволоку наматывают на катушки крутильной маши- ны 19, после чего на крутильных машинах (на чертежах не показано) осуществляют скрутку проволок провода в соответствие с его конструкцией. Готовый провод наматыва- ют на приемный барабан (на чертежах не показано). При необходимости окончательное отверждение композиционного несущего элемента проволок провода проводят в отдель- ной термопечи (на чертежах не показано). 300 ° C, where the curing of the binder core occurs. At the exit of the thermal furnace 18, a wire with a composite supporting element having a stable cross-sectional dimensions is obtained. The manufactured wire is wound on coils of a twisting machine 19, after which, on twisting machines (not shown in the drawings), the wires of the wire are twisted in accordance with its design. The finished wire is wound around the receiving drum (not shown in the drawings). If necessary, the final curing of the composite supporting element of the wire wires is carried out in a separate thermal furnace (not shown in the drawings).
Количество и профиль проволок с композиционным несущим элементом 2 их расположение определяется конструкцией провода. Используя данный способ, и дополни- тельные проволоки из проводникового материала можно изготовить все варианты предла- гаемого провода. Для изготовления многопроволочного провода используют отформованные по предлагаемому способу проволоки с композиционньм несущим элементом диаметром от 1 до 25 мм и стандартные крутильные машины (на чертежах не показано). Скрутка прово- лок в провод на крутильных машинах является типовой, хорошо известной специалистам технологической операцией, не требующей дополнительных пояснений. При скрутке мно- гопровол очного провода применяют стандартные схемы, например, 1+6+12 и т.д., то есть вокруг центральной проволоки на крутильных машинах скручивают 6 проволок в первом повиве и 12 проволок во втором повиве и т.д. в зависимости от конструкции в многопро- волочном проводе обычно есть центральная проволока и скрученные вокруг нее проволо- ки. При этом технология изготовления проволок многопроволочного провода идентична способу изготовления однопроволочного провода. The number and profile of wires with a composite supporting element 2, their location is determined by the design of the wire. Using this method, and additional wires from a conductive material, all variants of the proposed wire can be made. For the manufacture of a multi-wire wire, molded wires according to the proposed method with a composite supporting element with a diameter of 1 to 25 mm and standard twisting machines (not shown in the drawings) are used. The twisting of wires into wires on twisting machines is a typical technological operation well known to specialists and does not require additional explanations. When twisting a stranded wire, standard schemes are used, for example, 1 + 6 + 12, etc., that is, 6 wires in the first coil and 12 wires in the second coil, etc. are twisted around the central wire on twisting machines. Depending on the design, a multiwire wire usually has a central wire and wires twisted around it. In this case, the technology for manufacturing stranded wire is identical to the method for manufacturing a single wire.
Предлагаемый способ предполагает возможность использования для формования профиля проволок с композиционньм несущим элементом длинномерных стержней (на чертежах не показано) из непрерывно армированного композиционного материала с по- лимерной термореактивной или металлической матрицей. Стержни с полимерной термо- реактивной матрицей предварительно изготавливают методами пултрузии или спиральной намоткой и при формовании проволок смачивают полимерньм связующим. Стержни с металлической матрицей при формовании проволок полимерньм связующим не смачива- ют. Композиционные стержни с полимерной термореактивной или металлической матри- цей затягиваются в металлическую трубу 16 вместо жгута армирующих волокон, после чего происходит заполнение трубы полимерньм связующим (не происходит заполнения) с дальнейшим формованием профиля проволоки волочением, скруткой изготовленных проволок на крутильных машинах в готовый провод. Использование готовых длинномер- ных стержней целесообразно в случае возникновения при волочении больших сил трения (большая длина проволоки или маленький диаметр трубы) между смоченньм жгутом ар- мирующих волокон и внутренней поверхностью металлической трубы 16, способных по- вредить жгут армирующих волокон. При использовании готовых длинномерных стержней силы трения существенно меньше, кроме того вероятность повреждения стержня из непрерывно армированного композиционного материала при затягивании в металличе- скую трубу 16 и последующего формования профиля проволок на волочильной машине 17 меньше. Состав и свойства длинномерных стержней позволяют получать проволоки с композиционньм несущим элементом 2 соответствующие требованиям предлагаемого изобретения. Ниже с целью иллюстрации отдельных аспектов осуществления изобретения приведены примеры осуществления предлагаемого способа, которые не предназначены для того, чтобы каким-либо образом ограничивать объем настоящего изобретения. The proposed method assumes the possibility of using long rods (not shown in the drawings) from a continuously reinforced composite material with a polymeric thermoset or metal matrix for forming a wire profile with a composite supporting element. Rods with a polymer thermosetting matrix are preliminarily made by pultrusion or spiral winding and when forming wires they are wetted with a polymer binder. Rods with a metal matrix are not wetted when forming wires with a polymer binder. Composite rods with a polymer thermoset or metal matrix are pulled into a metal pipe 16 instead of a bundle of reinforcing fibers, after which the pipe is filled with a polymeric binder (no filling takes place) with further formation of the wire profile by drawing, twisting the manufactured wires on twisting machines into a finished wire. The use of prefabricated long rods is advisable in case of large friction forces (large wire length or small pipe diameter) when drawing between the wetted reinforcing fiber bundle and the inner surface of the metal pipe 16, which can damage the reinforcing fiber bundle. When using ready-made long rods, the friction forces are significantly less, in addition, the probability of damage to a rod made of continuously reinforced composite material when drawn into a metal pipe 16 and subsequent forming of the wire profile on the drawing machine 17 is less. The composition and properties of long rods make it possible to obtain wires with a composite supporting element 2 corresponding to the requirements of the present invention. Below, to illustrate certain aspects of the invention, examples of the proposed method are provided, which are not intended to limit the scope of the present invention in any way.
Пример 1.  Example 1
Приготовление связующего проводят путем смешения при 50°С эпоксидной смолы The preparation of the binder is carried out by mixing at 50 ° C epoxy resin
УП-610 (77 мас.%) с отвердителем УП 0638/1 (23 мас.%), представляющим собой эфтек- тическую смесь ароматических аминов. Перемешивание эпоксидной композиции прово- дят в дисольвере в течение 10 минут. UP-610 (77 wt.%) With hardener UP 0638/1 (23 wt.%), Which is an effective mixture of aromatic amines. Mixing of the epoxy composition is carried out in a disolver for 10 minutes.
Базальтовое волокно БЫВ (ровинг 1250 текс), имеющие предел прочности 3,7 ГПа в микропластике и модуль упругости 90 ГПа сматывают с катушек шпулярника 14 (Fig. 4) со скоростью 10 м/мин и пропускают в термопечь 15 для удаления влаги, нагретую до температуры 200°С. После чего, пучок базальтовых волокон затягивают в металлическую трубу 16 из алюминия марки А5Е длиной 420 м, имеющей наружный диаметр 8 мм и толщину стенки 1 мм. Металлическую трубу 16 заполняют подготовленным эпоксидным связующим, в результате чего происходит пропитка волокна. На волочильной машине 17 металлическую трубу 16 подвергают волочению, пропуская последовательно через воло- ки. При волочении по мере увеличения длины трубы и уменьшения ее диаметра происхо- дит сматывание базальтовых волокон с катушек шпулярника 14. Смотанные базальтовые волокна проходя термопечь 15 и затягиваются в трубу 16. Скорость волочения и скорость сматывания базальтовых волокон согласованны.  The basalt fiber BYV (roving 1250 tex), having a tensile strength of 3.7 GPa in microplastics and an elastic modulus of 90 GPa, is wound from the creel pulley coils 14 (Fig. 4) at a speed of 10 m / min and passed into a thermal furnace 15 to remove moisture heated to temperature 200 ° С. After that, a bundle of basalt fibers is drawn into a metal pipe 16 made of aluminum grade A5E 420 m long, having an outer diameter of 8 mm and a wall thickness of 1 mm. The metal pipe 16 is filled with a prepared epoxy binder, as a result of which the fiber is impregnated. On the drawing machine 17, the metal pipe 16 is drawn by passing sequentially through the wolves. When drawing as the length of the pipe increases and its diameter decreases, basalt fibers are rewound from the creel of the creel 14. The coiled basalt fibers pass through the thermal furnace 15 and are drawn into the pipe 16. The drawing speed and the rate of winding of basalt fibers are consistent.
Отформованная труба с находящимся внутри жгутом армирующих волокон, смо- ченным полимерным связующим (наружный диаметр 4 мм, длина 1050 м) проходит тер- мообработку в термопечи 18, Fig. 4, (температура 150°С , время нахождения в печи 3 мин) и наматывается на барабан. Окончательное отверждение сердечника происходит в термо- печи непосредственно на барабане при температуре 90°С, время отверждение 5 часов. Со- держание армирующих волокон в готовом несущем элементе 2 (диаметр 2 мм) получен- ной проволоки 80% (мае), эпоксидного связующего 20% (мае). Барабаны с готовой про- волокой размещают на крутильной машине и скручивают провод, состоящий из 19 прово- лок, содержащий 2 повива, скрутка которых производится в противоположные стороны. Провод наматывают на приемную катушку.  A molded pipe with an inside bundle of reinforcing fibers moistened with a polymer binder (outer diameter 4 mm, length 1050 m) undergoes heat treatment in a thermal furnace 18, Fig. 4, (temperature 150 ° C, residence time in the oven 3 minutes) and wound on a drum. The final curing of the core takes place in a thermo-furnace directly on the drum at a temperature of 90 ° C, the curing time is 5 hours. The content of reinforcing fibers in the finished carrier 2 (diameter 2 mm) of the obtained wire is 80% (May), epoxy binder 20% (May). The drums with the finished wire are placed on a twisting machine and twisted the wire, consisting of 19 wires, containing 2 coils, the twisting of which is carried out in opposite directions. The wire is wound on a take-up reel.
Полученный провод (сечение алюминиевой части 179 мм2), имеет следующие показатели: предел прочности на разрыв 115000 н, вес 600 кг/км, коэффициент темпера- турного расширения композиционного несущего элемента проволок 1,2x10"6 1/град, тем- пературный предел длительной эксплуатации 90°С, возможен кратковременный, нагрев до 180°С. The resulting wire (aluminum section 179 mm 2 ) has the following indicators: tensile strength 115,000 n, weight 600 kg / km, the coefficient of thermal expansion of the composite bearing element of wires 1.2x10 "6 1 / deg, the temperature limit of continuous operation is 90 ° C; short-term heating is possible, up to 180 ° C.
Полученный провод прочнее провода АС с аналогичным сечением токопроводя- щей части провода в 1,85 раза, легче на 15 %, коэффициент температурного распшрения композиционного несущего элемента проволок в 10 раз ниже. Данные характеристики провода позволяют увеличить межопорные расстояния ВЛ, увеличить его токопроводя- щую часть, повысить устойчивость провода к гололедно-изморозевым образованиям и ветровым нагрузкам.  The resulting wire is 1.85 times stronger than speaker wires with a similar cross-section of the current-conducting part of the wire, 15% lighter, and the temperature expansion coefficient of the composite wire carrier element is 10 times lower. These characteristics of the wire make it possible to increase the inter-support distances of the overhead line, increase its conductive part, and increase the resistance of the wire to icy-frosty formations and wind loads.
Использование при изготовлении проволок провода вместо алюминия марки А5Е термостойкого алюминий-циркониевого сплава (содержание циркония 0,4%) позволяет повысить температуру длительной эксплуатации провода ВЛ, (пример 1) до 180°С. При этом сохраняются высокие прочностные характеристики, обеспечивается минимальный провис при повышенных температурах и высокая пропускная способность. Разработан- ный провод по своим техническо-экономическим параметрам и эксплуатационным воз- можностям существенно превосходит изделия аналогичного назначения, что гарантирует его эффективное использование в многопроволочных проводах для передачи электриче- ской энергии по воздушным линиям.  The use of heat-resistant aluminum-zirconium alloy (zirconium content 0.4%) instead of A5E grade aluminum in the manufacture of wire leads to increase the temperature of long-term operation of the overhead line, (example 1) to 180 ° C. At the same time, high strength characteristics are maintained, minimal sag at elevated temperatures and high throughput is ensured. The developed wire in its technical and economic parameters and operational capabilities significantly exceeds products of a similar purpose, which guarantees its effective use in multi-wire wires for transmitting electrical energy via overhead lines.
Пример 2.  Example 2
Приготовление связующего проводят путем смешения эпоксидной смолы УП-643 (32 мас.%) с эпоксидной смолой ЭР (48 мас.%) и отвердителем УП 0638/1 (20 мас.%).  The preparation of the binder is carried out by mixing UP-643 epoxy resin (32 wt.%) With ER epoxy (48 wt.%) And hardener UP 0638/1 (20 wt.%).
Углепластиковый стержень диаметром 3 мм, имеющий разрывную прочность 2,5 ГПа, модуль упругости 140 ГПа и температуру стеклования 230°С, сматывают с барабана отдающего устройства со скоростью 20 м/мин и затягивают в металлическую трубу из не- ржавеющей стали длиной 600 м, имеющей наружный диаметр 6,8 мм и толщину стенки 0,2 мм. В металлическую трубу подают подготовленное эпоксидное связующее. На воло- чильной машине металлическую трубу подвергают волочению, пропуская последователь- но через волоки. При волочении по мере увеличения длины трубы и уменьшения ее диа- метра происходит сматывание углепластикового стержня с барабана отдающего устрой- ства. Скорость волочения и скорость сматывания углепластикового стержня согласован- ны.  A carbon fiber rod with a diameter of 3 mm, having a breaking strength of 2.5 GPa, an elastic modulus of 140 GPa and a glass transition temperature of 230 ° C, is wound from the drum of the delivery device at a speed of 20 m / min and drawn into a metal pipe made of stainless steel 600 m long, having an outer diameter of 6.8 mm and a wall thickness of 0.2 mm. Prepared epoxy binder is fed into a metal pipe. On a drawing machine, the metal pipe is drawn by passing successively through the dies. When dragging as the length of the pipe increases and its diameter decreases, the carbon fiber rod is unwound from the drum of the delivery device. The drawing speed and the winding speed of the carbon fiber rod are matched.
Отформованная труба с находящимся внутри стержнем, смоченным полимерным связующим (наружный диаметр 3,4 мм, длина 1500 м) наматывается на барабан. Отвер- ждение связующего происходит в термопечи непосредственно на барабане при темпера- туре 90°С в течение 2 часов, затем при температуре 140°С в течение 3 часов. A molded pipe with an inside core wetted with a polymer binder (outer diameter 3.4 mm, length 1500 m) is wound on a drum. Open- the binder is waiting in the thermal furnace directly on the drum at a temperature of 90 ° C for 2 hours, then at a temperature of 140 ° C for 3 hours.
Барабаны с полученной проволокой, а также с проволокой из алюминий цирконие- вого сплава, размещают на крутильной машине и скручивают стренгу, состоящую из 7 круглых проволок, 4 из которых выполнены из нержавеющей стали и снабжены несущим элементом, щэедставляюшим собой композитный непрерывно армированный стержень. Для придания проводу большей устойчивости к ветровым, весовым нагрузкам и гололед- но-изморозевым образованиям при изготовлении снабженных несущим элементом прово- лок провода, предпочтительно использовать металлы и сплавы близкие по своим физико- химическим и тепло-физическим характеристикам со свойствами углепластикового несу- щего элемента, например, такие как нержавеющие стали, прецизионные железо- никелевые сплавы, титан или его сплавы и т. п. На стренгу накладывают два повива из проволок трапецеидальной формы из термостойкого алюминий циркониевого сплава.  The drums with the obtained wire, as well as with the wire of aluminum zirconium alloy, are placed on a twisting machine and twisted a strand consisting of 7 round wires, 4 of which are made of stainless steel and equipped with a supporting element, which is a composite continuously reinforced core. To give the wire greater resistance to wind, weight loads and icy-frosty formations in the manufacture of wire wires equipped with a supporting element, it is preferable to use metals and alloys that are close in their physicochemical and thermal properties to the properties of the carbon fiber bearing element for example, such as stainless steels, precision iron-nickel alloys, titanium or its alloys, etc. Two strands of trapezoidal wires of heat-resistant aluminum are applied to the strand minium zirconium alloy.
•у  • at
Полученный провод (сечение алюминиевой части 300 мм , диаметр 21,6 мм), имеет следующие показатели: предел прочности на разрыв 124 000 н, вес 915 кг/км, ко- эффициент температурного расширения композиционного несущего элемента проволок 1,6x10"6 1/град, температурный предел длительной эксплуатации 180°С, возможен крат- ковременный нагрев до 210°С. The resulting wire (aluminum section 300 mm, diameter 21.6 mm) has the following characteristics: tensile strength 124,000 n, weight 915 kg / km, thermal expansion coefficient of the composite wire carrier element 1.6x10 "6 1 / hail, temperature limit of continuous operation 180 ° С, short-term heating up to 210 ° С is possible.
Полученный провод (пример 2) в 1,65 раза прочнее сталеалюминевого провода АС (240/32) с аналогичным диаметром и весом, сечение алюминиевой части больше на 25%, коэффициент температурного расширения композиционного несущего элемента проволок в 7,5 раз ниже, чем коэффициент температурного расширения стальных прово- лок провода АС.  The resulting wire (example 2) is 1.65 times stronger than AC (240/32) steel-aluminum wire with the same diameter and weight, the aluminum section is 25% larger, the coefficient of thermal expansion of the composite wire carrier element is 7.5 times lower than the coefficient thermal expansion of steel wires of AC wire.

Claims

ФОРМУЛА FORMULA
1. Провод для воздушных линий электропередачи, содержащий многопроволоч- ную токопроводя ую жилу, состоящую из проволок, отличающийся тем, что не менее трех проволок многопроволочной токопроводящей жилы снабжены несущим элементом, расположенным внутри каждой из этих проволок, выполненным в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала с термореактивной полимерной или металлической матрицей.  1. A wire for overhead power lines containing a multi-wire conductive core, consisting of wires, characterized in that at least three wires of a multi-wire conductive core are provided with a support element located inside each of these wires, made in the form of a long rod of continuously reinforced a composite material with a thermosetting polymer or metal matrix.
2. Провод по п. 1, отличающийся тем, что многопроволочная токопроводящая жила провода вьшолнена из скрученных проволок.  2. The wire according to claim 1, characterized in that the multi-wire conductive core of the wire is made of twisted wires.
3. Провод по п. 1, отличающийся тем, что проволоки токопроводящей жилы прово- да выполнены или из меди, или алюминия, или сплавов меди, или сплавов алюминия.  3. The wire according to claim 1, characterized in that the wires of the conductive wire are made of either copper, or aluminum, or copper alloys, or aluminum alloys.
4. Провод по п. 1, отличающийся тем, что проволоки многопроволочной токопро- водящей жилы провода имеют или круглую, или трапецеидальную и круглую, или Z- образную и круглую форму сечения.  4. The wire according to claim 1, characterized in that the wires of the multi-wire current-carrying conductor have either round, or trapezoidal and round, or Z-shaped and round cross-sectional shapes.
5. Провод по п. 1, отличающийся тем, что многопроволочная токопроводящая жила провода вьшолнена в виде проволок с зазором или без зазора, скрученных вокруг стренги из скрученных или нескрученных проволок, содержащих несущий элемент.  5. The wire according to claim 1, characterized in that the multi-wire conductive core of the wire is made in the form of wires with or without a gap, twisted around a strand of twisted or non-twisted wires containing a supporting element.
6. Провод по п.1., отличающийся тем, что, несущий элемент проволок многопрово- лочной токопроводящей жилы имеет предел прочности на разрыв не менее 500 МПа, мо- дуль упругости не менее 40 ГПа, коэффициент термического расширения менее 1,1x10"5 1/°С. 6. The wire according to claim 1, characterized in that the supporting element of the wires of the multi-wire conductive core has a tensile strength of at least 500 MPa, an elastic modulus of at least 40 GPa, a coefficient of thermal expansion of less than 1.1x10 "5 1 / ° C.
7. Провод по п.1., отличающийся тем, что в качестве армирующего волокна несу- щего элемента проволок используют или стеклянные, или углеродные, или арамидные, или полиимидные, или керамические, или базальтовые, или борные волокна, имеющие предел прочности не менее 0,7 ГПа и модуль упругости не менее 50 ГПа.  7. The wire according to claim 1, characterized in that either glass, carbon, or aramid, or polyimide, or ceramic, or basalt, or boron fibers having a tensile strength of not less than 0.7 GPa and an elastic modulus of at least 50 GPa.
8. Провод по п. 1, отличающийся тем, что несущий элемент с термореактивной по- лимерной матрицей состоит из армирующего волокна одного состава содержанием 30-95 мас.% и термореактивного полимерного связующего содержанием 5-70 мас.%.  8. The wire according to claim 1, characterized in that the supporting element with a thermosetting polymer matrix consists of a reinforcing fiber of one composition with a content of 30-95 wt.% And a thermosetting polymer binder with a content of 5-70 wt.%.
9. Провод по п. 1, отличающийся тем, что используют термореактивную полимер- ную матрицу несущего элемента проволок токопроводящей жилы провода, имеющую температуру стеклования выше 100 °С, выполненную на основе соединений ароматиче- ских полиамидов или ненасыщенных ароматических углеводородов или эпоксидных смол или кремнеорганических смол или полиимидных смол или полиэфирных смол или фенол- альдегидных смол или полициануратных композиций или борорганических композиций или полифениленоксидных композиций или полисульфоновых композиций или их произ- водных или сополимеров или их смесей. 9. The wire according to claim 1, characterized in that a thermosetting polymer matrix of the supporting element of the wires of the conductive conductor of the wire is used, having a glass transition temperature above 100 ° C, made on the basis of compounds of aromatic polyamides or unsaturated aromatic hydrocarbons or epoxies or organosilicon resins or polyimide resins or polyester resins or phenol- aldehyde resins or polycyanurate compositions or organoboron compositions or polyphenylene oxide compositions or polysulfone compositions or their derivatives or copolymers or mixtures thereof.
10. Провод по п. 1, отличающийся тем, что термореактивная полимерная матрица несущего элемента проволок токопроводящей жилы провода модифицирована наночасти- цами, например, вискерами или графенами, или углеродными нанотрубками, или фулере- нами, или углеродными нановолокнами, или их смесями.  10. The wire according to claim 1, characterized in that the thermosetting polymer matrix of the bearing element of the wires of the conductive core of the wire is modified by nanoparticles, for example, whiskers or graphenes, or carbon nanotubes, or fullerenes, or carbon nanofibers, or mixtures thereof.
11. Провод по п. 1, отличающийся тем, что несущий элемент с металлической мат- рицей, выполнен из алюминия или сплавов алюминия, содержанием 8-55 мас.% и предва- рительно металлизированных углеродных волокон, содержанием 45-92 мас.%.  11. The wire according to claim 1, characterized in that the supporting element with a metal matrix is made of aluminum or aluminum alloys, containing 8-55 wt.% And pre-metallized carbon fibers, containing 45-92 wt.%.
12. Провод по п. 1, отличающийся тем, что многопроволочная токопроводящая жи- ла снабжена антиобледенительным покрытием, расположенным на наружной поверхно- сти, вьшолненным на основе гидрофобных материалов, например, кремнийорганических композиций.  12. The wire according to claim 1, characterized in that the multi-wire conductive core is provided with an anti-icing coating located on the outer surface, based on hydrophobic materials, for example, organosilicon compositions.
13. Провод по п. 1, отличающийся тем, что в многопроволочную токопроводящую жилу провода встроен волоконно-оптический модуль, состоящей из металлической труб- ки, выполненной из алюминия или сплавов алюминия или нержавеющей стали и оптиче- ских волокон, расположенных внутри этой трубки.  13. The wire according to claim 1, characterized in that a fiber optic module is built into the multi-wire conductive core of the wire, consisting of a metal tube made of aluminum or alloys of aluminum or stainless steel and optical fibers located inside the tube.
14. Способ изготовления провода воздушных линий электропередачи, включаю- щий сматывание непрерывных армирующих волокон с катушек, пропитку волокон поли- мерным связующим, отверждение связующего, намотку изготовленной проволоки прово- да на катушки крутильной машины, скрутку проволок в провод на крутильных машинах и намотку готового провода на приемный барабан, отличающийся тем, что после смотки армирующих волокон (длинномерного стержня из непрерывно армированного компози- ционного материала) с катушек, полученный жгут (стержень) затягивают в металличе- скую трубу, пропитывают жгут армирующих волокон (смачивают или не смачивают длинномерный стержень из непрерывно армированного композиционного материала) по- лимерным связующим непосредственно в металлической трубе путем ее заполнения по- лимерным связующим, формуют профиль проволоки провода, при этом формование про- филя проволоки, происходит при волочении металлической трубы с находящимся внутри жгутом армирующих волокон (длинномерным стержнем из непрерывно армированного композиционного материала), пропитанным (смоченным или несмоченным) полимерным связующим, через волоки волочильного стана, и после отверждения связующего, после- дователыю осуществляют намотку изготовленных проволок с находящимся внутри длин- номерным стержнем из композиционного материала на катушки крутильной машины, скрутку проволок на крутильных машинах в провод, используя при этом или проволоки, содержащие внутри длинномерный стержень из непрерывно армированного композици- онного материала или проволоки содержащие и не содержащие внутри стержень из ком- позиционного материала, с последующей намоткой готового провода на приемную ка- тушку. 14. A method of manufacturing a wire of overhead power lines, including winding continuous reinforcing fibers from coils, impregnating the fibers with a polymer binder, curing the binder, winding the manufactured wire onto coils of a twisting machine, twisting the wires into wires on twisting machines, and winding the finished wires to the receiving drum, characterized in that after winding the reinforcing fibers (long rod of continuously reinforced composite material) from the coils, the obtained tightness (rod) tightening they are molded into a metal pipe, the tow of reinforcing fibers is impregnated (a long rod of continuously reinforced composite material is wetted or not wetted) with a polymeric binder directly in the metal pipe by filling it with a polymeric binder, the wire profile is formed, and the wire is molded. fillet of wire, occurs when a metal pipe is drawn with a bundle of reinforcing fibers inside (a long rod of continuously reinforced composite material) impregnated (see full or non-wetted) polymer binder, through the fibers of the drawing mill, and after curing the binder, after the winder of the manufactured wires with an inside long-length rod made of composite material on the coils of the twisting machine, twisting the wires on the twisting machines into a wire, using either wires containing inside a long rod of continuously reinforced composite material or wires containing and not containing a core of composite material inside, followed by winding the finished wire onto the pick-up spool.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что используют металлические трубы, вы- полненные или из меди, или алюминия, или сплавов меди, или сплавов алюминия.  15. The method according to 14, characterized in that metal pipes are used, either made of copper, or aluminum, or copper alloys, or aluminum alloys.
16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что используют армирующие волокна длинномерного композиционного стержня, имеющие предел прочности не менее 0,7 ГПа и модуль упругости не менее 50 ГПа.  16. The method according to p. 14, characterized in that the use of reinforcing fibers of a long composite rod having a tensile strength of at least 0.7 GPa and an elastic modulus of at least 50 GPa.
17. Способ по п. 14, отличающийся тем, что используют термореактивные связую- щие длинномерного композиционного стержня, имеющие температуру стеклования в от- верждённом состоянии выше 100°С.  17. The method according to claim 14, characterized in that thermosetting binders of a long composite rod are used having a glass transition temperature in the cured state above 100 ° C.
18. Способ по п. 14, отличающийся тем, что используют длинномерный компози- ционный стержень, состоящий из предварительно металлизированного углеродного во- локна содержанием 45-92 мас.% и металлической матрицы, выполненной из алюминия или сплавов алюминия, содержанием 8-55 мас.%.  18. The method according to p. 14, characterized in that they use a long composite rod consisting of pre-metallized carbon fiber containing 45-92 wt.% And a metal matrix made of aluminum or aluminum alloys, containing 8-55 wt. .%.
19. Способ по п. 14, отличающийся тем, что при скрутке провода на крутильных машинах используют не менее трех проволок, содержащих внутри длинномерный стер- жень из композиционного материала.  19. The method according to claim 14, characterized in that when twisting the wires on twisting machines, at least three wires are used that contain a long rod of composite material inside.
20. Способ по п. 14, отличающийся тем, что отверждение полимерного связующего внутри проволок провода осуществляют или в термопечи, или токами высокой частоты.  20. The method according to p. 14, characterized in that the curing of the polymer binder inside the wire wires is carried out either in a thermal furnace, or high frequency currents.
21. Способ по п. 14, отличающийся тем, что длинномерный композиционный стер- жень предварительно изготавливают или методом пултрузии или методом спиральной намоткой.  21. The method according to claim 14, characterized in that the lengthy composite rod is prefabricated either by pultrusion or by spiral winding.
22. Способ по п. 14, отличающийся тем, что после смотки армирующих волокон с катушек их направляют в термопечь для удаления избыточной влаги.  22. The method according to p. 14, characterized in that after winding the reinforcing fibers from the coils they are sent to a thermal furnace to remove excess moisture.
PCT/RU2014/000413 2013-06-14 2014-06-05 Overhead transmission line conductor and method for the manufacture thereof WO2014200388A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013126953 2013-06-14
RU2013126953/07A RU2568188C2 (en) 2013-06-14 2013-06-14 Wire for overhead transmission lines and method of its manufacturing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014200388A2 true WO2014200388A2 (en) 2014-12-18
WO2014200388A3 WO2014200388A3 (en) 2015-06-11

Family

ID=52022878

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000413 WO2014200388A2 (en) 2013-06-14 2014-06-05 Overhead transmission line conductor and method for the manufacture thereof

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2568188C2 (en)
WO (1) WO2014200388A2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107833662A (en) * 2017-10-20 2018-03-23 南方电网科学研究院有限责任公司 A kind of windproof wire of twisting type carbon fiber
CN109243698A (en) * 2018-09-28 2019-01-18 上海电缆研究所有限公司 Aerial condutor thermoplastic composite core and its manufacturing method
US20200194989A1 (en) * 2018-01-24 2020-06-18 Ctc Global Corporation Termination arrangement for an overhead electrical cable

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2599387C1 (en) * 2015-07-23 2016-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Технология 21 века" (ООО "Т21") Bicomponent conductor
RU2609129C1 (en) * 2015-10-22 2017-01-30 Андрей Витальевич Андреев Electrical conductor
RU180984U1 (en) * 2018-01-23 2018-07-03 ООО "Северный кабель" PROTECTED INSULATED WIRE WITH ANTI-ICE COATING
RU2703564C1 (en) * 2018-09-18 2019-10-21 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "НАНОЭЛЕКТРО" Composite contact wire
RU2709025C1 (en) * 2019-05-23 2019-12-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of producing aluminum composite wires reinforced with long fiber

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2065191C1 (en) * 1993-07-15 1996-08-10 Алексей Григорьевич Ионов Fiber-optical unit
KR101046215B1 (en) * 2002-04-23 2011-07-04 씨티씨 케이블 코포레이션 Aluminum conductor composite core reinforced cable and manufacturing method thereof
EP1678063A4 (en) * 2003-10-22 2008-10-08 Ctc Cable Corp Aluminum conductor composite core reinforced cable and method of manufacture
US8525033B2 (en) * 2008-08-15 2013-09-03 3M Innovative Properties Company Stranded composite cable and method of making and using
RU86345U1 (en) * 2009-04-10 2009-08-27 Фердинанд Иренеушевич Стасюлевич STRENGTHENING CORE WIRE
RU109901U1 (en) * 2011-04-15 2011-10-27 Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН UNINSULATED WIRE WITH SUPER HYDROPHOBIC ANTI-ICE COVERING FOR ELECTRIC AIR TRANSMISSION LINES

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107833662A (en) * 2017-10-20 2018-03-23 南方电网科学研究院有限责任公司 A kind of windproof wire of twisting type carbon fiber
US20200194989A1 (en) * 2018-01-24 2020-06-18 Ctc Global Corporation Termination arrangement for an overhead electrical cable
CN109243698A (en) * 2018-09-28 2019-01-18 上海电缆研究所有限公司 Aerial condutor thermoplastic composite core and its manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014200388A3 (en) 2015-06-11
RU2013126953A (en) 2014-12-20
RU2568188C2 (en) 2015-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2568188C2 (en) Wire for overhead transmission lines and method of its manufacturing
RU2386183C1 (en) Composite bearing core for external current-conducting strands of overhead high-voltage power transmission line wires and method of its production
RU2548568C2 (en) Stranded thermoplastic polymer composite cables, methods for production and use thereof
CA2733530C (en) Stranded composite cable and method of making and using
CA2768447A1 (en) Insulated composite power cable and method of making and using same
HUE033251T2 (en) Electrical transmission cables with composite cores
EP3400601B1 (en) Messenger wires for electric trains
KR102057043B1 (en) Energy efficient conductors with reduced thermal knee points and the method of manufacture therof
CN105788738A (en) Energy efficient wire with reduced thermal knee points and the method of manufacture thereof
US20050205287A1 (en) Electrical conductor cable and method for forming the same
RU86345U1 (en) STRENGTHENING CORE WIRE
WO2012060737A9 (en) Overhead ground wire with optical communication cable
RU2439728C1 (en) Manufacturing method of composites cores for high-temperature aluminium conductors for overhead transmission lines
RU100846U1 (en) HIGH TEMPERATURE ALUMINUM WIRE WITH A CARRYING COMPOSITE CORE FOR ELECTRIC TRANSMISSION AIR LINES (OPTIONS)
CN105702352A (en) High efficiency lead for reducing heat inflection point and manufacture method
RU136913U1 (en) SELF-SUPPORTING WIRE ISOLATED AND PROTECTED
RU105515U1 (en) ELECTRIC TRANSMISSION WIRES
CN210381355U (en) Durable heating cable
CN103337280A (en) Super-soft cap lamp cable
CN209859654U (en) Heat-resistant core for electric wire
CN108109737A (en) A kind of special soft heatproof drag chain cable of TRGG types
RU108648U1 (en) OPTICAL CABLE INTEGRATED IN A DIPPING ROPE (OPTIONS)
RU81368U1 (en) COAXIAL CABLE FOR TRANSMISSION AND DISTRIBUTION OF ELECTRIC ENERGY
KR20220127657A (en) Transmission cable including zinc-cladding carbon fiber filament composite wire and the manufacturing method thereof
CN203631144U (en) Overhead bare wire

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14811700

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14811700

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2