RU2063080C1 - Conductor for power transmission line - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering; overhead power transmission lines. SUBSTANCE: conductor that may be used as current-carrying part of transmission line has steel core and several aluminium-wire layers. Core is made of nitrogen- containing nonmagnetic austenitic steel noted for low magnetic permeability and high strength. Aluminium layer is made of wires of different diameters, external layer being of greater diameter. EFFECT: reduced active resistance and improved mechanical endurance of conductor. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к воздушным линиям элетропередачи. Предлагаемый провод может быть использован в качестве токонесущего элемента линии. The invention relates to the electric power industry, namely to overhead power transmission lines. The proposed wire can be used as a current-carrying element of the line.

Известен электрический провод, содержащий стальной многопроволочный сердечник и проводящий элемент, выполненный в виде по меньшей мере двух повивов алюминиевых проволок с чередующимся направлением скрутки, а также дополнительный повив проволок из сплава, содержащегося мас. магний 0,45 - 0,60; кремний 0,45 0,60; железо 0,40 0,70; алюминий остальное, при этом повив из сплава расположен третьим, считая от наружного [1] В этом проводе переменный ток протекает в направлении винтовых осей отдельных проволок и создает в стальном сердечнике, обладающем высокой относительной магнитной проницаемостью (100 600), значительный продольный магнитный поток и связанные с ним добавочные потери электроэнергии. Кроме того, провод подвержен разрушениям вследствие механических повреждений наружного повива, выполненного из мягких алюминиевых проволок относительно малого диаметра, при монтаже ВЛ [2]
Известен также сталеалюминиевый провод, содержащий стальной сердечник и несколько повивов алюминиевых проволок с компенсированным магнитным потоком в сердечнике за счет изменения направления скрутки и диаметра проволок от повива к повиву, в котором повив с проволоками меньшего диаметра расположен третьим, считая снаружи [3] В этом проводе проволоки наружного повива имеют относительно малый диаметр по сравнению с проволоками других повивов и недостаточную механическую прочность.Known electrical wire containing a steel multi-wire core and a conductive element made in the form of at least two windings of aluminum wires with alternating direction of rotation, as well as additional winding wires from an alloy containing wt. magnesium 0.45-0.60; silicon 0.45 0.60; iron 0.40 0.70; aluminum is the rest, while the alloy wire is third, counting from the external [1] In this wire, the alternating current flows in the direction of the helical axes of the individual wires and creates in the steel core having high relative magnetic permeability (100 600), a significant longitudinal magnetic flux and associated additional losses of electricity. In addition, the wire is susceptible to destruction due to mechanical damage to the outer coil, made of soft aluminum wires of relatively small diameter, during the installation of overhead lines [2]
Also known is a steel-aluminum wire containing a steel core and several coils of aluminum wires with compensated magnetic flux in the core by changing the twist direction and diameter of the wires from coils to coils, in which coils with wires of a smaller diameter are located third, counting from the outside [3] In this wire the outer wire wires have a relatively small diameter compared to other wire wires and lack mechanical strength.

Провод для линии электропередачи [4] скручен из алюминиевых проволок и проволок, изготовленных из металла с высокой прочностью, низкой электропроводностью и немагнитными свойствами, такого как титан, титановые сплавы, углеродистая нержавеющая сталь системы ферросплавов (сталь 18 10). Немагнитные прочные проволоки, заполняющие полностью или частично наружный повив, повышают его прочность и защищают от повреждений. Этот провод обладает следующими недостатками. The wire for the power line [4] is twisted from aluminum wires and wires made of metal with high strength, low electrical conductivity and non-magnetic properties, such as titanium, titanium alloys, carbon stainless steel of the ferroalloy system (steel 18 10). Non-magnetic, durable wires that fill all or part of the outer core increase its strength and protect it from damage. This wire has the following disadvantages.

Проволока из указанных немагнитных прочных металлов имеет низкий модуль упругости (10000 11000 кг/мм²) и высокое удлинение (до 40%). Поэтому в единой конструкции с алюминиевыми проволоками, имеющими удлинение около 8% она не может быть нагружена до допустимого напряжения, что приводит к необходимости увеличения более чем в 2 раза, доли полного сечения упрочняющих проволок по сравнению с сечением алюминия, утяжелению провода, изоляторов и опор линии электропередачи, усложнению арматуры, повышению стоимости провода и линии в целом или повышению активного сопротивления провода из-за снижения доли сечения алюминия.A wire of these non-magnetic strong metals has a low modulus of elasticity (10,000 11,000 kg / mm ² ) and high elongation (up to 40%). Therefore, in a single design with aluminum wires having an elongation of about 8%, it cannot be loaded to an allowable voltage, which leads to the need to increase more than 2 times the proportion of the total cross section of the reinforcing wires compared to the cross section of aluminum, making the wire, insulators and supports heavier power lines, increasing the complexity of fittings, increasing the cost of the wire and the line as a whole or increasing the resistance of the wire due to a decrease in the proportion of aluminum cross-section.

Кроме того, провод [4] имеет повышенное активное сопротивление при переменном токе вследствие размещения проволок с низкой электропроводностью в периферийных слоях и, в частности, в наружном слое. In addition, the wire [4] has an increased active resistance at alternating current due to the placement of wires with low electrical conductivity in the peripheral layers and, in particular, in the outer layer.

Задачей изобретения является снижение активного сопротивления токонесущего провода при одновременном повышении его прочности. Поставленная задача достигается путем выполнения сердечника в сталеалюминиевом проводе из немагнитного плохопроводящего металла с высокими прочностными характеристиками, что, в свою очередь, позволяет увеличить диаметр алюминиевых проволок наружного повива и тем самым повысить его прочность. The objective of the invention is to reduce the active resistance of the current-carrying wire while increasing its strength. The task is achieved by performing the core in a steel-aluminum wire of non-magnetic low conductive metal with high strength characteristics, which, in turn, allows you to increase the diameter of the aluminum wires of the outer coil, and thereby increase its strength.

Предлагаемая конструкция провода состоит из стального сердечника и нескольких повивов из алюминиевых проволок. Основными существенными отличиями предложения являются изготовление сердечника из азотсодержащей аустенитной стали по а. с. N1507854, при этом алюминиевые повивы выполнены из проволок различного диаметра, наибольший из которых у проволок наружного повива. Перечисленные существенные признаки определяют новизну и изобретательский уровень предложения. The proposed wire design consists of a steel core and several coils of aluminum wires. The main significant differences of the proposal are the manufacture of a core from nitrogen-containing austenitic steel according to a. from. N1507854, while the aluminum coils are made of wires of various diameters, the largest of which is the wires of the outer coils. These essential features determine the novelty and inventive step of the proposal.

На фиг. 1 изображен токонесущий провод с алюминиевыми повивами из проволок одинакового диаметра. На фиг. 2 провод, у которого наружный повив выполнен из алюминиевых проволок наибольшего диаметра, где 1 проволоки стального сердечника, 2 проволоки из алюминия, 3 прядь, при 3-x прядном наполнении сердечника. In FIG. 1 shows a current-carrying wire with aluminum coils of wires of the same diameter. In FIG. 2 wire, in which the outer core is made of aluminum wires of the largest diameter, where 1 wire of the steel core, 2 wires of aluminum, 3 strands, with 3 x strand core filling.

Проволоки на азотсодержащей аустенитной стали (1) имеют удлинение 4,5 - 5,5% разрывную прочность 150 200 кг/мм², а также другие физико-механические характеристики, совместимые с характеристиками алюминиевых проволок (2). Поэтому отно- сительные доли сечения сердечника и проводящих повивов определяются назначением провода и принимаются без ограничений, присущих проводу [4] В частности, наибольшее значение для линий электропередачи имеют провода с отношением сечения алюминия к сечению стали, равным 6 8. Для повышения механической прочности провода алюминиевые повивы выпол- нены из проволок различного диаметра, при этом наибольшим принят диа- метр проволок наружного повива (фиг. 2). Разрывная прочность проволок пропорциональна их сечению. Поэтому предлагаемый провод, выполненный согласно фиг. 2, защищен от повреждений при его монтаже на линии электропередачи, обрывов и истирания наружного повива при зацепах и трении о поверхность земли. Благодаря низкой относительной магнитной проницаемости сердечника (меньше 10) предельное увеличение диаметра проволок наружного повива не вызывает добавочных потерь электроэнергии.Wires on nitrogen-containing austenitic steel (1) have an elongation of 4.5 - 5.5% breaking strength of 150 200 kg / mm ² , as well as other physical and mechanical characteristics compatible with the characteristics of aluminum wires (2). Therefore, the relative fractions of the cross section of the core and the conductive coils are determined by the purpose of the wire and are accepted without restrictions inherent in the wire [4] In particular, the wires with the ratio of the aluminum section to the steel section equal to 6 are of the greatest importance for power lines. To increase the mechanical strength of the wire aluminum coils are made of wires of various diameters, while the diameter of the wires of the outer coils is the most widely accepted (Fig. 2). The tensile strength of the wires is proportional to their cross section. Therefore, the proposed wire made according to FIG. 2, it is protected from damage during its installation on the power line, breaks and abrasion of the external winding during hooks and friction on the ground. Due to the low relative magnetic permeability of the core (less than 10), the maximum increase in the diameter of the wires of the outer coil does not cause additional losses of electricity.

Азотсодержащая немагнитная сталь обладает низкой проводимостью и высокой коррозионной стойкостью, не требует защитного цинкового или алюминиевого покрытия и смазки. Nitrogen-containing non-magnetic steel has low conductivity and high corrosion resistance, does not require a protective zinc or aluminum coating and lubrication.

Предлагаемая к использованию азотсодержащая аустенитная сталь в соответствии с а.с. N1507854 имеет следующее соотношение компонентов, мас. углерод 0,005 0,10; хром 17,5 19,5; никель 7,0 8,5; марганец 8,1 11,0; кремний 0,3 1,9; молибден 2,1 3,5; медь 0,01 3,0; азот 0,3 - 0,65; по крайней мере один металл из группы щелочно-земельных металлов, содержащей кальций, барий, магний, стронций 0,01 0,05; по крайней мере один металл из группы редкоземельных металлов, содержащей лантан, церий, иттрий, неодим, митметалл 0,001 0,05; железо остальное. Nitrogen-containing austenitic steel proposed for use in accordance with A.S. N1507854 has the following ratio of components, wt. carbon 0.005 0.10; chrome 17.5 19.5; nickel 7.0 8.5; Manganese 8.1 11.0; silicon 0.3 1.9; molybdenum 2.1 3.5; copper 0.01 3.0; nitrogen 0.3 to 0.65; at least one metal from the group of alkaline earth metals containing calcium, barium, magnesium, strontium 0.01 0.05; at least one metal from the group of rare-earth metals containing lanthanum, cerium, yttrium, neodymium, mitmetal 0.001 0.05; iron the rest.

Экспериментальные и расчетные данные подтверждают эффективность предлагаемой конструкции провода. Например, сталеалюминиевый провод АС 400/51 (ГОСТ 839-80) при токе 1200 А имеет на частоте 60 Гц погонное активное сопротивление 0,0795 Ом/км, что на 12,5% выше его сопротивления при постоянном токе. При увеличении диаметра проволок наружного повива добавочные потери электроэнергии в проводе еще более резко возрастают. Experimental and calculated data confirm the effectiveness of the proposed wire design. For example, the steel-aluminum wire AC 400/51 (GOST 839-80) at a current of 1200 A has a linear active resistance of 0.0795 Ohm / km at a frequency of 60 Hz, which is 12.5% higher than its resistance at constant current. With an increase in the diameter of the wires of the external wire, the additional losses of electricity in the wire increase even more sharply.

Провод, выполненный с сердечником из азотсодержащей стали и таким же сечением составляющих металлов, имеет активное сопротивление 0,0711 Ом/км, то есть на 11,3% ниже, чем у известного провода, причем с увеличением диаметра проволок наружного повива его сопротивление не возрастает. A wire made with a nitrogen-containing steel core and the same cross-section of constituent metals has an active resistance of 0.0711 Ohm / km, that is, 11.3% lower than that of a known wire, and its resistance does not increase with an increase in the diameter of the wires of the outer wire .

Предлагаемый провод может быть изготовлен на существующем оборудовании по известной технологической схеме. The proposed wire can be manufactured on existing equipment according to the known technological scheme.

Экономический эффект от использования предлагаемого провода образуется за счет снижения потерь электроэнергии в линии. The economic effect of using the proposed wire is formed by reducing energy losses in the line.

В проводах больших сечений для высоковольтных линий электропередачи значительные потери энергии обусловлены поверхностным эффектом и явлением короны. В предлагаемой конструкции провода сердечник может быть выполнен из трех многопроволочных прядей 3 (фиг. 2). При этом вследствие дополнительного снижения коэффициента заполнения сердечника материалом проволок по сравнению с однопрядным сердечником на 35% наружный диаметр сталеалюминиевого провода увеличивается на 3 5% Такое увеличение диаметра провода приводит к снижению на 20 30% потерь от поверхностного эффекта и от короны, а также к снижению радиопомех и шума от короны при неизменной материалоемкости провода. Трехпрядная конструкция сердечника наилучшим образом обеспечивает устойчивость его формы и формы привода в целом. При этом направление свивки прядей сердечника должно быть противоположным направлению свивки первого наложенного на сердечник повива из алюминия. In large cross-section wires for high-voltage power lines, significant energy losses are due to the surface effect and the corona phenomenon. In the proposed wire design, the core can be made of three multi-wire strands 3 (Fig. 2). In this case, due to an additional decrease in the core filling factor of the wire material compared to a single-strand core by 35%, the outer diameter of the aluminum-steel wire increases by 3 5%. Such an increase in the diameter of the wire leads to a 20-30% reduction in losses from the surface effect and from the corona, as well as to a decrease radio noise and noise from the crown with the same material consumption of the wire. The three-strand core design in the best way ensures the stability of its shape and the shape of the drive as a whole. In this case, the direction of the lay of the strands of the core should be opposite to the direction of the lay of the first aluminum layer laid on the core.

В случае применения в сердечнике однопрядной, а тем более трехпрядной конструкции проволок из обычной углеродистой стали с антикоррозионным покрытием возможно проявление истирания покрытия и коррозии наружных слоев в прядях. Однако применение в предлагаемой конструкции азотсодержащей стали, являющейся устойчивой к коррозии и не требующей дополнительного покрытия, позволяет избежать этого отрицательного эффекта. In the case of using a single-strand, and even more so three-strand design of wires made of ordinary carbon steel with an anti-corrosion coating in the core, abrasion of the coating and corrosion of the outer layers in the strands may occur. However, the use in the proposed design of nitrogen-containing steel, which is resistant to corrosion and does not require additional coating, avoids this negative effect.

Таким образом, применение сердечника из азотсодержащей аустенитной коррозионно-стойкой стали повышает прочность и долговечность сердечника и провода в целом наряду с указанным выше снижением потерь электроэнергии в линии электропередачи. Thus, the use of a core made of nitrogen-containing austenitic corrosion-resistant steel increases the strength and durability of the core and the wire as a whole, along with the aforementioned reduction in power losses in the transmission line.

Использованная литература:
1. А.с. СССР N 1704170, кл. H 01 B 5/08, 1992, БИ N 1.References:
1. A.S. USSR N 1704170, class H 01 B 5/08, 1992, BI N 1.

2. И.Г.Барг, В.И.Эдельман. Воздушные линии электропередачи. М. Энергоатомиздат, 1985. 2. I.G. Barg, V.I. Edelman. Overhead power lines. M. Energoatomizdat, 1985.

3. А.с. СССР N 1767538, кл. H 01 B 5/08, 1992, БИ N 37. 3. A.S. USSR N 1767538, class H 01 B 5/08, 1992, BI N 37.

4. Патент Японии N 12845, кл. 60 A 11, 1965. 4. Japan Patent N 12845, cl. 60 A 11, 1965.

5. А.с. СССР N 1507854, кл. C 22 С 38/58, БИ N 34, 1989. 5. A.S. USSR N 1507854, cl. C 22 C 38/58, BI N 34, 1989.

Claims (2)

1. Провод для линии электропередачи, содержащий стальной сердечник и повивы алюминиевых проволок, отличающийся тем, что сердечник выполнен из азотсодержащей маломагнитной аустенитной стали, мас. 1. A wire for a power line containing a steel core and coils of aluminum wires, characterized in that the core is made of nitrogen-containing low-magnetic austenitic steel, wt. Углерод 0,005-0,10
Хром 17,5-19,5
Никель 7,0-8,5
Марганец 8,1-11,0
Кремний 0,3-1,9
Молибден 2,1-3,5
Медь 0,01-3,0
Азот 0,3-0,65
По крайней мере один металл из группы редкоземельных металлов, содержащий лантан, церий, иттрий, неодим, мишметалл 0,001-0,05
Железо Остальное
2. Провод по п. 1, отличающийся тем, что алюминиевые повивы выполнены из проволок различного диаметра, при этом наибольшим является диаметр проволок наружного повива.Carbon 0.005-0.10
Chrome 17.5-19.5
Nickel 7.0-8.5
Manganese 8.1-11.0
Silicon 0.3-1.9
Molybdenum 2.1-3.5
Copper 0.01-3.0
Nitrogen 0.3-0.65
At least one metal from the group of rare-earth metals containing lanthanum, cerium, yttrium, neodymium, mischmetal 0.001-0.05
Iron Else
2. The wire according to claim 1, characterized in that the aluminum coils are made of wires of various diameters, with the largest diameter of the wires of the outer coils. 3. Провод по п. 1, отличающийся тем, что сердечник выполнен из трех многопроволочных прядей, при этом направление свивки прядей сердечника противоположно направлению свивки первого, наложенного на сердечник повива из алюминия. 3. The wire according to claim 1, characterized in that the core is made of three multiwire strands, while the direction of the strands of the strands of the core is opposite to the direction of the strands of the first aluminum coil laid on the core.

Images