Результат интеллектуальной деятельности: Грозозащитный трос (варианты)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям грозозащитного троса, изготавливаемых свивкой стальных оцинкованных проволок, с временным сопротивлением разрыву, не менее 1570 н/мм², вокруг центральной проволоки из алюминия, и может быть использовано для подвески на воздушных линиях электропередач (ВЛ) для защиты ВЛ от прямых ударов молнии с мощностью переносимого заряда до 150 Кл.

Известны канаты, применяемые на воздушных линиях электропередачи в качестве грозозащитного троса - стальные канаты точечного касания (ТК) по ГОСТ 3063 и ГОСТ 3064, изготавливаемые многооперационным способом, при этом проволоки между слоями перекрещиваются. Помимо линий электропередач, эти канаты применяются для устройств оттяжки мачт, судового подъема, в качестве временных лесосплавных и различных поддерживающих креплений, т.е. там, где при эксплуатации знакопеременные изгибы и пульсирующие нагрузки незначительны или полностью отсутствуют. Это связано с низкой конструктивной плотностью, а также высокими контактными напряжениями внутри каната при эксплуатации канатов типа ТК. В нагруженном канате при точечном касании возникают значительные контактные напряжения смятия, которые способствуют износу проволок с последующим их обрывом. При этом следует отметить, низкую стойкость к ударам молнии, при которых происходит разрушение и местное проплавление используемых покрытий в реальных условиях нестационарного мгновенного теплого и электрического воздействия заряда громадной мощности и отвод тепловой энергии от зоны воздействия происходит в основном за счет площади контакта стальных проволок между собой по слоям.

Поэтому канаты типа ТК находят в настоящее время ограниченное применение. К тому же с точки зрения технологии изготовления они не экономичны, из-за послойного способа свивки каната.

Известен Грозозащитный трос для воздушных линий электропередач, (см. описание полезной модели к патенту РФ 114553, МПК Н01В 5/08. Опубл. 27.03.2012 Бюл. №9).

Грозозащитный трос изготавливается из проволоки по ГОСТ 7372-79 с цинковым покрытием по группе «ОЖ» (ОЖ - цинковое покрытие для особо жестких условий эксплуатации). Грозозащитный трос изготавливается из пластически обжатых прядей, Конструкция грозозащитного троса 3×7(1+6). Грозозащитный трос изготавливается на канатной машине за две технологические операции. Первая технологическая операция - изготовление пластически обжатых прядей конструкции 1+6, вокруг центральной проволоки свиты шесть проволок с обжатием пряди. Вторая операция - изготовление трехпрядного грозотроса конструкции 3×7(1+6).

Данная трехпрядная конструкция грозозащитного троса, не приводит к существенному эффекту по увеличению стойкости к воздействиям удара молнии, тока короткого замыкания, эоловой вибрации, пляске троса. Увеличенная внешняя поверхность троса, по отношению к однопрядным грозозащитным тросам, что способствует повышенному гололедообразованию на поверхности троса. Необходимо отметить, использование трехпрядного каната в качестве грозозащитного троса, приведет к снижению модуля нормальной упругости на 15-20%, что приведет к неизбежному увеличенному провисанию троса в процессе его эксплуатации.

Известен грозозащитнй трос, (см. описание полезной модели к патенту РФ 93178, МПК Н01В5/08; МПК Н01В7/00. Опубл. 20.04.2010. Бюл. №11).

Выполненный в двух вариантах:

по первому варианту, содержащем центральную проволоку и скрученные вокруг нее один и более повивов из проволок, центральная проволока и повивы вокруг нее выполнены из стальной плакированной алюминием проволок, а толщина слоя алюминия на стальной плакированной алюминием проволоки составляет 7-35% от диаметра проволоки;

по второму варианту, содержащем центральную проволоку и скрученные вокруг нее один и более повивов из проволок, центральная проволока выполнена из стальной плакированной алюминием проволоки, а повивы вокруг нее выполнены из стальной плакированной алюминием проволоки и проволоки из алюминиевого сплава на основе Al-Mg-Si, при этом толщина слоя алюминия на стальной плакированной алюминием проволоки составляет 7-35% от диаметра проволоки

К основному недостатку данной полезной модели, необходимо отнести конструкцию данного технического решения в которой используется многооперационный способ изготовления троса, он заключается в послойном изготовлении троса, вокруг центральной проволоки выполняется первая технологическая операция, повив из шести проволок, за вторую технологическую операцию выполняется следующий повив из двенадцати проволок, при этом проволоки между слоями перекрещиваются, образуя точечное касание проволок, аналог конструкции каната изготовленного по ГОСТ 3063-80, соответственно недостатки прописанные ранее канатам с точечным касанием проволок, присущи в полной мере данному решению прописанном в полезной модели. Необходимо также отметить пониженную прочность данной конструкции, так как получение волочением углеродистой проволоки с суммарным обжатием 90%, характеризуется резким снижением пластичности протянутой проволоки, которая характеризуется такими параметрами как количеством перегибов, количеством скручиваний готовой проволоки. Грозозащитный трос, изготовленный таким способом, отличается повышенной жесткостью, при этом проволоки подвергаются значительному износу из-за перекрещивания проволок между слоями, а также увеличенным контактным напряжениям. Необходимо отметить повышенную стоимость (при применении толстых покрытий из Al и Al-Mg-Si) и технологическая сложность изготовления указанных выше грозозащитных тросов.

Известен грозозащитный трос для воздушных линий электропередач (см. описание к патенту на полезную модель RU 113061 U1. Опубл. 27.01.2012 Бюл. №3).

Грозозащитный трос изготавливается из проволоки по ГОСТ 7372-79 с цинковым покрытием по группе «ОЖ». Грозозащитный трос пластически обжат. Конструкция грозозащитного троса 1×18(1+6+11). Грозозащитный трос изготавливается на канатной машине за две технологические операции. Пластическое обжатие производится в две операции.

Конструкция предлагаемого грозотроса, аналог конструкциям канатов с точечным касаниям, уменьшено количество проволок (на одну) в верхнем повиве, по отношению к ГОСТ 3063-80, соответственно все недостатки прописанные ранее канатам с точечным касанием в предлагаемом решении не устраняются Дополнительная технологическая операция - пластическое деформирование отдельно каждого повива, не способствует удалению в полной мере концентраторов напряжений между повивами, из-за перекрещивания проволок между слоями, что крайне отрицательно скажется на стойкости к ударам молнии, токам короткого замыкания и разрывной нагрузке троса в целом.

Задачей заявляемого изобретения является - создание различных конструкций грозозащитного троса с высокой стойкостью, к последовательному воздействию ударов молнии с зарядом до 150 Кл, эоловой вибрации и пляски троса, а также к токам короткого замыкания.

Достижение технического результата заявляемого изобретения осуществляется, путем повышения конструктивной плотности и уменьшения контактных напряжений троса, за счет кругового пластического обжатия троса с линейным касанием проволок в каждом слое и между слоями троса, а также наличием проволоки из алюминия в центре конструкции, позволяющей увеличить электрическую проводимость грозотроса и уменьшить его вес в целом. Между проволоками в тросе при круговом пластическом обжатии, по наружной поверхности, линейное касание проволок преобразовывается в касание проволок в тросе по плоскости, что уменьшает контактные напряжения, износ проволок при взаимном их скольжении при изгибе троса.

Снижение контактных напряжений в тросе, осуществляется свивкой всех проволок одновременно за одну технологическую операцию независимо от количества слоев троса. Грозозащитный трос содержит центральную проволоку из алюминия, высокопрочные стальные оцинкованные проволоки с временным сопротивлением разрыву, не менее 1570 н/мм², при номинальных диаметрах 0,75÷4,80 мм, и круговой пластической деформацией троса со степенью обжатия площади поперечного сечения изделия до 4,0÷17%.

Отличается грозозащитный трос различных конструкций, от ранее известных канатов, применяемых в качестве защиты воздушной линии электропередачи от удара молнии тем, что используются различные конструкции троса с центральной проволокой, выполненной из алюминия, как с касанием по плоскости проволок в слоях, так и между соседними слоями, а также технологией изготовления грозозащитного троса, когда грозозащитный трос изготавливается однооперационным способом. Исключается возможность перекрещивания проволок по отдельным слоям.

Грозозащитный двухслойный трос с касанием по плоскости проволок, свивают с одинаковым числом проволок в каждом слое и отличными диаметрами проволок по слоям, вокруг центральной алюминиевой проволоки. Круговая пластическая деформация троса по наружной поверхности проволок, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 4,0÷17%. Число проволок в тросе может изменяться от 15 до 29.

Грозозащитный двухслойный трос с касанием по плоскости проволок, свивают близкие по диаметру проволоки в первом и втором слоях вокруг центральной алюминиевой проволоки, между проволоками первого и второго слоев, используют проволоки заполнения меньшего диаметра, частично заполняющих пространство между слоями проволок. Круговая пластическая деформация троса по наружной поверхности проволок, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 4,0÷17%. Число проволок в тросе может изменяться от 17 до 37.

Грозозащитный трехслойный трос с касанием по плоскости проволок, свивают вокруг центральной алюминиевой проволоки, первый слой выполнен из проволок одинакового диаметра, второй слой состоит из проволок разного диаметра, при этом во втором слое проволоки большего и меньшего диаметра чередуются через одну из них, третий слой выполнен из проволок одинакового диаметра. Круговая пластическая деформация троса по наружной поверхности проволок, выполнена со степенью обжатия площади поперечного сечения троса 4,0÷17%. Число проволок в тросе может изменяться от 31 до 46.

Технология изготовления грозозащитного троса сводится к следующему, трос с одинаковым шагом свивки и с касанием по плоскости проволок свивается одновременно вокруг центральной проволоки, выполненной из алюминия, с круговой пластической деформацией по наружным поверхностям проволок троса, за одну технологическую операцию. Степень обжатия площади поперечного сечения троса 4,0-17%.

Заявленное изобретение, в котором используются отличные от ранее известных разновидностей канатов, применяемых в качестве грозозащитного троса для защиты воздушной линии электропередачи, разработанные варианты грозозащитного троса с касанием по плоскости проволок, с центральной проволокой выполненной из алюминия, способствующей понижению температуры нагрева троса при пропускании тока короткого замыкания, позволяет повысить стойкость грозозащитного троса к последовательному воздействию ударов молнии с зарядом до 150 Кл, увеличить электрическую проводимость, увеличить стойкость к эоловой вибрации, без снижения натяжения троса, обрыва проволок при разряде и разъединения отдельных проволок относительно друг друга, при соблюдении всех технических требований, влияющих на надежность воздушных линий электропередачи.