Воздушная линия электропередач

Воздушная линия электропередач

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Известный уровень техники

Использование различных проводников для воздушной передачи (электрической) энергии известно специалистам, включая проводники, имеющие проволоки (например, алюминиевые проволоки, медные проволоки, проволоки из алюминиевых сплавов и проволоки из медных сплавов), скрученные вокруг сердечника, состоящего из, например, стальных проволок или проволок из композита с алюминиевой матрицей (например, волокна альфа-оксида алюминия в алюминии или алюминиевом сплаве (например, до 2 мас.% меди)).

Типично, на отдельном анкерном участке между концевыми опорами используется одна и та же конструкция проводника воздушной линии электропередачи, хотя могут встречаться комбинации конструкций при ремонте анкерного участка.

Вследствие относительно высокой или более высокой стоимости многих проводников воздушных линий электропередачи, являющихся альтернативными традиционным проводникам воздушных линий электропередачи со стальным сердечником, желательно иметь возможность использования проводников воздушных линий электропередачи с более высокой стоимостью на выбранных отрезках анкерного участка между концевыми опорами. В другом аспекте, желательно иметь возможность обеспечить гибкость конструкции для использования по меньшей мере двух разных проводников воздушных линий электропередачи на анкерном участке между концевыми опорами.

Сущность изобретения

В одном аспекте настоящее изобретение предусматривает анкерный участок (dead-end-to-dead-end) воздушной линии электропередач, содержащий:

первую и вторую концевые опоры; и

натяжной участок проводника воздушной линии электропередачи, имеющий первый конец, присоединенный к первой концевой опоре, и второй конец, присоединенный ко второй концевой опоре и состоящий из по меньшей мере первой и второй последовательных субсекций натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи, где по меньшей мере первая последовательная субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет по меньшей мере один из композитного (например, композиты из алюминия (включая алюминиевые сплавы) и полимерной матрицы) сердечника или инварового (т.е. из железного сплава, содержащего железо, никель и, необязательно, другие элементы, такие как хром, титан и углерод, где железный сплав имеет коэффициент термического расширения, меньший, чем линейная комбинация его составляющих) сердечника, где первая и вторая субсекции натяжных участков проводника воздушной линии электропередачи имеют каждая величину провисания, где первая субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет первый коэффициент термического расширения и первую плотность, где вторая субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет второй коэффициент термического расширения и вторую плотность, где по меньшей мере один из первого и второго коэффициентов термического расширения или первой и второй плотностей, при температуре в интервале значений от 20°C до 75°C (в некоторых вариантах исполнения в интервале значений от 25°C до 75°C, от 20°C до 100°C, от 25°C до 100°C, от 20°C до 125°C, от 25°C до 125°C, от 20°C до 150°C, от 25°C до 150°C, от 20°C до 175°C, от 25°C до 175°C, от 20°C до 200°C, от 25°C до 200°C, от 20°C до 225°C, от 25°C до 225°C, от 20°C до 240°C, от 25°C до 240°C, от 0°C до 75°C, от 0°C до 100°C, от 0°C до 200°C, от 0°C до 300°C, от -40°C до 100°C, от -40°C до 200°C или даже -40°C до 300°C), отличается (т.е. первый и второй коэффициенты термического расширения, первая и вторая плотности или, вместе, первый и второй коэффициенты термического расширения и первая и вторая плотности, различаются в указанном температурном интервале в достаточной степени для того, чтобы обеспечить разницу провисаний (т.е. провисание для каждой субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи отличаются при расчете каждого значения для приведенного пролета натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи для данного натяжения), равную по меньшей мере 2 (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25 или даже по меньшей мере 30) процентов), где первая и вторая субсекции натяжных участков проводника воздушной линии электропередачи имеют каждая площадь поперечного сечения и где площади поперечного сечения являются одинаковыми (т.е. в пределах ±2 процента от площади друг друга) и где первая и вторая субсекции натяжных участков проводника воздушной линии электропередачи каждая независимо имеют расчетные натяжения (т.е., когда натяжение для каждой субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи рассчитывают для приведенного пролета натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи) в интервале от 20°C до 75°C, которые являются одинаковыми (т.е. в пределах ±5% (в некоторых вариантах исполнения, в пределах ±4, ±3 или даже в пределах ±2)). В некоторых вариантах исполнения первая и вторая последовательные субсекции натяжных участков проводника воздушной линии электропередачи имеют одинаковую длину, тогда как в других вариантах исполнения, длины являются разными.

"Приведенный пролет" для анкерного участка воздушной линии электропередач определяется следующим уравнением

.

Воздушная линия электропередач может включать множество концевых опор, множество промежуточных (подвесных) башенных опор и проводящий кабель. Анкерный участок воздушной линии электропередач относится к части линии передачи, протяженной от одной концевой опоры до другой концевой опоры. Фиг.1 иллюстрирует пример анкерного участка воздушной линии электропередач 90, имеющей концевые опоры 70 и 76, промежуточные (подвесные) башенные опоры 72 и 74 и проводники воздушной линии электропередач 78 и 79. Натяжной участок проводника воздушной линии электропередачи относится к сегменту проводника с одним концом, закрепленным на первой концевой опоре, и другим концом, закрепленным на второй концевой опоре анкерного участка воздушной линии электропередач. Анкерный участок воздушной линии электропередач 90 имеет пролеты 94А, 94В и 94С и субсекции натяжных участков проводника воздушной линии электропередачи 98 и 99.

В некоторых вариантах исполнения, композитный сердечник первой последовательной субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи содержит по меньшей мере один (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 или даже по меньшей мере 50) непрерывных удлиненных композитных (например, проволочных) или инварных (например, проволочных) проводов. В некоторых вариантах исполнения композитный сердечник первой последовательной субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет площадь поперечного сечения, в которой по меньшей мере 5 (в некоторых вариантах исполнения, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 или даже 100) процентов площади поперечного сечения сердечника приходится на композит (например, в виде провода (проводов)) или инвара (например, в виде провода (проводов)). В некоторых вариантах исполнения сердечник первой последовательной субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи также содержит стальные проволоки, полимерные (например, арамидные и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольные)) волокна, керамические волокна, борные волокна, графитовые волокна, углеродные волокна, титановые проволоки, вольфрамовые проволоки, проволоки из сплава с эффектом памяти формы и их комбинации.

В некоторых вариантах исполнения вторая последовательная субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи содержит композитный сердечник, содержащий по меньшей мере один (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 или даже по меньшей мере 50) непрерывных удлиненных композитных (например, проволочных) или инварных (например, проволочных) проводов. В некоторых вариантах исполнения вторая последовательная субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи содержит композитный сердечник, имеющий площадь поперечного сечения, в которой по меньшей мере 5 (в некоторых вариантах исполнения, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 или даже 100) процентов площади поперечного сечения сердечника приходится на по меньшей мере один композит (например, в виде провода (проводов)) или инвар (например, в виде провода (проводов)). В некоторых вариантах исполнения, сердечник второй последовательной субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи также содержит стальные проволоки, полимерные (например, арамидные и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольные)) волокна, керамические волокна, борные волокна, графитовые волокна, углеродные волокна, титановые проволоки, вольфрамовые проволоки, проволоки из сплава с эффектом памяти формы и их комбинации.

В некоторых вариантах исполнения вторая последовательная субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи не содержит композита и имеет сердечник, содержащий стальные проволоки, полимерные (например, арамидные и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольные)) волокна, керамические волокна, борные волокна, графитовые волокна, углеродные волокна, титановые проволоки, вольфрамовые проволоки, проволоки из сплава с эффектом памяти формы и их комбинации. В некоторых вариантах исполнения сердечник такой второй последовательной субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи содержит по меньшей мере одну (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16. 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 или даже по меньшей мере 50) стальных проволок, полимерных (например, арамидных и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольных)) волокон, керамических волокон, борных волокон, графитовых волокон, углеродных волокон, титановых проволок, вольфрамовых проволок, проволок из сплава с эффектом памяти формы и их комбинаций. В некоторых вариантах исполнения сердечник такой второй последовательной субсекции натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет площадь поперечного сечения, в которой по меньшей мере 5 (в некоторых вариантах исполнения, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 или даже 100) процентов площади поперечного сечения сердечника приходится на стальные проволоки, полимерные (например, арамидные и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольные)) волокна, керамические волокна, борные волокна, графитовые волокна, углеродные волокна, титановые проволоки, вольфрамовые проволоки, проволоки из сплава с эффектом памяти формы и их комбинации.

В некоторых вариантах исполнения анкерный участок проводника воздушной линии электропередачи в соответствии с настоящим изобретением далее включает по меньшей мере одну дополнительную (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 или даже больше) субсекций натяжных участков проводника воздушной линии электропередачи. В некоторых вариантах исполнения дополнительная субсекция (субсекции) натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи может независимо представлять собой композитный сердечник, содержащий по меньшей мере один (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 или даже по меньшей мере 50) удлиненных композитных (например, проволочных) проводов. В некоторых вариантах исполнения дополнительная субсекция (субсекции) натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи могут, независимо, представлять собой композитный сердечник, имеющий по меньшей мере 5 (в некоторых вариантах исполнения, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 или даже 100) процентов площади поперечного сечения сердечника, приходящиеся на композит (например, в виде провода (проводов)) или сердечник, не содержащий композитных материалов и включающий стальные проволоки, инвар (например, в виде провода (проводов)), полимер (например, арамидные и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольные)) волокна, керамические волокна, борные волокна, графитовые волокна, углеродные волокна, титановые проволоки, вольфрамовые проволоки, проволоки из сплава с эффектом памяти формы и их комбинации, где при температуре в интервале значений от 20°C до 75°C (в некоторых вариантах исполнения в интервале значений от 25°C до 75°C, от 20°C до 100°C, от 25°C до 100°C, от 20°C до 125°C, от 25°C до 125°C, от 20°C до 150°C, от 25°C до 150°C, от 20°C до 175°C, от 25°C до 175°C, от 20°C до 200°C, от 25°C до 200°C, от 20°C до 225°C, от 25°C до 225°C, от 20°C до 240°C, от 25°C до 240°C, от 0°C до 75°C, от 0°C до 100°C, от 0°C до 200°C, от 0°C до 300°C, от -40°C до 100°C, от -40°C до 200°C или даже от -40°C до 300°C), каждая субсекция натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи имеет расчетное натяжение и где все значения расчетного натяжения по существу одинаковы. В некоторых вариантах исполнения сердечник(и) дополнительных субсекций натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи, содержащего композит в сердечнике, также содержат стальные проволоки, полимерные (например, арамидные и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольные)) волокна, керамические волокна, борные волокна, графитовые волокна, углеродные волокна, титановые проволоки, вольфрамовые проволоки, проволоки из сплава с эффектом памяти формы и их комбинации. В некоторых вариантах исполнения сердечник(и) дополнительной субсекции (субсекций) натяжного участка проводника воздушной линии электропередачи не содержат композита в сердечнике и содержат по меньшей мере одну (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 или даже по меньшей мере 50) стальных проволок, волокон из полимерного материала (например, арамидные и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольные)), керамических волокон, борных волокон, графитовых волокон, углеродных волокон, титановых проволок, вольфрамовых проволок, проволок из сплава с эффектом памяти формы, и их комбинаций. В некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 5 (в некоторых вариантах исполнения, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 или даже 100) процентов площади поперечного сечения дополнительных субсекций натяжного участка сердечник приходится на стальные проволоки, полимерные (например, арамидные и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольные)) волокна, керамические волокна, борные волокна, графитовые волокна, углеродные волокна, титановые проволоки, вольфрамовые проволоки, проволоки из сплава с эффектом памяти формы и их комбинации.

Проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из композитных сердечников с алюминиевой матрицей, например, типично являются желательными для использования в воздушных линиях электропередачи, поскольку они обеспечивают большую допустимую токовую нагрузку, чем проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из, например, проводников со стальным сердечником, а также уменьшенное провисание при такой же площади поперечного сечения, как у проводников со стальным сердечником. В результате, проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из композитных сердечников с алюминиевой матрицей, могут быть использованы для увеличения зазора под воздушной линией электропередачи и/или для работы при более высокой температуре и, таким образом, пропускания большего тока. Однако, поскольку проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из композитных сердечников с алюминиевой матрицей, типично являются более дорогими, чем проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из стальных сердечников, может быть желательно использовать проводники воздушных линий электропередачи, состоящие из композитных сердечников с алюминиевой матрицей, только на отрезках анкерного участка воздушной линии электропередач, требующих меньшего провисания для поддержания минимального зазора.

Описание чертежей

Фиг.1 изображает пример анкерного участка воздушной линии электропередач в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 и 3 представляют собой схематические изображения примеров анкерных участков воздушной линии электропередачи в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 и 5 представляют собой схематические изображения в поперечном сечении двух иллюстративных вариантов исполнения воздушной линии электропередач с проводниками, имеющими сердечники из композитных проволок.

Фиг.6 представляет собой вид сбоку примерного варианта исполнения скрученного проводника с удерживающими средствами вокруг множества жил.

Фиг.7 представляет собой график зависимости данных провисания и натяжения от температуры для двух разных проводников воздушных линий электропередачи (субсекций натяжного участка воздушной линии электропередачи) (а именно, ACCR и ACSR), полученных с использованием прикладной моделирующей программы, описанной в примере.

Детальное описание

Неожиданно было обнаружено, что разные субсекции натяжного участка воздушной линии электропередачи могут быть спроектированы и затем изготовлены в соответствии с известными специалистам методиками изготовления анкерных участков воздушной линии электропередачи с композитными (например, композит с алюминиевой матрицей и полимерный композит) сердечниками, стальными сердечниками и т.д., таким образом, чтобы разные субсекции натяжного участка воздушной линии электропередачи, установленные на анкерном участке воздушной линии электропередачи, имели расчетные натяжения, которые остаются по существу одинаковыми по меньшей мере в интервале температур от 20°C до 75°C.

В одном примере варианта исполнения каждая из субсекций натяжного участка воздушной линии электропередачи, используемых в практике настоящего изобретения, имеет по меньшей мере примерно 1250 футов (примерно 400 метров) в длину, хотя предусматриваются другие значения длины. В некоторых вариантах исполнения каждая из субсекций натяжного участка воздушной линии электропередачи имеет по меньшей мере примерно 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 600, 900, 1000, 1200, 1500, 1800, 2100, 2400, 2700, 3000, 5000, 10000, 15000, 20000 или даже по меньшей мере примерно 25000 метров в длину.

Примеры проводников воздушных линий электропередачи для субсекций натяжных участков проводника воздушной линии электропередачи включают проводники воздушной линии электропередачи, имеющие сердечники, состоящие из по меньшей мере одного композитного (например, композита с алюминиевой матрицей и полимерного композита) или инварного провода (проводов), субсекции натяжного участка воздушной линии электропередачи, имеющие сердечники, содержащие стальную проволоку (проволоки), полимерные (например, арамидные и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазольные)) материалы (например, полимерные провода), керамику, бор, графит, углерод, титан (например, в виде проволок), вольфрам (например, в виде проволоки) и/или сплав с эффектом памяти формы (например, в виде проволоки) и их комбинации. Типично, алюминиевые проволоки, медные проволоки, проволоки из алюминиевых сплавов, и/или проволоки из медных сплавов скручены вокруг сердечников. Проводник, имеющий сердечник из композита с алюминиевой матрицей, иногда называется алюминиевым армированным композитным проводником ("ACCR").

Другие примеры проводников воздушных линий электропередачи для субсекций натяжных участков проводника воздушной линии электропередачи включают: сталеалюминиевый проводник (ACSR), термостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (TACSR), сверхтермостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (ZTACSR), сверхтермостойкий армированный инваром проводник из алюминиевого сплава (ZTACIR), теплостойкие алюминиевые сплавы (ZTAL), сверхтермостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (ZTACSR), особо термостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (XTACSR), особо термостойкий армированный инваром проводник из алюминиевого сплава (XTACIR), проводник из сверхтермостойкого армированного сталью алюминиевого сплава с щелевым зазором (GZTACSR), высокопрочный термостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (KTACSR), цельноалюминиевый проводник (ААС), проводник, выполненный целиком из алюминиевого сплава (АААС), алюминиевый проводник с композитным сердечником (АССС) и алюминиевый проводник с несущим стальным элементом (ACSS).

Проволоки для накручивания вокруг сердечника для получения проводника, используемого в практике настоящего изобретения, известны специалистам. Алюминиевые проволоки являются коммерчески доступными, например, от фирмы Nexans, Weybum, Canada или Southwire Company, Carrollton, GA, под торговыми марками "1350-H19 ALUMINIUM" и "1350-Н0 ALUMINIUM". Типично, алюминиевая проволока имеет коэффициент термического расширения в интервале значений от примерно 20×10^-6/°C до примерно 25×10^-6/°С по меньшей мере в интервале температур от примерно 20°C до примерно 500°C. В некоторых вариантах исполнения алюминиевые проволоки (например, "1350-Н19 ALUMINIUM") имеют прочность на разрыв, равную по меньшей мере 138 МПа (20 тысяч фунтов на квадратный дюйм (ksi)), 158 МПа (23 ksi), 172 МПа (25 ksi), по меньшей мере 186 МПа (27 ksi) или даже по меньшей мере 200 МПа (29 ksi.). В некоторых вариантах исполнения алюминиевые проволоки (например, "1350-Н0 ALUMINIUM") имеют прочность на разрыв от более 41 МПа (6 ksi) до не более 97 МПа (14 ksi) или даже не более 83 МПа (12 ksi). Проволоки из алюминиевых сплавов являются коммерчески доступными, например, от фирмы Sumitomo Electric Industries, Osaka, Japan, под торговой маркой "ZTAL", или от фирмы Southwire Company, Carrollton, GA, под маркой "6201". В некоторых вариантах исполнения проволоки из алюминиевых сплавов имеют коэффициент термического расширения в интервале значений от примерно 20×10^-6/°С до примерно 25×10^-6/°С по меньшей мере в интервале температур от примерно 20°C до примерно 500°C. Медные проволоки являются коммерчески доступными, например, от фирмы Southwire Company (Carrollton, GA). Типично, медные проволоки имеют коэффициент термического расширения в интервале значений от примерно 12×10^-6/°С до примерно 18×10^-6/°С по меньшей мере в интервале температур от примерно 20°C до примерно 800°C. Медные сплавы (например, медные бронзы, такие как Cu-Si-X, Cu-Al-X, Cu-Sn-X, Cu-Cd; где X=Fe, Mn, Zn, Sn, и/или Si; коммерчески доступны, например, от фирмы Southwire Company, Carrollton, GA; проволоки из упрочненной дисперсными оксидами меди доступны, например, от фирмы OMG Americas Corporation, Research Triangle Park, NC, под маркой "GLIDCOP"). В некоторых вариантах исполнения проволоки из медных сплавов имеют коэффициент термического расширения в интервале значений от примерно 10×10^-6/°С до примерно 25×10^-6/°C по меньшей мере в интервале температур от примерно 20°C до примерно 800°C. Проволоки могут иметь различные формы (например, круглые, эллиптические и трапецеидальные).

Пригодные проводники воздушных линий электропередачи для субсекций натяжных участков проводников воздушной линии электропередачи, имеющих сердечники, содержащие композитный провод (провода) с алюминиевой матрицей, могут быть изготовлены известными специалистам методами. Примеры пригодных непрерывных (т.е., имеющих длину, которая является относительно бесконечной по сравнению со средним диаметром волокна) керамических волокон для сердечников проводников воздушных линий электропередачи типа ACCR включают стеклянные, карбидокремниевые волокна и керамические оксидные волокна. Типично, керамические волокна являются кристаллической керамикой (т.е. обладают хорошо выраженной порошковой рентгенограммой) и/или смесью кристаллической керамики и стекла (т.е. волокно может содержать как кристаллическую керамическую, так и стеклянную фазы), хотя они также могут быть стеклянными. В некоторых вариантах исполнения волокно является по меньшей мере на 50 (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере на 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 или даже 100) мас.% кристаллическим. Примеры пригодных кристаллических керамических оксидных волокон включают жаростойкие волокна, такие как волокна из оксида алюминия, алюмосиликатные волокна, алюмоборатные волокна, алюмоборосиликатные волокна, волокна из оксидов циркония и кремния и их комбинации.

В некоторых вариантах исполнения сердечников проводников воздушных линий электропередачи типа ACCR, желательно, чтобы волокна содержали по меньшей мере 40 (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 50, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 или даже 100) об.% AI₂O₃ от общего объема волокна. В некоторых вариантах исполнения, желательно, чтобы волокна содержали от 40 до 70 (в некоторых вариантах исполнения, в интервале значений от 55 до 70 или даже от 55 до 65) об.% Al₂O₃ от общего объема волокна.

Кроме того, примеры стеклянных волокон доступны, например, от фирмы Coming Glass, Corning, NY. Типично, непрерывны стеклянные волокна имеют средний диаметр волокна в интервале значений от примерно 3 микрометров до примерно 19 микрометров. В некоторых вариантах исполнения стеклянные волокна имеют среднюю прочность на разрыв, равную по меньшей мере 3 ГПа, 4 ГПа и/или даже по меньшей мере 5 ГПа. В некоторых вариантах исполнения стеклянные волокна имеют модуль в интервале значений от примерно 60 ГПа до 95 ГПа или от примерно 60 ГПа до примерно 90 ГПа.

Волокна из оксида алюминия описаны, например, в патентах США №№4954462 (Wood et al.) и 5185299 (Wood et al.). В некоторых вариантах исполнения волокна из оксида алюминия представляют собой поликристаллические волокна из альфа-оксида алюминия и содержат, в пересчете на теоретическое содержание оксида, более 99 мас.% Al₂O₃ и 0,2-0,5 мас.% SiO₂, от общего веса волокон из оксида алюминия. В другом аспекте некоторые желательные поликристаллические волокна из альфа-оксида алюминия содержат альфа-оксид алюминия, имеющий средний размер частиц менее 1 микрометра (или даже, в некоторых вариантах исполнения, менее 0,5 микрометра). В другом аспекте, в некоторых вариантах исполнения, поликристаллические волокна из альфа-оксида алюминия имеют среднюю прочность на разрыв, равную по меньшей мере 1,6 ГПа (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 2,1 ГПа или даже по меньшей мере 2,8 ГПа), при определении в соответствии с испытаниями прочности на разрыв, описанными в патенте США №6460597 (McCuUough et al.). Примеры волокон из альфа-оксида алюминия продаются под торговой маркой "NEXTEL 610" фирмой 3М Company, St. Paul, MN.

Алюмосиликатные волокна описаны, например, в патенте США №4047965 (Karst et al.). Примеры алюмосиликатные волокна продаются под торговыми марками "NEXTEL 440", "NEXTEL 550" и "NEXTEL 720" фирмой 3М Company.

Алюминийборатные и алюмоборосиликатные волокна описаны, например, в патенте США №3795524 (Sowman). Примеры алюмоборосиликатных волокон продаются под торговой маркой "NEXTEL 312" фирмой 3М Company.

Волокна из оксидов циркония и кремния описаны, например, в патенте США №3709706 (Sowman).

Типично, непрерывные керамические волокна имеют средний диаметр волокна, равный по меньшей мере примерно 5 микрометров, более типично, в интервале значений от примерно 5 микрометров до примерно 20 микрометров; и в некоторых вариантах исполнения, в интервале значений от примерно 5 микрометров до примерно 15 микрометров.

Типично, керамические волокна изготовлены в виде жгутов. Жгуты известны в технологии изготовления волокон и типично включают множество (индивидуальных) обычно нескрученных волокон (типично, по меньшей мере 100 волокон, более типично, по меньшей мере 400 волокон). В некоторых вариантах исполнения жгуты содержат по меньшей мере 780 индивидуальных волокон в жгуте и, в некоторых случаях, по меньшей мере 2600 индивидуальных волокон в жгуте или по меньшей мере 5200 индивидуальных волокон в жгуте. Доступны жгуты различных керамических волокон разной длины, включая 300 метров, 500 метров, 750 метров, 1000 метров, 1500 метров и больше. Волокна могут иметь форму поперечного сечения, которая является круглой, эллиптической или гантелеобразной.

Примерами борных волокон являются волокна, коммерчески доступные, например, от фирмы Textron Specialty Fibers, Inc. (Lowell, MA). Типично, такие волокна имеют длину порядка по меньшей мере 50 метров и могут даже иметь длины порядка километров или больше. Типично, непрерывные борные волокна имеют средний диаметр волокна в интервале значений от примерно 80 микрометров до примерно 200 микрометров. Более типично, средний диаметр волокна составляет не более 150 микрометров, наиболее типично, в интервале значений от 95 микрометров до 145 микрометров. В некоторых вариантах исполнения борные волокна имеют среднюю прочность на разрыв, равную по меньшей мере 3 ГПа и/или даже по меньшей мере 3,5 ГПа. В некоторых вариантах исполнения борные волокна имеют модуль в интервале значений от примерно 350 ГПа до примерно 450 ГПа или даже в интервале значений от примерно 350 ГПа до примерно 400 ГПа.

Кроме того, примерами карбидокремниевых волокон являются волокна, продаваемые, например, фирмой COI Ceramics (San Diego, CA) под торговой маркой "NICALON" в виде жгутов по 500 волокон, фирмой Ube Industries (Япония) под торговой маркой "TYRANNO" и фирмой Dow Coming (Midland, MI) под торговой маркой "SYLRAMIC".

Примерами элементарных волокон карбида кремния являются волокна, продаваемые, например, фирмой Specialty Materials, Inc. (Lowell, MA) под торговой маркой "SCS-9", "SCS-6" и "Ultra-SCS".

Примерами металлического алюминия для матриц являются элементарный алюминий высокой чистоты (например, более 99,95%) или сплавы чистого алюминия с другими элементами, такими как медь. Типично, материал с алюминиевой матрицей выбирают таким образом, чтобы материал матрицы не вступал в значительное химическое взаимодействие с волокном (т.е. являлся относительно химически инертным по отношению к материалу волокна), например, для устранения потребности в обеспечении защитного покрытия на поверхности волокна.

В некоторых вариантах исполнения алюминиевая матрица содержит по меньшей мере 98 мас.% алюминия, по меньшей мере 99 мас.% алюминия, более 99,9 мас.% алюминия или даже более 99,95 мас.% алюминия. Примеры алюминиевых сплавов алюминия и меди содержат по меньшей мере 98 мас.% алюминия и до 2 мас.% меди. В некоторых вариантах исполнения пригодными алюминиевыми сплавами являются алюминиевые сплавы серий 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 и/или 8000 (обозначения Aluminium Association). Хотя более высокочистый алюминий обычно желателен для изготовления проволок, имеющих более высокую прочность на разрыв, менее чистые формы металлов также являются пригодными.

Пригодный алюминий доступен, например, под торговой маркой "SUPER PURE ALUMINIUM; 99,99% Al" от фирмы Alcoa (Pittsburgh, PA). Алюминиевые сплавы (например, Al-2 мас.% Cu (0,03 мас.% примесей)) могут быть получены, например, от фирмы Belmont Metals (New York, NY).

Композитные сердечники и проволоки типично содержат по меньшей мере 15 об.% (в некоторых вариантах исполнения, по меньшей мере 20, 25, 30, 35, 40, 45 или даже 50 об.%) волокон, от общего суммарного объема волокон и материала алюминиевой матрицы. Более типично, композитные сердечники и проволоки содержат от 40 до 75 (в некоторых вариантах исполнения, от 45 до 70) об.% волокон, от общего суммарного объема волокон и материала алюминиевой матрицы.

Типично, средний диаметр сердечника имеет значение в интервале от примерно 3 мм до примерно 40 мм. В некоторых вариантах исполнения средний диаметр сердечника желательно составляет по меньшей мере 10 мм, по меньшей мере 15 мм, 20 мм или даже до примерно 25 мм (например, от 10 мм до 30 мм). Типично, средний диаметр композитной проволоки имеет значение в интервале от примерно 1 мм до 12 мм, от 1 мм до 10 мм, от 1 до 8 мм или даже от 1 мм до 4 мм. В некоторых вариантах исполнения средний диаметр композитной проволоки желательно составляет по меньшей мере 1 мм, по меньшей мере 1,5 мм, 2 мм, 3 мм, 4 мм, 5 мм, 6 мм, 7 мм, 8 мм, 9 мм, 10 мм, 11 мм или даже по меньшей мере 12 мм.

Технологии изготовления алюминиевых композитных проволок известны специалистам. Например, непрерывная проволока с металлической композитной матрицей может быть изготовлена способом непрерывной инфильтрации металлической матрицы. Один пригодный процесс описан, например, в патенте США №6485796 (Carpenter et al.). Другие технологические схемы получения композитов с металлической матрицей, армированной непрерывными волокнами, описываются, например, в руководстве ASM Handbook Vol.21, Composites, pp.584-588 (ASM International, Metals Park, OH), опубликованном в 2001 г.

Проводники воздушных линий электропередачи, имеющие сердечники, содержащие стальную проволоку (проволоки), являются коммерчески доступными, например, от фирмы Southwire (Carrollton, GA). Типично, стальные проволоки сердечника изготовлены из стали от средней до высокой прочности с номинальной прочностью на разрыв в интервале от 1172 МПа (170 ksi) о 1931 МПа (280 ksi), и обычно имеют покрытия для придания хорошей коррозионной стойкости. Обычные материалы покрытия включают цинк (также известны как оцинкованные) или цинковый сплав с 5% алюминия-мишметалла. Дополнительными типами покрытий являются алюминий или плакирование алюминием, например, плакированная алюминием сталь (например, "ALUMOWELD", доступна от фирмы Alumoweld, Duncan, SC), такая как Wires AWG #4 (с номинальным диаметром 0,2043 дюйма (5,18 мм), пределом прочности на разрыв 115 ksi (109 кг/мм²), весом 93,63 фунтов/1000 футов (139,3 кг/км) и сопротивлением 1,222 Ом/1000 футов при 68°F (4,009 Ом/км при 20°C)), Wires AWG #8 (с номинальным диаметром 0,1285 дюйма (3,264 мм), пределом прочности на разрыв 195 ksi (137 кг/мм²), весом 37,03 фунтов/1000 футов (55,11 кг/км) и сопротивлением 3,089 Ом/1000 футов при 68°F (10,13 Ом/км при 20°C)).

Проводники с полимерньм сердечником, таким как композитный сердечник из стеклянного волокна/углеродного волокна, доступны, например, от фирмы Composite Technology Corporation, Irvine, CA, под торговой маркой "ACCC/TW DRAKE". Полимерные композиты, армированные углеродным волокном, доступны, например, от фирмы Tokyo Rope, Japan. Алюминиевые проволоки, армированные карбидокремниевыми волокнами, доступны, например, от фирмы Nippon Carbon, Japan. Алюминиевые проволоки, армированные графитовыми волокнами, доступны, например, от фирмы Yazaki Corp., Japan.

В некоторых вариантах исполнения коэффициенты термического расширения проводника субсекций натяжных участков воздушной линии электропередачи находятся в интервале значений от нуля до 25×10^-6/°C (в некоторых вариантах исполнения, в интервале значений от 8×10^-6/°C до 20×10^-6/°C или даже от 14×10^-6/°C до 20×10^-6/°C). В некоторых вариантах исполнения плотность проводника субсекций натяжных участков воздушной линии электропередачи находятся в интервале значений от 1,4 г/см³ до 20 г/см³ (в некоторых вариантах исполнения, в интервале значений от 16 г/см³ до 19 г/см³, от 2,7 г/см³ до 3,6 г/см³ или от 2,2 г/см³ до 4,5 г/см³).

Проводники, используемые по настоящему изобретению, типично являются скрученными. Скрученный проводник типично включает центральный провод и первый слой проволок, спирально скрученных вокруг центрального провода. Скручивание проводников представляет собой процесс, при котором индивидуальные пучки проводов объединяются со спиральной конфигурацией, с получением готового проводника (см., например, патенты США №№5171942 (Powers) и 5554826 (Gentry)). Получаемый при этом спирально скрученный проволочный трос обеспечивает гораздо большую гибкость, чем может быть достигнута для сплошного стержня с эквивалентной площадью поперечного сечения. Спиральная конфигурация также удобна тем, что скрученный проводник сохраняет свою в общем круглую форму поперечного сечения, когда проводник подвергается сгибанию при выполнении различных манипуляций, установке и использовании. Спирально-скрученные проводники могут содержать от всего лишь 7 индивидуальных жил до более распространенных конструкций, содержащих 50 или больше жил.

Один пример проводника воздушной линии электропередачи, пригодного для использования в настоящем изобретении, изображен на Фиг.4, где проводник воздушной линии электропередачи 130 может представлять собой сердечник 132 из девятнадцати индивидуальных проволок (например, композитных (например, из композита с металлической матрицей) проволок) 134, окруженных кольцом 136 из тридцати индивидуальных металлических проволок (например, алюминиевых или проволок из алюминиевых сплавов) 138. Аналогично, как изображено на Фиг.5, в качестве одной из многих альтернатив, проводник воздушной линии электропередачи 140 может п