Провод для воздушных линий электропередач и способ его изготовления

Провод для воздушных линий электропередач и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к конструкции проводов воздушных линий электропередачи и электрических сетей.

При выборе провода для строительства новых воздушных линий или реконструкции существующих линий электропередачи ведущие сетевые компании стремятся: увеличить пропускную способность ВЛ, уменьшить нагрузки на опоры, снизить гололедно-ветровое воздействие на провод.

Реальной возможностью повышение пропускной способности ВЛ при минимальных затратах является повышение токовой нагрузки. Данный способ решения проблемы экономически обоснован, так как, несмотря на значительные омические потери электроэнергии за счет тепловой диссипации, не требует строительства новых линий или замены на провода большего диаметра и, соответственно опор.

Повышение токовой нагрузки приводит в условиях эксплуатации к разогреву провода. Применяемые в настоящее время неизолированные сталеалюминевые провода АС имеют предел длительной эксплуатации 90°C. При температуре 100-110°C токоведущий повив неизолированного сталеалюминевого провода начинает отжигаться, теряет прочность 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.

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 показателей проводов ВЛ.

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 материалов в изделия, возможность с высокой точностью заранее предсказывать эксплуатационные характеристики готового изделия по известным характеристикам их составляющих (связующего и наполнителя). Удельные показатели армированных высокопрочными волокнами (показатели, отнесенные к единице веса) композиционных материалов существенно превосходят характеристики металлов и сплавов. Использование непрерывно армированных композиционных материалов при изготовлении несущего сердечника проводов 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:

- уменьшение веса провода,

- повышение прочности провода,

- увеличение пропускной способности,

- увеличение жесткости провода

- снижение термических деформаций

- совокупность всех перечисленных факторов.

Заявитель, исходя из сущности патентуемого технического решения, проанализировал характеристики и параметры известных в настоящее время отечественных и зарубежных проводов для воздушных линий электропередачи с композиционным сердечником. Проведенный анализ показал следующее.

Известен провод ACCR компании 3М (патент US №20100038112) в котором сердечник выполнен из металлокомпозита, с наружным токопроводящим повивом из высокотемпературных алюминий-циркониевых проволок. Конструкция провода ACCR предусматривает, что и композитный сердечник, и наружный повив алюминий-циркониевых проволок вносят вклад в прочность провода и его проводимость.

Композитный сердечник провода ACCR состоит из волокон из алюминиевой керамики высокой чистоты (оксид алюминия Al₂O₃) в матрице алюминия высокой чистоты, Каждый сердечник состоит более чем из 25000 сверхпрочных волокон Al₂O₃. Керамические волокна являются непрерывными, осевой ориентации 0°, и полностью помещенными в алюминиевую матрицу. Наружный алюминий-циркониевый повив, является термостойким сплавом, который позволяет непрерывно работать при 210°C, с пиковыми нагрузками до 240°C.

Известен алюминиевый провод с композиционным сердечником (заявка РСТ WO №2005/040017, B65H) от компании Composite Technology Corp. (CTC).

Алюминиевый провод АССС от компании CTC имеет несущий сердечник, представляющий собой эпоксидную матрицу, армированную углеродными и стеклянными волокнами. Технология изготовления такого повода предусматривает, что во время процесса пултрузии непрерывное однонаправленное углеродное волокно формирует цельный сердечник цилиндрической формы, в то время как слой волокон из Е-стекла такой же ориентации укладывают вокруг наружной оболочки. Углеродные и стеклянные волокна пропитывают высокотемпературной эпоксидной смолой.

Легкий электропроводящий кабель АССС от Composite Technology Corp. содержит, полученный пултрузией цельный структурный сердечник из эпоксидной матрицы, усиленной углеродными и стеклянными волокнами, покрытый проводящим отожженным алюминиевым проводом. Для получения цельного сердечника в виде стержня мокрый пучок волокон проводят через стальную фильеру и отверждают при 260°C.

Защитное наружное покрытие наносят и отверждают на линии производства. 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 проводниковая система АССС может непрерывно работать при 180°C и может выдерживать кратковременные скачки до 200°C, с всего лишь 10%-м провисанием от величины провисания провода со стальным сердечником.

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.

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 заметно усложняет технологию производства такого сердечника и провода на его основе.

Известен провод (патент РФ №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 металлического проводникового материала высокой проводимости могут быть использованы медь и/или алюминий или сталь или их сплавы с другими веществами. В качестве синтетической смолы использована термореактивная смола, например эпоксидная, или термостойкая термопластичная смола с температурой плавления выше 150°C. В качестве углеродных нанокластеров использованы фуллерены и/или нанотрубки, и/или астралены. В патенте РФ №2387035 указано, что заявляемая проволока и сердечник для нее изготавливаются на стандартном оборудовании, по авторской технологии, основанной на личных знаниях и опыте работы авторов. Отсутствие сведений о способе изготовления проволоки с композитным сердечником, а также составе композитного сердечника не позволяют оценить возможность практической реализации данного изобретения, эксплуатационных характеристиках провода на основе заявляемой проволок, особенно с учетом требований монтажной длины проводов воздушных линий (1-3 км).

Известны варианты высокотемпературных проводов для линий электропередачи (патент РФ №100846, H01B 5/08). Конструкция проводов, изложенная в патенте РФ №100846 включает токопроводящую жилу, выполненную в виде проволок круглой или профилированной формы из теплостойкого алюминий-циркониевого сплава или отожженного алюминия марки А5Е, А7Е и несущего композиционного сердечника, выполненного в виде длинномерного стержня или скрученных непрерывно армированных волокнами одного состава композиционных длинномерных стержней, содержащих на поверхности упрочняющий спиральный каркас. Существенным отличием проводов, изложенных в патенте РФ №100846 является способ безфильерного формования несущего композиционного сердечника, заключающийся в однозаходной или многозаходной или однорядной или многорядной или перекрестной встречной спиральной намотки термостойкой 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.

Известны конструктивные варианты высокотемпературных проводов для линий электропередачи (патент РФ №2386183, H01B 5/08), реализованные на основе запатентованных модификаций композиционного несущего сердечника. Конструкции высокотемпературных проводов, приведенные в патенте РФ №2386183, наиболее близкие по технической сущности к патентуемой полезной модели и выбраны в качестве прототипа.

Провода для линий электропередачи, изготовленные на основе запатентованного несущего композиционного сердечника (патент РФ №2386183) имеют сердечник одно или многожильной конструкции.

Конструктивно сердечник представляет собой длинномерный стержень или скрученные длинномерные стержни из высокопрочного теплостойкого непрерывно армированного композиционного материала, имеющего предел прочности при разрыве не менее 1 ГПа, состоящего из высокопрочного армирующего волокна одного состава со степенью наполнения 30-85 мас.% и термореактивного теплостойкого полимерного связующего содержанием 15-70 мас.%.

Формование профиля несущего сердечника в виде длинномерного стержня осуществляют методом пултрузии. Предусмотрена возможность нанесения на сердечник наружного защитного покрытия в виде защитной лакотканевой оболочки.

Формование профиля несущего сердечника осуществляют также непосредственно в защитной наружной металлической оболочке. В этом случае, жгут армирующего волокна, пропитанного термореактивным теплостойким связующим, размещают на движущуюся алюминиевую ленту, которую свертывают вместе с пропитанным волокном в цилиндр в формообразующем устройстве.

Существенными недостатками проводов для линий электропередачи, изготовленных на основе несущего композиционного сердечника по технологии, приведенной в патенте РФ №2386183, являются:

- 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°C;

- низкая эффективность металлической защитной оболочки сердечника провода в случае ее раскрытия в условиях эксплуатации для предотвращения термоокислительной и гидролитической деструкции сердечника;

- низкие защитные свойства лакотканевой оболочки сердечника провода;

- ограниченный ресурс работы сердечника и провода на его основе, обусловленный возможностью развития в условиях эксплуатации термоокислительной и гидролитической деструкции сердечника;

- низкая надежность провода, связанная с существенными различиями в физико-механических и теплофизических характеристиках сердечника и токопроводящего алюминиевого повива, что в условиях эксплуатации при нагреве-охлаждении провода в широком интервале температур (-50°C-300°C) приводит к перераспределению нагрузок между сердечником и токопроводящим повивом, локализации нагрузок на отдельных конструкционных элементах провода с высокой вероятностью их разрушения;

- технологическая сложность производства сердечника в металлической оболочке, обусловленная тем, что при затягивании смоченного пучка волокон в формующее устройство одновременно с металлической лентой может происходить: деформация ленты, приводящая 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 многочисленные дефекты.

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 возможностью 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 сердечника, имеющей отличные от композиционной части теплофизические и физико-механические свойства может произойти и в процессе эксплуатации провода под действием внешних факторов (ветровая нагрузка, пляска провода, гололед, температурный нагрев), что приведет в конечном итоге к разрушению всего провода.

Состав и конструкция композиционного сердечника в патенте РФ №2386183, в том числе и используемые защитные покрытия, рассчитаны на длительную эксплуатация провода ВЛ при повышенных температурах (150-300°C). Практика использования высокотемпературных проводов зарубежными компаниями (СТС, 3М) показывает, что непосредственно 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 №2386183 не учитывается. Негерметичность металлической защитной оболочки, а также возможность проникновения влаги через защитную лакотканевую оболочку может привести к накоплению влаги непосредственно на поверхности сердечника, что приведет к негативным последствиям:

- развитие гидролитической деструкции связующего сердечника;

- вскипание влаги под защитной оболочкой сердечника в момент нагрева провода, с разрушением защитной оболочки и поверхности сердечника.

Настоящее изобретение решает задачу:

- получения облегченного, высокопрочного, гибкого неизолированного провода с повышенным ресурсом работы в условиях эксплуатации для воздушных линий электропередачи;

- увеличения пропускной способности, уменьшения провиса проводов воздушных линий электропередачи, снижения нагрузки на опоры ЛЭП, повышения устойчивости к ветровым нагрузкам и гололедно-изморозевым образованиям;

- обеспечения надежной эксплуатации проводов воздушных линий электропередачи при температурах от -50 до 300°C;

- разработки высокотехнологичного способа изготовления неизолированного провода для проводов воздушных линий электропередачи.

Патентуемое изобретение предусматривает возможность решения поставленной технической задачи, в различных вариантах конструктивной реализации разработанного провода для воздушных линий электропередачи.

Изложенная сущность изобретения свидетельствует, что в основе патентуемых изобретений лежит комплекс новых и оригинальных технических решений, которые обуславливают следующий технический результат:

- реализована возможность изготовления провода воздушных линий электропередачи, который сочетает повышенную механическую прочность, низкий коэффициент температурного расширения, сниженный вес, надежность, высокую устойчивость к воздействию активных факторов окружающей среды в условиях эксплуатации;

- 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°C до 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 модуля линию связи и передачи информации.

Техническим результатом патентуемого изобретения является также то, что для изготовления провода реализована простая и высокопроизводительная технология производства провода максимально защищенного от воздействия окружающей среды.

Технический результат в части устройства достигается тем, что, в проводе для воздушных линий электропередачи, содержащем многопроволочную токопроводящую жилу, состоящую из проволок, 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.

Кроме того, многопроволочная токопроводящая жила провода выполнена из скрученных 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 Z-образную и круглую форму сечения; многопроволочная токопроводящая жила провода выполнена в виде проволок, с зазором или без зазора, скрученных вокруг стренги из скрученных или нескрученных проволок, содержащих несущий элемент; несущий элемент проволоки многопроволочной токопроводящей жилы имеет предел прочности на разрыв не менее 500 МПа, модуль упругости не менее 40 ГПа, коэффициент термического расширения менее 1,1×10^-5 1/°C; композиционный материал несущего элемента проволок состоит из армирующего волокна одного состава содержанием 30-95 мас.% и термореактивного полимерного связующего содержанием 5-70 мас.% или из предварительно металлизированного углеродного волокна содержанием 45-92 мас.% и металлической матрицы, выполненной из алюминия или сплавов алюминия, содержанием 8-55% мас.%; в качестве армирующего волокна термореактивной полимерной матрицы несущего 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; термореактивную полимерную матрицу несущего элемента проволок токопроводящей жилы провода, имеющую температуру стеклования выше 100°C, изготавливают на основе соединений ароматических полиамидов или ненасыщенных ароматических углеводородов, или кремнеорганических, или полиимидных, или полиэфирных, или фенол-альдегидных смол, или полициануратных или борорганических, или полифениленоксидных или полисульфоновых композиций, или их производных, или сополимеров, или их смесей; термореактивная полимерная матрица несущего элемента проволок токопроводящей жилы провода модифицирована наночастицами, например, вискерами или графенами, или углеродными нанотрубками, или фулеренами, или углеродными нановолокнами, или их смесями; многопроволочная токопроводящая жила снабжена антиобледенительным покрытием, расположенным на наружной поверхности, выполненным на основе гидрофобных материалов, например кремнийорганических композиций; в многопроволочную токопроводящую жилу провода встроен волоконно-оптический модуль, состоящей из металлической трубки, выполненной из алюминия или сплавов алюминия или нержавеющей стали и оптических волокон, расположенных внутри этой трубки.

Технический результат в части способа достигается тем, что, в способе изготовления провода воздушных линий электропередачи, включающем сматывание непрерывных армирующих волокон с катушек, пропитку волокон полимерным связующим, отверждение связующего, намотку изготовленной проволоки провода 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 композиционного материала) с катушек, полученный жгут (стержень) затягивают в металлическую трубу, пропитывают жгут армирующих волокон (смачивают или не смачивают длинномерный стержень из непрерывно армированного композиционного материала), полимерным связующим непосредственно 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 (длинномерным стержнем из непрерывно армированного композиционного материала), пропитанным (смоченным или несмоченным) полимерным связующим, через волоки волочильного 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 крутильных машинах в провод, используя при этом или проволоки, содержащие внутри длинномерный стержень из непрерывно армированного композиционного материала или проволоки содержащие и не содержащие внутри стержень из композиционного материала, с последующей намоткой готового провода на приемную катушку.

Кроме того, металлические трубы выполнены или из меди, или алюминия, или сплавов меди, или сплавов алюминия; армирующие волокна длинномерного композиционного стержня имеют предел прочности не менее 0,7 ГПа и модуль упругости не менее 50 Гпа; термореактивная полимерная матрица длинномерного композиционного стержня, имеют температуру стеклования выше 100°C; предусмотрен вариант, когда длинномерный композиционный стержень состоит из предварительно металлизированного углеродного волокна содержанием 45-92 мас.% и металлической матрицы, выполненной из алюминия или сплавов алюминия, содержанием 8-55% мас.%; при скрутке провода на крутильных машинах используют не менее трех проволок, содержащих 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 высокой частоты; длинномерный композиционный стержень с термореактивной полимерной матрицей предварительно изготавливают или методом пултрузии или методом спиральной намоткой.

На Фиг.1 изображены варианты многопроволочного провода, выполненного из проволок круглой формы сечения и проволок круглой и трапецеидальной формы сечения, содержащих внутри несущий элемент из непрерывно армированного композиционного материала;

на Фиг.2 изображены варианты многопроволочного провода, в котором не менее трех проволок содержат несущий элемент в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала и волоконно-оптический модуль;

на Фиг.3 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;

на Фиг.4 - схема получения проволок провода, содержащих внутри несущий элемент (сердечник) в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала с термореактивной полимерной матрицей, общий вид.

Патентуемый провод воздушных высоковольтных линий электропередачи предназначен для длительной эксплуатации при температурах -50-300°C.

Согласно патентуемому 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). Многовариантность конструкций проводов обусловлена широким спектром задач, которые решаются при использовании неизолированных проводов, в соответствие с настоящим изобретением, в воздушных линиях для передачи электроэнергии на дальние расстояния. В конечном итоге проектные организации и сетевые компании при выборе типа провода с проволоками, содержащих внутри несущий элемент в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала, будут исходить из конкретных условий: типа местности, климатических особенностей, величины передаваемой мощности, 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, содержащих внутри несущий элемент в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала, описанные в патентуемом изобретении. Тем не менее, в каждом конечном варианте провода достигается решение основных задач изобретения: снижение веса провода, снижение зависимости линейных размеров от температуры, повышение его прочности, надежности, пропускной способности. В зависимости от выбранного 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 армированного композиционного материала могут отличаться друг от друга.

Провод для воздушных линий электропередачи (Фиг.1) содержит многопроволочную токопроводящую жилу 1, из скрученных в один или несколько повивов проволок, каждая из которых содержит несущий элемент 2 в виде длинномерного стержня из непрерывно армированного композиционного материала и металлическую часть 3 из алюминия, или из меди, или из сплавов алюминия, или из сплавов меди.

Геометрические размеры проволок многопроволочной токопроводящей жилы провода определяются номенклатурой проводов ВЛ. Геометрические размеры несущего элемента могут быть выбраны исходя из технологических ограничений, определяемых возможностью изготовления (1 мм) или гибкостью проволоки (25 мм).

Для формирования композиционного несущего элемента с термореактивной полимерной матрицей проволок используют:

- армирующее волокно одного состава, степень наполнения полимерной теплостойкой матрицы армирующим волокном составляет 30-95 мас.%, а содержание термореактивного теплостойкого полимерного связующего 5-70 мас.%,

- в качестве армирующего волокна используют соответственно стеклянные, углеродные, арамидные, полиимидные, керамические, базальтовые, борные волокна, имеющие предел прочности не менее 0,7 ГПа и модуль упругости не менее 50 ГПа.

Для формирования полимерной матрицы несущего элемента 2 используют в качестве термореактивного полимерного связующего соответственно эпоксидную композицию с температурой стеклования в отвержденном состоянии выше 100°C, или термореактивные связующие, имеющие температуру стеклования выше 100°C, на основе соединений ароматических полиамидов или ненасыщенных ароматических углеводородов, или кремнеорганических, или полиимидных, или полиэфирных, или фенол-альдегидных смол, или полициануратных, или борорганических, или полифениленоксидных, или полисульфоновых композиций, или их производных, или сополимеров, в том числе наномодифицированных, например, вискерами или графенами, или углеродными нанотрубками, или фулеренами, или углеродными нановолокнами или их смесями.

Композиционный несущий элемент с металлической матрицей, выполнен из алюминия или сплавов алюминия, содержанием 8-55% мас.% и металлизированных углеродных волокон со содержанием 45-92 мас.%.

Металлокомпозиционный несущий элемент обеспечивает проводу: повышенную проводимость (металлическая матрица композита и металлизированное волокно участвует в передачи электроэнергии), высокую коррозионную, термо-теплостойкость, устойчивость к воздействию внешних факторов. Срок службы проводов усиленных металлокомпозитным 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 предварительно металлизированных углеродных волокон расплавом алюминия или его сплавов 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 химическим методом, или методом вакуумного напыления. Допускается, вместо металлизации, покрытие углеродных волокон веществами, например, алюминийхромфосфатными связующими, предотвращающими разупрочнения волокон при контакте с расплавом алюминия, а также увеличивающими их смачиваемость. Для предотвращения контактной коррозии несущий элемент из металлокомпозита должен находиться внутри проволок токопроводящей жилы провода 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.

Провод патентуемого изобретения имеет принципиальные отличия от всех известных проводов воздушных линий, имеющих композиционный сердечник с полимерной термореактивной матрицей. Эти отличия обусловлены тем, что в известных проводах сердечник и токопроводящая часть в виде скрученных в один или несколько повивов токопроводящих 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, изменений температуры окружающей среды композиционный сердечник и токопроводящая часть по-разному реагируют на изменение условий эксплуатации. Это приводит к перераспределению нагрузок между композиционным сердечником и токопроводящей частью, «фонарению» провода, проскальзыванию сердечника относительно токопроводящих проволок, провисанию провода, что может являться причиной выхода провода из строя. Следствием данных обстоятельств является тот факт, что в известных проводах воздушных линий прочностные свойства композиционных сердечников используются не полностью, поскольку моментом обрыва провода считают разрыв двух и более токопроводящих жил. При этом композиционный сердечник сохраняет 25% и более запаса прочности. Кроме того, как правило, композиционный сердечник провода не участвует в передаче электрической мощности в воздушных линиях.

В заявляемом 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 частью и несущим элементом с полимерной термореактивной матрицей возникают огромные силы адгезии по всей поверхности трубы. Несущий элемент и токопроводящая часть в заявляемом 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 термореактивной матрицей из непрерывно армированного композиционного материала от воздействия влаги, коротковолновой части спектра солнечного излучения, препятствует развитию термокислительной и гидролитической деструкции.

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 матрицей 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.

Композиционный несущий элемент с полимерной термореактивной матрицей заявляемого провода обеспечивает механическую прочность устойчивость к воздействию голодно-изморозевым образованиям, ветровым нагрузкам, вибрации, перепадам температуры, «пляски» провода.

Заявитель считает необходимым пояснить существенность патентуемых соотношений армирующего волокна и связующего, требований к физико-механическим и теплофизическим свойствам несущего элемента 2 с полимерной термореактивной матрицей из непрерывно армированного композиционного материала.

Основным проводом воздушных линий в настоящее время является сталеалюминевый провод АС. Все основные нормативные документы и показатели безопасной эксплуатации 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, необходимо проводить, опираясь на количественные показатели провода АС.

Особенностью композиционных материалов, в отличие, например от полимерных материалов является возможность с высокой точностью прогнозировать эксплуатационные характеристики готового материала по известным показателям связующего и армирующего волокна, а также их соотношения в композиционном материале.

Установленные в заявляемом изобретения патентуемые 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 1,1×10^-51/°C) позволяет получить провод, имеющий механическую прочность и жесткость 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 воздействия, особенно в области повышенных температур, что, по мнению заявителя, является минимально достаточными для достижения технического результата изобретения. Максимальное 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 возрастают. На данный момент известны арамидные волокна, имеющие максимальный предел прочности на уровне 9-10 ГПа и высокомодульные углеродные волокна, имеющие максимальный модуль упругости 700-800 ГПа.

Существенным достоинством патентуемого провода является возможность его многовариантной реализации за счет использования различных исходных компонентов для формирования композиционного материала. Каждый из рекомендуемых типов армирующих волокон или полимерного связующего обладает индивидуальным набором эксплуатационных и технологических характеристик. Тем не менее, каждый тип перечисленных 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 патентуемого состава несущего элемента с полимерной термореактивной матрицей из непрерывно армированного композиционного материала.

Конкретная техническая реализация и идентификация всех возможных исходных армирующих волокон и связующих для производства патентуемого 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, «Энциклоп