46
АНАЛИТИКА
СЕТИ РОССИИ
46
в
о
з
д
у
ш
н
ы
е
Л
Э
П
воздушные ЛЭП
В
последнее
время
на
рынке
появились
не
-
изолированные
провода
новых
конструк
-
ций
,
разнообразие
которых
вносит
некото
-
рый
сумбур
в
устоявшиеся
и
традиционно
консервативные
представления
специалистов
от
-
расли
о
неизолированном
проводе
.
Термин
«
композитный
»
применяется
к
материа
-
лам
,
сделанным
из
более
чем
одного
материала
,
хотя
сегодня
он
в
большей
степени
ассоциируется
с
конструкциями
,
армированными
волокнами
раз
-
личных
типов
.
В
неизолированных
проводах
ком
-
позитными
пока
бывают
только
сердечники
.
Важно
различать
две
основные
технологии
их
производ
-
ства
,
поскольку
различия
между
ними
существенны
и
должны
учитываться
при
проектировании
ВЛ
.
Технология
«
металлической
матрицы
»
(metal
matrix composite)
используется
для
производ
-
ства
проводов
типа
ACCR (Aluminum Conductor
Composite Reinforced).
Её
результатом
является
проволока
из
алюминия
диаметром
от
2
до
4,5
мм
,
армированная
несколькими
тысячами
волокон
оксида
алюминия
(Al
2
O
3
).
Далее
из
этих
проволок
скручивают
сердеч
-
ник
провода
по
тра
-
диционным
методам
производства
прово
-
дов
.
Оксид
алюминия
—
керамика
,
поэтому
отли
-
чается
устойчивостью
к
высокой
температуре
и
не
проводит
электрический
ток
.
Алюминий
,
как
осно
-
ва
матрицы
,
практически
не
подвержен
влиянию
большинства
факторов
окружающей
среды
,
таких
как
влажность
,
ультрафиолет
,
озон
и
т
.
д
.,
или
ведёт
себя
не
хуже
,
чем
всем
хорошо
известный
алюми
-
ний
марки
1350-
Н
19.
При
этом
,
будучи
металлом
,
алюминий
хорошо
защищает
волокна
и
от
пласти
-
ческих
изгибов
(
смятий
,
смещений
),
что
является
основным
механизмом
повреждения
продольно
-
ориентированных
волокнистых
структур
.
В
основе
технологии
«
полимерной
матрицы
»
ле
-
жит
использование
свойств
волокон
разных
типов
,
которые
защищаются
и
формуются
компаундами
разных
типов
.
В
рамках
данной
статьи
мы
рассма
-
триваем
сочетание
волокон
углерода
,
стекла
и
эпок
-
сидного
компаунда
.
Именно
этот
набор
является
основой
для
производства
сердечника
проводов
типа
ACCC (Aluminum Conductor
Composite Core).
С
помощью
процесса
пултрузии
волок
-
на
углерода
(
основной
эле
-
мент
)
защищаются
сверху
волокнами
стекла
,
и
вся
эта
конструкция
пропитывается
эпоксидным
компаундом
.
Ре
-
зультатом
становится
прово
-
лока
(
стержень
)
диаметром
от
5
до
11
мм
,
который
и
являет
-
ся
готовым
сердечником
для
проводов
данной
технологии
.
Углеродное
волокно
само
по
себе
устойчиво
к
темпера
-
турам
,
не
проводит
электри
-
ческий
ток
,
стекловолокно
Сравнение технологий
производства
композитных проводов
Роман КОТОВ,
руководитель направления композитных проводов
ЗАО «3М Россия»
Провода
с
композитным
сердечником
.
Конструкция
Провод
с
металлическим
сердечником
Провод
с
полимерным
сердечником
Сплав
AlZr —
наружный
повив
—
круглый
,
трапеция
Волокна
оксида
Al
в
Al —
проволока
сердечника
Волокна
оксида
Al Al
2
O
3
Углеволокно
,
стекловолокно
,
полимер
(
эпоксид
) —
сердечник
Отожжённый
Al —
наружный
повив
—
только
трапеция
47
№ 1 (16), январь–февраль, 2013
47
служит
искусственным
барьером
для
предотвращения
коррозии
углерода
и
алюминия
(
наружного
повива
про
-
вода
).
Эпоксидный
компаунд
образует
матрицу
,
скрепля
-
ющую
все
слои
.
Будучи
полимером
,
эпоксид
подвержен
в
разной
степени
влиянию
факторов
окружающей
среды
и
существенно
хуже
,
чем
алюминий
,
противостоит
пла
-
стическим
деформациям
волокон
при
изгибах
.
В
чем
же
практическая
разница
между
проводами
двух
разных
технологий
?
В
случае
технологии
металлической
матрицы
мы
име
-
ем
многопроволочный
(7, 19
и
более
проволок
)
скру
-
ченный
сердечник
провода
,
благодаря
чему
нагрузка
в
процессе
эксплуатации
равномерно
распределяется
по
всем
проволокам
.
В
случае
полимерного
сердечника
вся
нагрузка
воспринимается
одним
толстым
стержнем
.
Для
продольно
-
ориентированных
волокнистых
структур
характерными
свойствами
являются
высокая
продоль
-
ная
прочность
при
существенно
меньшей
изгибной
прочности
.
Ни
для
кого
не
секрет
,
что
толстая
одиночная
проволока
подвергается
существенно
большему
стрес
-
су
при
изгибе
,
нежели
несколько
тонких
и
скрученных
.
Кроме
того
,
полагаясь
только
на
один
несущий
элемент
,
необходимо
иметь
очень
существенный
запас
этого
эле
-
мента
по
прочности
и
долговечности
.
Под
запасом
подразумевается
,
насколько
близки
максимальные
рабочие
характеристики
к
предельным
для
материала
.
Поскольку
речь
идёт
о
высокотемпературных
прово
-
дах
,
то
максимально
допустимые
температуры
и
есть
основная
характеристика
для
рассмотрения
(
табл
.).
Так
как
волокна
в
обеих
технологиях
заведомо
стойки
к
вы
-
соким
температурам
,
то
ограничением
является
мате
-
риал
матрицы
,
т
.
е
.
алюминий
и
эпоксид
.
Для
алюминия
пределом
является
температура
плавления
(
примерно
660°
С
),
для
эпоксида
—
так
называемая
температура
стеклования
Tg.
Для
обоих
материалов
это
точка
невоз
-
врата
,
после
которой
прежние
свойства
не
восстанавли
-
ваются
.
Технология
Предел
, °
С
Заявленная
максимальная
температура
провода
, °
С
Металлическая
матрица
660
240
Полимерная
матрица
215
200
Имеет
смысл
сравнить
зависимость
прочности
сер
-
дечника
от
температуры
.
Изменения
прочности
метал
-
лического
сердечника
не
превышают
8%
до
500°
С
[1].
У
полимерного
сердечника
примерно
на
150°
С
начи
-
нается
падение
до
уровня
60%
от
начальной
прочнос
-
ти
[2].
Падение
прочности
полимерного
сердечника
не
так
страшно
—
тяжения
,
которые
на
практике
испыты
-
вает
сердечник
,
всё
равно
оказываются
ниже
.
Но
опас
-
ность
в
другом
:
в
процессе
эксплуатации
мы
не
контро
-
лируем
температуру
провода
.
Последняя
зависит
от
тока
и
целого
ряда
факторов
окружающей
среды
.
При
запасе
всего
в
15°
С
нет
гарантии
,
что
провод
не
перегреется
.
Именно
поэтому
в
работе
[3]
утверждается
,
что
«
необ
-
ходимо
точно
следовать
и
соблюдать
эксплуатационный
предел
при
применении
технологий
многослойных
мате
-
риалов
на
практике
.
Полимерные
композиты
не
должны
использоваться
при
температурах
,
превышающих
их
температуры
стеклования
,
и
при
выполнении
опреде
-
лённых
строительных
работ
рекомендуется
выбирать
материалы
,
которые
имеют
температуру
Tg,
по
меньшей
мере
на
30°
С
превышающую
максимально
ожидаемую
температуру
при
эксплуатации
изделий
из
данных
мате
-
риалов
».
Рекомендации
CIGRE [4]
по
квалификации
проводов
новых
типов
устанавливают
ещё
более
высокую
планку
запаса
— 35°
С
.
Таким
образом
, «
безопасной
температу
-
рой
»
для
полимерного
сердечника
является
температура
не
выше
175°
С
.
В
сердечнике
же
,
сделанном
по
технологии
металли
-
ческой
матрицы
,
эксплуатационный
запас
более
чем
до
-
статочен
.
Ещё
одним
элементом
оценки
является
стойкость
к
факторам
окружающей
среды
.
И
здесь
полимерный
сердечник
требует
очень
внимательного
отношения
.
Та
же
самая
Tg
оказывается
сильно
подверженной
со
-
вместному
влиянию
высокой
влажности
и
температуры
.
Так
,
при
длительном
погружении
в
воду
при
температу
-
ре
40°
С
согласно
[5]
падение
и
восстановление
после
прекращения
испытаний
значения
Tg
составило
77
и
91%
от
первоначального
значения
соответственно
.
Это
означает
,
что
,
испытав
одновременное
воздействие
вла
-
ги
и
температуры
всего
в
40°
С
, Tg
уменьшилась
на
9%.
При
начальном
значении
в
215°
С
это
означает
падение
ниже
двухсот
,
т
.
е
.
ниже
максимальной
заявленной
рабо
-
чей
темпера
-
туры
.
Подобное
воздействие
же
на
алюминиевый
компо
-
зит
никак
не
изменит
его
температуры
плавления
как
эксплуатационного
предела
.
Рамки
статьи
не
позволяют
давать
более
глубоких
и
детальных
сравнений
двух
технологий
.
Цель
статьи
—
дать
специалистам
-
практикам
представление
о
специфи
-
ке
,
возможностях
и
рисках
их
применения
.
Оценка
вли
-
яния
этих
рисков
и
выбор
того
или
иного
решения
для
проектов
по
строительству
ВЛ
остаются
за
инженерами
и
специалистами
сетей
.
ЛИТЕРАТУРА
1. Dr. Colin McCullough, Accelerated Thermal Aging
Behavior for Aluminum-Matrix Composite Wire used in
the Core for ACCR.
2. Ahmad A. Alawar*, Eric J. Bosze**, Steven R. Nutt**,
High Temperature Strength and Creep of an Al
Conductor with a Hybrid Composite Core.
3. Karbhari V.M., J.W. Chin, D. Hunston, B. Benmokrane,
T. Juska, R. Morgan, J.J. Lesko, U. Sorathia and D.
Reynaud, “Durability Gap Analysis for Fiber-Reinforced
Polymer Composites in Civil Infrastructure»,
4. Working Group B2.26, CIGRE 429 Guide for Qualifying
High TemperatureConductors for Use on Overhead
Transmission Lines, 2010.
5.
А
ccelerated Aging and Durability of Composite Rods
for Power Transmission Lines, N.K. Kara, Y.-I. Tsaia,
E. Barjasteha, E.J. Boszea,b, S.R. Nutta.
www.3MACCR.ru
Табл
.
Эксплуатационный
запас
по
температуре
Оригинал статьи: Сравнение технологий производства композитных проводов
В последнее время на рынке появились неизолированные провода новых конструкций, разнообразие которых вносит некоторый сумбур в устоявшиеся и традиционно консервативные представления специалистов отрасли о неизолированном проводе.
