Схема расположения проводников для создания трехфазных силовых кабелей и воздушных линий электропередач с развитием технических возможностей

Изобретение относится к таким областям, как электроэнергетика, в части передачи электроэнергии, и электротехническая промышленность, в части производства кабельной и проводниковой продукции. Сущность изобретения заключается в использовании, как можно большего количества изолированных проводников меньшего одинакового сечения, формы и количества на каждую фазу, где поверхностный эффект выражен меньше, чем в проводниках большего сечения. В перспективе, с развитием технологий изготовления изоляционных материалов и сверхтонких проводников можно получить неограниченную пропускную способность линий. Кабели и воздушные линии с использованием двух и более проводников на фазу, удобнее в монтаже и эксплуатации за счет уменьшения толщины присоединяемых проводников и уменьшения габаритов и веса конструкций. Снижение потерь электроэнергии в линии, а также снижение ее габаритов и веса является техническим результатом изобретения. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к таким областям, как электроэнергетика, в части передачи электроэнергии, и электротехническая промышленность, в части производства кабельной и проводниковой продукции.

Из уровня техники известно, что действующая схема расположения проводников нашла свое применение в конструкциях, выпускаемых промышленностью силовых кабелей и воздушных линиях электропередач, где каждой фазе соответствует один проводник (В.С.Дзюбан, Я.С.Риман, А.К.Маслий «Справочник энергетика угольной шахты», Москва, «Недра», 1983 год).

Недостатком существующей схемы является: невысокая пропускная способность, увеличивающаяся незначительно при значительном увеличении сечения из-за поверхностного эффекта, огромные электродинамические нагрузки на проводники, возникающие во время экстремальных нагрузок (пуски мощных электродвигателей, режимы короткого замыкания в линии и т.д.) и как следствие - большие падения напряжения и потери в линии, большая металлоемкость проводников из-за поверхностного эффекта, так как сечение проводников используется не полностью, большие габариты и вес кабелей, и воздушных линий.

Схема расположения проводников для создания трехфазных силовых кабелей и воздушных линий электропередач с развитием технических возможностей, отличающаяся тем, что вместо одного проводника на каждую фазу кабеля или воздушной линии электропередач используются по два изолированных проводника одинакового сечения и формы, и находящиеся под одинаковым потенциалом, расположенные поочередно названиям фаз, через равные промежутки, по периметру, образованному сторонами равностороннего треугольника, а также возможностью использования более двух изолированных проводников одинакового сечения, формы и количества на каждую фазу для получения большего технического результата. Схема расположения проводников «по два» на каждую фазу является основой для всех последующих схем развития данной схемы, а так же частным случаем осуществления изобретения.

Схема расположения проводников «по три» на каждую фазу является развитием предыдущей схемы и частным случаем осуществления изобретения. Эта схема представляет собой введением в предыдущую схему дополнительно трех изолированных проводников, т.е. по одному изолированному проводнику такого же сечения и формы на каждую фазу, как в предыдущей схеме и расположенным поочередно названиям фаз, через равные промежутки в вершине и на двух сторонах равностороннего треугольника, образованного зеркальным отражением предыдущего треугольника или переворачиванием предыдущего треугольника вокруг одной из сторон на 180°.

Схема расположения проводников «по четыре» на каждую фазу является развитием предыдущей схемы и частным случаем осуществления изобретения. Эта схема представляет собой введением в предыдущую схему дополнительно трех изолированных проводников, т.е. по одному изолированному проводнику такого же сечения и формы на каждую фазу, как в предыдущей схеме и расположенным поочередно названиям фаз, через равные промежутки в вершине и на двух сторонах равностороннего треугольника, образованного зеркальным отражением предыдущего треугольника или переворачиванием предыдущего треугольника вокруг одной из свободных сторон на 180°.

Схема расположения проводников «по пять» на каждую фазу является развитием предыдущей схемы и частным случаем осуществления изобретения. Эта схема представляет собой введением в предыдущую схему дополнительно трех изолированных проводников, т.е по одному изолированному проводнику такого же сечения и формы на каждую фазу, как в предыдущей схеме и расположенным поочередно названиям фаз, через равные промежутки в вершине и на двух сторонах равностороннего треугольника, образованного зеркальным отражением треугольника, образованного в схеме расположения проводников «по три» на каждую фазу или переворачиванием последнего вокруг оставшейся свободной стороны на 180°.

Сущность изобретения заключается в использовании, как можно большего количества изолированных проводников меньшего одинакового сечения, одинаковой формы и количества на каждую фазу, где поверхностный эффект выражен меньше, чем в проводниках большего сечения и равномерного распределения токов фаз по этим проводникам. Наибольший технический результат будет достигнут при максимальном количестве проводников наименьшего сечения. Для пропускания какой-то определенной величины тока потребуется такое количество изолированных проводников одинакового сечения и формы на каждую фазу, что их суммарное сечение на каждую фазу будет в несколько раз меньше сечения проводника по старой схеме, рассчитанного на такой же ток. Следовательно, для пропускания одной и той же величины тока потребуется кабель или воздушная линия с габаритами и весом в несколько раз меньше, чем в конструкциях кабелей или воздушных линий по старой схеме, или наоборот, при одинаковом суммарном сечении изолированных проводников и сечения одинарных проводников по старой схеме, пропускная способность первых будет больше в несколько раз.

Примером получения технического результата является сравнение технических характеристик трехфазного кабеля по старой схеме с характеристиками кабеля, созданного по новой схеме. Возьмем кабель с сечением жил 10 мм², с длительным допустимым током 55 A при прокладке открыто на воздухе. При использовании двух изолированных проводников сечением 10 мм² каждого на фазу, получим суммарное сечение 20 мм² с длительным допустимым током 2×55=110 A, что соответствует сечению 30 мм² одинарной жилы. Технический результат: 30 мм²:20 мм²=1,5. При использовании трех изолированных проводников с сечением 10 мм² каждого на фазу, получаем суммарное сечение 30 мм² с длительным током 3×55=165 A, что соответствует по току сечению 60 мм² одинарной жилы. Технический результат: 60 мм²:30 мм²=2. При использовании четырех изолированных проводников с сечением 10 мм² каждого на фазу, получаем суммарное сечение 40 мм² с длительным током 4×55=220 A, что соответствует по току сечению 95 мм² одинарной жилы. Технический результат: 95 мм²:40 мм²=2,375. При использовании пяти изолированных проводников с сечением 10 мм² каждого на фазу получаем суммарное сечение 50 мм² с длительным током 5×55=275 A, что соответствует по току сечению 130 мм² одинарной жилы. Технический результат: 130 мм²:50 мм²=2,6. При увеличении количества изолированных проводников на фазу технический результат будет только нарастать.

Подтверждением работоспособности схемы расположения проводников с развитием технических возможностей является то, что все проводники схемы находятся в одинаковых условиях, а результирующая сила взаимодействия на любой из проводников и всей системы в целом равна нулю. В качестве доказательства того, что на любой из проводников действует одинаковая результирующая сила, равная нулю, приведем пример с двумя изолированными проводниками на каждую фазу. Между двумя одноименными проводниками этой схемы возникают силы притяжения. В то же время между разноименными проводниками возникает сила отталкивания. Силы притяжения и отталкивания равны по величине и направлены противоположно друг другу. Результирующие этих сил будут равны нулю. Это означает, что при максимальных режимах (пуски мощных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, режим короткого замыкания и т.д.) электродинамические нагрузки на проводники будут равны нулю и, как следствие этого, падение напряжения и потеря электроэнергии в этих линиях будут минимальны. Сущность данной схемы заключается в ее развитии. Чем больше проводников наименьшего сечения будет использовано, тем большей пропускной способностью, меньшими габаритами и весом будет обладать кабель или линия. Все будет зависеть от уровня технологии их изготовления по новой схеме.

Перечень фигур:

фигура 1 - силы притяжения между одноименными проводниками в схеме расположения проводников по «два» на каждую фазу,

фигура 2 - силы отталкивания между разноименными проводниками в схеме расположения проводников «по два» на каждую фазу,

фигура 3 - результирующие силы воздействия на каждый проводник, равные нулю в схеме расположения проводников «по два» на каждую фазу,

фигура 4 - схема расположения проводников «по два» на каждую фазу,

фигура 5 - схема расположения проводников «по три» на каждую фазу,

фигура 6 - схема расположения проводников «по четыре» на каждую фазу,

фигура 7 - схема расположения проводников «по пять» на каждую фазу.

Для осуществления изобретения необходимо изготовление по любой из этих схем трехфазных силовых кабелей и воздушных линий электропередач.

1. Схема расположения проводников трехфазных силовых кабелей и воздушных линий электропередач, в которой на каждую фазу кабеля или воздушной линии электропередач используются по два изолированных проводника одинакового сечения и формы, находящихся под одинаковым потенциалом и расположенных поочередно названием фаз через равные промежутки по периметру, образованному сторонами равностороннего треугольника.

2. Схема расположения проводников по п.1, которая дополнительно снабжена тремя проводниками такого же сечения и формы, расположенными на двух сторонах равностороннего треугольника, образованного зеркальным отражением предыдущего треугольника или переворачиванием предыдущего треугольника вокруг одной из сторон на 180°.

3. Схема расположения проводников по п.2, которая дополнительно снабжена тремя проводниками такого же сечения и формы, расположенными на двух сторонах равностороннего треугольника, образованного зеркальным отражением предыдущего треугольника или переворачиванием предыдущего треугольника вокруг одной из сторон на 180°.

4. Схема расположения проводников по п.3, которая дополнительно снабжена тремя проводниками такого же сечения и формы, расположенными на двух сторонах равностороннего треугольника, образованного зеркальным отражением предыдущего треугольника или переворачиванием предыдущего треугольника вокруг одной из сторон на 180°.