energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2021-14-4-189-195energsecurity-782Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSЭкспериментальные исследования усталостной прочности и поверхностного электросопротивления алюминиевого провода воздушных линий электропередачExperimental studies of fatigue strength and surface electrical resistance of aluminum wire of overhead power transmission linesКульковВ. Г.Kul’kovV. G.

пр. Ленина 69, 404110 Волжский

Lenina str. 69, Volzhskiy 404110

vikulkov@yandex.ruТышкевичВ. Н.TyshkevichV. N.

пр. Ленина 69, 404110 Волжский

Lenina str. 69, Volzhskiy 404110

КурьяновВ. Н.KuryanovV. N.

пр. Ленина 69, 404110 Волжский

Lenina str. 69, Volzhskiy 404110

СултановМ. М.SultanovM. M.

пр. Ленина 69, 404110 Волжский

Lenina str. 69, Volzhskiy 404110

НоровД. Ш.NorovD. Sh.

пр. Ленина 69, 404110 Волжский

Lenina str. 69, Volzhskiy 404110

НарыковаМ. В.NarykovaM. V.

Политехническая ул. 26, 194021 Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya 26, St Petersburg 194021

КадомцевА. Г.KadomtsevA. G.

Политехническая ул. 26, 194021 Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya 26, St Petersburg 194021

ПрасоловН. Д.PrasolovN. D.

Политехническая ул. 26, 194021 Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya 26, St Petersburg 194021

БрунковП. Н.BrunkovP. N.

Политехническая ул. 26, 194021 Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya 26, St Petersburg 194021

ЛихачевА. И.LikhachevA. I.

Политехническая ул. 26, 194021 Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya 26, St Petersburg 194021

СоколовР. П.SokolovR. V.

Политехническая ул. 26, 194021 Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya 26, St Petersburg 194021

ЛевинА А.LevinA. A.

Политехническая ул. 26, 194021 Санкт-Петербург

Politekhnicheskaya 26, St Petersburg 194021

Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт», филиал в г. ВолжскомРоссияNational Research University Moscow Power Engineering Institute, Department of Energy VolzhskiyRussian FederationФизико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наукРоссияIoffe InstituteRussian Federation202127012022144189195Copyright © Кульков В.Г., Тышкевич В.Н., Курьянов В.Н., Султанов М.М., Норов Д.Ш., Нарыкова М.В., Кадомцев А.Г., Прасолов Н.Д., Брунков П.Н., Лихачев А.И., Соколов Р.П., Левин А.А., 20222022Кульков В.Г., Тышкевич В.Н., Курьянов В.Н., Султанов М.М., Норов Д.Ш., Нарыкова М.В., Кадомцев А.Г., Прасолов Н.Д., Брунков П.Н., Лихачев А.И., Соколов Р.П., Левин А.А.Kul’kov V.G., Tyshkevich V.N., Kuryanov V.N., Sultanov M.M., Norov D.S., Narykova M.V., Kadomtsev A.G., Prasolov N.D., Brunkov P.N., Likhachev A.I., Sokolov R.V., Levin A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/782

Воздействие ветра на провода воздушных линий передач приводит к появлению их вибрации, а также колебаний с различными амплитудами. В местах подвески провода возникают повреждения структуры металла усталостного типа. Это избыточное по сравнению с равновесным количество вакансий, дислокации, границы зерен и блоков. Дефектная структура деградирует в направлении образования микронесплошностей и трещин. Зарождение и развитие зоны повреждений происходит с поверхности провода. Для предотвращения разрыва необходимо осуществлять контроль развития этой зоны в процессе эксплуатации линии без демонтажа провода. Для повышения точности оценки уровня накопления усталостных повреждений, предельных состояний провода рекомендуется разработка способов, основанных на измерении электрического сопротивления материала провода при развитии усталостных повреждений. Предложен метод контроля состояния поверхностного слоя путем измерения электрического сопротивления на высоких частотах. Толщина контролируемого слоя определяется частотой измерительного сигнала вследствие наличия поверхностного эффекта. Для эффективного контроля глубина проникновения поля в проводник должна быть соизмерима с толщиной дефектного слоя. Для экспериментального исследования были взяты образцы нового провода и проводов после различного периода эксплуатации на действующих линиях.По результатам статических испытаний определен предел прочности и степень нелинейности кривой растяжения. Приведены результаты экспериментальных исследований усталостной прочности и поверхностного электросопротивления отдельной алюминиевой проволоки провода А50. Образцы испытывались на усталость при нагрузках, близких к условному пределу выносливости. Были проведены измерения поверхностного сопротивления проволок до и после усталостных испытаний в диапазоне частот 200 Гц – 2 МГц. Исследования показали наличие зависимости поверхностного сопротивления от степени развития усталостных повреждений что может использоваться для диагностики накопления усталостных повреждений. 

The effect of wind on the wires of overhead transmission lines leads to their vibration, as well as oscillations of different amplitudes. At places where the wire is suspended, damage to the metal structure of the fatigue type occurs. This is an excessive number of vacancies, dislocations, grain boundaries and blocks compared to the equilibrium one. The defective structure degrades in the direction of the formation of micro-gaps and cracks. The generation and development of the damage zone occurs from the surface of the wire. To prevent a rupture, it is necessary to monitor the development of this zone during the operation of the line without dismantling the wire. To improve the accuracy of assessing the level of accumulation of fatigue damage, the limiting states of the wire, it is recommended to develop methods based on measuring the electrical resistance of the wire material during the development of fatigue damage. A method for monitoring the state of the surface layer by measuring electrical resistance at high frequencies is proposed. The thickness of the controlled layer is determined by the frequency of the measuring signal due to the presence of a surface effect. For effective control, the depth of penetration of the field into the conductor must be commensurate with the thickness of the defective layer. For experimental research, samples were taken of a new wire and wires after various periods of operation on existing lines. According to the results of static tests, the tensile strength and the degree of nonlinearity of the tensile curve were determined. The results of experimental studies of fatigue strength and surface electrical resistance of a separate aluminum wire of A50 conductor are presented. The samples were tested for fatigue under loads close to the conditional endurance limit. The surface resistance of the wires was measured before and after fatigue tests in the frequency range 200 Hz – 2 MHz. The studies have shown the dependence of surface resistance on the degree of development of fatigue damage, which can be used to diagnose the accumulation of fatigue damage.

Усталостная прочностьнадежность линиитехническое состояниеповерхностный эффектэлектрическое сопротивлениеfatigue strengthline reliabilitytechnical conditionsurface effectelectrical resistanceРабота выполнена при финансовой поддержке государственного задания РФ, грант № 0720-2020-0025 «Разработка методов и анализ способов достижения высокого уровня безопасности и конкурентоспособности объектов энергосистем на основе цифровых технологий» с использованием оборудования и программного обеспечения Центра совместного использования «Материаловедение и диагностика в перспективных технологиях» (Физико-технический институт РАН им. А. Ф. Иоффе (Ioffe Institute), Санкт-Петербург, Россия).This work was carried out with the financial support of the state assignment RF No. 0720-2020-0025 "Development of methods and analysis of ways to achieve a high level of safety and competitiveness of objects of energy systems based on digital technologies" using the equipment and software of the Center of Joint Use "Materials Science and Diagnostics in Advanced Technologies" (Ioffe Institute, St. Petersburg, Russia).ReferencesKuryanov V. N., Kul’kov V. G., Firsov Yu. V., Norov D. Sh., Popova M. V. Development of a procedure for prediction of reliability indicators and economic efficiency control of power equipment with application of digital technologies in the conditions of transition to digital activeadaptive networks with distributed intelligent automation and control system. Jenergosberezhenie i vodopodgotovka 2021; (3): 42–45. (In Russ).Kuryanov V. N., Kul’kov V. G., Firsov Yu. V., Norov D. Sh., Popova M. V. Development of a procedure for prediction of reliability indicators and economic efficiency control of power equipment with application of digital technologies in the conditions of transition to digital activeadaptive networks with distributed intelligent automation and control system. Jenergosberezhenie i vodopodgotovka 2021; (3): 42–45. (In Russ).Kuryanov V. N., Kul’kov V. G., Skopova E. M., Firsov Yu. V., Norov D. Sh. Detection of damage sites on overhead power lines with a voltage of 110 kV or higher. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 2021; 1035: 012038.Kuryanov V. N., Kul’kov V. G., Skopova E. M., Firsov Yu. V., Norov D. Sh. Detection of damage sites on overhead power lines with a voltage of 110 kV or higher. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 2021; 1035: 012038.Rossi A., Jubayer Ch., Koss H., Arriaga D., Hangan H. Combined effects of wind and atmospheric icing on overhead transmission lines. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2020; 204: 104271.Rossi A., Jubayer Ch., Koss H., Arriaga D., Hangan H. Combined effects of wind and atmospheric icing on overhead transmission lines. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2020; 204: 104271.Hughes W., Zhang W., Bagtzoglou A.C., Wanik D., Pensado O., Yuan H., Zhang J. Damage modeling framework for resilience hardening strategy for overhead power distribution systems Reliability Engineering & System Safety 2021; 207: 107367.Hughes W., Zhang W., Bagtzoglou A.C., Wanik D., Pensado O., Yuan H., Zhang J. Damage modeling framework for resilience hardening strategy for overhead power distribution systems Reliability Engineering & System Safety 2021; 207: 107367.Kalombo R. B., Miranda T. B., Rocha P. H. C., Ferreira J. L. A., Silva C. R. M., Araújo J. A. Fatigue performance of overhead conductors tested under the same value of H/w parameter. Procedia Engineering 2018; 213: 346–358.Kalombo R. B., Miranda T. B., Rocha P. H. C., Ferreira J. L. A., Silva C. R. M., Araújo J. A. Fatigue performance of overhead conductors tested under the same value of H/w parameter. Procedia Engineering 2018; 213: 346–358.Nasution F. P., Sævik S., Berge S. Experimental and finite element analysis of fatigue strength for 300 mm2 copper power conductor. Marine Structures 2014; 39: 225–254.Nasution F. P., Sævik S., Berge S. Experimental and finite element analysis of fatigue strength for 300 mm2 copper power conductor. Marine Structures 2014; 39: 225–254.Kalombo R. B., Reinke G., Miranda T. B., Ferreira J. L. A., da Silva C. R. M., Araújo J. A. Experimental study of the fatigue performance of overhead pure aluminium cables. Procedia Structural Integrity 2019; 19: 688–697.Kalombo R. B., Reinke G., Miranda T. B., Ferreira J. L. A., da Silva C. R. M., Araújo J. A. Experimental study of the fatigue performance of overhead pure aluminium cables. Procedia Structural Integrity 2019; 19: 688–697.Alhassan A., Zhang X., Shen H., Xu H. Power transmission line inspection robots: A review, trends and challenges for future research. International Journal of Electrical Power & Energy Systems 2020; 118: 105862.Alhassan A., Zhang X., Shen H., Xu H. Power transmission line inspection robots: A review, trends and challenges for future research. International Journal of Electrical Power & Energy Systems 2020; 118: 105862.Levin A. A., Narykova M. V., Lihachev A. I. et al. Modification of the structural, microstructural, and elastoplastic properties of aluminum wires after operation. Metals 2021; 11: 1955.Levin A. A., Narykova M. V., Lihachev A. I. et al. Modification of the structural, microstructural, and elastoplastic properties of aluminum wires after operation. Metals 2021; 11: 1955.Bartosz J., Beata S., Małgorzata Z., Krystian F., Paweł S. The researches of influence of strengthening on fatigue strength of aluminium wires for OHL conductors. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2019; 19(3): 862–870.Bartosz J., Beata S., Małgorzata Z., Krystian F., Paweł S. The researches of influence of strengthening on fatigue strength of aluminium wires for OHL conductors. Archives of Civil and Mechanical Engineering 2019; 19(3): 862–870.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.