Экспериментальные исследования усталостной прочности и поверхностного электросопротивления алюминиевого провода воздушных линий электропередач

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. 

1. 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).

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.