Badania zmian elektro-mechanicznych własności przewodowych drutów ze stopu AlMgSi jako efektu długotrwałego działania podwyższonych temperatur

• Autorzy: Tarasek A. , Knych T. , Mamala A.

Warianty tytułu

EN

Examination of the changes of electro-mechanical properties of conductor wires from AlMgSi alloy resulting from long-term operation at elevated temperature

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przewody elektroenergetycznych linii napowietrznych podlegają działaniu naprężenia i temperatury. Górny poziom dopuszczalnych naprężeń przewodów wynika z nośności przewodów, osprzętu i konstrukcji wsporczych. Równocześnie, ze względów bezpieczeństwa, określa się minimalną bezpieczną odległość przewód-ziemia, która limituje maksymalny zwis i minimalne naprężenie w przewodzie, a tym samym poziom górnych temperatur przewodu. Z drugiej strony długoczasowa ekspozycja przewodu na działanie podwyższonych temperatur skutkuje degradacją jego własności wytrzymałościowych. Jest to drugi i kluczowy aspekt wyznaczania dopuszczalnej temperatury prac przewodu. Degradacja własności wytrzymałościowych przewodów podczas eksploatacjijest istotnym parametrem, który powinien być brany pod uwagę przy projektowaniu linii, powoduje on bowiem ryzyko statycznego zniszczenia linii w warunkach sadzi katastrofalnej oraz aktywuje procesy reologiczne i zmęczeniowe w przewodzie. Te procesy powodują nadmierne podwyższanie się zwisu przewodu i pęknięcia drutów przy uchwytach. Drugim aspektem jest przegrzewanie się kontaktów przewód-uchwyt, co prowadzi do powiększenie się lokalnej degradacji własności przewodów. W pracy przedstawiono analizę znanych z literatury równań Harveya i Morgana. Dokładność obliczeń zmian wytrzymałości materiału prowadzona w oparciu o te równania nie jest jednak zadowalająca w przypadku drutów ze stopu AlMgSi. Ponadto w pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych zmian własności wytrzymałościowych i elektrycznych drutów poddanych ekspozycji na długotrwałe działanie podwyższonej temperatury. Badania prowadzono na drutach o czterech średnicach, właściwych dla typowych przewodów elektroenergetycznych. Stwierdzono wzrost wytrzymałości na rozciąganie drutów podczas wygrzewania w niższych temperaturach i w krótszych czasach. Zjawisk takich nie uwzględniają równania Harveya i Morgana. Ogólnie rzecz biorąc, prędkość spadku wytrzymałości drutu jest funkcją temperatury, czasu i rodzaju drutu. Równocześnie druty ze stopu AlMgSi skutkiem wygrzewania wykazują nawet ok. 15 % spadek rezystywności. Jest to znamienna dla tych materiałów cecha, która nie ujawnia się w drutach z czystych metali, jak Al lub Cu i umożliwia podwyższenie zdolności przesyłowych linii napowietrznej z przewodami stopowymi. W pracy zaproponowano również oryginalny opis matematyczny zachodzących zmian wytrzymałości na rozciąganie i rezystywności drutów stopowych.

EN

Conductors in overhead lines are exposed for different stresses and sags. For the line maximal stress is established in connection with conductors, accessories and poles strength. Together due to safety of line minimal conductor-earth distance and maximal sag and minimal stress are determined. In fact these parameters determines in first set maximum level of conductor temperatures. On the other side, long time exposure for high temperatures causes in decrease of conductor UTS. It is second aspect for conductor temperature determination. Decrease of conductor strength is important factor during design of line. Decrease of conductor strength results in static damage of line due to catastrophic ice deposition on conductor. Reduction of UTS of conductor increase rheological and fatigue processes on conductor. These processes results in increase of conductor sag due to creep and disorder of forces in conductor in sections or causes damage in of wires near clamp due to fatigue. Second aspect is heating of points of conductor-accessories cooperation and in consequence higher local degradation of conductor properties. It is clear that analysis of problem of conductor strength degradation is very important. In the paper Harvey and Morgan equations, known from literature are presented. Accuracy of calculation with these equations is not satisfactory for AlMgSi alloy wires. Effects of experimental exposure four different sizes of wire used for typical conductor to high temperature are presented and discussed. Increase of UTS at the lower temperatures and short times are reported and commented in connection with Hamey and Morgan equation. Velocity of strength decrease is function of temperature, time and type of wire. Aluminium alloy wires shows decrease of material resistivity up to 15 %. Its important issue unlike to aluminium and copper wires and can by used in current capacity increase. Original equations for mathematical description of investigated phenomena are proposed.

Słowa kluczowe

PL

stopy aluminium; drut ze stopu AlMgSi; badania własności temperaturowych; badania własności wytrzymałościowych

EN

aluminium alloys; AlMgSi wires; temperature properties; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 50, nr 5
• Strony: 268--277
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tarasek A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków

autor

Knych T.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków

autor

Mamala A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Metali Nieżelaznych, Kraków

Bibliografia

• 1.Knych T., Mamala A., Nowak S.: Zmiany naprężeń w napowietrznych przewodach elektroenergetycznych ze stopów aluminium uwzględniające reologiczną naturę materiału. Materiały Sympozjum Mechaniki Zniszczenia Materiałów i Konstrukcji, Augustów, 23-26 maj 2001, s. 129-155.
• 2. Demel W., Domański E. i in.: Napowietrzne linie elektroenergetyczne wysokiego napięcia. WNT, Warszawa, 1973.
• 3. Knych T., Mamala A., Nowak S., Zasadziński J.: Samonośneprzewody z aluminium stopowego dla energetyki. Cz. 1. Rudy Metale r. 46, 2001, nr 5-6, s. 277-284, Cz. 2. Rudy Metale r. 46, 2001, nr 7, s. 319-326, Cz. 3. Rudy Metale r. 46, 2001, nr 8, s. 373-379, Cz. 4. Rudy Metale r. 46 2001, nr 10, s. 471-480.
• 4. IEC 61597:1995, Overhead electrical conductors — Calculation methods for stranded bare conductors.
• 5. Zarządzenie Ministra Górnictwa i Energetyki z dn. 17.07.1974 w sprawie doboru przewodów i kabli elektroenergetycznych do obciążeń prądem elektrycznym, Dziennik Budownictwa, 1974, nr 7.
• 6. WG 22.12 The thermal behavior of overhead conductors — mathematical model for evaluation of conductor temperature in steady state and application thereof, Electra, 1992, nr 144.
• 7. Ramon G. J.: Dynamic Thermal Line Rating. IEEE Trans, on PWRD, t. PWRD-2, 1987, nr 3.
• 8. Morgan V. T.: Thermal behavior of electrical conductors. J. Willey & SONS INC. 1991.
• 9. Luke G. E.: Current capacity of wires and cables. Electr. J., t. 20, apr. 1923.
• 10. Binder L: Short Circuit Heating in Power Plants and transmission Systems. Electr. Zeitsch., t. 37, nov. 1916.
• 11. Gut G.. Gruenberg L. M.: Heating of Conductors at Short Leading Times and at Short Circuits. Buli. de FAssoc. Suise des Elect., t. 18, nov. 1927.
• 12. Bohner H.: Change of Tensile Strength and Electric Conductivity of Hard-Drawn Wires of Copper Bronze, Aluminium, Aludur and Aldrey Subjected to Short-Time Annealing. Z. Metalłkde, t. 20, apr. 1928.
• 13. Zerleeder A., BossliardM., Irmann R.: Warmfestigkeit und Warnharte verschiedener Aluminiumlegierungen. Z. Metalłkde, t. 25, dec. 1933.
• 14. Thomas M.: Einige Betriebserfahrungen mit Aldreyleitungen. Buli. Schweiz. Elektrotech., t. 25. 1934.
• 15. ZeerlederA., Irmann R.: Mechanical properties of aluminium and its alloys after prolonged heating. J. Inst. Met., t. 59, feb. 1936.
• 16. Harvey J. R.: Effect of elevated temperature operation on the strength of aluminium conductors. IEEE Trans., t. PAS 91, sept./oct,1972.
• 17. Alcoa Aluminum Overhead Conductor Engineering Data. Alcoa, Pittsburg, Pa.
• 18. Cigre: Loss in strength of overhead electrical conductors caused by elevated temperature operation. Electra, t. 162, oct. 1995.
• 19. Morgan V. T.: The loss of tensile strength of hard drawn conductors by annealing in service. IEEE Trans., t. PAS 98, may/june 1979.
• 20. Morgan V. T.: Effect of elevated temperature operation on the tensile strength of overhead conductors. IEEE Trans, on PWRD., t. lljan. 1996.
• 21. Adamach K., Mizuno Y., Natio K.: Probabilistic assessment of the reduction in Tensile Strength of an Overhead Transmission Line' s Conductor With Reference to Climatic Data. IEEE Trans, on PWRD, t. 15, oct. 2000.
• 22. PN-E5100: 1998, Elektroenergetyczne linie napowietrzne. Projektowanie i budowa.