способ выбора проводников воздушной линии электропередач

Формула изобретения

1. Способ выбора проводников для воздушной линии электропередачи, включающий стадии, на которых: определяют по меньшей мере один желательный параметр анкерного участка воздушной линии электропередачи, поддерживаемой по меньшей мере двумя башенными опорами; и выбирают конфигурацию проводника для анкерного участка воздушной линии электропередачи на основании по меньшей мере одного правила выбора и по меньшей мере одного определенного желательного параметра, где конфигурация проводника включает по меньшей мере первый проводник, расположенный последовательно с по меньшей мере вторым проводником, имеющим по меньшей мере один параметр, отличающийся от по меньшей мере одного параметра первого проводника.

2. Способ по п.1, в котором определение по меньшей мере одного желательного параметра анкерного участка воздушной линии электропередачи включает получение данных о воздушной линии электропередачи, вводимых через пользовательский интерфейс системы выбора проводника, и в котором выбор конфигурации проводника осуществляется системой выбора проводника автоматически.

3. Способ по п.1, в котором определение по меньшей мере одного желательного параметра анкерного участка воздушной линии электропередачи и выбор конфигурации проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи осуществляются человеком вручную.

4. Способ по п.1, дополнительно включающий получение информации о географическом профиле, описывающей географическую область, где должен быть установлен анкерный участок воздушной линии электропередачи, в котором выбор конфигурации проводника анкерного участка линии передачи включает выбор конфигурации проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи на основании информации о географическом профиле, по меньшей мере одного определенного желательного параметра и по меньшей мере одного правила выбора.

5. Способ по п.4, дополнительно включающий моделирование анкерного участка воздушной линии электропередачи в соответствии с информацией о географическом профиле и по меньшей мере одним определенным желательным параметром, в котором выбор конфигурации проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи основан по меньшей мере частично на модели воздушной линии электропередачи.

6. Способ по п.1, в котором первый и второй проводники различаются по меньшей мере по одному параметру из веса, термического расширения, диаметра, армирующего материала, проводящего материала, электрического сопротивления, прочности на разрыв, упругости или стоимости.

7. Способ по п.1, в котором по меньшей мере две башенные опоры включают по меньшей мере одну промежуточную башенную опору, которая поддерживает анкерный участок воздушной линии электропередачи между двумя концевыми опорами.

8. Способ по п.1, в котором по меньшей мере один желательный параметр анкерного участка воздушной линии электропередачи включает по меньшей мере один параметр из зазора анкерного участка воздушной линии электропередачи, провисания анкерного участка воздушной линии электропередачи, электрических характеристик воздушной линии электропередачи, веса анкерного участка воздушной линии электропередачи и натяжения анкерного участка воздушной линии электропередачи.

9. Способ по п.1, в котором выбор конфигурации проводника далее включает выбор конфигурации проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи на основании по меньшей мере одного параметра из стоимости конфигурации проводника, электрических характеристик конфигурации проводника или усилия, создаваемого конфигурацией проводника на по меньшей мере одной башенной опоре.

10. Способ по п.1, дополнительно включающий получение вводимых данных о башенных опорах, определяющих по меньшей мере один параметр из высоты башенной опоры или местонахождения башенной опоры.

11. Способ по п.1, дополнительно включающий установку по меньшей мере первого проводника и по меньшей мере второго проводника выбранной конфигурации проводника в качестве анкерного участка воздушной линии электропередачи на месте установки.

12. Компьютеризованная система выбора проводников для воздушной линии электропередачи, содержащая: процессор, определяющий по меньшей мере один желательный параметр анкерного участка воздушной линии электропередачи, поддерживаемой по меньшей мере двумя башенными опорами, и выбирающий конфигурацию проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи на основании по меньшей мере одного определенного желательного параметра и по меньшей мере одного правила выбора, где конфигурация проводника включает по меньшей мере первый проводник и второй проводник, имеющий по меньшей мере один параметр, отличающийся от по меньшей мере одного параметра первого проводника.

13. Система по п.12, дополнительно содержащая запоминающее устройство, которое сохраняет по меньшей мере один желательный параметр, информацию о географическом профиле и по меньшей мере одно правило выбора, в которой процессор выбирает конфигурацию проводника на основании по меньшей мере частично по меньшей мере одного правила выбора.

14. Система по п.13, в которой процессор моделирует анкерный участок воздушной линии электропередачи в соответствии с информацией о географическом профиле, по меньшей мере одним желательным параметром и по меньшей мере одним правилом выбора и выбирает конфигурацию проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи на основании по меньшей мере частично модели воздушной линии электропередачи.

15. Система по п.12, в которой пользовательский интерфейс получает вводимые данные о воздушной линии электропередачи, которые позволяют процессору определить по меньшей мере один желательный параметр анкерного участка воздушной линии электропередачи, и в которой процессор автоматически выбирает конфигурацию проводника на основании по меньшей мере одного желательного параметра.

16. Система по п.12, в которой пользовательский интерфейс получает информацию о географическом профиле, описывающую географическую область, где должен быть установлен анкерный участок воздушной линии электропередачи, и в которой процессор выбирает конфигурацию проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи на основании информации о географическом профиле, по меньшей мере одного определенного желательного параметра и по меньшей мере одного правила выбора.

17. Система по п.16, в которой процессор моделирует анкерный участок воздушной линии электропередачи в соответствии с информацией о географическом профиле и по меньшей мере одним определенным желательным параметром, и в которой процессор выбирает конфигурацию проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи на основании по меньшей мере частично модели воздушной линии электропередачи.

18. Система по п.12, в которой первый и второй проводники отличаются по меньшей мере по одному параметру из веса, термического расширения, диаметра, армирующего материала, проводящего материала, электрического сопротивления, прочности на разрыв, упругости или стоимости.

19. Система по п.12, в которой по меньшей мере один желательный параметр анкерного участка воздушной линии электропередачи содержит по меньшей мере один параметр из зазора анкерного участка воздушной линии электропередачи, провисания анкерного участка воздушной линии электропередачи, электрических характеристик воздушной линии электропередачи, веса анкерного участка воздушной линии электропередачи и натяжения анкерного участка воздушной линии электропередачи.

20. Система по п.12, в которой процессор дополнительно выбирает конфигурацию проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи на основании по меньшей мере одного параметра из стоимости конфигурации проводника, электрических характеристик конфигурации проводника или усилия, создаваемого конфигурацией проводника на по меньшей мере одной башенной опоре.

21. Система по п.12, в которой по меньшей мере две башенные опоры включают по меньшей мере одну промежуточную башенную опору, которая поддерживает анкерный участок воздушной линии электропередачи между двумя концевыми опорами.

22. Система по п.12, в которой пользовательский интерфейс получает вводимые данные о башенной опоре, определяющие по меньшей мере один параметр из высоты башенной опоры или местонахождения башенной опоры для по меньшей мере двух башенных опор.

23. Машиносчитываемый носитель, содержащий команды, заставляющие процессор: определять по меньшей мере один желательный параметр анкерного участка воздушной линии электропередач, который должен поддерживаться по меньшей мере двумя башенными опорами; и выбирать конфигурацию проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи на основании по меньшей мере одного определенного желательного параметра и по меньшей мере одного правила выбора, где конфигурация проводника включает по меньшей мере первый проводник и по меньшей мере второй проводник, имеющий по меньшей мере один параметр, отличающийся от по меньшей мере одного параметра первого проводника.

Описание изобретения к патенту

Известный уровень техники

Воздушные (электрические) линии передач включают: несущие конструкции или башенные опоры, изоляторы и проводник, поддерживаемый башенными опорами. В некоторых случаях воздушная линия электропередачи может покрывать большие расстояния. Воздушная линия электропередачи типично включает: множество концевых опор, множество промежуточных (подвесных) башенных опор и проводники. Типично, один тип проводника используется при сооружении всей воздушной линии электропередачи, состоящей из множества промежуточных и концевых опор.

Сущность изобретения

В общем, изобретение относится к способам выбора конфигурации проводника в пределах анкерного участка линии передачи, когда конфигурация проводника включает по меньшей мере два разных типа проводников, состыкованных последовательно, где разные типы проводников отличаются по меньшей мере по одному параметру. Анкерный участок линии передачи относится к отрезку воздушной линии электропередачи, проходящему от одной концевой опоры до другой концевой опоры; анкерный участок линии передачи может включать множество промежуточных башенных опор. Расстояние между двумя соседними башенными опорами, будь то промежуточные (также называемые "подвесными") или анкерные башенные опоры, называется пролетом. Субсекции натяжного участка представляют собой определенную часть анкерного участка линии передачи, включающую проводник только одного типа. Такие субсекции натяжного участка могут охватывать больше или меньше одного пролета между двумя соседними башенными опорами, и две разные натяжные субсекции могут быть состыкованы в пролете или на башенной опоре. Конфигурация проводника определяет множество натяжных субсекций анкерного участка линии передачи (например, какая часть анкерного участка линии передачи состоит из проводника каждого типа). В качестве примера, две натяжные субсекции, составляющие часть воздушной линии электропередачи, могут встречаться в пролете или в узле крепления к башенной опоре. При выборе пригодной конфигурации проводника используются информация о географическом профиле и предпочтительные параметры воздушной линии электропередачи, наряду с предварительно установленными правилами выбора.

Хотя пользователь может вручную использовать предпочтительные параметры и уравнения для определения пригодной (включая наиболее желательную или наилучшую) доступной конфигурации проводника (проводников) воздушной линии электропередачи, вычислительное устройство может более эффективно помочь пользователю в процессе выбора. Пользователь может обеспечивать входные данные о линии передачи для определения предпочтительных параметров или требований к конфигурации проводника. Некоторые примеры предпочтительных параметров линии передачи включают электрические характеристики и провисание проводника, в то время как примеры правил выбора включают стоимость проводника и натяжение проводника.

В одном варианте исполнения изобретение касается способа выбора проводников для воздушной линии электропередачи, включающего определение по меньшей мере одного желательного параметра воздушной линии электропередачи, которая должна поддерживаться по меньшей мере двумя башенными опорами, и выбор конфигурации проводника воздушной линии электропередачи на основании определенного по меньшей мере одного желательного параметра и правил выбора. Конфигурация проводника включает по меньшей мере первый проводник и второй проводник, принадлежащие к разным типам проводников.

В другом варианте исполнения изобретение относится к системе выбора проводников для воздушной линии электропередачи, которая включает процессор, определяющий по меньшей мере один желательный параметр воздушной линии электропередачи, поддерживаемой по меньшей мере двумя башенными опорами, и выбирает конфигурацию проводника воздушной линии электропередачи на основании определенного по меньшей мере одного желательного параметра и правил выбора. Конфигурация проводника содержит по меньшей мере первый проводник и второй проводник, принадлежащие к разным типам проводников.

В альтернативном варианте исполнения изобретение относится к машиносчитываемому носителю, содержащему команды, которые заставляют процессор определять по меньшей мере один желательный параметр анкерного участка линии передачи, поддерживаемого двумя концевыми опорами, и выбирать конфигурацию проводника воздушной линии электропередачи на основании определенного по меньшей мере одного желательного параметра и правил выбора. Конфигурация проводника содержит по меньшей мере первый проводник и второй проводник, принадлежащие к разным типам проводников.

Изобретение может обеспечивать одно или больше преимуществ. Например, анкерный участок воздушной линии электропередачи может быть сконструирован с использованием преимуществ, обеспечиваемых по меньшей мере двумя типами разных проводников. Это может позволить использовать вместе проводники с разными характеристиками провисания или другими характеристиками (например, разной допустимой токовой нагрузкой) на требуемых отрезках анкерного участка воздушной линии электропередачи. Кроме того, эти воздушные линии электропередачи могут позволить использовать меньшее количество несущих конструкций или охватывать более широкий спектр рельефов местности. Кроме того, воздушная линия электропередач может использовать относительно более дорогие проводники только в случае необходимости, с целью снижения затрат на установку новых, более дорогих воздушных проводников.

Детали одного или больше вариантов исполнения изобретения изложены на сопровождающих чертежах и в приведенном ниже описании. Отличительные признаки, цели и преимущества изобретения будут понятны из описания и чертежей, а также из формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример компьютеризованной системы выбора проводника в сильно обобщенном виде.

Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа выбора пригодной конфигурации проводника воздушной линии электропередачи.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа ввода конструктивных параметров выбора пригодной конфигурации проводника воздушной линии электропередачи.

Фиг.4 представляет собой концептуальную схему, иллюстрирующую пример проводников анкерного участка воздушной линии электропередачи между башенными опорами на равнинном географическом профиле.

Фиг.5 представляет собой концептуальную схему, иллюстрирующую пример проводников анкерного участка воздушной линии электропередачи между башенными опорами по обе стороны реки с соседними концевыми опорами.

Фиг.6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример компьютеризованной системы выбора проводника с использованием удаленной рабочей станции в сильно обобщенном виде.

Фиг.7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа выбора пригодной конфигурации проводника воздушной линии электропередачи с использованием удаленной рабочей станции.

Фиг.8 представляет собой поперечное сечение иллюстративного примера проводника воздушной линии электропередачи.

Детальное описание

Воздушная линия электропередачи в общем охватывает компоненты, расположенные между источником электроэнергии и конечным пунктом назначения электроэнергии. Одним из компонентов воздушной линии электропередачи является электрический проводник. Типично, проводник представляет собой скрученный воздушный носитель для передачи энергии, состоящий из множества скрученных вместе проволок. Другие компоненты воздушной линии электропередачи включают конструкции (например, башенные опоры ЛЭП и мачты распределительной сети), поддерживающие поднятые над землей проводники, и устройства, изолирующие проводник от конструкций.

Обычно, анкерный участок воздушной линии электропередачи между двумя концевыми опорами (например, концевыми конструкциями) состоит из проводника одного типа. Однако по меньшей мере два разных типа проводников могут быть соединены друг с другом для создания цельного анкерного участка воздушной линии электропередачи для обеспечения гибкости конструкции и полезных эффектов для проекта воздушной линии электропередачи между двумя анкерными креплениями или между по меньшей мере двумя промежуточными башенными опорами. Проводники разных типов определяются тут как проводники, по меньшей мере один параметр одного из которых отличается от по меньшей мере одного параметра другого проводника. Каждый проводник, входящий в состав анкерного участка воздушной линии электропередачи, может быть назван субсекцией натяжного участка. Каждая субсекция натяжного участка может заканчиваться на башенных опорах или посередине пролета между двумя соседними башенными опорами. Разные типы проводников могут быть использованы на одном анкерном участке воздушной линии электропередачи, когда требуется провести ремонт, замену всей воздушной линии электропередачи или спроектировать новую воздушную линию электропередачи. В одном примере, комбинирование проводников разных типов может позволить использовать для воздушной линии электропередачи проводники с более низкими характеристиками провисания в пролетах, требующих большего воздушного зазора, и проводники с более высокими характеристиками провисания в пролетах, не имеющих конкретных требований, таких как воздушный зазор. Результирующая конфигурация проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи может быть менее дорогой или более эффективной, чем конструирование всей воздушной линии электропередачи из проводника с низким провисанием. Проводник определяется типом материалов, размерами, электрическими свойствами и механическими свойствами.

Выбор наиболее пригодной конфигурации проводника для анкерного участка воздушной линии электропередачи может быть сложной задачей, требующей учета многих переменных. Таким образом, компьютерные прикладные программы могут помочь в удовлетворении требований к воздушной линии электропередачи, в то же время выполняя пожелания пользователя. Прикладные программы могут быть простыми электронными таблицами, калькуляторами для решения уравнений или полными расчетными моделями, обеспечивающими графическое представление потенциальных конфигураций проводников. Такие компьютерные программы могут также включать анализы технических характеристик и стоимости потенциальных конфигураций проводников, используемых при выборе наиболее пригодных конфигураций воздушной линии электропередачи.

Типы проводников, используемых для воздушных линий электропередачи, могут меняться в широких пределах для разных воздушных линий электропередачи из-за окружающих условий, электрических норм или предельных затрат. Некоторые проводники могут быть сконструированы из стальных сердечников, композитных (например, из композита с алюминиевой матрицей и полимерного композита) и инварных (т.е. из железного сплава, содержащего железо, никель и, необязательно, другие элементы, такие как хром, титан и углерод, где железный сплав имеет меньший коэффициент термического расширения, чем линейная комбинация его составляющих) сердечников или любых других сердечников, известных специалистам. Каждый пролет или отрезок анкерного участка воздушной линии электропередачи между двумя башенными опорами может включать субсекции натяжного участка, которые покрывают весь пролет и содержат один тип проводника, или субсекции натяжного участка, которые включают множество типов проводников. Каждый пролет может покрывать большое расстояние (например, примерно 1250 футов (примерно 400 метров)), но в проектируемый анкерный участок воздушной линии электропередачи могут быть включены другие пролеты меньшего или большего размера. Такие длины пролетов могут определяться типом или типами проводников, используемых в пролете. Другие длины пролетов могут составлять, например, по меньшей мере 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 600, 900, 1200, 1500, 1800, 2100, 2400, 2700 или даже по меньшей мере примерно 3000 метров в длину. Конструкция башенных опор может меняться в зависимости от длины данного пролета анкерного участка воздушной линии электропередачи.

Фиг.1 представляет собой блок-схему, изображающую в сильно обобщенном виде иллюстративный пример компьютеризованной системы выбора проводника. Система выбора проводника 13 включает вычислительное устройство 14, которое может быть компьютером, облегчающим выбор конфигурации проводников для пользователя 12. Система выбора проводника 13 включает пользовательский интерфейс 16, процессор 18 и запоминающее устройство 20. Запоминающее устройство 20 содержит моделирующую прикладную программу 22, машину правил (rules engine) 23, профили 24, данные 26 и правила 28. Как изображено на Фиг.1, система 10 включает пользователя 12, который взаимодействует с системой выбора проводника 13. Пользователю 12 может быть дозволено задавать конфигурацию или настраивать моделирующую прикладную программу 22 и машину правил 23 в соответствии с требованиями конкретной воздушной линии электропередачи или предпочтительными параметрами пользователя. Кроме того, пользовательский интерфейс 16 может позволять пользователю 12 осуществлять ввод географических профилей (т.е. двухмерной (2D) или трехмерной (3D) географической топологической информации) в профили 24, данных о проводнике в данные 26 или правил выбора в правила 28. Хотя методики описаны по отношению к системе выбора проводника 13, такая методика может быть осуществлена человеком вручную. Другими словами, способ выбора конфигурации проводника для воздушной линии электропередачи может быть осуществлен пользователем 12 без использования компьютеризованной системы выбора проводника 13.

Пользователь 12 может быть любым индивидуумом, компанией, энергосистемой общего пользования или субъектом, имеющими интерес к проектированию воздушных линий электропередачи и выбору проводников для воздушной линии электропередачи с целью повышения технических характеристик системы или снижения стоимости системы. В одном варианте исполнения пользователь 12 является сотрудником компании-изготовителя, производящей проводники, пригодные для использования в воздушной линии электропередачи. В этом варианте исполнения пользователь 12 может использовать систему выбора проводника 13 для определения возможной конфигурации проводников для воздушной линии электропередачи и выбора пригодной (включая наиболее желательную или наилучшую) конфигурации проводника (проводников) для конкретной проектируемой системы. Пригодная (включая наиболее желательную или наилучшую) система (системы) может быть определена как отвечающая требованиям пользователя или предпочтительным параметрам, таким как технические характеристики воздушной линии электропередачи или общая стоимость воздушной линии электропередачи. В другом варианте исполнения пользователь 12 представляет собой компанию-производителя электроэнергии, коммунальное предприятие или другой объект, который принимает решения или помогает при принятии решений, касающихся линий электропередачи. В таком варианте исполнения пользователь 12 может использовать систему выбора проводника 13 для того, чтобы понять, какие типы проводников могут быть использованы при различных предпочтительных параметрах линии и географических профилях. В другом варианте исполнения, пользователь 12 представляет собой третью сторону, которая продает или помогает продавать проводники.

Вычислительное устройство 14 типично включает аппаратные средства (не полностью изображены на Фиг.1), которые могут содержать по меньшей мере один процессор 18, запоминающее устройство 20 (например, оперативное запоминающее устройство), устройство для считывания машиносчитываемых носителей (не показаны) и пользовательский интерфейс 16, который может включать устройства ввода/вывода, такие как дисплей, клавиатура и координатно-указательное устройство. Вычислительное устройство 14 может быть, например, рабочей станцией, блокнотным компьютером, персональным электронным секретарем (PDA), мультимедийным устройством, сетевым сервером, большой ЭВМ или любым другим вычислительным устройством общего назначения или специализированным. Хотя это не изображено, вычислительное устройство 14 может также включать другое программное обеспечение, програмно-аппаратное обеспечение или их комбинации, такие как операционная система и другие прикладные программы. Вычислительное устройство 14 может считывать выполняемые программные команды с машиносчитываемого носителя (такого как жесткий диск, CD-ROM или машинная память) или может получать команды из другого источника, логически соединенного с компьютером, такого как другой сетевой компьютер или сервер. Кроме того, система выбора проводника 13 может быть распределена для исполнения на множестве компьютеров и может использоваться удаленным пользователем 12 и быть доступной через веб-браузер или другой интерфейс.

В некоторых вариантах исполнения система выбора проводника 13 может включать более одного вычислительного устройства, сетевых соединений, сетевых серверов, хранилище данных, сред моделирования или любых других электронных устройств, которые могут быть полезны для повышения производительности и улучшения работы системы выбора проводника. В других вариантах исполнения система выбора проводника 13 может требовать, чтобы некоторые расчеты выполнялись или принятие решений осуществлялось пользователем 12. Такие части системы выбора проводника 13 с ручным управлением могут потребоваться из-за предпочтений пользователя 12 или в соответствии со сценариями особых случаев, которые не могут обрабатываться системой выбора проводника.

Пользовательский интерфейс 16 может иметь любую форму интерфейса, предусматривающую возможность ввода/вывода. В одном варианте исполнения пользовательский интерфейс представляет собой графический пользовательский интерфейс (GUI) и может включать, например, различные окна, панели управляющих элементов, меню, переключатели, селективные кнопки или другие механизмы, облегчающие представление и ввод данных и взаимодействие с пользователем 12. Один из обычных иллюстративных примеров пользовательского интерфейса предлагается фирмой Microsoft Corporation (Redmond, WA) под торговой маркой "WINDOWS OPERATING SYSTEM". Хотя в различных вариантах исполнения описано непосредственное взаимодействие с пользователем, пользователь 12 может также использовать удаленный доступ к системе выбора проводника 13 через клиентское устройство. Например, пользовательский интерфейс 16 может быть веб-интерфейсом, представляемым удаленным клиентским устройством, использующим веб-браузер или другую пригодную программу сетевого обмена. Кроме того, хотя описание приведено для пользователя 12, вызов пользовательского интерфейса 16 может осуществляться программным агентом или другим вычислительным устройством, удаленным от компьютерного устройства 14. Дополнительно, в одном варианте исполнения вызов и использование системы выбора проводника 13 могут осуществляться без GUI, через прикладной программный интерфейс (API), обеспечиваемый вычислительным устройством 14.

В других вариантах исполнения пользовательский интерфейс 16 может обеспечивать 2D или 3D данные для географического участка, на котором должны быть установлены проводники, чтобы дать возможность пользователю 12 увидеть возможную конфигурацию проводников воздушной линии электропередачи. Пользовательский интерфейс 16 может также визуализировать географический профиль и башенные опоры (конструкции), используемые для поддержания воздушной линии электропередачи. Географический профиль описывает географическую область, в которой должна быть установлена воздушная линия электропередачи. Используя такую визуализацию, пользователь 12 может быть способен определить провисание проводника между башенными опорами и отрегулировать параметры воздушной линии электропередачи (например, входные данные о линии передачи, используемые для создания конфигурации проводника). Пользовательский интерфейс 16 может дополнительно позволять пользователю 12 увидеть эффект воздействия природных сил на воздушную линию электропередачи до того, как пользователь 12 выберет конфигурацию проводника для использования в воздушной линии электропередачи.

В некоторых вариантах исполнения пользовательский интерфейс 16 может включать дополнительные удобные для пользователя устройства ввода, которые пользователь 12 может использовать для взаимодействия с системой выбора проводника 13. Например, пользовательский интерфейс 16 может предусматривать сенсорный экран для непосредственного восприятия прикосновений пользователя 12 при вводе предпочтительных параметров проводника или уточнении расположения башенной опоры. Альтернативно, пользовательский интерфейс 16 может включать сенсорную панель или графический планшет для ввода данных пользователем 12. В тех случаях, когда по меньшей мере два пользователя 12 одновременно используют систему выбора проводника 13 с удаленных вычислительных устройств, пользовательский интерфейс 16 может обеспечивать отдельные интерфейсы, видимые каждому из пользователей, или общий интерфейс, в котором управляющий интерфейс пользователя может использоваться поочередно каждым пользователем. Таким образом, сложные проекты могут быть завершены быстрее и с большим успехом. В частности, этот процесс может быть использован совместно производителем и заказчиком при проектировании воздушной линии электропередачи или производителем и рабочими на монтажной площадке для устранения проблем на месте.

Процессор 18 управляет потоком данных между пользовательским интерфейсом 16 и запоминающим устройством 20. В некоторых вариантах исполнения процессор 18 может по отдельности сообщаться с разными элементами запоминающего устройства 20. Процессор 18 получает команды из моделирующей прикладной программы 22, которая может определять возможную конфигурацию проводников для воздушной линии электропередачи на основании предпочтительных параметров воздушной линии электропередачи. Моделирующая прикладная программа 22 использует данные из нескольких репозиториев для проведения расчетов возможных конфигураций проводников. Такие репозитории включают географические профили 24 и данные о проводнике 26. Кроме того, машина правил 23 создает для моделирующей прикладной программе 22 команды, управляющие возможной конфигурацией проводников в соответствии с правилами выбора 28. Данные, содержащиеся в географических профилях 24, данных о проводнике 26 и правилах выбора 28, могут быть предварительно введены в запоминающее устройство 20 или обеспечиваться пользователем 12.

Следует указать, что компоновка элементов системы выбора проводника 13 является только иллюстративной и другие компоновки или элементы могут быть использованы для достижения такого же результата, как в приведенном тут примере. Например, число программных модулей может быть большим и доступ к ним может осуществляться по мере необходимости, или данные могут храниться в отдельных запоминающих устройствах, таких как жесткие диски, оптические носители или сетевые устройства хранения данных.

Данные, определяющие проводники или пригодную воздушную линию электропередачи, могут включать, например, размер, скручивание, долю сердечника, диаметр, удельное сопротивление, прочность, параметр сжимающего напряжения для наружных жил проводника, сжимающее напряжение, ассоциированные кривые напряжение/деформация, приведенный пролет, фактический пролет, наклон и ряд условий, касающихся допустимой токовой нагрузки, включая температуру окружающей среды, скорость ветра, угол ветра, излучательную способность, поглощение солнечного излучения, высотную отметку проводника, направление проводника, широту, суммарный поток солнечного излучения, солнечное время (время дня для расчетов солнечного излучения) и атмосферу. Данные, определяющие предпочтительные параметры воздушной линии электропередачи, могут быть производными от данных, описывающих возможные проводники, или могут быть подмножеством данных, описывающих воздушную линию электропередачи. Например, данные, определяющие предпочтительные параметры воздушной линии электропередачи, могут включать: максимальный диаметр проводника, максимальное фактическое провисание в пролете, минимальная аварийная допустимая токовая нагрузка, максимальное полное горизонтальное натяжение, максимальное полное натяжение, максимальное вертикальное полное натяжение, максимальное горизонтальное натяжение при установке, поперечное натяжение и максимальное натяжение при установке. Поперечное натяжение представляет собой усилие, прикладываемое к проводнику, обычно ветром, в направлении, перпендикулярном к направлению воздушной линии электропередачи.

Дополнительно, различные предпочтительные параметры воздушной линии электропередачи могут быть определены как ассоциированные с по меньшей мере одним сценарием окружающей среды. Сценарий окружающей среды представляет собой данные, определяющие условия окружающей среды, воздействию которых может подвергаться воздушная линия электропередачи при работе на месте установки. Часто такие сценарии представляют экстремальные погодные условия, которые могут воздействовать на воздушную линию электропередачи, а также условия окружающей среды во время установки. Сценарии окружающей среды определяются такими данными, как температура окружающей среды, толщина обледенения, давление ветра и коэффициент перегрузки K Национального свода правил по безопасности электрического оборудования (National Electrical Safety Code). Каждый сценарий окружающей среды, затем, может иметь свой собственный набор предпочтительных параметров воздушной линии электропередачи. Например, сценарий окружающей среды может описывать условия снежной бури с сильным обледенением и ветром. Предпочтительные параметры линии, выраженные в виде максимального горизонтального натяжения, максимального натяжения и максимального вертикального натяжения, могут быть конкретно ассоциированы с данным сценарием окружающей среды. Такие сценарии окружающей среды могут исключать определенные конфигурации проводников из перечня приемлемых для проекта воздушной линии электропередачи.

Данные, хранящиеся в запоминающем устройстве 20 и составляющих его базах данных или репозиториях, могут быть реализованы в различных формах, включая файлы хранения данных, машинную память или по меньшей мере одну систему управления базами данных (DBMS), испольняемую на по меньшей мере одном сервере баз данных. Система управления базами данных может быть системой управления реляционными (RDBMS), иерархическими (HDBMS), многомерными (MDBMS), объектно-ориентированными (ODBMS или OODBMS) или объектно-реляционными (ORDBMS) базами данных. Данные могут, например, храниться в единой реляционной базе данных, такой как SQL Server фирмы Microsoft Corporation. В одном варианте исполнения данные представляют собой неструктурированный файл, загруженный в запоминающее устройство 20 вычислительного устройства 14. В другом варианте исполнения данные, в частности данные о проводнике 26, загружаются в запоминающее устройство 20 вычислительного устройства 14.

Проектирование воздушной линии электропередачи, особенно выбор одного типа проводника для проведения электрического тока, типично облегчают за счет использования двух отдельных систем известных расчетов. В некоторых случаях проектирование воздушной линии электропередачи может быть осуществлено по меньшей мере одним инженером или проектировщиком систем. В других случаях, проектирование системы облегчается с помощью компьютерных прикладных программ. Сначала, первая компьютерная программа использует первый набор расчетов для определения пропускной способности по току данного проводника. Пропускная способность по току представляет собой расчет допустимой нагрузки по току для проводника при данной температуре проводника и для данного набора погодных условий.

Расчеты напряжение/деформация и провисание/натяжение могут быть осуществлены с помощью моделирующей прикладной программы 22 для расчета провисания каждого пролета конфигурации проводника для данного типа физических свойств проводника и зависимости напряжение-деформация, хранящихся как данные о проводнике 26. В одном варианте исполнения для расчетов напряжение/деформация и провисание/натяжение используется способ, описанный в руководстве Overhead Conductor Manual, Southwire Company, 1994. Chen, S.Z., Black, W.A., Loard, H.W. Jr., "High Temperature Sag Model for Overhead Conductors", IEEE Transaction on Power Delivery, Vol.17, No. 4, October 2002, описывают способ, объединяющий расчеты допустимой токовой нагрузки и провисания линии. В некоторых вариантах исполнения ограничения, касающиеся деформации, напряжения и провисания и натяжения, могут быть отрегулированы через машину правил 23 в соответствии с ограничениями для воздушной линии электропередачи, ограничениями для башенных опор или другими ограничивающими факторами.

Некоторые обычные прикладные программы выполняют только один из этих двух видов расчетов, тогда как другие выполняют оба. Примеры таких обычных прикладных программ включают продукты, которые продаются фирмой АСА Conductor Accessories (Spartanburg, SC) под торговой маркой "SAG10", или фирмой Power Line Systems, Inc. (Madison, WI) под торговой маркой "PLS-CADD", или фирмой Pondera Engineers (Spokane, WA) под торговой маркой "TL-PRO DESIGN STUDIO".

Данные о проводнике 26, в одном варианте исполнения, содержат данные, определяющие каждый тип проводника и рабочие параметры для типов проводников. Некоторые проводники могут быть сконструированы, например, из стальных сердечников, композитных (например, из композита с алюминиевой матрицей и полимерного композита) сердечников, инварных сердечников или любых других сердечников, общеизвестных для специалистов. Конкретные типы проводников могут быть сконструированы из композита с алюминиевой матрицей, полимерного композита, алюминиевых сплавов, керамики, бора, графита, углерода, титана, вольфрама и сплавов с эффектом памяти формы. Примером полимерного композита являются арамид и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазол). Кроме того, проводник может быть изготовлен из любой комбинации этих или других материалов, известных специалистам. Проводник также содержит скрученные вокруг сердечника проволоки, которые обычно изготовлены из алюминиевого или медного сплава. Однако типы проводников, описываемые тут, обычно называются по типам сердечников проводника в проводнике. Проводник, имеющий сердечник из композита с алюминиевой матрицей, иногда называется алюминиевым армированным композитным проводником ("ACCR").

Другие иллюстративные примеры проводников для натяжных субсекций воздушных линий электропередачи включают: сталеалюминиевый проводник (ACSR), термостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (TACSR), сверхтермостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (ZTACSR), сверхтермостойкий армированный инваром проводник из алюминиевого сплава (ZTACIR), теплостойкие алюминиевые сплавы (ZTAL), сверхтермостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (ZTACSR), особо термостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (XTACSR), особо термостойкий армированный инваром проводник из алюминиевого сплава (XTACIR), сверхтермостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава с щелевым зазором (GZTACSR), высокопрочный термостойкий армированный сталью проводник из алюминиевого сплава (KTACSR), цельноалюминиевый проводник (ААС), проводник, выполненный целиком из алюминиевого сплава (АААС), алюминиевый проводник с композитным сердечником (АССС) и алюминиевый проводник с несущим стальным элементом (ACSS). Дополнительные типы проводников, типы материалов, используемых для проводников, способы изготовления натяжных субсекций, способы соединения натяжных субсекций, типы воздушных линий электропередачи и другие родственные примеры можно найти в патентных заявках США № № 11/617461 и 11/617494, поданных 28 декабря 2006 г.

В частности, данные о проводнике 26 включают иллюстративные данные, приведенные в Таблице 1, для каждого проводника, оценка которого будет производиться системой выбора проводника 13:

Таблица 1
Описание данных	Пример
Общий диаметр	0,724 дюйма (18,3 мм)
Вид проводника (семейство проводников)	ACCR
Число наружных алюминиевых жил	22
Число армирующих жил	7
Диаметр алюминиевых проволок	0,128 дюйма (3,25 мм)
Диаметр армирующей проволоки	0,071 дюйма (1,8 мм)
Номинальная прочность	11084 фунтов (5027 кг)
Кривая напряжение-деформация	3477
Вес	0,381 фунтов/фут (0,567 кг/м)
Сопротивление при 20°С	0,250 Ом/милю (0,155 Ом/км)
Теплоемкость сердечника	5,9 Вт-с/фут-°F (19 Вт-с/м-°С)
Теплоемкость наружного алюминия	143,3 Вт-с/фут-°F (400 Вт-с/м-°С)

Данные о проводнике 26, в одном варианте исполнения, могут также содержать информацию о деформативности для каждой кривой напряжение-деформация, соотнесенной с каждым типом проводника. Например, при использовании иллюстративных данных, приведенных в Таблице 1 (выше), проводник типа ACCR имеет кривую напряжение-деформация 3477. Этот номер используется для поиска дополнительной информации, соответствующей информации о деформативности. Информация о деформативности обычно содержит перечень полиномов, долей сердечника и характеристик температурного удлинения для кривой напряжение-деформация. Информация, касающаяся кривой напряжение-деформация, доступна от производителя проводников и обычно определяется в соответствии с хорошо известным процессом, реализация которого описана в руководстве Aluminium Association, Rev. 1999, "A Method of Stress-Strain Testing of Aluminum Conductors and ACSR and A Method for Determining the Long Time Creep of Aluminum Conductors in Overhead Line". Конкретная информация, содержащаяся в базе данных напряжения-деформации, в одном примере варианта исполнения имеет вид, представленный в Таблице 2 (ниже):

Таблица 2
Описание данных	Пример
Номер кривой напряжение-деформация	3477
Fmodel	0,14
Температура проведения испытаний	21,67°С
Ai0	17
Ai1	53996
Ai2	-10455
Ai3	-148929
Ai4	165944
А конечный модуль	75865
Af0	0
Af1	25963
Af2	-3374
Af3	135876
Af4	-292137
Acte	0
Ri0	-131
Ri1	53268
Ri2	-55226
Ri3	120092
Ri4	-85520
R конечный модуль	46093
Rf0	-131
Rf1	53268
Rf2	-55226
Rf3	120092
Rf4	-85520
Модуль алюминия	8960710
Модуль сердечника	54100000
Коэффициент теплового расширения (СТЕ) алюминия	0,000023
СТЕ сердечника	0,00000635

Ai0 обозначает коэффициент нулевого порядка кривой напряжение-деформация для алюминия при начальном нагружении (т.е. "А" обозначает алюминий, "i" обозначает начальное нагружение и "0" обозначает нулевой порядок). Аналогично, Rf0 обозначает коэффициент третьего порядка для армирующего сердечника при конечном нагружении.

В одном варианте исполнения описанные кривые из Таблицы 2 (выше) будут использоваться моделирующей прикладной программой 22 для решения вложенного множества полиномов 4-го порядка для каждого типа проводника и условий окружающей среды с целью определения потенциальных конфигураций проводников. Один способ нелинейного решения описан в "Overhead Conductor Manual", Southwire Company, 1994. В альтернативных вариантах исполнения информация о деформативности, такая как приведенная в Таблице 2 (выше), может храниться в отдельном репозитории от данных о проводнике 26.

Пользователь 12 может задавать предпочтительные параметры, касающиеся количества разных конфигураций проводников, которые создает система выбора проводника 13. Например, пользователь 12 может указать, что с помощью пользовательского интерфейса 16 представляется пять наиболее оптимальных конфигураций проводников. Альтернативно, пользователь 12 может потребовать, чтобы могли быть представлены пять наименее дорогостоящих вариантов. Из такого ограниченного набора конфигураций проводников пользователь 12 может на свое усмотрение выбрать пригодную (включая наиболее желательную или наилучшую) конфигурацию проводника (проводников) для воздушной линии электропередачи. Пользователь 12 также может быть способен выбрать одну из предложенных конфигураций проводников и потребовать, чтобы система выбора проводника 13 представила дополнительные конфигурации проводников, наиболее близкие к выбранной конфигурации проводника. В других вариантах исполнения система выбора проводника 13 может иметь такую конфигурацию, чтобы только наилучшие конфигурации проводника, определенные системой выбора проводника, были представлены пользователю 12. Такой способ может быть полезным, когда система выбора проводника используется неопытным пользователем.

Система выбора проводника 13 может включать механизм обработки ошибок для определения неполных наборов данных или сценариев, по которым не могут быть созданы практически осуществимые конфигурации проводников. Такие случаи могут возникать, когда информация о географическом профиле или вводные данные воздушной линии электропередачи устанавливают ограничения к воздушной линии электропередачи, которые не могут быть удовлетворены. Данные могут быть предварительно проанализированы на наличие таких несоответствий или сообщения об ошибках могут быть выдаваться, когда в ходе обработки данных не может быть получена возможная конфигурация проводников. В альтернативных вариантах исполнения предупредительные сообщения могут выдаваться в тех случаях, когда возникают возможные проблемы, связанные с изменениями воздушных линий электропередачи. Такие изменения, как старение или экстремальные окружающие условия, могут создавать проблемы для множества типов проводников в конфигурациях проводников.

При работе системы выбора проводника 13 для пользователя 12 затем отображается пользовательский интерфейс 16, облегчающий ввод информации, определяющей предпочтительные параметры воздушной линии электропередачи. Обычные вводные параметры пользовательского интерфейса 16 могут задавать параметры воздушной линии электропередачи - приведенный пролет, фактический пролет и угол наклона для каждой башенной опоры воздушной линии электропередачи. Приведенный пролет обозначает характеристический пролет по длине воздушной линии электропередачи. Приведенный пролет для анкерного участка воздушной линии электропередачи может быть рассчитан по следующему уравнению:

Фактический пролет представляет собой физический пролет на анкерном участке воздушной линии электропередачи, для которого был рассчитан приведенный пролет. Величины провисания рассчитываются на основе фактического пролета. Угол наклона, необязательный параметр, используется в тех случаях, когда фактический пролет является неровным. Угол наклона, в одном варианте исполнения, измеряют от первого конца до второго конца каждого анкерного участка воздушной линии электропередачи между двумя концевыми опорами. Таким образом, каждый анкерный участок воздушной линии электропередачи должен рассчитываться одинаковым способом для обеспечения непрерывности данных.

В некоторых случаях, оптимальная или наилучшая конфигурация проводников, предлагаемая системой выбора проводника 13, может не быть наиболее желательным решением. Система выбора проводника 13 может также рассчитать и сохранить в базе данных все проводники, соответствующие предпочтительным параметрам пользователя для воздушной линии электропередачи 12, ранжированные по целевым параметрам проекта. В одном варианте исполнения такие альтернативные варианты могут быть просмотрены пользователем 12 путем взаимодействия с пользовательским интерфейсом 16.

Приоритеты оценки, в одном варианте исполнения, выбираются пользователем 12 из предварительно заданного выпадающего меню. Такие приоритеты могут быть предварительно определены в правилах 28 или введены в правила 28 для проектируемой воздушной линии электропередачи. В одном примере, анализ и представление проводников осуществляются таким образом, что допустимая токовая нагрузка является наиболее важным ограничением, провисание - вторым по важности, и площадь проводника - третьим по важности. Возможные варианты приведены в Таблице 3 (ниже) в качестве примеров:

Таблица 3
Вариант	Первый приоритет	Второй приоритет	Третий приоритет
1	Допустимая токовая нагрузка	Провисание	Площадь
2	Допустимая токовая нагрузка	Площадь	Провисание
3	Провисание	Допустимая токовая нагрузка	Площадь
4	Провисание	Площадь	Допустимая токовая нагрузка
5	Площадь	Допустимая токовая нагрузка	Провисание
6	Площадь	Провисание	Допустимая токовая нагрузка

Целевые параметры проекта или приоритеты, указанные пользователем, определяют вариант действий. Каждый вариант определяет, каким образом моделирующая прикладная программа 22 будет производить оценку проводников. Каждый вариант запускает общий набор подпрограмм, но делает это в разном порядке и с разной частотой. Может быть использовано много разных методик оценки, в зависимости от целевых параметров проекта для каждого варианта воздушной линии электропередачи. Такие методики оценки могут быть предварительно заложены в моделирующей прикладной программе 22 или заданы пользователем для правильной оценки разных конфигураций проводников воздушной линии электропередачи.

Кроме того, некоторые случаи могут включать дополнительные упорядоченные стадии или предпочтительные параметры для определения возможных конфигураций проводников. Дополнительные или используемые в качестве замены параметры могут включать стоимость воздушной линии электропередачи, время установки, срок службы воздушной линии электропередачи или другие параметры, не связанные с физическими свойствами выбранной конфигурации проводника. Такие нефизические предпочтительные параметры, в некоторых случаях, могут иметь первостепенное значение для желательного выбора конфигурации проводника из конфигураций, удовлетворяющих физическим и эксплуатационным предпочтительным параметрам. Машина правил 23 может использовать предпочтительные сохраненные правила 28 таким образом, чтобы система выбора проводника 13 была способной обеспечивать пользователя 12 наиболее вероятными желательными конфигурациями проводника. Однако пользовательский интерфейс 16 может позволять пользователю 12 блокировать машину правил 23 для выбора желательной конфигурации проводника.

В других вариантах исполнения система выбора проводника 13 может предоставлять предварительный перечень конфигураций проводников на основании ограниченного числа расчетов и предпочтительных параметров. Пользователь 12 затем взаимодействует с пользовательским интерфейсом 16, выбирая меньшее число конфигураций проводников для анализа процессором 18 с использованием всех параметров моделирующей прикладной программы 22. Таким образом, пользователь 12 может избежать длительного ожидания, пока система выбора проводника 13 обрабатывает полные параметры конфигураций проводников, которые не представляют интереса для пользователя.

Альтернативно, система выбора проводника 13 может использовать итерационный процесс, который направляет пользователя 12 в процессе выбора проводника, состоящего из множества этапов. Таким образом, каждый этап может сужать число конфигураций проводников в соответствии с предпочтительными параметрами пользователя 12. Порядок этапов может быть предварительно определен машиной правил 23 или настроен пользователем 12. Система выбора проводника 13 может позволять пользователю 12 возвращаться к предыдущим этапам, если последовательность операций выбора не дает конфигурации проводников, удовлетворяющей техническим условиям и предпочтительным параметрам пользователя. Моделирующая прикладная программа 22 может заранее рассчитывать возможную конфигурацию проводников для каждого этапа пользователя 12 и останавливать пользователя, когда получение конфигурации проводников становится невозможным.

Итерационный процесс системы выбора проводника 13 может быть аналогичным процессу типа дерева решений, где каждый этап переходит к другому этапу с возможными вариантами выбора для дополнительного определения конфигурации проводника. Некоторые этапы могут иметь только один возможный вариант выбора, тогда как другие этапы могут иметь по меньшей мере десять вариантов выбора для пользователя 12. В некоторых вариантах исполнения пользователь 12 может потребовать, чтобы система выбора проводника 13 сделала следующий выбор автоматически на основании правил 28 или числа возможных конфигураций проводников, которые будут доступны после выбора.

Система выбора проводника 13 может иметь в вариантах исполнения конфигурацию, отличную от описанной тут, и при этом все-таки использовать общий способ выбора конфигурация проводников для воздушной линии электропередачи. Система выбора проводника 13 может использовать большее или меньшее количество прикладных программ, репозиториев данных или аппаратных средств обработки данных для того, чтобы помочь пользователю 12 в выборе наиболее пригодной конфигурации проводника. Как описано тут, система выбора проводника 13 может быть полностью автоматизированной для получения одной конфигурации проводника для пользователя 12 или может позволять пользователю контролировать каждый этап процесса выбора. В любом случае, система выбора проводника может позволять пользователю 12 эффективно находить пригодную (включая наиболее желательную или наилучшую) конфигурацию проводника (проводников) для воздушной линии электропередачи с существующими или проектируемыми заново башенными опорами воздушной линии электропередачи.

Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример автоматизированного способа выбора пригодной конфигурации проводника воздушной линии электропередачи. Как изображено на Фиг.2, пользователь 12 начинает процесс выбора проводника путем загрузки географического профиля рельефа местности, на которой будет установлена новая воздушная линия электропередачи (30). Профиль может быть загружен в виде данных с помощью любого типа машиносчитываемого носителя или введен вручную в систему выбора проводника 13. Процессор 16 затем запрашивает у пользователя 12, существуют ли башенные опоры воздушной линии электропередачи (32). При наличии по меньшей мере одной существующей башенной опоры, которая будет использоваться в новой воздушной линии электропередачи, пользователь 12 загружает в систему 13 местонахождение и типы башенных опор (34). При отсутствии существующих башенных опор процесс выбора проводника продолжается.

Пользователь 12 затем выбирает конструктивные параметры для воздушной линии электропередачи, которые ограничивают возможные конфигурации проводников (36). Некоторые конструктивные параметры могут быть определены заранее, но могут быть отредактированы пользователем 12. Пользователь 12 затем требует от системы выбора проводника 13 определить возможные конфигурации проводников в соответствии с конструктивными параметрами (38). Если результаты являются неприемлемыми для пользователя 12 (40), то пользователь выбирает новые конструктивные параметры (36). Если результаты являются приемлемыми (40), пользователь 12 выбирает желательную конфигурацию проводника из конфигураций, предложенных системой 13 (42).

Система выбора проводника 13 затем сохраняет выбранную конфигурацию проводника для последующего использования пользователем 12 или для другого пользователя, принимающего участие в проектировании, изготовлении или установке воздушной линии электропередачи, определяемой конфигурацией проводника (44). Пользователь 12 может затем использовать выбранную конфигурацию проводника для подготовки материалов, графика работ и других потребностей, необходимых для установки воздушной линии электропередачи и завершения воздушной линии электропередачи (46).

В других вариантах исполнения система выбора проводника может включать дополнительные этапы, на которых пользователь 12 запускает дополнительный поэтапный или итерационный процесс выбора, как описано на Фиг.1. В этих случаях способ может включать дополнительные этапы. Альтернативно, процесс может быть незначительно изменен в зависимости от того, кто является пользователем 12. Например, если пользователь 12 является клиентом производителя, то от пользователя может потребоваться предоставление дополнительной информации, а его возможности изменения некоторых предварительно заданных параметров воздушной линии электропередачи могут быть ограничены. Наоборот, если пользователь 12 является инженером производителя, то пользователь может осуществлять полный контроль над различными аспектами системы выбора проводника 13.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа ввода конструктивных параметров выбора пригодной конфигурации проводника воздушной линии электропередачи. Как изображено на Фиг.3, пользователь 12 выполняет последовательные этапы ввода конструктивных параметров анкерного участка воздушной линии электропередачи для включения множества типов проводников (48). Пользователь 12 может выбрать все приемлемые типы проводников, которые могут быть рассмотрены при определении конфигурации проводника (50). Пользователь 12 может ввести все приемлемые проводники или только два проводника, доступные для конкретного рассматриваемого проекта. Пользователь 12 затем вводит желательные электрические характеристики результирующей конфигурации проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи (52) и минимального зазора анкерного участка воздушной линии электропередачи над землей (54). Кроме того, пользователь 12 вводит максимальное провисание, дозволенное для любого пролета анкерного участка воздушной линии электропередачи (56).

В случае наличия особого пролета анкерного участка воздушной линии электропередачи, требующего специального рассмотрения (58), пользователь 12 вводит положение пролета на анкерном участке воздушной линии электропередачи и предпочтительные характеристики или параметры конкретного пролета (60). Это могут быть пролеты анкерного участка воздушной линии электропередачи через реку, над зданием, под авиатрассами или поблизости от обстоятельств любого другого типа. При отсутствии особых пролетов (58) пользователь 12 вводит данные нагрузки башенных опор для существующих или новых башенных опор, которые будут поддерживать анкерный участок воздушной линии электропередачи (62). В некоторых вариантах исполнения от пользователя 12 может потребоваться ввод только типа башенных опор, которые будут использоваться, а фактические данные нагрузки башенных опор могут быть извлечены процессором 16 из данных 26 или другого сетевого репозитория. После ввода всех данных пользователь 12 может направить введенные конструктивные параметры в систему выбора проводника 13 (64).

В других вариантах исполнения способ по Фиг.3 может быть организован по-другому, поскольку последовательность введенных параметров может не влиять на выбор возможных конфигураций проводников. Кроме того, пользователем 12 может быть выбрано большее или меньшее количество конструктивных параметров в зависимости от конфигурации системы выбора проводника 13.

Фиг.4 представляет собой концептуальную схему, иллюстрирующую пример проводников анкерного участка воздушной линии электропередачи между башенными опорами на ровном географическом профиле. Как изображено на Фиг.4, часть воздушной линии электропередачи 66 включает анкерный участок воздушной линии электропередачи 78, поддерживаемый башенными опорами 70, 72, 74 и 76 на географическом профиле 68 (т.е. земле). Натяжной участок воздушной линии электропередачи 78 включает множество проводников (каждый из которых является субсекцией натяжного участка), из которых показаны проводники 80, 82, 84, 86 и 88. В некоторых вариантах исполнения субсекции натяжного участка могут превышать по протяженности один пролет и стыковаться с другими субсекциями натяжного участка в пролете, а не на башенной опоре. Каждая башенная опора имеет высоту Н и каждый пролет имеет протяженность (т.е. расстояние пролета W) и провисание S ₁ и S₂ между соответствующими башенными опорами. Расстояние пролета W обозначает горизонтальное расстояние между последовательными башенными опорами, и провисание относится к расстоянию от правого узла крепления до нижней точки анкерного участка воздушной линии электропередачи в пролете. Географический профиль 68 обычно является ровным, но провисания S₁ и S₂ различаются в каждом соответствующем пролете анкерного участка воздушной линии электропередачи 78. В некоторых вариантах исполнения S₁ и S₂ могут быть эквивалентными на анкерном участке воздушной линии электропередачи.

В примере, изображенном на Фиг.4, последовательные пролеты анкерного участка воздушной линии электропередачи 78 изготовлены из альтернативных типов проводников. Проводники 80, 84 и 88 являются армированными сталью проводниками, которые немного тяжелее, чем проводники 82 и 86. Эти проводники чередуются между башенными опорами воздушной линии электропередачи 66 по длине анкерного участка воздушной линии электропередачи 78.

Проводники 80, 84 и 88 сконструированы из стали и тяжелее проводников 82 и 86, которые сконструированы из более легкого композитного материала, такого как описанный выше ACCR. Таким образом, провисание S₂ проводников с низким провисанием 82 и 86 будет меньшим, чем провисание S₁ проводников 80, 84 и 88.

Конфигурация проводника анкерного участка воздушной линии электропередачи 78 может быть полезной, потому что имеющие низкое провисание и относительно более дорогие проводники 82 и 86 могут уменьшать потери энергии между двумя концевыми опорами воздушной линии электропередачи 86 без необходимости использования более дорогих проводников 82 и 86 на всем анкерном участке воздушной линии электропередачи 78. Кроме того, проводники с низким провисанием 82 и 86 могут быть размещены в системе 66 над строениями или участками, требующими большей величины зазора над географическим профилем 68.

Концевые опоры (конструкции) обычно не обеспечивают возможности продольного перемещения проводника. Между анкерными опорами висячие конструкции поддерживают проводник вертикально. Проводник соединяется с промежуточными опорами через гирлянды изоляторов (типично, подвесные гирлянды изолированных керамических дисков). Один конец гирлянды изоляторов крепится к промежуточной опоре, и другой конец гирлянды изоляторов крепится к проводнику. Это последнее крепление называется узлом крепления проводника. При изменении натяжения проводника гирлянда изоляторов, поворачиваясь на узле крепления промежуточной опоры, будет натягивать проводник и продольно перемещать узел крепления проводника для уравновешивания возникающих сил. Это движение называется отклонением изоляторов. Изменения натяжения проводника между пролетами на промежуточной опоре нормально уравновешиваются отклонением изоляторов. Изоляторы отклоняются от пролета с меньшим натяжением в сторону пролета с более высоким натяжением для уравнивания натяжения между пролетами. Это приводит к снижению натяжения в пролете с более высоким натяжением, увеличивая провисание в этом пролете. Одним примером этого является то, что центр равновесия анкерного участка воздушной линии электропередачи на башенной опоре расположен по центру башенной опоры, а не сбоку от башенной опоры. Для других типов проводников S₁ и S₂ могут быть очень близкими в тех случаях, когда веса каждого проводника будут почти эквивалентными. Хотя анкерный участок воздушной линии электропередачи 78 включает чередующиеся типы проводников, конфигурация может альтернативно включать типы проводников, которые чередуются по меньшей мере через два пролета или частичных пролета, покрытых проводником в соответствующих субсекциях натяжного участка. Система выбора проводника 13 предоставляет пользователю 12 информацию и инструменты для исследования всех возможных конфигураций проводников с конструктивными параметрами и предпочтительными параметрами, предоставленными пользователем.

В других вариантах исполнения расстояние пролета W может быть отрегулировано для каждой субсекции натяжного участка, используемой на анкерном участке воздушной линии электропередачи 78. Например, W между башенными опорами 72 и 74 может быть меньше, чем W между башенными опорами 70 и 72. Проводник с низким провисанием 82 может позволять увеличивать расстояние пролета W между башенными опорами 70 и 72 благодаря уменьшению веса, который должны поддерживать башенные опоры. В этом случае, меньшее количество башенных опор может быть необходимым для поддержания анкерного участка воздушной линии электропередачи 78. Меньшее число башенных опор может снизить затраты на установку и техническое обслуживание без инвестиций в проводники 82 на всем анкерном участке воздушной линии электропередачи 78. Меньшее число башенных опор может также уменьшить воздействие на окружающую среду и улучшить эстетические характеристики всей воздушной линии электропередачи при использовании меньшего числа башенных опор в жилых районах. Эти возможности могут быть представлены пользователю 12 на основании предпочтительных параметров, введенных в систему выбора проводника 13. Как было указано выше, каждое расстояние пролета W может быть определено для проводников (натяжных субсекций) анкерного участка воздушной линии электропередачи, имеющих протяженность более одного пролета.

Фиг.5 представляет собой концептуальную схему, иллюстрирующую пример проводников анкерного участка воздушной линии электропередачи между башенными опорами по обе стороны реки с соседними концевыми опорами. Как изображено на Фиг.5, воздушная линия электропередачи 114 включает анкерный участок воздушной линии электропередачи 128, поддерживаемый башенными опорами 120, 122, 124 и 126, проходящий над рекой 116 и географическим профилем 118. Башенные опоры 120 и 126 представляют собой анкерные крепления и башенные опоры 122 и 124 поддерживают большой пролет проводника 132 для обеспечения желательного или требуемого зазора над рекой 116. Проводники 130, 132 и 134 анкерного участка воздушной линии электропередачи 128 имеют гирлянды изоляторов (не показаны) каждой башенной опоры 122 и 124, которые могут поворачиваться в сторону от центра каждой соответствующей башенной опоры для уравнивания натяжения по обе стороны от изоляторов. Пролет между башенными опорами 122 и 124 может считаться специальным пролетом, который имеет особые предпочтительные параметры, вводимые в систему выбора проводника 13 пользователем 12. В некоторых вариантах исполнения проводник анкерного участка воздушной линии электропередачи 128 может иметь протяженность более одного пролета и стыковаться с другим проводником в пролете, а не на башенной опоре. Например, субсекции натяжного участка, включающие проводник 132, могут выходить за одну или обе башенные опоры 120 и 126.

Проводники 130 и 134 представляют собой тяжелые стальные проводники, которые являются недорогими и помогают поддерживать пролет проводника 132. Проводник 132 сконструирован из более легкого ACCR композита для уменьшения натяжения на башенных опорах 122 и 124, в то же время сводя к минимуму высоту провисания S. Возможность отклонения изоляторов от центра анкерного участка воздушной линии электропередачи 128 может позволять пользователю 12 поддерживать желательный или требуемый зазор над рекой 116 при использовании в то же время башенных опор 122 и 124 меньшей высоты Н. Система 114 может потребовать меньшего времени на установку при снижении затрат на установку и техническое обслуживание благодаря использованию множества типов проводников на анкерном участке воздушной линии электропередачи 128.

В других вариантах исполнения река 116 может быть другим водоемом, многополосным шоссе, ущельем или любым другим большим расстоянием пролета W, которое необходимо покрыть. Традиционные анкерные участки воздушной линии электропередачи, которые могут использовать только один тип проводника, с башенными опорами 122 и 124, имеющими высоту Н, могут потребовать большей высоты для покрытия расстояния пролета W или, в некоторых случаях, анкерный участок воздушной линии электропередачи 128 с большим расстоянием пролета не может быть построен. С увеличением потребности в энергии и старением инфраструктуры энергосистемы, анкерные участки воздушной линии электропередачи 128, использующие более одного типа проводника, могут уменьшить затраты, связанные с установкой и техническим обслуживанием воздушных линий электропередачи, обеспечивая в то же время большую гибкость проектных решений воздушных линий электропередачи.

Фиг.6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую в сильно обобщенном виде иллюстративный пример компьютеризованной системы выбора проводника с использованием удаленной рабочей станции. Как изображено на Фиг.6, система 136 аналогична системе 10, изображенной на Фиг.1, с пользователем 12, взаимодействующим с системой выбора проводника 145 удаленно посредством какого-либо типа сетевого соединения. Пользователь 12 взаимодействует с рабочей станцией 138 и рабочая станция 138 сообщается с сетью 140, веб-сервером 142, сетью 144 и, наконец, с системой выбора проводника 145. Система выбора проводника 145 может включать вычислительное устройство 146, которое содержит пользовательский интерфейс 148, процессор 150 и запоминающее устройство 152. Запоминающее устройство 152 по существу аналогично запоминающему устройству 20 и включает моделирующую прикладную программу 154 и машину правил 156. Запоминающее устройство 152 также содержит репозитории географических профилей 158, данные о проводнике 160 и правила выбора 162. В некоторых вариантах исполнения репозитории 158, 160 и 162 могут быть доступны через сеть 144 вместо их включения в запоминающее устройство 152. Система 136 позволяет пользователю 12 вводить предпочтительные параметры выбора конфигурации проводника и определенные меры безопасности могут препятствовать доступу или модифицированию определенных аспектов системы выбора проводника 145 несанкционированным удаленным пользователем.

Аналогично Фиг.1, пользователь 12 может быть любым человеком, компанией, энергосистемой общего пользования или субъектом, проявляющим интерес к проектированию воздушной линии электропередачи и выбору проводников для воздушной линии электропередачи с целью повышения технических характеристик системы или снижения стоимости системы. Пользователю 12 потребуется пароль, биометрический или другой аутентификационный ключ для прохождения мер безопасности по меньшей мере одного из рабочей станции 138, веб-сервера 142 и системы выбора проводника 145. В некоторых вариантах исполнения могут быть предусмотрены пользователи разных уровней с разделением пользователей по типам на новичков, опытных пользователей и администраторов.

В частности, на Фиг.6 изображена среда клиента / веб-сервера / сервера приложений, где пользователь представляет собой клиента, потенциального клиента или другую третью сторону, желающую провести оценку проводников. Пользователь 12 взаимодействует с рабочей станцией 138 (например, вычислительным устройством) и связывается с веб-сервером 142 через сеть 140, которая может представлять собой Интернет. Веб-сервер 142 может быть таким, как предлагаемый фирмой Microsoft Corporation под торговой маркой "INTERNET INFORMATION SERVER". Он также может быть веб-сервером, таким как предлагаемый фирмой Apache Foundation под торговой маркой "APACHE WEB SERVER". В данном примере веб-сервер 142 предусматривает компоненты пользовательского интерфейса, облегчающие сбор и представление информации, аналогичной описанной для интерфейса пользователя 16. Веб-сервер 142 может быть соединен через сеть, такую как сеть 144, с вычислительным устройством 146, которое реализует систему выбора проводника 145. В другом варианте исполнения веб-сервер 142 и вычислительное устройство 146 размещены в одной системе. В другом варианте исполнения репозитории 158, 160 и 162 размещаются на отдельных серверах или вычислительных устройствах, соединенных с вычислительным устройством 146 через сеть 144 или другую аналогичную сеть.

В изображенном примере система 136 позволяет множеству субъектов принимать участие в проектировании и установке воздушной линии электропередачи. Поскольку воздушные линии электропередачи могут быть большими проектами, которые могут включать частные и государственные организации, обеспечение доступа к системе выбора проводника 145 может быть полезным для эффективного проектирования и реализации воздушных линий электропередачи. Кроме того, сторонние производители других проводников, компонентов проводников, конструкций, изоляторов и другого оборудования могут иметь определенный тип доступа в систему выбора проводника 145 с целью определения несовместимости компонентов и модифицирования токонесущих компонентов для обеспечения дополнительных возможностей при проектировании.

Хотя система 136 позволяет использовать систему выбора проводника 145 по сети, все функции аналогичны описанным выше для системы 10. Кроме того, система 136 может быть способна подключаться по сети к другим базам данных или репозиториям данных для использования самых последних данных для проводников и всех других типов компонентов воздушной линии электропередачи. Эти данные могут включать данные геодезической разведки для географических профилей 158. Например, пользователь 12 может ввести координаты существующих башенных опор или предпочтительных башенных опор в систему выбора проводника 145 для получения данных о высотных отметках для всех позиций башенных опор и обработки всех этих данных для использования моделирующей прикладной программой 154 при генерировании возможной конфигурации проводников.

Предусматриваются альтернативные компоновки элементов системы 136 путем подключения дополнительных функциональных возможностей системы выбора проводника 145. Например, большее или меньшее количество сетей, вычислительных устройств или репозиториев данных может быть предусмотрено для достижения описанных тут преимуществ.

Фиг.7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа выбора пригодной конфигурации проводника воздушной линии электропередачи с использованием удаленной рабочей станции. Пользователь 12 начинает сеанс доступа к системе выбора проводника 145 с регистрации на веб-сервере 142 (164). Пользователь 12 затем загружает географический профиль для воздушной линии электропередачи (166). При наличии существующих башенных опор для системы (168) пользователю 12 предлагается загрузить данные о местонахождении башенных опор (170). При отсутствии существующих башенных опор (168) процесс продолжается.

Пользователь 12 затем выбирает конструктивные параметры для воздушной линии электропередачи, которые ограничивают возможные конфигурации проводников (172). Некоторые конструктивные параметры могут быть определены заранее, но могут быть отредактированы пользователем 12, если пользователь имеет полномочия на это. Пользователь 12 затем дает задание системе выбора проводника 136 определить возможные конфигурации проводников в соответствии с конструктивными параметрами (174). Если результаты являются неприемлемыми для пользователя 12 (176), то пользователь выбирает новые конструктивные параметры (172). Если результаты являются приемлемыми (176), то пользователь 12 выбирает желательную конфигурацию проводника из конфигураций, предложенных системой 136 (178).

Пользователь 12 затем дает задание сохранить выбранную конфигурацию проводника для последующего использования пользователем 12 или другим пользователем, принимающим участие в конструктировании, изготовлении или установке воздушной линии электропередачи, которая в соответствии с конфигурацией проводника включает множество натяжных субсекций каждого проводника (180). Пользователь 12 может затем использовать выбранную конфигурацию проводника для подготовки материалов, графика работ и других потребностей с целью установки воздушной линии электропередачи и завершения воздушной линии электропередачи.

В других вариантах исполнения система выбора проводника может включать дополнительные этапы, если пользователь 12 активирует дополнительный поэтапный или итерационный процесс выбора, как описано для Фиг.1 в соответствии с системой 136 по Фиг.6. В этих случаях способ может включать дополнительные этапы. Альтернативно, процесс может незначительно меняться в зависимости от того, кем является пользователь 12. Например, если пользователь 12 представляет собой заказчика производителя, то от пользователя может потребоваться предоставление дополнительной информации, и он может быть ограничен в правах на изменение некоторых предварительно заданных параметров воздушной линии электропередачи. Наоборот, если пользователь 12 является инженером производителя, то пользователь может осуществлять полный контроль настроек системы выбора проводника 136.

Фиг.8 представляет собой поперечное сечение иллюстративного примера проводника воздушной линии электропередачи. Некоторые проводники могут быть сконструированы из стальных сердечников, композитных (например, из композита с алюминиевой матрицей и полимерного композита) сердечников, инварных сердечников или любых других сердечников, известных специалистам. Конкретные типы проводников могут быть сконструированы из композита с алюминиевой матрицей, полимерного композита, алюминиевых сплавов, керамики, бора, графита, углерода, титана, вольфрама и сплавов с эффектом памяти формы. Примером полимерного композита является арамид и поли(п-фенилен-2,6-бензобисоксазол). Кроме того, проводник может быть изготовлен из любой комбинации этих или других известных специалистам материалов, имеющих низкий коэффициент термического расширения. Проводник также включает скрученные вокруг сердечника проволоки, которые обычно изготовлены из алюминиевого или медного сплава. Однако типы проводников, описываемые тут, обычно относятся к типу проводников с сердечниками внутри проводника. Хотя любой тип проводника может быть использован для сооружения любой субсекции натяжного участка анкерного участка воздушной линии электропередачи между двумя концевыми опорами, описанный тут пример проводника (т.е. ACCR проводник) иллюстрирует компоненты одного типа проводника для воздушной линии электропередачи. Как изображено на Фиг.8, иллюстративный пример проводника воздушной линии электропередачи 182 может иметь сердечник из девятнадцати индивидуальных проволок (например, композитных (например, из композита с металлической матрицей) проволок) 192, окруженный пятьюдесятью четырьмя индивидуальными металлическими проволоками (например, проволоками из алюминия или из алюминиевых сплавов) 188. Проводник воздушной линии электропередачи 182 представляет собой композитный проводник, такой как ACCR проводник. Проводник 182 содержит токонесущие проволоки 188 и проволоки сердечника 192. Проволоки 188 могут быть сконструированы из материала, проводящего электрический ток, такого как сплав алюминия и циркония. Каждая из проволок сердечника 192 содержит множество жил, обеспечивающих прочность проволоки. Проволоки 192 могут быть сконструированы из композитного материала.

Проводник 182 имеет по существу непрерывные (например, с длиной, являющейся относительно бесконечной по сравнению с диаметром) проволоки сердечника 192 и называется армированным алюминиевым композитным проводником (ACCR) воздушной линии передачи энергии. Типично, проволоки сердечника 192 содержат кристаллические керамические материалы (т.е. обладающие выраженной порошковой рентгенограммой) и/или смесь кристаллических керамических и стеклянных материалов (т.е. волокно может содержать как кристаллическую керамическую, так и стеклянную фазы), хотя проволоки может также содержат стеклянные материалы. В некоторых вариантах исполнения волокно является кристаллическим на по меньшей мере 50 (в некоторых вариантах исполнения по меньшей мере 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 или даже 100) мас.%. Примеры пригодных кристаллических керамических оксидных волокон включают жаростойкие волокна, такие как волокна из оксида алюминия, алюмосиликатные волокна, алюмоборатные волокна, алюмоборосиликатные волокна, волокна из оксидов циркония и кремния и их комбинации. В некоторых вариантах исполнения сердечников ACCR проводников для воздушной передачи энергии желательно, чтобы волокна содержали по меньшей мере 40 (в некоторых вариантах исполнения по меньшей мере 50, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 99 или даже 100) об.% Al₂O₃ от общего объема волокна. В других вариантах исполнения желательно, чтобы проволоки 192 содержали от 40 до 70 (в некоторых вариантах исполнения в интервале значений от 55 до 70 или даже от 55 до 65) об.% Al₂ O₃ от общего объема волокна.

В некоторых вариантах исполнения иллюстративные примеры стеклянных волокон доступны, например, от фирмы Coming Glass, Coming, NY. Типично, непрерывные стеклянные волокна имеют средний диаметр волокна в интервале значений от примерно 3 микрометров до примерно 19 микрометров. В некоторых вариантах исполнения стеклянные волокна имеют среднюю прочность на разрыв, равную по меньшей мере 3 ГПа, 4 ГПа и или даже по меньшей мере 5 ГПа. В некоторых вариантах исполнения стеклянные волокна имеют модуль в интервале значений от примерно 60 ГПа до 95 ГПа или от примерно 60 ГПа до примерно 90 ГПа.

В других вариантах исполнения волокна из оксида алюминия описаны, например, в патентах США № № 4954462 (Wood et al.) и 5185299 (Wood et al.). В некоторых вариантах исполнения волокна из оксида алюминия представляют собой волокна из поликристаллического альфа-оксида алюминия и содержат, в пересчете на теоретическое содержание оксидов, более 99 мас.% Al₂O₃ и 0,2-0,5 мас.% SiO ₂, от общего веса волокон из оксида алюминия. В другом аспекте некоторые желательные волокна из поликристаллического альфа-оксида алюминия содержат альфа-оксид алюминия, имеющий средний размер частиц менее 1 микрометра (или даже, в некоторых вариантах исполнения, менее 0,5 микрометра). В другом аспекте в некоторых вариантах исполнения волокна из поликристаллического альфа-оксида алюминия имеют среднюю прочность на разрыв, равную по меньшей мере 1,6 ГПа (в некоторых вариантах исполнения по меньшей мере 2,1 ГПа или даже по меньшей мере 2,8 ГПа), при определении в соответствии с методикой испытаний прочности на разрыв, описанной в патенте США № 6460597 (McCullough et al.). Иллюстративные примеры волокон из альфа-оксида алюминия продаются под торговой маркой "NEXTEL 610" фирмой 3М Company, St. Paul, MN.

Алюмосиликатные волокна описаны, например, в патенте США № 4047965 (Karst et al.). Иллюстративные примеры алюмосиликатных волокон продаются под торговыми марками "NEXTEL 440", "NEXTEL 550" и "NEXTEL 720" фирмой 3М Company (St. Paul, MN). Алюмоборатные и алюмоборосиликатные волокна описаны, например, в патенте США № 3795524 (Sowman). Иллюстративные примеры алюмоборосиликатных волокон продаются под торговой маркой "NEXTEL 312" фирмой 3М Company. Волокна из оксидов циркония и кремния описаны, например, в патенте США № 3709706 (Sowman).

Типично, непрерывные керамические волокна имеют средний диаметр волокна, равный по меньшей мере примерно 5 микрометров, более типично, в интервале значений от примерно 5 микрометров до примерно 20 микрометров; и в некоторых вариантах исполнения в интервале значений от примерно 5 микрометров до примерно 15 микрометров.

Кроме того, керамические волокна типично производятся в виде жгутов. Жгуты известны в технологии изготовления волокон и типично содержат множество (индивидуальных) обычно нескрученных волокон (типично, по меньшей мере 100 волокон, более типично, по меньшей мере 400 волокон). В некоторых вариантах исполнения жгуты содержат по меньшей мере 780 индивидуальных волокон в жгуте и, в некоторых случаях, по меньшей мере 2600 индивидуальных волокон в жгуте или по меньшей мере 5200 индивидуальных волокон в жгуте. Жгуты различных керамических волокон доступны с различными длинами, включая 300 метров, 500 метров, 750 метров, 1000 метров, 1500 метров и больше. Волокна могут иметь круглую, эллиптическую или гантелеобразную форму поперечного сечения.

Альтернативно, иллюстративным примером борных волокон являются волокна, коммерчески доступные, например, от фирмы Textron Specialty Fibers, Inc. (Lowell, MA). Типично, такие волокна имеют длину порядка по меньшей мере 50 метров и могут даже иметь длины порядка километров или больше. Типично, непрерывные борные волокна имеют средний диаметр волокна в интервале значений от примерно 80 микрометров до примерно 200 микрометров. Более типично, средний диаметр волокна составляет не более 150 микрометров, наиболее типично, в интервале значений от 95 микрометров до 145 микрометров. В некоторых вариантах исполнения борные волокна имеют среднюю прочность на разрыв, равную по меньшей мере 3 ГПа и/или даже по меньшей мере 3,5 ГПа. В некоторых вариантах исполнения борные волокна имеют модуль в интервале значений от примерно 350 ГПа до примерно 450 ГПа или даже в интервале значений от примерно 350 ГПа до примерно 400 ГПа.

Далее, иллюстративным примером карбидокремниевых волокон являются волокна, продаваемые, например, фирмой COI Ceramics (San Diego, CA) под торговой маркой "NICALON" в виде жгутов по 500 волокон, фирмой Ube Industries (Япония) под торговой маркой "TYRANNO" и фирмой Dow Coming (Midland, MI) под торговой маркой "SYLRAMIC".

Иллюстративным примером элементарных волокон карбида кремния являются волокна, продаваемые, например, фирмой Specialty Materials, Inc. (Lowell, MA) под торговыми марками "SCS-9", "SCS-6" и "Ultra-SCS".

Иллюстративными примерами металлического алюминия для матрицы являются элементарный алюминий высокой чистоты (например, более 99,95%) или сплавы чистого алюминия с другими элементами, такими как медь. Типично, материал с алюминиевой матрицей выбирают таким образом, чтобы материал матрицы не проявлял значительного химического взаимодействия с волокном (т.е. был относительно химически инертным по отношению к материалу волокна), например, для устранения необходимости обеспечения защитного покрытия на поверхности волокна.

В некоторых вариантах исполнения алюминиевая матрица содержит по меньшей мере 98 мас.% алюминия, по меньшей мере 99 мас.% алюминия, более 99,9 мас.% алюминия или даже более 99,95 мас.% алюминия. Иллюстративный пример алюминиевых сплавов, состоящих из алюминия и меди, содержит по меньшей мере 98 мас.% алюминия и до 2 мас.% меди. В некоторых вариантах исполнения пригодными алюминиевыми сплавами являются алюминиевые сплавы серий 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000 и/или 8000 (обозначения Aluminium Association). Хотя обычно алюминий более высокой чистоты является желательным для изготовления проволок с более высокой прочностью на разрыв, менее чистые формы металлов также являются пригодными.

Пригодный алюминий доступен, например, под торговой маркой "SUPER PURE ALUMINIUM; 99,99% Al" от фирмы Alcoa (Pittsburgh, PA). Алюминиевые сплавы (например, А1-2 мас.% Cu (0,03 мас.% примесей)) могут быть приобретены, например, у фирмы Belmont Metals (New York, NY).

Композитные сердечники типично содержат по меньшей мере 15 об.% (в некоторых вариантах исполнения по меньшей мере 20, 25, 30, 35, 40, 45 или даже 50 об.%) волокон, от общего суммарного объема волокон и материала алюминиевой матрицы. Более типично, композитные сердечники и проволоки содержат от 40 до 75 (в некоторых вариантах исполнения от 45 до 70) об.% волокон, от общего суммарного объема волокон и материала алюминиевой матрицы.

Типично, средний диаметр сердечника имеет значение в интервале от примерно 1 мм до примерно 15 мм. В некоторых вариантах исполнения средний диаметр сердечника желательно составляет менее 1 мм, по меньшей мере 2 мм или даже до примерно 3 мм. Типично, средний диаметр композитной проволоки имеет значение в интервале от примерно 1 мм до 12 мм, от 1 мм до 10 мм, от 1 до 8 мм или даже от 1 мм до 4 мм. В некоторых вариантах исполнения средний диаметр композитной проволоки желательно составляет по меньшей мере 1 мм, по меньшей мере 1,5 мм, 2 мм, 3 мм, 4 мм, 5 мм, 6 мм, 7 мм, 8 мм, 9 мм, 10 мм, 11 мм или даже по меньшей мере 12 мм.

Технологии изготовления проволок из алюминиевых композитов известны специалистам. Например, непрерывная проволока с металлической композитной матрицей может быть изготовлена с использованием процессов непрерывной пропитки металлической матрицы. Один из пригодных процессов описан, например, в патенте США № 6485796 (Carpenter et al.). Другие технологические схемы получения композитов с металлической матрицей, армированной непрерывными волокнами, например, обсуждаются в ASM Handbook. Vol.21, Composites, pp.584-588 (ASM International, Metals Park, ОН), опубликованной в 2001 г.

Проводники для воздушной передачи энергии, имеющие в сечении сердечники, содержащие стальную проволоку (проволоки), являются коммерчески доступными, например, от фирмы Southwire (Carrollton, GA). Типично, стальные проволоки сердечника представляют собой сталь от средней до высокой прочности с номинальной прочностью на разрыв в интервале значений от 170 ksi до 280 ksi (от 1172 МПа до 1931 МПа) и обычно имеют покрытия для придания хорошей коррозионной стойкости. Обычные материалы покрытия включают цинк (также известны как оцинкованные) или цинковый сплав с 5% алюминия-мишметалла. Однако другие материалы покрытия также могут быть использованы в процессе производства.

Кабели или проводники, используемые по настоящему изобретению, типично являются скрученными. Скрученные кабели типично включают центральный провод и первый слой проволок, спирально скрученный вокруг центрального провода. Скручивание кабеля представляет собой процесс, в котором индивидуальные пучки проводов объединяют в спиральной конфигурации для получения готового кабеля (см., например, патенты США № № 5171942 (Powers) и 5554826 (Gentry)). Получаемый при этом спирально скрученный проволочный трос обеспечивает гораздо большую гибкость, чем может быть достигнута для сплошного стержня с эквивалентной площадью поперечного сечения. Спиральная конфигурация также удобна тем, что скрученный кабель сохраняет свою в общем круглую форму поперечного сечения, когда он подвергается сгибанию во время манипулирования, установки и использования. Спирально скрученные кабели могут содержать от всего 7 индивидуальных жил до более распространенных конструкций, содержащих 50 или больше жил.

Были описаны различные варианты исполнения изобретения. Однако квалифицированному специалисту будет понятно, что могут быть выполнены различные модификации описанных вариантов исполнения, не выходящие за пределы объема изобретения. Например, изобретение может быть выполнено в виде машиносчитываемого носителя, содержащего команды, заставляющие процессор выполнять любой из описанных тут способов. Эти и другие варианты исполнения входят в объем приложенной формулы изобретения.