Устройство для удаления снега и/или льда с проводов линий электропередач
Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована при эксплуатации линий электропередачи, находящихся под напряжением или в обесточенном состоянии. Полезная модель направлена на упрощение технических средств, используемых для удаления намерзшего льда с электрических проводов, повышение эффективности и исключение необходимости разделения цельного провода на отрезки. Указанный технический результат достигается тем, что устройство для удаления снега и/или льда с проводов линий электропередач включает средство для создания момента вращения провода относительно его продольной оси, выполненное в виде жестко соединенных с проводом непосредственно или через втулки вертикальных лопастей на некотором расстоянии друг от друга, при этом лопасти, смежные с лопастями, направленными в зенит, направлены в надир. Кроме того, лопасти могут быть выполнены переменного сечения и кривизны и могут быть установлены во втулках с возможностью вращения лопастей относительно своей продольной оси. 1 н.п.ф., 2 з.п.ф., 2 илл.
Полезная модель относится к электроэнергетике, и может быть использована при эксплуатации линий электропередачи, находящихся под напряжением или в обесточенном состоянии.
Энергетики рассматривают обледенение ЛЭП в качестве одного из наиболее серьезных бедствий. Это явление характеризуется образованием плотного ледяного осадка при намерзании переохлажденных капель дождя, мороси или тумана преимущественно при температуре от 0 до -5°С на проводах ЛЭП. Толщина гололеда на воздушных высоковольтных ЛЭП может достигать 60-70 мм, существенно утяжеляя провода. Простые расчеты показывают, что, например, масса провода марки АС-185/43 диаметром 19,6 мм длиной 1 км массой 846 кг увеличивается при толщине гололеда в 20 мм в 3,7 раза, при толщине в 40 мм - в 9 раз, при толщине 60 мм - в 17 раз. При этом общая масса линии электропередачи из 8 проводов длиной в 1 км возрастает соответственно до 25, 60 и 115 тонн, что приводит к обрыву проводов и поломке несущих опор.
Подобные аварии приносят значительный экономический ущерб, приостанавливая электроснабжение предприятий и жилых домов. На устранение последствий таких аварий уходит порой значительное время и затрачиваются огромные средства. Такие аварии случаются ежегодно во многих странах северной и средней полосы.
Известны многочисленные способы борьбы с этим явлением, основанные на механическом или тепловом воздействии на ледяную корку. При этом предпочтение отдается различным способам плавки льда, поскольку средства механического воздействия зачастую не могут быть применены в труднодоступных горных и лесистых районах. Плавка током - наиболее распространенный способ борьбы с гололедом на проводах воздушных высоковольтных ЛЭП. Лед плавят за счет нагрева несущих или вспомогательных проводов постоянным или переменным током частотой 50 Гц до температуры в 100-130°С
Иногда нагрев проводов совмещают с механическим воздействием. Так, например, известен способ удаления гололеда с проводов контактной сети и линий электропередач (RU 2166826 [1]), заключающийся в том, что пропускают переменный ток или импульсы тока с частотой, близкой к механическому резонансу, и амплитудой, достаточной для преодоления внешних и внутренних сил трения, причем изменение пропускаемого переменного тока может быть периодическим, иметь качающуюся частоту, изменяться по гармоническому закону, иметь форму пачек импульсов с заданными законами изменения частоты, амплитуды и скважности. Параметры пропускаемого по двойным (или кратным двум) проводам контактной сети и линий электропередачи электрического тока выбирается так, чтобы привести провода в колебательное движение. Как известно, проводники с однонаправленным протеканием тока притягиваются. Вместе с тем при ударе проводов друг о друга накапливается потенциальная энергия в виде упругой деформации. Следовательно, получается колебательная система, которая при соответствующем подборе частоты, амплитуды и скважности импульсов тока может начать колебаться и войти в резонанс. Ускорение удаления гололеда достигается за счет того, что нагрев проводов будет сопровождаться механическими ударами проводов друг об друга. Уменьшение расходов электроэнергии достигается за счет значительного сокращения времени удаления гололеда с проводов и уменьшения величины пропускаемых токов. Повышение безопасности достигается за счет исключения режимов короткого замыкания. Уменьшение влияния на линии связи, предотвращение отказов радиоэлектронной аппаратуры происходит также за счет отказа от режимов короткого замыкания. Данный способ является весьма сложным в реализации, а кроме того, необходимо отключать потребителей на период проведения процедуры размораживания.
Известно устройство для удаления гололеда с проводов которое состоит из двух изолированных между собой групп проволок, которые с одного конца соединены между собой и с проводом последующего участка воздушной линии, а с другого конца первая группа проволок соединена с проводом предыдущего участка воздушной линии, а между первой и второй группами проволок включен независимый источник напряжения (RU 2316866 [2]).
Основной ток линии проходит с провода предыдущего участка ЛЭП на первую группу проволок и затем на провод следующего участка ЛЭП. От независимого источника прикладывается напряжение между первой группой проволок и второй группой проволок. Независимым источником напряжения может быть трансформатор напряжения, питающийся от сети 0,38 кВ с изоляцией 63 кВ относительно земли для подстанции 110 кВ, либо трансформатор вдали от подстанции, питаемый непосредственно от воздушных линий 110 кВ. Устройство обеспечивает его применение его без отключения потребителей. Однако недостатком данного способа является усложнение конструкции всей ЛЭП за счет создания «обходных» групп проволок, принимающих на себя нагрузку в период проведения размораживания основного провода.
Известно устройство для перемещения по проводу линии электропередачи средства для удаления льда с провода, которое содержит корпус, выполненный с возможностью установки на проводе, снабженный средством передвижения и источником питания. Средство передвижения содержит подвижный модуль, выполненный с возможностью перемещения относительно корпуса, и взаимодействующую с ним левистическую катушку, неподвижно закрепленную на корпусе и взаимосвязанную с источником питания, при этом подвижный модуль включает как минимум один постоянный магнит и средство фиксации подвижного модуля, выполненное с возможностью взаимодействия с проводом линии электропередач (RU 91230 U1 [3]). Недостатком устройства является сложность конструкции и необходимость наличия источника питания.
Известно устройство для удаления льда с провода, которое содержит контейнер со средствами гидрофобизации. Этот контейнер имеет постановочную прорезь, осевое отверстие для установки на провод линии электропередачи, а также лопасти воздушной турбины, благодаря которой он вращается на проводе под действием силы ветра. Благодаря такому движению происходит механическое воздействие на осадок атмосферного льда на проводе и удаление его с провода. Механизм возвратно-поступательного перемещения контейнера по проводу состоит по крайней мере из одного круглого катка, прижатого к проводу и вращающегося вместе со своей осью при вращении воздушной турбины. Ось катка закреплена в контейнере таким образом, что она может благодаря кулачковому переключателю изменять свое положение относительно провода. Для более полного использования энергии ветра путем преобразования в электрическую энергию с последующим использованием для практических нужд, например для тепловой защиты контейнера от обледенения или для передачи потребителю, в катках, изготовленных из диэлектрического материала, вмонтированы проводниковые электрические рамки, превращающие все устройство в ветроэлектрогенератор, работа которого при ветре и наличии электрического тока в фазном проводе является обязательным условием. На обесточенной, разомкнутой цепи линии электропередачи ветроэлектрогенератор вырабатывать энергию не будет (RU 2073291 [4]). Недостатком известного устройства является относительно сложная конструкция и невысокая эффективность.
Из описания к RU 2092952 [5] известна маятниковая защита от обледенения. Линия электропередачи снабжается устройством противогололедной защиты в виде облегающего провод контейнера-гидрофобизатора-очистителя с осевым отверстием, постановочной прорезью и отверстиями в боковых стенках для механической ломки и удаления с провода осадка атмосферного льда и две взаимно перпендикулярные относительно друг друга и неподвижные относительно контейнера-гидрофобизатора - очистителя лопасти, одна из которых обеспечивает перемещение контейнера по проводу из одного конца пролета ЛЭП в другой при смене направления ветра, а другая, установленная в плоскости, продольной проводу со смещением центра тяжести, как у маятника, обеспечивает контейнеру колебательное движение при взаимодействии двух переменных сил, одна из которых аэродинамическая, отклоняющая лопасть из положения равновесия при усилении ветра, а другая - сила тяжести лопасти, стремящаяся вернуть лопасть в исходное положение при ослаблении ветра.
Недостатком известного устройства является его относительно сложная конструкция и невысокая эффективность. Действительно, при наличии господствующей розы ветров может возникать ситуация, когда из-за отсутствия смены ветра устройство зависнет у одной из опор.
Наиболее близким к заявляемому устройству по своей технической сущности является устройство, известное из описания к RU 2460188 [6].
Устройство предусматривает разделение провода на отдельные отрезки и включает средство механического и электрического соединения отрезков проводов между собой, обеспечивающее жесткое закрепление одного из концов отрезка провода и закрепление второго конца отрезка провода с возможностью вращения, выполненное в виде муфты, и средство для проворачивания проводов относительно их оси, выполненное в виде по крайней мере одной лопасти, жестко соединенной с проводом непосредственно или через втулку.
Недостатком известного устройства является его относительно сложная конструкция, заключающаяся в необходимости разделения провода на отдельные отрезки и последующее их соединение между собой электрически и механически, жесткое закрепление одного из концов отрезка провода и закрепление второго конца отрезка провода с возможностью вращения.
Заявляемая полезная модель направлена на упрощение технических средств, используемых для удаления намерзшего льда с электрических проводов, повышение эффективности и исключение необходимости разделения цельного провода на отрезки.
Указанный результат достигается тем, что устройство для удаления снега и/или льда с проводов линий электропередач включает средство для создания момента вращения провода относительно его продольной оси, выполненное в виде жестко соединенных с проводом непосредственно или через втулки вертикальных лопастей на некотором расстоянии друг от друга, при этом лопасти, смежные с лопастями, направленными в зенит, направлены в надир.
Указанный результат достигается так же тем, что лопасти выполнены переменного сечения и кривизны.
Указанный результат достигается так же тем, что лопасти установлены во втулках с возможностью вращения лопастей относительно своей продольной оси.
Приложение к отрезкам проводов момента, обеспечивающего их проворачивание относительно продольной оси, позволяет обеспечивать эффективное удаление намерзших льда и снега с них. Авторами было экспериментально установлено, что проворот отрезка провода относительно продольной оси, даже при незначительных углах проворота (а, следовательно, при незначительных усилиях, прикладываемых для этого), обеспечивает полное удаление намерзших льда и снега. Этот факт можно объяснить тем, что придание проводу вращательного движения существенно уменьшает адгезию ледяной корки к металлу, в некоторых случаях, в два раза. Одна из возможных причин эффекта уменьшения адгезионной прочности в том, что затраты энергии на разрушение контакта «лед-подложка» определяются не только формой граничной поверхности, но также соотношением нормальных и сдвиговых напряжений. Так, при отношении сдвиговых поперечных к сдвиговым продольным напряжениям равным 0, 002 адгезионная прочность уменьшается в два раза.
Закрепление на проводах вертикально лопастей, жестко соединенных с проводом обеспечивает создание момента вращения провода относительно его продольной оси при возникновении ветровой нагрузки.
Закрепление на проводах лопастей на некотором расстоянии друг от друга необходимо для того, чтобы прилагаемого к отрезку провода момента вращения, было достаточно для удаления ледяной корки с большей части всего отрезка между лопастями. Установка лопастей так, что лопасти, смежные с лопастями, направленными в зенит, направлены в надир, обеспечивает их поворот навстречу друг другу при одном и том же направлении ветра. Закрепление лопастей на проводах с помощью втулок позволяет легко переставлять лопасти вдоль провода и изменять расстояние между ними.
Выполнение лопастей переменного сечения и кривизны позволяет улавливать ветер различных направлений (румбов) и создавать момент вращения провода относительно его продольной оси, хотя бы небольшой, независимо от направления ветра.
В частных случаях реализации целесообразно лопасти устанавливать во втулках с возможностью вращения лопастей относительно своей продольной оси. В этом случае под воздействием ветровой нагрузки лопасти автоматически будут поворачиваться так, что ветровая нагрузка на них будет максимальна, и соответственно создаваемый ими момент вращения провода относительно его продольной оси.
Сущность заявляемого устройства поясняется примерами реализации и графическими материалами. На фиг.1 представлена принципиальная схема реализации устройства. На фиг.2 представлен частный вариант реализации с использованием втулок.
Пример 1. В самом общем случае устройство для удаления снега и/или льда с проводов линий электропередач состоит из проводов 1 и жестко соединенных с проводом непосредственно или через втулки вертикальных плоских лопастей 2 на некотором расстоянии друг от друга. При этом лопасти, смежные с лопастями, направленными в зенит, направлены в надир, а плоскости лопастей параллельны продольной оси провода.
Лопасти могут быть закреплены на проводах любым известным способом - сваркой, пайкой, болтами и т.д.
Устройство функционирует следующим образом. Под воздействием ветровой нагрузки на плоскости лопастей 2 в отрезках проводов, заключенных между ними, возникает момент скручивания. В результате проворота отрезков проводов вдоль продольной оси происходит их деформация, приводящая к удалению налипших на них снега или льда.
Пример 2. Устройство для удаления снега и/или льда с проводов линий электропередач состоит из проводов 1 и вертикальных лопастей 2 соединенных через подшипник 3 со втулками 4, жестко соединенных с проводом. Устройство функционирует следующим образом. Под воздействием ветровой нагрузки на плоскости лопастей 2, они поворачиваются и занимают положение, обеспечивающее воздействие на них максимальной ветровой нагрузки, а в отрезках проводов, заключенных между ними, возникает момент скручивания. В результате проворота отрезков проводов вдоль продольной оси происходит их деформация, приводящая к удалению налипших на них снега или льда.
1. Устройство для удаления снега и/или льда с проводов линий электропередач, включающее средство для создания момента вращения провода относительно его продольной оси, выполненное в виде жестко соединенных с проводом непосредственно или через втулки вертикальных лопастей на некотором расстоянии друг от друга, при этом лопасти, смежные с лопастями, направленными в зенит, направлены в надир.
2. Устройство для удаления снега и/или льда по п.1, отличающееся тем, что лопасти выполнены переменного сечения и кривизны.
3. Устройство для удаления снега и/или льда по п.1, отличающееся тем, что лопасти установлены во втулках с возможностью вращения лопастей относительно своей продольной оси.
