Устройство для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована для удаления ледяных образований с проводов линий электропередач путем их электромеханического встряхивания. Задачей настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи и повышение его эффективности при меньшем энергопотреблении. Решение поставленной задачи достигается за счет обеспечения возможности работы ударного механизма в результате электромагнитного взаимодействия с током, протекающим по проводам линии электропередачи, как в вибрационном, так и в ударно-встряхивающем режиме. При этом создаются механические ударные воздействия на провода с периодическим их встряхиванием, вызывая этим высокие знакопеременные растягивающие и сжимающие напряжения за счет изгиба и встряски обледеневших проводов, способствующие более эффективному разрушению и стряхиванию налипшего на провод льда при меньших токах, т.е. при меньшем энергопотреблении. Технический результат достигается тем, что в устройство для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи, включающее первый, упруго связанный с проводом, магнитный ударный элемент, содержащий прямоугольную рамку, первый и второй высококоэрцитивные пластинчатые постоянные магниты, намагниченные аксиально, обращенные друг к другу разноименными полюсами и свободно охватывающие провод с возможностью относительных смещений, верхняя и нижняя стороны прямоугольной рамки имеют выступающий цилиндрический боек со свободно надетой на него втулкой из упругого эластичного материала с высотой, превышающей на расчетную величину высоту бойка и введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода, согласно настоящей полезной модели, дополнительно введен второй магнитный ударный элемент, упруго связанный с проводом и жестко скрепленный посредством планок с первым магнитным ударным элементом, при этом первый и второй магнитные ударные элементы выполнены аналогичными по конструкции, но с противоположнополярным магнитным полем, прямоугольная рамка первого и второго магнитных ударных элементов выполнена из ферромагнитного материала с возможностью разъема нижней стороны, причем первый высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит первого и второго магнитных ударных элементов установлен на одну боковую сторону прямоугольной рамки, а второй высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит первого и второго магнитных ударных элементов установлен на другую боковую сторону прямоугольной рамки. 3 ил.

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована для удаления ледяных образований с проводов линий электропередач путем их электромеханического встряхивания.

Отложение гололеда на проводах представляет большую опасность для стабильного энергоснабжения и нормальной эксплуатации воздушных линий электропередач. Гололед обуславливает дополнительные механические нагрузки на все элементы воздушных линий. При значительных гололедных отложениях возможны обрывы проводов, тросов, разрушения арматуры, изоляторов и даже опор воздушных линий. В результате энергокомпании и потребители несут крупные убытки, а восстановление оборванных проводов - дорогостоящий и трудоемкий процесс.

Известны многочисленные устройства борьбы с этим явлением (Левченко И.И., Засыпкин А.С., Аллилуев .., Сацук Е.И. Диагностика, реконструкция и эксплуатация воздушных линий электропередачи в гололедных районах. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007 г.).

Однако реально на практике при активной борьбе с обледенением проводов применяются устройства с механическим и тепловым удалением отложений льда. При этом предпочтение отдается устройствам с различными способами плавки льда, поскольку средства механического воздействия требуют доступа к линии электропередачи и зачастую не могут быть применены в труднодоступных районах (переходы через реки, озера, водохранилища, горные перевалы, лесистые районы и т.п.).

Лед плавят за счет нагрева проводов постоянным или переменным током большой величины в течение длительного периода времени (время плавки достигает 100 минут).

Основным недостатком таких устройств являются большие энергетические затраты при его использовании. Кроме того, плавка наледи электрическим током, в большинстве случаев, является опасной для целостности проводов и конструкций опор.

Электромеханические устройства удаления льда с проводов линий электропередач образуют класс новых устройств борьбы с гололедом на линиях электропередач. Удаление гололеда предлагается производить не с помощью термического воздействия от протекающего по проводам тока, а с помощью создания механических колебаний проводов за счет использования сил электромагнитного взаимодействия между проводами, возникающими при протекании по ним электрического тока. Использование механических колебаний для разрушения льда, а не нагрева, как это делается в настоящее время, позволит существенно уменьшить время, необходимое для очистки линии ото льда, и энергию, затрачиваемую на очистку.

Известно техническое решение электромеханического удаления льда с проводов линий электропередач, основанное на создании механических колебаний проводников путем периодического пропускания по ним импульсов постоянного тока в одном и противоположном направлениях с частотой, кратной частоте собственных колебаний обледеневших проводов, закрепленных на двух соседних опорах линии электропередачи (Патент РФ 2442256 C1, МПК H02G 7/16. Способ удаления обледенения с проводов линий электропередач / Козин В.М., Соловьев В.А., Орлов Д.А., Сухорукое СИ, Малых К.С, опубл. 10.02.2012 г.).

Недостатком указанного решения является сложность в практической реализации вследствие того, что при его использовании необходим тщательный и точный расчет величины и частоты импульсов тока, соответствующих собственной частоте колебаний обледеневших проводов, закрепленных на двух соседних опорах, которая изменяется от пролета к пролету и с изменением окружающих условий случайным образом, что является проблемой в реализации способа, а устройство для его осуществления должно содержать источник импульсного или переменного тока с возможностью перестройки частоты импульсов на собственную частоту резонанса обледеневших проводов.

Прототипом является устройство для электромеханического сброса гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи (Патент РФ 2481684, МПК H02G 7/16. Устройство для сброса гололедных отложений с проводов. / Белый Д.М., Афанасьев Г.Ф, опубл. 10.05.2013 г.).

Известное устройство представляет собой магнитный ударный элемент, имеющий форму прямоугольной рамки надетой непосредственно на провод, две противоположные стороны которой выполнены в виде высококоэрцитивных постоянных магнитов прямоугольной формы, намагниченных аксиально, то есть магнитные полюса N, S расположены с разных сторон по толщине каждой пластинки. При этом постоянные магниты обращены друг к другу разноименными полюсами и свободно охватывают провод с возможностью смещения относительно него, то есть по скользящей посадке. Две другие стороны прямоугольной рамки выполнены в виде соединяющих магниты пластин из неферромагнитного материала, в частности - дюралюминия, и прикреплены к магнитам с помощью винтов, ввернутых в заармированные в магниты резьбовые втулки.

При этом каждая из пластин с обращенной к магнитам стороны в своей центральной части снабжена выступающим цилиндрическим бойком и свободно надетой на него втулкой из упругого эластичного материала, введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода. Высота каждой втулки на расчетную величину превышает высоту соответствующего бойка, то есть образует с проводом зазор расчетной величины.

Работа данного устройства осуществляется следующим образом. Постоянные магниты вплотную прижаты к проводу, и в рабочем зазоре между полюсами, равном диаметру провода, создается постоянное магнитное поле. При протекании по проводу переменного тока возникает знакопеременная электромагнитная сила взаимодействия провода и магнитного поля постоянных магнитов, вызывающая смещения ударного элемента относительно провода, то есть происходят колебания ударного элемента относительно провода. Ударный элемент автоматически и непрерывно работает в вибрационном режиме, что придает электромеханическим воздействиям на провод вибрационный характер и обеспечивает непрерывность процесса удаления с проводов капель воды на ранней стадии до ледообразования.

Основным недостатком устройства-прототипа являются его ограниченные функциональные возможности из-за невозможности создания в слоях уже образовавшегося льда более высоких знакопеременных растягивающих и сжимающих напряжений, возникающих от изгиба и встряски обледеневших проводов, способствующих более эффективному разрушению гололеда при меньших токах, т.е. при меньшем энергопотреблении.

Кроме того, наличие в магнитной системе данного ударного элемента неферромагнитных участков значительно уменьшает электромагнитную силу взаимодействия провода и магнитного поля а, следовательно, также снижает эффективность и повышает энергоемкость при его использовании.

Задачей настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи и повышение его эффективности при меньшем энергопотреблении.

Решение поставленной задачи достигается за счет обеспечения возможности работы ударного механизма в результате электромагнитного взаимодействия с током, протекающим по проводам линии электропередачи, как в вибрационном, так и в ударно-встряхивающем режиме. При этом создаются механические ударные воздействия на провода с периодическим их встряхиванием, вызывая этим высокие знакопеременные растягивающие и сжимающие напряжения за счет изгиба и встряски обледеневших проводов, способствующие более эффективному разрушению и стряхиванию налипшего на провод льда при меньших токах, т.е. при меньшем энергопотреблении.

Технический результат достигается тем, что в устройство для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи, включающее первый, упруго связанный с проводом, магнитный ударный элемент, содержащий прямоугольную рамку, первый и второй высококоэрцитивные пластинчатые постоянные магниты, намагниченные аксиально, обращенные друг к другу разноименными полюсами и свободно охватывающие провод с возможностью относительных смещений, верхняя и нижняя стороны прямоугольной рамки имеют выступающий цилиндрический боек со свободно надетой на него втулкой из упругого эластичного материала с высотой, превышающей на расчетную величину высоту бойка и введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода, согласно настоящей полезной модели, дополнительно введен второй магнитный ударный элемент, упруго связанный с проводом и жестко скрепленный посредством планок с первым магнитным ударным элементом, при этом первый и второй магнитные ударные элементы выполнены аналогичными по конструкции, но с противоположнополярным магнитным полем, прямоугольная рамка первого и второго магнитных ударных элементов выполнена из ферромагнитного материала с возможностью разъема нижней стороны, причем первый высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит первого и второго магнитных ударных элементов установлен на одну боковую сторону прямоугольной рамки, а второй высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит первого и второго магнитных ударных элементов установлен на другую боковую сторону прямоугольной рамки.

Таким образом, сущность полезной модели заключается в создании устройства для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи, в котором ударный механизм в результате элетромагнитного взаимодействия с током, протекающим по проводам линии электропередачи, может работать как в вибрационном, так и в ударно-встряхивающем режиме, создавая механические ударные воздействия на провода с периодическим их встряхиванием, вызывая этим высокие знакопеременные растягивающие и сжимающие напряжения за счет изгиба и встряски обледеневших проводов, способствующие более эффективному разрушению и стряхиванию налипшего на провод льда при меньших токах, т.е. при меньшем энергопотреблении.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства установленного на проводе линии электропередачи, на фиг. 2 изображен вид А на фиг. 1, а на фиг. 3 - вид В на фиг. 1.

На чертежах цифрами обозначены:

1 - провод линии электропередачи,

2 - первый магнитный ударный элемент,

3 - второй магнитный ударный элемент,

4 - планка,

5 - прямоугольная рамка,

6 - нижняя сторона прямоугольной рамки,

7 - первый высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит,

8 - второй высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит

9 - выступающий цилиндрический боек,

10 - втулка.

Устройство для электромеханического удаления ледяных образований с провода 1 линий электропередачи включает в себя первый, упруго связанный с проводом 1, магнитный ударный элемент 2, содержащий прямоугольную рамку 5, первый 7 и второй 8 высококоэрцитивные пластинчатые постоянные магниты, намагниченные аксиально, обращенные друг к другу разноименными полюсами и свободно охватывающие провод 1 с возможностью относительных смещений. Верхняя и нижняя стороны прямоугольной рамки 5 имеют выступающий цилиндрический боек 9 со свободно надетой на него втулкой 10 из упругого эластичного материала с высотой, превышающей на расчетную величину высоту бойка 9 и введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода 1.

Предлагаемое устройство для электромеханического сброса гололедных отложений с провода линий электропередачи отличается тем, что в него дополнительно введен второй магнитный ударный элемент 3, упруго связанный с проводом 1 и жестко скрепленный посредством планок 4 с первым магнитным ударным элементом 2, при этом первый 2 и второй 3 магнитные ударные элементы выполнены аналогичными по конструкции, но с противоположнополярным магнитным полем. Прямоугольная рамка 5 первого 2 и второго 3 магнитных ударных элементов выполнена из ферромагнитного материала с возможностью разъема нижней стороны 6 для установки на проводе пролета линии электропередачи. Первый высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит 7 первого 2 и второго 3 магнитных ударных элементов установлен на одну боковую сторону прямоугольной рамки 5, а второй высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит 8 первого 2 и второго 3 магнитных ударных элементов установлен на другую боковую сторону прямоугольной рамки 5.

Таким образом, каждый магнитный ударный элемент 2 и 3 представляет собой надетую непосредственно на провод 1 прямоугольную рамку 5, изготовленную из ферромагнитного материала и выполняющую роль магнитопровода, на двух противоположных боковых сторонах которой закреплены высококоэрцитивные пластинчатые постоянные магниты 7 и 8, намагниченные аксиально. При этом постоянные магниты 7, 8 обращены друг к другу разноименными полюсами , S и свободно охватывают провод 1 с возможностью смещения относительно него.

Каждая из двух других сторон рамки снабжена выступающим цилиндрическим бойком 9, изготовленным из немагнитного материала, и свободно надетой на него втулкой 10 из упругого эластичного материала с высотой, превышающей на расчетную величину высоту бойка 9, введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода 1, то есть образует между бойком 9 и проводом 1 зазор расчетной величины. Нижняя сторона 6 прямоугольной рамки 5 выполнена также из ферромагнитного материала и сделана разъемной, что облегчает установку устройства на провод 1.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Постоянные магниты 7, 8 охватывающие провод 1 создают в рабочем зазоре между полюсами постоянное магнитное поле индукцией В (направлено перпендикулярно плоскости рисунка фиг. 1). При протекании по проводу 1 переменного тока величиной I возникает электромагнитная сила Ампера FA взаимодействия провода 1 и постоянных магнитов 7, 8 равная по модулю FA =l, где l - длина участка провода 1 в зоне магнитного поля, то есть ширина магнитного ударного элемента. Направление силы FA определяется по правилу левой руки. Эта сила стремится сместить провод относительно магнитного ударного элемента. Согласно третьему закону Ньютона сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия, следовательно, возникает сила F стремящаяся сместить магнитный ударный элемент относительно провода. Так как магнитные ударные элементы 2, 3 расположены соосно на расстоянии друг от друга, жестко скреплены между собой планками 4 и имеют противоположнополярные магнитные поля, то возникает пара противоположнонаправленных сил F, совокупность которых создает момент, придающий электромеханическому взаимодействию устройства с проводом 1 ударно-встряхивающий характер, вызывая механические ударные воздействия на провод 1 с периодическим его встряхиванием и обеспечивая этим более эффективное разрушение и стряхивание налипшего на провод 1 льда.

Достоинством предлагаемого устройства является способность работать в двух режимах: в профилактическом и в экстремальном, что расширяет его функциональные возможности.

В профилактическом режиме устройство работает непрерывно за счет взаимодействия с переменным током, протекающим по проводу линии электропередачи в штатном режиме ее работы, без необходимости отключения на обслуживание, что придает электромеханическим взаимодействиям устройства с проводом вибрационный характер и обеспечивает непрерывность процесса удаления с провода капель воды на ранней стадии до ледообразования.

В экстремальном режиме электромеханическому взаимодействию устройства с проводом линии электропередачи придается ударно-встряхивающий характер за счет периодического пропускания по проводам пролета линии электропередачи импульсов постоянного тока от специального источника электропитания, создавая механические ударные воздействия на провод с периодическим его встряхиванием и вызывая этим разрушение и стряхивание налипшего на провод льда.

Кроме того, исключение из магнитной системы магнитных ударных элементов неферромагнитных участков позволяет достигать тех же сил электромеханического взаимодействия при меньших токах в проводах и энергии магнитов, что способствует повышению эффективности устройства при меньшем энергопотреблении.

Устройство для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи, включающее первый, упруго связанный с проводом, магнитный ударный элемент, содержащий прямоугольную рамку, первый и второй высококоэрцитивные пластинчатые постоянные магниты, намагниченные аксиально, обращенные друг к другу разноименными полюсами и свободно охватывающие провод с возможностью относительных смещений, верхняя и нижняя стороны прямоугольной рамки имеют выступающий цилиндрический боек со свободно надетой на него втулкой из упругого эластичного материала с высотой, превышающей на расчетную величину высоту бойка и введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода, отличающееся тем, что в него дополнительно введен второй магнитный ударный элемент, упруго связанный с проводом и жестко скрепленный посредством планок с первым магнитным ударным элементом, при этом первый и второй магнитные ударные элементы выполнены аналогичными по конструкции, но с противоположнополярным магнитным полем, прямоугольная рамка первого и второго магнитных ударных элементов выполнена из ферромагнитного материала с возможностью разъема нижней стороны, причем первый высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит первого и второго магнитных ударных элементов установлен на одну боковую сторону прямоугольной рамки, а второй высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит первого и второго магнитных ударных элементов установлен на другую боковую сторону прямоугольной рамки.



 

Похожие патенты:
Наверх