УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к электроэнергетике и электротехники, предназначено для передачи и распределения электроэнергии на электрических станциях и подстанциях и может быть использована в токопроводах с жесткими трубчатыми шинами всех классов напряжения при передаче и распределении электроэнергии.
Известно устройство для передачи и распределения электроэнергии, содержащее жесткую трубчатую шину со средством для демпфирования колебаний, которое расположено внутри или снаружи жесткой трубчатой шины и выполнено в виде троса с грузами на свободных концах, прочем трос жестко укреплен на жесткой трубчатой шине (см. Каталог компании AFL Telecommunication, 2006 г., с.6-9) (прототип).
Однако данное устройство для передачи и распределения электроэнергии неэффективно подавляет колебания длиннопролетных конструкций и не обеспечивает необходимое демпфирование ветровых резонансных колебаний, необходимый уровень снижения амплитуды колебаний при коротком замыкании (КЗ) и после отключения тока, что необходимо в ряде случаев для обеспечения электродинамической стойкости, в том числе и при повторном включении тока.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности демпфирования ветровых резонансных и других колебаний, и, следовательно, снижения уровня внешних воздействий на устройство для передачи и распределения электроэнергии и повышение надежности его эксплуатации.
Техническим результатом полезной модели является
- повышение эффективности подавления ветровых резонансных колебаний устройства для передачи и распределения электроэнергии, которые возбуждаются поперек воздушного потока;
- снижение уровня амплитуды колебаний устройства для передачи и распределения электроэнергии и повышение его ветровой стойкости, снижение напряжений в материале жестких трубчатых шин и нагрузок на изоляторы и поддерживающие их конструкции;
- снижение уровня амплитуды колебаний и повышение электродинамической стойкости устройства для передачи и распределения электроэнергии от воздействия электродинамических сил в результате КЗ, после отключения тока и при повторном включении тока КЗ.
Решение указанной задачи достигается тем, что известное устройство для передачи и распределения электроэнергии, включающее жесткую трубчатую шину, снабженную средством для демпфирования колебаний, которое расположено внутри жесткой трубчатой шины и выполнено в виде троса с грузами на свободных концах, причем трос жестко укреплен на жесткой трубчатой шине, содержит одно или несколько средств для демпфирования колебаний, расположенных внутри жесткой трубчатой шины от опоры на расстоянии (0,05÷0,95) длины пролета, трос выполнен целым или содержит две части, соединенные между собой в месте крепления троса с жесткой трубчатой шиной, диаметр троса равен (4÷20) мм, длина троса от места крепления до груза (0,3÷2) м, масса каждого груза равна (0,5÷10) кг, а размер поперечного сечения груза не более 0,5 от наименьшего расстояния между диаметрально противоположными точками внутренней полости жесткой трубчатой шины. При этом длина каждой из сторон троса как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний от места его крепления равны или неравны между собой, грузы могут иметь форму шарообразную, или конусообразную, или каплевидную, или грушеобразную, или кеглеобразную, или форму эллипсоида вращения, грузы средства для демпфирования колебаний закреплены на тросе таким образом, что центральная ось троса проходит через центр массы каждого груза как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний от места его крепления или грузы средства для демпфирования колебаний закреплены на тросе таким образом, что центральная ось троса смещена относительно оси проходящей через центр массы каждого груза на (5÷20) мм как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний от места его крепления, масса груза каждой из сторон как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний равны или неравны между собой.
Во втором варианте решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве для передачи и распределения электроэнергии, включающем жесткую трубчатую шину со средством для демпфирования колебаний, которое расположено снаружи жесткой трубчатой шины и выполнено в виде троса с грузами на свободных концах, причем трос жестко укреплен на жесткой трубчатой шине, содержит одно или несколько средств для демпфирования колебаний, расположенных на внешней стороне жесткой трубчатой шины сверху на расстоянии от опоры (0,05÷0,95) длины пролета, трос выполнен целым или содержит две части, соединенные между собой в месте крепления троса с жесткой трубчатой шиной, диаметр троса равен (4÷20) мм, длина троса от места крепления до груза (0,3÷2) м, а масса каждого груза равна (0,5÷10) кг. Причем длина каждой из сторон троса как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний от места его крепления равны или неравны между собой, грузы могут иметь форму шарообразную, или конусообразную, или каплевидную, или грушеобразную, или кеглеобразную, грузы, или форму эллипсоида вращения, грузы средства для демпфирования колебаний закреплены на тросе таким образом, что центральная ось троса проходит через центр массы каждого груза как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний от места его крепления или грузы средства для демпфирования колебаний закреплены на тросе таким образом, что центральная ось троса смещена относительно оси проходящей через центр массы каждого груза на (5÷20) мм как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний от места его крепления, масса груза каждой из сторон как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний равны или неравны между собой. Кроме того, устройство для передачи и распределения электроэнергии, выполненное согласно второго варианта, может быть дополнительно снабжено одним или несколькими средствами для демпфирования колебаний, которые расположены внутри жесткой трубчатой шины.
В третьем варианте решение указанной задачи достигается тем, что в устройстве для передачи и распределения электроэнергии, включающем жесткую трубчатую шину со средством для демпфирования колебаний, которое расположено снаружи жесткой трубчатой шины и выполнено в виде троса с грузами на свободных концах, причем трос жестко укреплен на жесткой трубчатой шине, содержит одно или несколько средств для демпфирования колебаний, расположенных на внешней стороне жесткой трубчатой шины снизу на расстоянии от опоры (0,05÷0,95) длины пролета, трос выполнен целым или содержит две части, соединенные между собой в месте крепления троса с жесткой трубчатой шиной, диаметр троса равен (4÷20) мм, длина троса от места крепления до груза (0,3÷2) м, а масса каждого груза равна (0,5÷10) кг. Причем длина каждой из сторон троса как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний от места его крепления равны или неравны между собой, грузы средства для демпфирования колебаний закреплены на тросе таким образом, что центральная ось троса проходит через центр массы каждого груза как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний от места его крепления или грузы средства для демпфирования колебаний закреплены на тросе таким образом, что центральная ось троса смещена относительно оси проходящей через центр массы каждого груза на (5÷20) мм как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний от места его крепления, масса груза каждой из сторон как одного средства для демпфирования колебаний, так и различных средств для демпфирования колебаний равны или неравны между собой. Кроме того, каждое из средств для демпфирования колебаний, расположенное на наружной стороне жесткой трубчатой шины снизу, может быть снабжено электромагнитным экраном, жестко укрепленном на жесткой трубчатой шине, выполненным, например, в виде цельной трубы круглого сечения или трубы эллипсоидного сечения, разрезанной вдоль малой оси, при этом размер поперечного сечения груза не более 0,5 от наименьшего расстояния между диаметрально противоположными точками внутренней полости жесткой трубчатой шины. Устройство для передачи и распределения электроэнергии, выполненное согласно третьего варианта, может быть дополнительно снабжено одним или несколькими средствами для демпфирования колебаний, которые расположены внутри жесткой трубчатой шины и/или на внешней стороне жесткой трубчатой шины сверху.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что предлагаемое устройство для передачи и распределения электроэнергии неизвестно и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критерию "новизна".
Предлагаемое устройство для передачи и распределения электроэнергии простое конструктивно, его легко монтировать на месте, и оно может быть выполнено на любом производстве, оснащенном типовым оборудованием, выпускаемым отечественной или зарубежной промышленностью.
Таким образом, заявленное устройство для передачи и распределения электроэнергии является доступным, а, следовательно, практически применимо.
На чертеже изображено устройство для передачи и распределения электроэнергии.
На фиг.1 изображено устройство для передачи и распределения электроэнергии со средством для демпфирования колебаний, расположенным внутри жесткой трубчатой шины, в разрезе, на фиг.2 - устройство для передачи и распределения электроэнергии со средством для демпфирования колебаний, расположенным над жесткой трубчатой шиной; на фиг.3 - устройство для передачи и распределения электроэнергии со средством для демпфирования колебаний, расположенным под жесткой трубчатой шиной; на фиг.4 - устройство для передачи и распределения электроэнергии со средством для демпфирования колебаний, расположенным под жесткой трубчатой шиной в кожухе в виде трубы, в разрезе; на фиг.5 - устройство для передачи и распределения электроэнергии со средством для демпфирования колебаний, расположенным под жесткой трубчатой шиной в кожухе в виде трубы, вид А; на фиг.6 - устройство для передачи и распределения электроэнергии со средством для демпфирования колебаний, расположенным под жесткой трубчатой шиной в кожухе в виде сопряженного полуэллипса, в разрезе; на фиг.7 - устройство для передачи и распределения электроэнергии со средством для демпфирования колебаний, расположенным под жесткой трубчатой шиной в кожухе в виде сопряженного полуэллипса, вид В; на фиг.8 - груз средства для демпфирования колебаний, выполненный в виде груши; на фиг.9 - груз средства для демпфирования колебаний, выполненный в виде кегли; на фиг.10 - груз средства для демпфирования колебаний, выполненный в виде цилиндра; на фиг.11 - груз средства для демпфирования колебаний, выполненный в виде шара.
Устройство для передачи и распределения электроэнергии содержит жесткую трубчатую шину 1 со средством для демпфирования колебаний, включающем трос 2 с грузами 3, 4, на свободных концах. Трос 2 жестко соединен с жесткой трубчатой шиной 1 с помощью элемента крепления, выполненным, например, в виде стойки 5, или хомутика 6, или диска 7, или каким либо другим способом, например сваркой, что обеспечивает возможность его установки как на заводе изготовителе жестких трубчатых шин (токопроводов), так и в процессе монтажа или эксплуатации. При этом плечо троса средства для демпфирования колебаний от места крепление может быть одинаковым или разным, как по длине и сечению (и, следовательно, жесткости), так и по массе груза. Расстояние между соседними грузами рядом расположенных средств для демпфирования колебаний должно быть не менее 0,5 м.
Трос 2 может быть закреплен по оси, проходящей через центр масс груза, или смещен относительно этой оси. Смещения груза относительно центральной оси троса позволяет подавлять колебания высших форм (гармоник).
Грузы 3, 4 могут иметь грушеобразную (см. фиг.8), кеглеобразную (см. фиг.9), цилиндрическую (см. фиг.10), шарообразную (см. фиг.11), или какую-либо иную форму.
Устройство для передачи и распределения электроэнергии со средством для демпфирования колебаний, расположенным на внешней стороне жесткой трубчатой шины снизу, может быть снабжено кожухом 8 (фиг.4, 5), выполненным в виде трубы, или кожухом 9 (фиг.6, 7), выполненным в виде сопряженного полуэллипса.
Средство для демпфирования колебаний могут устанавливать в середине пролета, а также на некотором расстоянии от опоры, например, 0,05; 0,1; 0,2;…; 0,95 длины пролета жесткой трубчатой шины 1.
Предлагаемое устройство для передачи и распределения электроэнергии используют следующим образом.
Устройства для передачи и распределения электроэнергии в распределительных устройствах электрических станций и подстанций подвержены ветровым колебаниям (ветровому резонансу). При этом колебание жестких трубчатых шин 1 устройства для передачи и распределения электроэнергии происходит поперек ветрового потока. Жесткая трубчатая шина 1, например, цилиндрическая, представляет собой плохо обтекаемое тело. При определенных скоростях ветра за ней образуются вихри, которые попеременно отрываются от ее верхней и нижней точек. Соответственно, периодически над жесткой трубчатой шиной и под ней образуются разреженные области, что приводит к возникновению периодически изменяющейся силы, действующей на жесткую трубчатую шину поперек воздушного потока, в результате чего могут начаться ее колебания. Если частота изменения силы совпадает с частотой собственных колебаний жесткой трубчатой шины 1 или близка к ней, может наступить синхронизация отрыва вихрей с частотой колебаний жесткой трубчатой шины и ее раскачивание значительно возрастает. Это явление называют ветровым резонансом.
Ветровой резонанс наблюдается при относительно небольших (до 5-10 м/с) скоростях ветра.
При больших скоростях ветра, а также при протекании токов КЗ на жесткие трубчатые шины действуют большие нагрузки, которые приводят их в колебательное движение. При этом в материале жестких трубчатых шин, изоляторов и поддерживающих конструкций возникают механические напряжения, которые могут привести к их повреждению или разрушению.
При ветровых резонансах, при штормовых ветрах, а также при действии электродинамических нагрузок и других сил возникают колебания грузов средства для демпфирования колебаний в устройстве для передачи и распределения электроэнергии, трение грузов о внутреннюю поверхность жесткой трубчатой шины или кожуха, а также соударением с ними жестких элементов. При колебании жесткой трубчатой шины 1 грузы 3, 4 перемещаются в сторону противоположную движению жесткой трубчатой шины. За счет разной амплитуды колебаний жесткой трубчатой шины в разных точках вдоль ее оси, в том числе при расположении средства для демпфирования колебаний внутри жесткой трубчатой шины или кожуха, происходит разновременное соударение отдельных жестких элементов с их поверхностью (внутренней или внешней) жесткой трубчатой шины 1.
Все это обеспечивает интенсивное рассеяние энергии при колебаниях жесткой трубчатой шины 1, т.е. значительное снижение амплитуды ее колебаний, напряжений в ее материале, материале изоляторов и поддерживающих конструкций, а также расстраивает синхронизацию срыва вихрей с частотой колебаний жесткой трубчатой шины 1 при ветровых резонансах.
Использование в предлагаемом устройстве для передачи и распределения электроэнергии средств для демпфирования колебаний, у которых различная длина от точек крепления троса, различная масса грузов, в том числе и разные методы крепления, позволяет добиться подавления колебаний с разной амплитудой, вызванных внешними нагрузками с разными частотными характеристиками, обеспечивает интенсивное рассеивание энергии при колебаниях жесткой трубчатой шины при воздействии ветровых и электродинамических нагрузок, что, в свою очередь обеспечивает подавление ветровых резонансных колебаний и других колебаний (вибраций).
Таким образом, предлагаемая совокупность конструктивных признаков устройства, позволяет значительно повысить эффективность демпфирования колебаний устройства для передачи и распределения и распределения электроэнергии как при ветровых резонансных колебаниях (эоловых вибрациях), так и при колебаниях, вызванных электродинамическими и ветровыми нагрузками высокой интенсивности. Это обеспечивает эффективную «отстройку» от ветровых резонансных колебаний, а также повышение электродинамической стойкости (главным образом при повторных включениях на КЗ) и ветровой стойкости устройства для передачи и распределения электроэнергии.
Предлагаемое устройство для передачи и распределения электроэнергии обеспечивает повышение ветровой и электродинамической стойкости при сохранении основных геометрических и механических параметров жестких трубчатых шин, изоляторов и поддерживающих конструкций, например, длины пролета, внешнего и внутреннего диаметра круглой жесткой трубчатой шины или высоты и толщины стенки жестких трубчатых шин других сечений, разрушающей нагрузки или прочности изоляторов, их высоты, прочности поддерживающих конструкций.
Устройство для передачи и распределения электроэнергии может найти широкое применение электроэнергетике в распределительных устройств электрических станций подстанций с жесткой ошиновкой напряжением 110 кВ и выше, а также на промышленных предприятиях в токопроводах с жесткими трубчатыми шинами различного класса напряжений.