УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА ДЛЯ ГАШЕНИЯ ПЛЯСКИ ПРОВОДОВ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в воздушных линиях электропередачи для гашения пляски проводов.
Борьба с пляской проводов, или снижение ее интенсивности до безопасных значений, является одной из наиболее серьезных проблем в обеспечении безаварийных режимов работы воздушных линий электропередачи. Пляской проводов принято называть колебания проводов и тросов с малой частотой (0,3-2 Гц), большой амплитудой (метры) и большой длиной волны (кратной длине одного пролета (пролет - расстояние между опорами). Колебания происходят в основном в вертикальной плоскости (вертикальные колебания) и под некоторым углом (до 20-30°) к вертикали (крутильные колебания), по вытянутому эллипсу. Пляска проводов приводит к их схлестыванию, а иногда к пережиганию электрической дугой, к возникновению значительных динамических усилий в линейной арматуре и в траверсах опор, которые ведут к повреждению проводов, линейной арматуры, изоляторов и несущих элементов самих опор. Последствия пляски могут привести к выходу из работы воздушные линии электропередачи на длительное время.
К настоящему времени разработаны как активные, так и пассивные методы борьбы с пляской проводов.
К пассивным методам относятся: увеличение расстояний между проводами; установка междуфазных изолирующих распорок; установка экранов, улучшающих аэродинамические свойства проводов.
Активные методы борьбы с пляской проводов заключаются в использовании различных устройств - гасителей пляски, ограничивающих явление пляски или причины ее возникновения. При применении активных методов борьбы с пляской проводов необходимо учитывать, что провода в методов борьбы с пляской проводов необходимо учитывать, что провода в механической системе пролета работают в динамике автоколебательного процесса, а в таком случае надежная защита обеспечивается соблюдением условий баланса поступаемой внешней энергии (от ветра) и затрачиваемой внутренней энергии, обусловленной работой гасителя и самодемпфированием провода.
На практике широкое распространение получили лишь маятниковые гасители.
Известна система гашения пляски проводов воздушных линий электропередачи, содержащая устройство для гашения пляски, а именно маятниковый гаситель пляски Д.Хаварда, предназначенный для укрепления на проводе воздушных линий электропередачи (См. http://www.energo-info.ru/images/pdf/Vinogradov.pdf, рис.11б). Устройство для гашения пляски работает на разрегулировании фазовых соотношений между крутильными и автоколебаниями провода.
Из недостатков системы можно отметить сложность маятникового гасителя пляски, его дороговизну, а также большой вес (14-17 кг) и габариты, затрудняющий его использование на проводах с малым напряжением.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является система гашения пляски проводов воздушных линий электропередачи, содержащая устройство для гашения пляски проводов, а именно крутильно-демпферный гаситель ТДД-3, выполненный с возможностью установки на проводе воздушной линии электропередачи (См. http://www.energo-info.ru/images/pdf/Vinogradov.pdf, рис.15). Гаситель ТДД-3 применяют предпочтительно на проводах расщепленной фазы. Его действие заключается в разрегулировании частот крутильных колебаний и автоколебаний провода воздушной линии электропередачи.
Недостатком системы является сложная конструкция устройства для гашения пляски проводов, его высокая стоимость, необходимость регулярного обслуживания, небольшой срок службы. Кроме того, большой вес (4,5-5 кг) и большие габариты устройства для гашения пляски проводов затрудняют его использование на проводах с малым напряжением (6,10-35кВ).
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является улучшение эксплуатационных характеристик воздушных линий электропередачи, за счет создания системы подавления пляски проводов, использующей устройства для гашения пляски простой конструкции, небольшого веса и размера, которые имеют большой срок службы и не требуют регулярного обслуживания.
Для решения поставленной задачи устройство для гашения пляски проводов, выполненное с возможностью установки на проводе воздушной линии электропередачи, согласно полезной модели содержит как минимум две съемные части, выполненные с возможностью установки на проводе воздушной линии электропередачи с использованием как минимум одного средства крепления, при этом каждая съемная часть включает прокладку с закрепленным на ней постоянным магнитом.
Средство крепления выполнено в виде, как минимум, одного хомута.
Система гашения пляски проводов, содержащая устройство для гашения пляски проводов, выполненное с возможностью установки на проводе воздушной линии электропередачи, согласно полезной модели система содержит, как минимум, два устройства для гашения пляски, выполненные с возможностью установки как минимум на двух проводах воздушной линии электропередачи, при этом каждое устройство для гашения пляски проводов содержит, как минимум, один постоянный магнит.
Устройства для гашения пляски проводов размещены на проводе воздушной линии электропередачи с соблюдением условия одинаковой направленности полюсов постоянных магнитов.
Устройства для гашения пляски проводов размещены на проводе воздушной линии электропередачи в местах возникновения максимумов амплитуд колебаний.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 изображено устройство гашения пляски проводов, разрез А-А на фиг.3.
На фиг.2 - то же, разрез Б-Б на фиг.1.
На фиг.3 показана схема автоколебаний трехфазной воздушной линии с нарушенной синхронизацией максимумов амплитуд (вид сверху).
На фиг.4 показана система гашения пляски проводов (схема), содержащая девять устройств для гашения пляски, установленных на трех проводах в пролете воздушной линии электропередачи напряжением, например, 6-10; 35; 110; 220кВ с однопроводными фазами.
Устройство 1 для гашения пляски проводов содержит, как минимум, две идентичные съемные части 2, выполненные с возможностью установки на проводе 3 воздушной линии электропередачи с использованием средств крепления 4, например, хомутов. Каждая съемная часть 2 включает прокладку 5. Прокладка 5 выполнена, например, в виде алюминиевой полуцилиндрической втулки, конфигурация внутренней поверхности которой соответствует конфигурации наружной поверхности провода 3. На наружной поверхности прокладки 5 закреплен постоянный магнит 6, выполненный, например, в виде полуцилиндра, конфигурация внутренней поверхности которого соответствует конфигурации наружной поверхности прокладки 5.
Система гашения пляски проводов воздушной линии электропередачи содержит как минимум два устройства 1 для гашения пляски проводов, выполненные с возможностью установки, как минимум, на двух проводах 3 воздушной линии электропередачи. Каждое устройство 1 содержит, как минимум, один постоянный магнит 6.
На фиг.4 представлен пример конкретного выполнения системы гашения пляски проводов (схема), которая содержит девять устройств для гашения пляски, установленных на трех проводах воздушной линии электропередачи.
Устройства 1 размещают на проводах 3 воздушных линий электропередачи в местах ожидаемых (или расчетных) максимумов амплитуд колебаний, а именно по три на каждом проводе (фиг.4), соблюдая условие одинаковой направленности полюсов постоянных магнитов 6. Амплитуда колебаний зависит от аэродинамических характеристик профиля провода, скорости и направления ветра, от механических параметров провода в пролете. Приближенно период колебания определяется по формуле:
t=λ×√Р/T,
где: λ - длина волны, м;
Р - погонная масса провода, кг/м;
Т - тяжение в проводе, Н.
Длина волны определяется количеством полуволн, возникающих при пляске в одном пролете и длиной пролета. При одиночных проводах на линиях 35-220 кВ за расчетный случай принимают пляску с двумя полуволнами в пролете, а для расщепленных проводов - с одной полуволной.
На фиг.3 представлена схема динамики автоколебательного процесса механической замкнутой системы из двух и более, а именно трех проводов воздушной линии электропередачи. Такая система является диссипативной, полная механическая энергия которой при движении убывает за счет лобового сопротивления и тяжения проводов. При нарушении баланса энергии внешнего источника (ветра) и затрачиваемой внутренней энергии, а именно:
ветра
проводов
2
W=(mgh+mV/2)=W,
где:
ветра
W - энергия внешнего источника (ветра);
проводов
W - внутренняя энергия провода;
m - масса провода, кг;
2
g - ускорение м/с;
h - высота провода, м
2
2
V - скорость ветра, м/с.
в системе возникают незатухающие колебания, поддерживаемые внешним источником (ветром), вид и свойства которых определяются самой системой, т.е. автоколебания. Условия возникновения таких колебаний для системы двух и более, в нашем случае трех, проводов в пролете воздушной линии одинаковые. Следовательно соотношение:
t=λ×√Р/T,
обязательно для каждого провода в одном и том же пролете, а это значит, что количество полуволн в длине пролета, частота колебаний и места возникновения максимумов амплитуд у всех проводов совпадут.
Крутильные колебания, которые зависят от конфигурации ледовых образований на проводах, могут повлиять только на синхронность расположения максимальных амплитуд между проводами, что в конечном счете и будет являться причиной схлеста проводов. На нарушение синхронности амплитуд колебаний также большое воздействие будет оказывать разрегулировка проводов.
Гашение пляски осуществляется посредством внесения в диссипативную замкнутую механическую систему двух и более проводов одного пролета воздушной линии электропередачи, подверженную возникновению автоколебаний в проводах под воздействием притока энергии из вне (ветра), нелинейных элементов - магнитного поля постоянных магнитов, осуществляющего нелинейную обратную отрицательную связь между внешними источниками энергии (ветром) и кинетической энергией погонной массы каждого провода, приходящейся на длину полуволны автоколебания, увеличивающей под действием возрастающего ветра амплитуду. Нелинейность выражается в кубической зависимости увеличения энергии магнитного поля постоянных магнитов, при уменьшении расстояния к источнику и суперпозиционности магнитных полей сближающихся магнитов, установленных на провода в пролете воздушной линии электропередачи в местах возникновения максимумов амплитуд в каждой полуволне колебаний каждого провода. Обратная отрицательная связь осуществляется бесконтактным торможением посредством технической магнитной левитации.
Как уже было сказано выше, устройства 1 с постоянными магнитами 6 располагают на проводах 3 пролета воздушной линии электропередачи в местах возникновения максимумов амплитуд колебаний для того, чтобы иметь максимальный эффект гашения автоколебаний проводов.
Заявляемая система является безинерционной. Этот факт обусловлен тем, что объемная энергия поля постоянного магнита является постоянной величиной, поэтому она готова гасить поступающую энергию извне (от ветра) в первый момент времени ее возникновения (в отличие от демпферных систем, которые начинают работать не сразу, а накапливая энергию некоторое время).
Работа заявляемой системы и устройства для гашения пляски проводов значительно улучшает эксплуатационные характеристики воздушной линии электропередачи. Заявляемое устройство для гашения пляски проводов имеет простую конструкцию, небольшой вес (0,8-1 кг) и габариты. Изготовление и монтаж его не требует больших материальных и временных затрат. Заявляемое устройство не требует регулярного обслуживания, оно эффективно работает в течение всего срока службы, который значительно выше, чем у устройств, предложенных в качестве аналогов. Также преимуществом является безинерционность системы.