СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГОЛОЛЕДНОЙ И ВЕТРОВОЙ НАГРУЗОК НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD FOR MEASUREMENT OF ICE AND WIND LOAD ON OVERHEAD ELECTRIC LINES

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи.
Известен способ определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи при помощи установленного в корпусе на ножевой опоре чувствительного элемента, кинематически связанного через механический дискретизатор с преобразователем перемещения в электрический сигнал, содержащим кодирующее устройство и взаимодействующее с ним считывающее устройство на трех считывающих элементах, и фиксирующего четыре нелинейно изменяющиеся предельные гололедные нагрузки с заданным шагом квантования (патент РФ №2116378, МПК H02G 7/16, 10.01.2003 г.). Недостатком указанного способа являются большие габариты чувствительного элемента и перегрузка траверсы, воспринимающей абсолютные значения гололедных нагрузок, что ограничивает диапазон измерения гололедных нагрузок на линиях электропередачи от 110 и выше киловольт. Использование для передачи на диспетчерский пункт амплитудно-модулируемых сигналов высокочастотного носителя информации не обеспечивает качественной фиксации всех предельных гололедных нагрузок, особенно «аварийной гололедной нагрузки», так как амплитуда высокочастотного носителя, модулируемого гололедными отложениями и предыдущими предельными гололедными нагрузками, к моменту формирования этого сигнала существенно уменьшается. Кроме того, звенья механического дискретизатора необходимо изготавливать индивидуально для каждой траверсы, что усложняет конструктивное исполнение устройства при изготовлении и применении на различных линиях электропередачи.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ непрерывного контроля гололедной нагрузки на проводах и грозозащитных тросах линий электропередачи, согласно которому сигнализаторы, установленные в месте контроля гололедной нагрузки на провод, и трос преобразуют сигналы о гололедной нагрузке с выходов чувствительных элементов, выполненных в виде магнитоупругих весовых датчиков, размещенных между свободным концом траверсы и гирлянды изоляторов, в пропорциональное им напряжение постоянного тока разной или одной полярности (патент РФ №2145118, МПК H02G 7/16, 27.01. 2000 г.). Недостатком данного способа является большая избыточность по числу использованных элементов для своего построения (поскольку требуется установить весовые датчики на каждый провод линии электропередачи и на грозозащитный провод), так и измеряемой информации, а также невозможность разделить ветровые и гололедные нагрузки.
Изобретение направлено на решение задачи раннего обнаружения гололедообразования и прогнозирования "пляски" проводов на воздушных линиях электропередачи и представляет собой способ для одновременного измерения гололедной и ветровой нагрузок.
Технический результат достигается тем, что в способе измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи, включающем измерение гололедных и ветровых нагрузок с помощью весового датчика, измеряющего силы, возникающие под действием гололедных и ветровых нагрузок на провода и опоры линии электропередачи, согласно заявляемому изобретению в качестве упругого элемента весового датчика используют опору, на которой подвешены провода воздушной линии электропередачи, при этом для определения гололедных нагрузок измеряют упругую деформацию опоры вдоль вертикальной оси симметрии опоры, а для определения ветровых нагрузок измеряют упругие изгибные деформации опоры, возникающие при отклонении вертикальной оси симметрии опоры от вертикальной линии.
Таким образом, технический результат обеспечивается тем, что в качестве датчика сил (в качестве упругого элемента датчика сил), которые возникают при гололеде и при ветровых нагрузках, используют опору воздушной линии электропередачи.
Сумма всех сил от всех проводов прикладывается к опоре, на которой подвешены эти провода. Под действием гололедных и ветровых нагрузок на провода линии электропередачи опора испытывает переменные нагрузки, которые приводят к упругой (обратимой) деформации опоры.
Измеряя деформации опоры, можно измерить все силы, действующие на опору:
- вертикальную силу, которая увеличивается при возникновении гололедных отложений на проводах линии электропередачи,
- горизонтальную силу поперек линии электропередачи, которая зависит от поперечных ветровых нагрузок на провода линии электропередачи,
- горизонтальную силу вдоль линии электропередачи, которая зависит от продольных ветровых нагрузок на провода линии электропередачи.
Рассмотрим силы, действующие на опору 1 (фиг.1, вид сбоку). К опоре 1 присоединены провода 2 линии электропередачи. При возникновении на проводах 2 гололедных отложений 3 их вес 4 действует на провода 2, что приводит к увеличению суммарной вертикальной силы 5, действующей на опору 1.
Ветровые нагрузки 6 (фиг.2, вид сбоку), действующие на провода 2 вдоль линии электропередачи, приводят к возникновению суммарной горизонтальной силы 7, которая действует на опору 1 и приводит к упругой изгибной деформации опоры в вертикальной плоскости вдоль линии электропередачи.
Ветровые нагрузки 8 (фиг.3, вид сверху), действующие на провода 2 поперек линии электропередачи, приводят к возникновению суммарной горизонтальной силы 9, которая действует на опору 1 и приводит к упругой изгибной деформации опоры в вертикальной плоскости поперек линии электропередачи.
Рассмотрим различные возможные реализации предлагаемого способа. На боковых сторонах опоры 1 (фиг.4, вид сверху) размещены тензометрические датчики 10, 11, 12, 13, которые измеряют вертикальные деформации опоры в четырех точках опоры под действием суммарных сил проводов 2.
Датчики 10 и 12 выдают сигнал, пропорциональный силам F1 и F2, действующим на боковые стороны опоры 1, разности между ними пропорциональны Рвп - ветровым нагрузкам 8 (фиг.3), действующим на провода 2 поперек линии электропередачи:
где K1 - некая константа.
Датчики 11 и 13 выдают сигнал, пропорциональный силам F3 и F4, действующим на боковые стороны опоры 1, разности между ними пропорциональны Fвв - ветровым нагрузкам 6 (фиг.2), действующим на провода 2 вдоль линии электропередачи:
где К2 - некая константа.
Сумма всех сил, которые измеряют датчики 10, 11, 12, 13, пропорциональна Fг - вертикальной силы 5 (фиг.1), действующей на опору 1, которая изменяется при возникновении на проводах 2 гололедных отложений 3, и которая пропорциональна весу гололедных отложений 4, действующему на провода 2:
Во всех формулах (1-3) подразумевается, что при отсутствии ветровых и гололедных нагрузок тензометрические датчики 10, 11, 12, 13 будут выдавать нулевой сигнал: F1=F2=F3=F4=0. Константы K1 и К2 зависят от вида тензометрических датчиков 10, 11, 12, 13, и от конструкции опоры 1.
Таким образом, измеряя сигналы с четырех тензометрических датчиков 10, 11, 12, 13, по формулам (1-3) можно вычислить продольные Fвв и поперечные Fвп ветровые нагрузки, гололедные нагрузки Fг, действующие на опору 1 от всех проводов 2 линии электропередачи.
Можно ограничиться двумя тензометрическими датчиками 10 и 12, которые выдают сигнал, пропорциональный силам F1 и F2, действующим на боковые стороны опоры 1, разности между ними пропорциональны Fan - ветровым нагрузкам 8 (фиг.3), действующим на провода 2 поперек линии электропередачи. В данном упрощенном случае сумма сил, которые измеряют датчики 10 и 12, пропорциональна Fг - вертикальной силе 5 (фиг.1), действующей на опору 1, которая изменяется при возникновении на проводах 2 гололедных отложений 3 и которая пропорциональна весу гололедных отложений 4, действующему на провода 2:
Можно ограничиться одним тензометрическим датчиком, который будет измерять упругую деформацию опоры вдоль вертикальной оси симметрии опоры, из которой можно непосредственно подсчитать Fг вес гололедных отложений 4, действующий на провода 2.
Достоинством данного способа измерения ветровых и гололедных нагрузок является то, что монтаж и последующее обслуживание тензометрических датчиков осуществляется без прямого контакта с высоковольтным напряжением проводов 2 и без изменения системы подвески проводов линии электропередачи.
- Это позволяет осуществлять монтаж и обслуживание тензометрических датчиков без вывода высоковольтной линии из работы, без снятия высокого напряжения с линии электропередачи.
- Кроме этого, на одну опору потребуется четыре тензометрических датчика 10, 11, 12, 13 (или два тензометрических датчика 10 и 12, или один тензометрический датчик, который будет непосредственно измерять гололедную нагрузку), даже если на опоре смонтирована линия электропередачи, состоящая из двух параллельных линий (из шести проводов и грозозащитного троса). При этом будет контролироваться состояние всех подвешенных на данную опору проводов линии электропередачи.