СИСТЕМА ДЛЯ РЕМОНТА ПРОВОДА ВЛЭП С ПОМОЩЬЮ ПОВОРОТНОГО РЕМОНТНОГО ЗАЖИМА И СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ РЕМОНТА
SYSTEM FOR REPAIRMENT OF OPL WIRE, USING ROTARY REPAIRMENT CLAMP, AND METHOD FOR IMPLEMENTATION OF REPAIRMENT

Группа изобретений относится к области электроэнергетики, а именно к ремонту проводов воздушных линий электропередач (далее – ВЛЭП). в частности, сталеалюминиевых, алюминиевых или медных неизолированных имеющих повреждения жил. Ремонт осуществляется путем установки на поврежденные участки зажимов, монтируемых, например, обжимом (прессованием). Изобретения могут быть использованы для аварийного ремонта или текущего обслуживания линий электропередач при расплетании жил провода, повреждении его поверхности под действием вибрационных колебаний, внешних силовых воздействий и при других повреждениях. Также изобретения могут быть использованы для ремонта грозотроса ВЛЭП.
Ремонт ВЛЭП путем установки в поврежденных местах специальных соединительных зажимов для фиксации провода позволяет предупредить дальнейшее повреждение провода с восстановлением электропроводности участка. При этом достигается компенсация увеличения сопротивления, возникающего при повреждении жил провода.
В настоящее время установка зажимов на повреждениях проводов ВЛЭП осуществляется вручную. Существуют несколько вариантов доставки электромонтера к месту установки зажима:
- Самостоятельно, поднимаясь на опоре и перемещаясь по проводу до поврежденного места;
- Использование автоподъемника;
- Использование изолирующей подвески;
- Использование вертолета;
- Ремонт со спуском провода на землю.
Без отключения ВЛЭП установку ремонтного зажима возможно произвести лишь с использованием вертолета. Однако такая операция чрезвычайно опасна для жизни и здоровья персонала, а также требует существенных расходов. Предпочтительным является использование беспилотных летательных аппаратов (БЛА) для ремонта проводов ВЛЭП, позволяющих осуществить процесс ремонта без непосредственного вовлечения персонала в работы на высоте и под напряжением. Заявителю не известны устройства, позволяющие производить работы по ремонту провода средствами БЛА.
Для ремонта провода используют зажимы различной конфигурации. Зажимы, в частности, выполняются в виде предназначенных для сопряжения между собой полутруб, каждая из которых имеет соединительные элементы на контактных поверхностях. Фиксация полутруб обычно осуществляется обжатием. Большинство известных зажимов требуют достаточно высокой точности при расположении их относительно друг друга во время монтажа, что создает существенные сложности при работе на высоте [CN 206991515, CN 202121150, RU 1685991].
2717105
Известный зажим для ремонта ВЛЭП [Патент RU , приор. 20.02.2019, опубл. 18.03.2020, H02G 7/05 (2006.01), H02G 1/14 (2006.01)] позволяет решить проблему сопряжения частей зажима. Зажим состоит из электропроводящих седла и кожуха. Длина седла больше длины кожуха, и оно выполнено из желобообразного профиля. Кожух представляет собой полый цилиндр, участок которого удален в сегменте, соответствующем диаметру провода. Седло наружной поверхностью вставляется в кожух с возможностью перемещения. При ремонте провода кожух поворачивают до закрытия провода. При этом провод должен соприкасаться с внутренними поверхностями седла и кожуха. Зажим фиксируют на проводе с помощью обжатия и\или предварительно нанесенными токопроводящими клеящими или отверждающимися веществами.
Простая и не требующая мелких и точных манипуляций конструкция зажима делает ее предпочтительной для использования при ремонте проводов ВЛЭП под напряжением с использованием БЛА.
Предлагаемой группой изобретений обеспечивается осуществление ремонта ВЛЭП под напряжением без вовлечения персонала в опасные работы.
Цель достигается созданием устройства на базе БЛА с использованием летно-подъемного устройства вертолетного типа, которое: осуществляет доставку ремонтного зажима к месту повреждения провода, а также приспособлений для установки зажима на проводе в исходное положение для ремонта поврежденного участка; удерживает ремонтное приспособление до завершения операции фиксирования зажима на проводе; а по завершению ремонта летно-подъемное устройство возвращает ремонтное приспособление «на землю».
Заявляемая система устройств для ремонта провода воздушных линий электропередачи, содержит летно-подъемный блок (ЛПБ), блок ремонта провода (ремонтный блок) и установленный на нем ремонтный зажим для восстановления поврежденного участка провода. ЛПБ обеспечивает доставку всей системы к поврежденному участку провода и содержит средства подвешивания и удерживания блока и всей системы на проводе, а также средства управляемого отцепления (расцепления) блока от провода по окончанию ремонта. На ЛПБ установлен блок для ремонта провода (ремонтный блок) со средствами удерживания ремонтного зажима на ЛПБ при транспортировке к поврежденному участку провода и непосредственно на поврежденном участке провода, а также средствами, обеспечивающими вращение поворотной части зажима для закрытия ею поврежденного участка провода.
Предпочтительно ремонтный блок выполняют с возможностью перемещения по вертикали в направлении к поврежденному участку провода и прижатия к нему с усилием, достаточным для установки зажима на проводе (вхождения провода в зажим) и вращения (до закрытия) поворотной части зажима. Для этого ремонтный блок опирается на пружины, опирающиеся на платформу ЛПБ с возможностью ремонтного блока перемещаться по вертикали.
Устройства, входящие в состав системы могут быть реализованы, в частности, описанным ниже образом.
Летно-подъемный блок содержит платформу, на которой установлены:
- приводы вертолетного типа, элементы питания двигателей, блоки управления полетом, обеспечивающие полет и пилотирование ЛПБ и всей системы к поврежденному участку провода,
- стойки-зацепы для подвешивания и зацепления блока со всей системой на проводе в виде сдвоенных формирующих полость направляющих, которые содержат механизм зацепления провода в полости и механизм дистанционно управляемого отцепления (расцепления) стоек с провода.
ЛПБ содержит также установленные над блоком направляющие для ориентирования провода при подлете и зацеплении.
Механизм зацепления и удерживания провода в полости стойки-зацепа может быть выполнен следующим образом:  в полости стойки-зацепа установлен U-образный зацеп и связанный с пружиной рычаг-стопор зацепа, причем зацеп выполнен с возможностью поворота в открытое для введения в него провода положение и закрытое фиксирующее провод положение, удерживаемое рычагом-стопором. Для облегчения установки провода в U-образный зацеп, рог зацепа, оказывающийся верхним в закрытом положении зацепа, выполнен короче второго рога зацепа. С помощью механизма фиксации ЛПБ и вся система подвешиваются и удерживается на проводе, что позволяет далее осуществлять ремонт средствами ремонтного блока.
Механизм расцепления (отцепления) содержит связанный с рычагом-стопором толкатель, на нижнем конце которого установлен механизм преобразования движения управляемого привода в движение толкателя. Предпочтительно, на нижнем конце толкателя укреплен кулисный камень, расположенный с возможностью перемещения в приводной вилке, жестко связанной с подвижной приводной штангой, связывающей две стойки зацепы. При этом на штанге размещен упор, которым она связана с реверсивным приводом перемещения штанги, а ее конец – с возвратной пружиной. Механизм расцепления позволяет дистанционно управлять процессом снятия ЛПБ и всей системы с провода путем управления приводом перемещения штанги.
ЛПБ содержит также механизм удерживания установленного на летно-подъемный блок ремонтного блока в нижнем транспортном положении (управляемое зацепление), предназначенный для удерживания ремонтного блока при транспортировке.
Блок для ремонта (ремонтный блок) содержит основание с установленными на нем опорами для удерживания зажима на блоке и затем под (на) поврежденным(ом) участком провода. Также ремонтный блок содержит привод для зацепления с зажимом и обеспечения возможности вращения поворотной части зажима для закрытия поврежденного участка провода (обеспечение поворота кожуха зажима).
Ремонтный блок выполнен с возможностью перемещения по вертикали вверх к поврежденному участку провода с усилием, достаточным для ввода провода в полость зажима и прижатия зажима к приводу, обеспечивающему вращение (закрытие) поворотной части зажима (кожуха зажима) над поврежденным участком провода. Создаваемым усилием обеспечивается, в частности, прижатие ведущего звена зубчатой передачи привода, например, червяка, к червячному колесу, которым оснащен зажим.
Под основанием ремонтного блока размещен механизм фиксации блока в нижнем транспортном положении, например, штанга-зацеп для взаимодействия с сервоприводом. При этом ремонтный блок опирается на пружины, при разжатии которых и подъеме устройства в рабочее положение будет создаваться необходимое усилие.
Поворотный ремонтный зажим для восстановления электропроводности поврежденного участка ВЛЭП содержит выполненные из электропроводящего материала поворотный кожух и седло. Причем длина седла превышает длину кожуха, седло выполнено из желобообразного профиля, а кожух - в виде полого цилиндра, участок которого удален в сегменте, соответствующем диаметру провода. При этом седло и кожух выполнены такими, что седло своей наружной поверхностью может быть вставлено в кожух с возможностью перемещения, а размещенный в седле провод прилегает к внутренним поверхностям седла и кожуха после поворота последнего. Зажим отличается от известного тем, что оснащен зубчатым венцом для зацепления с приводом поворота кожуха. Привод, зацепляясь с зубчатым венцом зажима, поворачивает кожух (обеспечивает его вращение) и закрывает им поврежденный участок провода с восстановлением его электропроводности.
Дистанционно управляемый ремонт провода ВЛЭП с помощью заявляемой системы устройств осуществляют следующим образом:
устанавливают поворотный ремонтный зажим в раскрытом положении на опоры блока ремонта,
подводят систему к месту повреждения и подвешивают летно-подъемный блок на проводе,
с усилием прижимают ремонтный зажим к повреждённому участку провода и устанавливают на него зажим, для чего ремонтный блок при подлете к проводу находится ниже уровня провода и усилие возникает за счет его подъема к проводу, в частности, при разжатии пружин,
вращением поворотной части зажима закрывают повреждённый участок провода, фиксируя зажим,
удаляют летательный аппарат движением вниз с провода, оставляя зажим на месте повреждения.
Сущность решения поясняется чертежами, на которых изображено:
- на фиг. 1 - общий вид заявляемой группы устройств;
- на фиг. 2 - положения группы устройств при транспортировке, осуществлении ремонта и отлете с провода:
фиг.2а – ремонтный блок находится в транспортном положении при подлете, стойка-зацеп ЛПБ - в открытом положении,
фиг.2b – ЛПБ в рабочем положении (в процессе установки зажима), стойка-зацеп ЛПБ - в закрытом положении (удерживает ЛПБ на проводе), осуществляется установка зажима ремонтным блоком,
фиг.2c – ЛПБ в процессе расцепления стойки-зацепа ЛПБ и отлета с провода;
- на фиг. 3 - ремонтный зажим в закрытом положении (после поворота) с зубчатым венцом и приводом, общий вид.
Для подтверждения возможности реализации группой изобретений своего назначения и достижения заявленного результата рассмотрим варианты их исполнения.
В составе заявляемой группы устройств можно выделить два функциональных блока:
- летно-подъемный блок (ЛПБ), с помощью которого осуществляется подлет и ориентирование устройства у провода, а затем подвешивание ЛПБ на проводе путем его зацепления за провод и удерживания на проводе для дальнейшего проведения ремонтных работ,
-  размещенный на ЛПБ ремонтный блок, обеспечивающий ремонтные работы с использованием установленного на нем поворотного ремонтного зажима.
ЛПБ (фиг. 1) содержит двигатели 1 вертолетного типа, укрепленные на платформе 2. Платформа 2 содержит аккумуляторы для питания двигателей, блоки управления полетом и работой ремонтного блока, а также другие узлы, и устройства, необходимые для взлета, управляемого полета и посадки (на рисунках не показаны).
На ЛПБ выполнены также направляющие 3, служащие для ориентирования ЛПБ при подлете к месту повреждения провода 5, телекамера для целей ориентирования при перемещении ЛПБ в пространстве и наблюдения за процессом ремонта, одна или несколько (на рисунке не показаны). Это позволяет упростить процесс ориентирования коптера рулями, так как увеличивается угол подлета и повышается вероятность зацепления.
На ЛПБ установлены с возможностью перемещения под действием пружин две стойки-зацепы 5 для зацепления и удерживания ЛПБ на проводе 5. Стойка-зацеп 5 (фиг. 2) состоит из вертикального участка 6, над которым выполнены сдвоенные V-образные направляющие 7, формирующие полость для размещения провода 5. Стойки-зацепы 5 оснащены пружинами 8 (фиг.1, 2), которые обеспечивают перемещение ремонтного блока.
В полости стойки-зацепа 5 (фиг. 2) установлены элементы механизма зацепления и удерживания провода 5. Механизм предпочтительно включает в себя зацеп 9 и связанный с пружиной 8 рычаг-стопор 10. Зацеп 9 выполнен U-образной формы и установлен с возможностью поворота вокруг оси 11 для перемещения из открытого (фиг. 2а), в закрытое (фиг. 2b) положение. В открытом положении зацеп 9 может удерживаться, в частности, опираясь на витки пружины 12. Рог зацепа 9, оказывающийся верхним в закрытом положении зацепа 9, может быть выполнен короче другого (нижнего в закрытом положении), что позволяет проводу беспрепятственно заходить в полость зацепа 9. Г-образный рычаг-стопор 10 укреплен на оси 13, а снизу упирается в толкатель 14, и выполнен фиксирующим зацеп 9 в закрытом положении с помощью пружины 12.
Устройство также имеет механизм расцепления (отцепления) стоек-зацепов 5 для отлета устройства, который может управляться дистанционно. Для этого стойка-зацеп 5 содержит механизм перемещения (поворота) рычага-стопора 10 для перехода зацепа 9 в открытое положение. Это может быть реализовано при помощи кулисного механизма, преобразующего движение привода (например, реверсивного привода 15) в движение толкателя 14, перемещающего рычаг-стопор 10 для открытия зацепа 9 (фиг.2). Для этого на нижнем конце толкателя 14 укреплен кулисный камень 16, расположенный в приводной вилке 17, жестко связанной с подвижной приводной штангой 18, которая связывает между собой обе стойки-зацепы 5. На штанге 18 также имеется упор 19, с помощью которого она связана с реверсивным приводом 15 перемещения штанги 18, а конец приводной штанги 18 связан с возвратной пружиной 20. Помимо кулисного механизма может быть использован любой другой, позволяющий выполнять аналогичную функцию. Как уже указано, привод 15 может управляться дистанционно оператором посредством, например, радиоканала.
Ремонтный блок (см. фиг. 1, 2) содержит основание 20, опирающееся на пружины 8, которые в свою очередь противоположным концом опираются на платформу 2 ЛПБ. При этом ремонтный блок имеет возможность перемещаться по вертикали вдоль стоек-зацепов 5 из транспортного положения в рабочее при расцеплении штанги 21 и зацепа сервопривода 22.
Транспортное положение (фиг. 2а) используется при подлете устройства к проводу 4 и представляет собой удерживание ремонтного блока ниже уровня стоек-зацепов 5 и размещаемого впоследствии на них провода 4. Для достижения рабочего положения (фиг. 2b) ремонтный блок за счет усилия, создаваемого пружинами 8, поднимается до уровня, зафиксированного в стойках-зацепах 5 провода 4, то есть занимает позицию, в которой может быть осуществлен ремонт.
Под основанием 20 ремонтного блока размещена штанга-зацеп 21, предназначенная для сцепления с рычагом-зацепом сервопривода 22, фиксируя тем самым основание 20 ремонтного блока в нижнем транспортном положении.
На основании 20 ремонтного блока установлены две опоры 23, предназначенные для удерживания поворотного ремонтного зажима 24 при нахождении ремонтного блока в транспортном (нижнем) и рабочем (верхнем) положении (фиг. 2a, 2b). Восстановление (ремонт) провода 4 производится с помощью ремонтного зажима 24 при фиксации провода 4 в стойках-зацепах 5.
Поворотный ремонтный зажим 24 (фиг. 3), предпочтительно, состоит из седла 9 и поворотного кожуха 26, выполненных из электропроводящего материала. Длина седла 25 превышает длину кожуха 26. Седло 25 выполнено из желобообразного профиля, а кожух 26 - в виде полого цилиндра, участок которого удален в сегменте, соответствующем диаметру провода 4. При этом седло 25 и кожух 26 выполнены такими, что седло 25 своей наружной поверхностью может быть вставлено в кожух 26 с возможностью перемещения, а размещенный в седле 25 провод прилегает к внутренним поверхностям седла 25 и кожуха 26 после поворота последнего. Так для ремонта провода может быть использован зажим, раскрытый заявителем ранее в патенте RU 2717105.
Для выполнения поворота (вращения) поворотной части зажима - кожуха 26 - и закрытия им поврежденного участка провода  зажим оснащен зубчатым венцом 27 для зацепления с приводом 28 (фиг. 1,3). Привод 28 может быть выполнен, в частности, в виде цилиндрических зубчатых колес, червячной пары, фрикционным и т.д.
Ремонт провода с помощью заявляемой группы устройств осуществляется следующим образом.
1. Подготовительный этап.
На «земле» перед взлетом поверхность седла 25 и внутренняя поверхность кожуха 26 ремонтного зажима 24 покрываются токопроводящим клеем или эпоксидной смолой, и зажим 24 устанавливается на опоры 23 ремонтного блока. Нажатием на основание 20 ремонтного блока он опускается в нижнее транспортное положение (фиг. 2а). В транспортном положении при взлете пружины 8 сжаты и ремонтный блок удерживается рычагом-штангой сервопривода 22 и штангой-зацепом 21. При этом ремонтный блок находится ниже уровня стоек-зацепов 5.
Запускаются двигатели 1 ЛПБ и ремонтный блок с зажимом 24 доставляется к месту ремонта провода 4.
2. Подвешивание на проводе.
На последнем этапе подлета к месту ремонта ЛПБ двигается снизу вверх к проводу 4, который попадает в пространство между направляющими 3 для ориентирования провода. ЛПБ, продолжая движение вверх (рис. 2а), заводит провод в V-образные направляющие 15 стоек-зацепов 5. Двигаясь выше ЛПБ вводит провод 4 в полость зацепа 9. Провод, упираясь в дно U-образного зацепа 9 останавливает БЛА. Зацеп 9 поворачивается нажатием на его нижний рог (рис.2b). При этом рычаг-стопор 10 вначале отклоняется, пропуская рог зацепа 9, а затем с помощью пружины 12 возвращается в исходное положение и фиксирует тем самым закрытое состояние зацепа 9, препятствуя повороту рога зацепа 9 в обратном направлении, то есть удерживает провод внутри зацепа. Так ЛПБ зацепляется на проводе 4 в необходимом для ремонта положении, при этом провод 4 удерживается внутри рогов зацепа 9. Таким образом, вся система подвешивается на проводе, что позволяет далее осуществлять ремонт поврежденного участка.
После зацепления ЛПБ на проводе на пульт управления пилота-оператора приходят соответствующие световой и звуковой сигналы. Кроме того, процесс установки ЛПБ на провод наблюдается с помощью видеокамеры.
3. Ремонт провода.
По сигналу пилота-оператора сервопривод 22 поворачивает рычаг-штангу, расцепляет соединения рычага-штанги сервопривода 22 со штангой-зацепом 21 (фиг.2b). Пружины 8 поднимают ремонтный блок в рабочее положение до упора провода 4 в дно желоба седла 9 ремонтного зажима 24.
Зажим 24 прижимается к проводу за счет усилия, возникающего при расцеплении и освобождении пружин 8. Усилие, создаваемое пружинами 8, создает также усилие прижатия червяка привода 28 к зубчатому венцу 27 (червячному колесу) на зажиме 24, чтобы оно превышало отталкивающую силу и обеспечивало зацепление привода 28 с рабочим колесом 27. В отсутствие усилия, создаваемого пружинами 8, для обеспечения ввода провода в зажим и зацепления с приводом потребуется создание усилия средствами самого БЛА за счет его подъемной силы, что, в частности, повышает требования к грузоподъемности устройства.
Затем пилот-оператор подает сигнал включения привода 28 ремонтного блока, который поворачивает кожух 26 ремонтного зажима. Угол поворота ограничивается конечными выключателем (на рисунках не показан). Поврежденный участок провода 4 закрыт ремонтным зажимом 24, который зафиксирован на проводе 4.
4. Отцепление (расцепление) стоек от провода.
После завершения ремонта провода 4 пилот включает двигатели 1 ЛПБ, затем реверсивный привод 15, который через упор 19 перемещает штангу 18 (рис. 2c), которая в свою очередь посредством вилки 17 и кулисного камня 16 через воздействие на толкатель 14 поворачивает рычаг-стопор 10, освобождая зацеп 9.
Двигатели 1 ЛПБ в этом время работают не в полную силу, поэтому все устройство под действием силы тяжести и силы прижатия ремонтного блока к проводу 4 опускается вниз, удаляясь от провода 4 (фиг. 2c). Затем пилот-оператор переводит работу двигателей 1 ЛПБ в полетный режим и пилотирует устройство на землю.
Предлагаемая группа устройств позволяет осуществлять процесс ремонта провода средствами, размещенными на БЛА, управляемыми дистанционно, что исключает привлечение персонала к работам на высоте и под напряжением ВЛЭП.