УСТРОЙСТВО СВЕТОВОГО ОГРАЖДЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
LIGHT PROTECTION DEVICE FOR OVERHEAD POWER LINES

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно к устройствам для светового ограждения (ночной маркировки) воздушных линий электропередачи с различными классами напряжения, например, от 110 кВ и более.
Известно устройство световой индикации (световой маркер) в ночное время воздушных линий электропередачи высокого напряжения, проходящих в окрестностях аэропортов, представляющее собой сферическую непрозрачную емкость (шар) с газонаполненными лампами, электрически подсоединенными к наружной поверхности шара, при этом один электрод ламп подсоединен к высоковольтному источнику, а другой к проводящей области шара или шаров, если их используется несколько; лампы так расположены и выбраны таких размеров, чтобы обеспечить яркое свечение в ночное время с расстояния, по крайней мере, в 4000 футов [1].
В данном техническом решении существенным затруднением является обеспечение оптимального угла ненаправленного светового излучения и необходимого уровня общей освещенности для того, чтобы надежно срабатывал световой маркер, особенно в ночное время; требуемого эффекта в этом случае можно достигать увеличением числа газонаполненных лам и соответствующим их расположением на шаре, что безусловно приведет к усложнению и удорожанию этого известного устройства.
Наиболее близким техническим решением по отношению к заявленному является устройство светового ограждения воздушных линий электропередачи, состоящее из, по меньшей мере, одной газоразрядной или неоновой или светодиодной лампы, закрепленной с помощью изолирующей подвески на фазном проводе линии, при этом один конец лампы соединен с фазным проводом линии через шунт, закорачивающий изолирующую подвеску, второй конец лампы соединен с фазным проводом линии посредством металлического удлиненного элемента, расположенного вдоль фазного провода линии и закрепленного на, по меньшей мере, второй изолирующей подвеске [2].
Этот световой маркер также нельзя признать эффективным с точки зрения обеспечения его высоких эксплуатационных рабочих характеристик и функциональных возможностей промышленного применения на протяжении всего длительного срока службы, особенно в жестких атмосферных условиях (интенсивные электромагнитные поля, низкая облачность и плотные туманы, агрессивные химические и дымовые среды).
Заявитель ставил перед собой задачу разработки эффективного, универсального, простого по конструкции, монтажу и технологическому процессу производства устройства для светового ограждения (ночной маркировки) воздушных линий электропередачи с различными классами напряжения, например, от 110 кВ и более с полностью автономной системой питания для зажигания лампы низкой интенсивности свечения и защитой ее от воздействия агрессивных сред (солевые туманы, выбросы от химических предприятий и дымовых труб и т.п.), а также обеспечением уровня потерь на корону и радиопомехи не более 38 дБ. Данный положительный технический результат был достигнут за счет совокупности существенных конструктивных признаков предложенного устройства для светового ограждения воздушных линий электропередачи, представленной в нижеследующей формуле изобретения: «устройство светового ограждения воздушных линий электропередачи, состоящее из, по меньшей мере, одной газоразрядной или неоновой или светодиодной лампы, закрепленной с помощью изолирующей подвески на фазном проводе линии, при этом один конец лампы соединен с фазным проводом линии через шунт, закорачивающий изолирующую подвеску, второй конец лампы соединен с фазным проводом линии посредством металлического удлиненного элемента, расположенного вдоль фазного провода линии и закрепленного на, по меньшей мере, второй изолирующей подвеске; вышеупомянутый шунт выполнен в виде металлического гибкого троса, изготовленного из проволочных спиралей с шагом навивки, соответствующим диаметру фазного провода линии, крепление лампы к изолирующей подвеске представляет собой тросовую петлю, расположенную в защитных экранах, состоящих, по меньшей мере, из двух полусфер правильной круглой или вытянутой эллипсоидной формы и обеспечивающих уровень потерь на корону и радиопомехи не более 38 дБ, при этом поверхность каждой лампы закрыта защитной броневой пленкой; металлический удлиненный элемент, с помощью которого второй конец лампы соединяется с фазным проводом линии, выполнен в виде алюминиевого стержня, полой или сплошной трубы, или закрытого прямоугольного желоба; изолирующая подвеска выполнена в виде гирлянды, составленной, по меньшей мере, из одного покрытого кремнийорганической резиной стеклянного изолятора, фарфорового или полимерного изоляторов; плашечный зажим, крепящий изолирующую подвеску к фазному проводу линии, снабжен неопреновой втулкой, зафиксированной между плашками с возможностью ее ограниченного поворота в вертикальной плоскости относительно продольной оси фазного провода; плашечный зажим закреплен на фазном проводе линии через спиральный протектор; при напряжении воздушной линии электропередачи от 330 кВ до 500 кВ оно состоит из трех изолирующих подвесок и одного вышеуказанного металлического удлиненного элемента; при напряжении воздушной линии электропередачи от 110 кВ до 220 кВ оно состоит из семи изолирующих подвесок и пяти вышеуказанных металлических удлиненных элементов, расположенных между ними».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства светового ограждения воздушных линий электропередачи напряжением в пределах от 330 кВ до 500 кВ, выполненного согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, вариант для воздушных линий электропередачи напряжением от 110 кВ до 220 кВ.
Предлагаемое устройство светового ограждения воздушных линий электропередачи состоит из одной или нескольких ламп 1, которые закрепляются с помощью изолирующих подвесок 2 на фазном проводе 3 воздушной линии электропередачи. Лампы могут быть газоразрядными, неоновыми или светодиодными и снаружи закрываются защитной броневой пленкой. Один конец 4 лампы 1 соединяется с фазным проводом 3 воздушной линии электропередачи через шунт 5, закорачивающий изолирующую подвеску 2, а второй конец 6 лампы 1 соединяется с фазным проводом 3 воздушной линии электропередачи посредством металлического удлиненного элемента 7, располагаемого вдоль (параллельно) фазного провода 3 воздушной линии электропередачи и закрепляемого на второй изолирующей подвеске 8.
Шунт 5 выполняется в виде металлического гибкого троса, изготавливаемого из проволочных спиралей с шагом навивки, соответствующим диаметру фазного провода 3 воздушной линии электропередачи, что обеспечивает оптимальные значения резонансных частот колебаний провода и изолирующей подвески и в конечном счете повышает вибростойкость всего устройства в целом.
Каждая лампа 1 крепится к штырю 9 изолятора (изолирующей подвески) 2, 8 с помощью тросовой петли 10, которая закрывается защитными экранами 11. Защитные экраны 11 состоят из двух полусфер правильной круглой или вытянутой эллипсоидной формы. Такая конструкция крепления лампы 1 позволяет обеспечить высокую стойкость устройства к действию эоловых вибраций, а также обеспечить уровень потерь на корону и радиопомехи не более 38 дБ. Все типы выбранных ламп закрываются защитной броневой пленкой.
Металлический удлиненный элемент 7 (по типу антенны) может быть изготовлен в виде алюминиевых стержня, полой или сплошной трубы, или закрытого прямоугольного желоба.
Гирлянды изолирующих подвесок 2, 8, которые в зависимости от конкретных характеристик воздушных линий электропередачи могут состоять только из одного изолятора (для упрощения показаны на фиг. 1, 2), набираются из стеклянных изоляторв, покрытых кремнийорганической резиной (силиконом), а также фарфоровых или полимерных изоляторов.
С помощью плашечных зажимов 12 изолирующие подвески 2, 8 крепятся к фазному проводу 3 воздушной линии электропередачи и они могут быть снабжены неопреновой втулкой (не показана), которая заводится между плашками зажима 12 и имеет возможность ограниченного поворота в вертикальной плоскости относительно продольной оси фазного провода 3. Плашечные зажимы 12 могут крепиться на фазном проводе 3 через спиральный протектор (не показан). Применение неопреновой втулки и спирального протектора позволяет практически полностью исключить повреждения фазного провода в ходе длительной эксплуатации (из-за их защитных свойств).
В зависимости от напряжения для обеспечения эффективной работы устройства требуется различное количество изолирующих подвесок 2, 8 и элементов (антенн) 7. Экспериментально установлено, что при напряжении воздушной линии электропередачи от 330 кВ до 500 кВ устройство, как правило, состоит из трех изолирующих подвесок 2 и одного металлического удлиненного лементы 7 (фиг. 1), при напряжении воздушной линии электропередачи от 110 кВ до 220 кВ оно состоит уже из семи изолирующих подвесок 2, 8 и пяти удлиненных металлических элементов 7 (антенн), располагаемых между изолирующими подвесками 2 (фиг. 2).
Изобретение работает следующим образом:
Принцип действия заявляемого устройства светового ограждения воздушных линий электропередачи основан на использовании токов утечки, которые возникают между фазным проводом воздушной линии электропередачи и землей. Один конец 4 лампы 1 имеет потенциал фазного провода 3 воздушной линии электропередачи, поскольку он закорачивается шунтом 5. В тоже время второй конец 6 лампы 1 присоединяется к удлиненному металлическому элементу (антенне) 7, который подвешивается к фазному проводу 3 воздушной линии электропередачи с помощью изолирующих подвесок (или отдельных изоляторов) 2. Таким образом, элемент (антенна) 7, изолированный от линии, будет находиться между фазным проводом 3, имеющим электрический потенциал линии, и землей, имеющий нулевой электрический потенциал, и, следовательно будет иметь свой определенный электрический потенциал, величина которого будет зависеть от расстояния между элементом (антенной) 7 и фазным проводом 3 воздушной линии электропередачи. То есть, между концами 4, 6 лампы 1 возникает разность электрических потенциалов, которая и зажигает лампу 1. Конструкция устройства рассчитывается так, чтобы эта разность электрических потенциалов была достаточна для зажигания лампы и электрический ток в горящей лампе поддерживался постоянно, пока воздушная линия электропередачи находится под напряжением.
В результате электрическое питание для зажигания лампы (неоновой, газоразрядной или светодиодной) в предложенном варианте подается непосредственно от несущего высоковольтного фазного провода воздушной линии электропередачи и устройство работает автономно без каких-либо дополнительных источников электрического питания, кроме самой воздушной линии электропередачи.
Заявляемое устройство для светового ограждения (индикации) использутся, как правило, в ночное время воздушных линий электропередачи различных классов напряжения в районах расположения аэропортов, на пересечениях оврагов, долин и устьев рек и т.п. Лампы устройства, при этом, излучают свет различных спектров достаточно низкой интенсивности свечения с тем, чтобы удовлетворить требования Международной организации по гражданской авиации. Длина и количество элементов (антенн) 7 определяются в зависимости от напряжения воздушной линии электропередачи. Типы ламп подбираются под конкретные условия районов прохождения воздушных линий электропередачи и могут быть неоновые, газоразрядные или светодиодные лампы, тем не менее, все они покрываются защитной броневой пленкой с целью исключения их внутреннего загрязнения и обеспечения надежной герметичности. Подвеска ламп на фазных проводах воздушных линий электропередачи в данном устройстве осуществляется с обеспечением эффективной защиты о воздействия различных видов колебательных процессов, в частности от воздействия эоловых вибраций.
Таким образом, предложенное устройство для светового ограждения воздушных линий электропередачи является эффективным, универсальным, простым по конструктивному исполнению, монтажу и технологическому процессу производства с полностью автономной системой электрического питания для зажигания различного типа ламп низкой интенсивности свечения и защитой их от воздействия агрессивных сред, а также обеспечением уровня потерь на корону и радиопомехи не более 38 дБ.
Источники информации: [1] Патент США №5,001,402 Al «Illuminated aerial marker», класс 315/344, опубликован 19 марта 1991 г.
[2] Патент США №5,208,577 А1 «Marker light arrangement for power lines», класс 340/310 R, опубликован 4 мая 1993 г.
[3] Описание изобретения к патенту №2556702 «Световой маркер для воздушных линий электропередачи», F21S 8/00, заявлено 06.03.2014, опубликовано 20.07.2015.
[4] Патент США №4,904,996 A1 «Line-mounted, movable, power line monitoring system», класс 340/870.07, опубликован 27 февраля 1990 г.
[5] Патент США №5,808,424 A1 «Illuminated power line marker», класс 315/344, опубликован 15 сентября 1998 г.
[6] Патент США №3662084 «Гаситель вибрации», H02G 7/14 (174-42), опубликован 09.05.1972.
[7] Описание изобретения к патенту №2128390 С1 «Система молниезащиты», H02G 13/00, G08G 1/09, заявлено 18.08.1998, опубликовано 20.03.1999.