РЫЧАГ ЗАЖИМА ДИСТАНЦИОННОЙ РАСПОРКИ-ГАСИТЕЛЯ ВИБРАЦИИ И ДИСТАНЦИОННАЯ РАСПОРКА-ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ РЫЧАГ ЗАЖИМА
REMOTE SPACER-VIBRATION DAMPER CLAMP LEVER AND REMOTE VIBRATION DAMPING SPACER WITH SUCH CLAMP LEVER

Настоящее изобретение относится к дистанционным распоркам-гасителям вибрации, обычно используемым для разнесения электрических проводов расщепленной фазы, подвешенных к опорам линий электропередач, и, в частности, к рычагу зажима для использования в таких дистанционных распорках-гасителях вибрации или других дистанционных распорках.
Дистанционная распорка-гаситель вибрации обычно содержит, по меньшей мере, два зажима, которые захватывают соответствующие провода, установленные на раму, которая отделяет зажимы. Зажимы обычно установлены на концах или углах рамы или в заданных положениях на круглом сечении, и содержат вытянутый рычаг и участок захвата провода на одном конце рычага. Установка зажимов на раму позволяет ограничить величину перемещения зажимов относительно рамы, и также обеспечивает регулируемую электрически полупроводящую цепь между рычагом зажима и рамой, которые оба обычно выполнены из металла.
Рычаг зажима, как правило, выполнен из двух основных компонентов: компонента рычага, один конец которого присоединен к раме; и компонента держателя, причем рычаг и держатель обычно соединены шарнирной конструкцией, которая может быть расположена на конце рычага зажима, наиболее удаленном от рамы. Рычаг и держатель в закрытом положении выполнены с возможностью образования отверстия, через которое проходят провода, и держатель может быть повернут в открытое положение посредством шарнира, для того чтобы открыть рычаг зажима, чтобы обеспечить установку рычага зажима вокруг провода, прежде чем он будет зажат. Пример рычага зажима дистанционной распорки-гасителя вибрации описан в публикации GB 2286727. Как раскрыто в GB 2286727, литой резиновый вкладыш зажима может быть вставлен между проводом и зажимом, для того чтобы защитить провод и также обеспечить некоторую степень гашения вибрации.
Воздушные линии электропередач обычно эксплуатируются при номинальных напряжениях 275 кВ или 400 кВ, хотя они могут эксплуатироваться вплоть до 600 кВ. При этих напряжениях важно, чтобы дистанционные распорки-гасители вибрации и другие дистанционные распорки были предназначены для достижения требуемого функционирования с наименьшим коронным разрядом, для того чтобы исключить возбуждение видимой короны во время эксплуатации. Видимая корона может быть возбуждена особенно в областях, в которых сконцентрировано электростатическое напряжение. Поэтому, зажимные участки таких дистанционных распорок в общем предназначены для того, чтобы исключать острые края и выступы, в частности, на концевых частях рычага зажима. В EP 1754293 A описаны различные конструкции рычагов зажима и дистанционных распорок, образованных выдавливанием с боковым истечением, чтобы обеспечить гладкую внешнюю поверхность с улучшенным функционированием с короной, без необходимости дополнительной обработки.
Для того чтобы эффективно эксплуатироваться на линиях электропередач при 400 кВ и более, компоненты воздушных линий, такие как дистанционные распорки-гасители вибрации, должны быть выполнены с возможностью достижения, на практике, функционирования без короны при напряжениях более 340 кВ между фазой и землей. Традиционно, при расщеплениях фазы на два провода, такое функционирование достигалось, только используя металлические зажимы, которые непосредственно захватывали твердые провода из алюминиевого сплава. Хотя надлежащее функционирование легче достигается при использовании расщепления фазы на три, четыре или шесть проводов, существует возрастающая тенденция замены существующих проводов расщепленной на два провода фазы на новые высокотоковые провода с такой же конфигурацией расщепления фазы на два провода, а не увеличения количества проводов, когда требуется передавать более высокий ток. Причина состоит в том, что увеличение количества проводов потребует модернизации инфраструктуры, тогда как модернизация проводов означает, что существующие конфигурации могут быть использованы, несмотря на возросшую стоимость самих проводов.
В этой связи, традиционные передающие провода могут являться AAAC (провод из алюминиевого сплава) или GZTACSR (сталеалюминиевый провод с зазором между стальным сердечником и первым слоем ZT-алюминиевых жил) проводами, которые оба имеют твердый внешний слой из алюминиевого сплава. С такими проводами, вследствие твердой внешней поверхности, возможно захватить провод, используя металлический зажим, не повреждая внешние жилы провода. Другие широко используемые провода используют жилы из чистого алюминия, армированные стальным сердечником (ACSR - сталеалюминиевый провод) или AAC (алюминиевый провод), и, следовательно, имеют относительно мягкую внешнюю поверхностью из чистого алюминия. Однако эти провода обычно эксплуатируются при более низких рабочих температурах, обычно 70°C, и относительно низких натяжениях, так что традиционные металлические крепления не представляют значительного риска повреждения проводов.
Однако внедряется новое поколение проводов, которое предъявляет новые требования к зажимам, используемым для их крепления. Эти провода являются композитными проводами, выполненными из смешанных металлов, или комбинации металлических и синтетических материалов. Такие провода обычно используют высокопрочный композитный или стальной сердечник с внешним слоем из чистого алюминия.
Новые композитные провода могут использоваться при высоких температурах, обычно более 130°C, и, следовательно, способны переносить очень высокий ток. Ранее, для того чтобы увеличить протекание тока по линии электропередач, обычно увеличивали количество проводов в линии с двух до трех или четырех, обычно используя AAAC провод. С улучшенной пропускной способностью по току нового поколения композитных проводов, вероятно будет существовать возрастающая тенденция использования только двух проводов («проводов расщепленной на два провода фазы»), но при более высоком токе. Экономические преимущества этого включают в себя уменьшение потребности в усилении стального каркаса опоры при увеличении количества проводов, и возможность снижения стоимости разрешений (то есть платежей энергосбытовой компании землевладельцам за установленный провод), используя два провода расщепленной фазы под высокими токовыми нагрузками.
Ожидается, что композитные провода типа, описанного выше, поступят в эксплуатацию в Великобритании в 2011 году.
По сравнению с традиционными проводами из алюминиевого сплава, или проводами, имеющими, по меньшей мере, твердый внешний слой из алюминиевого сплава, внешняя поверхность из чистого алюминия этих композитных проводов намного более мягкая и больше подвержена повреждению. В частности, композитные провода обычно предназначены для использования при очень высоких натяжениях в эксплуатации, и при температурах, например, около 130°C, выше которых чистый алюминий начинает «ползти». Это сочетание высокого натяжения и высокой температуры делает провод особенно подверженным повреждению или износу трением металлическими зажимами, особенно когда вибрации присутствуют в пролете провода. В этой связи следует отметить, что эксплуатация проводов при повышенных натяжениях увеличивает напряжение в проводе. Это увеличение натяжения ведет к снижению самодемпфирования провода и увеличению амплитуды вибрации, особенно с высокими частотами, что в свою очередь усиливает эффект вибрации под действием ветра. Это уменьшает количество циклов, которое может быть поглощено за срок службы провода без повреждения, и делает более важным эффективное демпфирование провода в рычаге зажима.
Кроме того, вследствие очень высоких токовых нагрузок, обычно испытываемых этими проводами, повреждение или разрушение жилы провода является намного более серьезным, чем в традиционных проводах, поскольку имеется небольшая или вообще отсутствует дополнительная пропускная способность по току в режиме повреждения.
Следовательно, существует потребность в дистанционных распорках-гасителях вибрации и зажимных компонентах, подходящих для захвата этих композитных проводов при высоких температурах, не повреждая, колебаниями, мягкую алюминиевую внешнюю поверхность провода, в то же время по-прежнему обеспечивая требуемое сопротивление сдвигу при высоких натяжениях. Более того, эти компоненты также должны быть способны обеспечивать функционирование без короны при напряжениях 340 кВ между фазой и землей.
Известно использование армированных стержней, чтобы окружить провод, и металлического болтового зажима, чтобы удерживать провод, когда он облицован таким образом. Этот подход обеспечивает использование более высоких токов и более высоких температур в проводе, рассеивая температуру посредством армированных стержней, таким образом облегчая использование традиционных зажимов, которые в противном случае не подходят для повышенных температур провода. Однако нанесение армированных стержней на провод занимает много времени у монтажника, и традиционные закрепленные болтами провода склонны вызывать нежелательные углубления в жилах провода.
В US 4480149 и GB 1587233 описаны примеры дистанционных распорок-гасителей вибрации, но настоящими изобретателями из тестирования разнообразных различных конструкций было определено, что эти конструкции не будут соответствовать температурным требованиям или требованиям к коронированию новых высокотоковых, высокотемпературных композитных проводов.
Настоящее изобретение обеспечивает рычаг зажима для использования в дистанционных распорках-гасителях вибрации для разнесения расщепленных передающих проводов, по п.1 формулы изобретения. Рычаг зажима содержит элемент рычага и элемент держателя, которые предпочтительно соединены шарнирной конструкцией на конце, дальнем от рамы дистанционной распорки-гасителя вибрации, при использовании, так что рычаг зажима может быть повернут между открытым и закрытым положениями, и зажат вокруг провода. Дальний конец рычага зажима предпочтительно выполнен в общем в форме сферы, которая усечена сбоку. Эта форма обеспечивает улучшенное функционирование с короной, особенно при высоких передаваемых напряжениях.
Для того чтобы дополнительно улучшить функционирование с короной, шарнирная конструкция предпочтительно образована, используя потайной шарнирный палец, который расположен внутри глухих отверстий или пазов в элементах рычага или держателя, и который не доходит до внешней поверхности дальнего конца рычага зажима, таким образом обеспечивая наличие на внешней поверхности уменьшенного числа неоднородностей и более гладкий внешний контур. Другими словами, внешняя поверхность дальнего конца рычага зажима образует непрерывную поверхность над концами шарнирного пальца. С этой конструкцией, оказалось возможным достичь функционирования без короны при напряжении 340 кВ между фазой и землей, на проводе расщепленной на два провода фазы.
Рычаг зажима снабжен вкладышем зажима, который окружает провод, когда рычаг зажима находится в закрытом положении. Вкладыш зажима предпочтительно выполнен из синтетического полупроводящего высокотемпературного эластомера, подходящего для использования при температурах более 130°C, и идеально более 160°C, такого как сетчатое высокотемпературное EPDM (этилен пропилен монодиен) или FKM (фторэластомер) полупроводящее соединение или силикон, который позволяет захват мягкого алюминиевого провода зажимом, даже при высоких температурах, в то же время сохраняя требуемое сопротивление сдвигу и электрическое сопротивление между 1-20 МОм, не вызывая повреждение провода. Предпочтительно, геометрия рычага зажима и вкладыша зажима по отношению к проводу выполнена с возможностью обеспечения сжатия около 12%-18% во вкладыше зажима, когда рычаг зажима прикреплен к проводу, и предпочтительно около 15%, что оказалось обеспечивающим требуемое сопротивление сдвигу при температурах более 130°C, при использовании выше обозначенных эластомеров.
Вариант выполнения изобретения сейчас будет описан, в качестве примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг. 1 - вид сбоку рычага зажима согласно настоящему изобретению в закрытом положении;
Фиг. 1(a) - вид сбоку заявленного рычага в открытом положении;
Фиг. 2 - вид в перспективе рычага зажима;
Фиг. 3(a) и 3(b) - элемент рычага рычага зажима;
Фиг. 4(a) и 4(b) - элемент держателя рычага зажима;
Фиг. 5(a) - вид сверху элемента рычага и Фиг. 5(b) показывает вид в сечении элемента рычага по линии D-D с Фиг. 5(a), вместе с увеличенным видом дальнего конца элемента рычага.
Предпочтительный вариант выполнения рычага зажима согласно изобретению показан на виде сбоку на Фиг. 1. Рычаг 10 зажима содержит элемент 1 рычага и элемент 2 держателя, который может быть зажат вокруг провода, который проходит через отверстие 4, образованное в первом конце 11 рычага зажима между рычагом и держателем, в закрытом положении. Второй конец 12 рычага зажима предназначен для крепления к раме дистанционной распорки-гасителя вибрации. Рычаг 1 и держатель 2 поворотно соединены шарнирной конструкцией 3, расположенной на первом конце рычага зажима. Когда рычаг зажима расположен вокруг провода в закрытом положении, он может быть закреплен введением болта или другого крепежного средства через соответствующие пазы 22, 32 в рычаге и держателе (показаны на Фиг. 3 и 4) традиционным образом.
Фиг. 1(a) показывает рычаг зажима с Фиг. 1 в открытом положении и показывает болт или палец 7, используемый для крепления держателя к рычагу, когда рычаг зажима закрыт.
При использовании, провод закрепляется внутри рычага зажима, используя пару вкладышей 5 зажима, расположенных в отверстии между рычагом и держателем. Вкладыши зажима обычно содержат пару вставок с приблизительно полукруглым сечением, которые соответственно помещены в соответствующие углубления элемента рычага и элемента держателя, которые образуют отверстие 4. Внешняя поверхность каждой вставки профилирована так, чтобы соответствовать внутренней поверхности утопленного участка отверстия рычага и держателя, и внутренняя поверхность каждой вставки профилирована так, чтобы соответствовать размеру и/или форме провода, к которому рычаг предназначен для крепления. Таким образом, когда вкладыши зажима расположены в отверстии, и рычаг зажима находится в закрытом положении, вкладыш зажима заполняет отверстие, но образует центральное отверстие 6, через которое провод может проходить. Вкладыш зажима выполнен из эластомерного материала, который обеспечивает некоторую степень эластичности, так что регулируемое усилие зажима может быть приложено к проводу регулированием размера отверстия относительно диаметра провода, таким образом уменьшая изгибную деформацию на границе между проводом и вкладышем зажима.
В соответствии с настоящим вариантом выполнения, вкладыш зажима выполнен из высокотемпературного эластомера, способного обеспечить надежный зажим, не повреждая мягкий алюминиевый провод при температурах более 130°C. В частности, вкладыш зажима должен быть способен обеспечить захват провода зажимом, в то же время сохраняя сопротивление сдвигу 1 кН в течение одной минуты.
Предпочтительно, это функционирование достигается при температурах более 130°C, и с круглыми и трапецеидальными проводами. Более предпочтительно, материал вкладыша зажима также выбирается способным сопротивляться атмосферному озону на протяжении, по меньшей мере, 10 лет, и предпочтительно 15 лет, в то же время продолжая соответствовать установленным требованиям к температуре, сопротивлению сдвига и электрическому сопротивлению.
Для того чтобы достичь этого функционирования, в предпочтительном варианте выполнения, вкладыш зажима выполнен из сетчатого высокотемпературного EPDM (этилен пропилен монодиен) или FKM (фторэластомер) полупроводящего соединения, силикона или других подходящих синтетических полупроводящих высокотемпературных эластомеров. При использовании этих соединений, было обнаружено, что требуемое сопротивление сдвигу может быть достигнуто при температурах более 130°C, когда геометрия рычага зажима и вкладыша зажима по отношению к проводу выполнена с возможностью обеспечения около 15% сжатия во вкладыше зажима, когда рычаг зажима прикреплен к проводу. Это функционирование было достигнуто как на круглых, так и трапецеидальных проводах.
Вариант выполнения рычага зажима, показанный на Фиг. 1-4, был предназначен для достижения требуемого напряжения радиопомех (RIV) и функционирования с короной для проводов расщепленной на два провода фазы при напряжениях более 340 кВ между фазой и землей. Это достигнуто посредством оригинальной геометрии рычага зажима.
Ясно, что уровни RIV тесно связаны с коронным разрядом. В точке, в которой возникает коронный разряд, уровни RIV становятся чрезвычайно высокими и разрушающими. График испытания RIV как правило покажет достаточно прямую линию, до тех пор пока не возникает коронный разряд, в точке которого будет вертикальное увеличение уровня RIV, приводящее к отчетливой точке перехода на кривой RIV между отсутствием короны и положительным коронным разрядом.
Как показано на Фиг. 2, первый конец 11 рычага 10 зажима имеет по существу сферическую форму, образованную изогнутой внешней поверхностью участка рычага и участка держателя, когда они зажаты в закрытом положении, с вытянутым корпусом 14, продолжающимся от по существу сферического первого конца 11 ко второму концу 12. Сферическая форма первого конца усечена сбоку с каждой стороны, как видно на Фиг. 3 и 4, так что боковая ширина w первого конца рычага зажима (см. Фиг. 3(b)) меньше диаметра сферической кривизны его внешней поверхности.
В частности, было обнаружено, что рычаг зажима имеет предпочтительное функционирование с короной, когда размеры первого концевого участка 11 таковы, что соотношение первого концевого участка составляет приблизительно 25,5:15:18,75, причем соотношение определяется как отношение между внешним диаметром зажима (расстояние d на Фиг. 1), радиусом кривизны зажима в боковом направлении (то есть радиусом кривой по ширине w на Фиг. 3(a), также показанным как радиус r на Фиг. 5(a)), и шириной зажима (шириной w на Фиг. 3(b)), то есть соотношением d:r:w. Этот параметр был определен для обеспечения лучшего функционирования с короной, посредством экспериментального высоковольтного испытания изобретателями. Предпочтительно отношение d:r находится в диапазоне от 24:15 до 27:15, и более предпочтительно 25,5:15. Предпочтительно отношение r:w находится в диапазоне от 15:18 до 15:19,5, и более предпочтительно 15:18,75.
Изобретатели провели испытания улучшенной конструкции зажима в сравнении с предыдущими конструкциями и обнаружили, что предыдущая конструкция, имеющая соотношение d:r:w порядка 30:10:13,33 не прошла испытания на коронный разряд при приблизительно 298 кВ. Используя новую конструкцию, описанную и изображенную здесь, имеющую соотношение d:r:w порядка 25,5:15:18,75, рычаг зажима не испытывал коронный разряд при 340 кВ.
Для того чтобы дополнительно улучшить функционирование с короной, рычаг зажима предпочтительно изготовлен с поверхностной отделкой, выбранной так, чтобы уменьшить шероховатость, и обычно с шероховатостью поверхности по Ra около 1,6-6,3 мкм.
Предпочтительная шарнирная конструкция 3 между рычагом и держателем показана на Фиг. 2. Выступ 24, образованный в элементе держателя, принят в соответствующее углубление в элементе рычага, так что элемент рычага и элемент держателя зацеплены, чтобы образовать шарнир, и эти компоненты выполнены с возможностью поворота относительно друг друга вокруг пальца (не показан), который продолжается через отверстие, образованное как в выступе 24 элемента держателя, так и смежных участках элемента рычага. Ясно, что выступ взамен может быть образован в элементе рычага, для того чтобы зацепляться с соответствующим углублением в элементе держателя, и что различные другие модификации этой шарнирной конструкции могут быть использованы.
Фиг. 3(a), 4(a) и 4(b) более подробно показывают способ, которым предпочтительная шарнирная конструкция образована в элементе рычага и элементе держателя, с потайным пальцем. Фиг. 4(a) показывает выступ 24, образованный на дальнем конце элемента держателя, и осевое отверстие 26 в выступе для принятия пальца. Фиг. 3(a) показывает соответствующее углубление 34 в элементе 2 рычага, который зацепляется с выступом 24 в элементе держателя, так чтобы рычаг и держатель поворачивались вокруг пальца, расположенного в отверстии 26. Ясно, что другие зацепляющиеся шарнирные конструкции также могут быть использованы для достижения шарнирного соединения между рычагом и держателем.
Фиг. 3(a) также показывает, что каждый участок элемента рычага, непосредственно смежный с углублением 34, снабжен глухим отверстием 36 для принятия каждого конца пальца, когда рычаг и держатель собраны в шарнирное соединение. Глухое отверстие 36 образовано с каждой стороны углубления 34 и выполняет функцию продолжения отверстия 26 в выступе 24 элемента держателя, когда рычаг и держатель собраны с пальцем, проходящим через отверстие 26. Для того чтобы обеспечить вставку пальца на место и сборку шарнирного рычага зажима, каждое глухое отверстие 36 открывается сбоку в направлении отверстия 4 рычага зажима, чтобы образовать паз, как показано более ясно на Фиг. 5(b), чтобы обеспечить помещение пальца сбоку на место.
Для того чтобы собрать рычаг зажима, палец вставляется в отверстие 26 в выступе 24 элемента 2 держателя, и выступ 24 держателя затем располагается смежно с углублением 34 элемента 1 рычага, причем концы пальца расположены сбоку смежно с глухими отверстиями или пазами 36. Рычаг и держатель затем могут быть соединены в шарнирном зацеплении установкой пальца сбоку в пазы, причем выступ 24 полностью установлен внутрь углубления 34. Пазы могут быть выполнены с возможностью принятия пальца по плотной посадке, и установка пальца в эти пазы может быть достигнута за одну механическую операцию, используя соответствующие инструменты или механизмы.
Поскольку глухие отверстия или пазы 36 не проходят через внешнюю поверхность рычага зажима, они устанавливают палец на место в осевом направлении внутри шарнирной конструкции. Более того, пазы 36 обеспечивают дополнительное преимущество в том, что палец полностью содержится внутри шарнирной конструкции, не требуя вставки пальца через отверстие во внешней поверхности рычага зажима, обеспечивая более непрерывный контур поверхности по существу сферической поверхности первого концевого участка рычага зажима, таким образом улучшая его функционирование с короной. Эта конфигурация обеспечивает значительное преимущество перед традиционными конструкциями, в которых элементы рычага и держателя обычно соединены шарнирно обеспечением пальца, который находится на внешней поверхности рычага зажима на его концах, например, когда рычаг зажима собран смещением пальца в осевом направлении в шарнир снаружи. В таких традиционных конструкциях, любой открытый участок пальца сам по себе или отверстие, в котором он расположен, может увеличить неоднородность внешней поверхности рычага зажима, что снижает функционирование с короной. Это особенно важно при более высоких напряжениях, например, при использовании рычага зажима с 400 кВ линией электропередач.
Показанная зажимающая конструкция, и в частности форма усеченного сферического концевого участка и/или конфигурация шарнирной конструкции с потайным пальцем, также могут быть использованы в других типах зажимающих компонентов, для того чтобы достичь лучшего функционирования с короной. Например, зажимающая конструкция может быть использована в полугибких дистанционных распорках, которые не обеспечивают демпфирование, но зажимают провод, используя эластомерную вставку, или в других конструкциях грузов дистанционной распорки или грузов перемычки. Зажимающая конструкция также может быть использована для зажима различных конфигураций проводов, таких как конфигурация T2, в которой пара проводов свита друг с другом, или проводов с различными формами сечения, но используя соответствующим образом профилированные вкладыши зажима.