ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
OVERHEAD POWER TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для удаления гололедных отложений с проводов линий электропередачи.
Известны устройства для механического сброса гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи с помощью размещенных в пролете элементов для импульсного встряхивания провода и ударных элементов (см., например, а.с. СССР №811382, кл. H02G 7/16, 1978 [1]; а.с. СССР №1415309, кл. H02G 7/16, 1986 [2]).
Недостатками известных устройств являются значительная сложность конструкции вследствие необходимости использования элементов со специальными физическими эффектами, короткозамыкателя, грозозащитных тросов и т.п., дополнительные затраты электроэнергии, неспособность автоматического включения защиты при образовании гололедных отложений.
Известны также устройства для механического удаления гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи, содержащее установленную с зазором на проводе пружину, соединенную либо с шарнирно закрепленной на том же проводе и реагирующей на ветровые нагрузки пластиной (см. а.с. СССР №902129, кл. H02G 7/16, 1980 [3]), либо при помощи специального кинематического механизма с грузом, реагирующим на ветровые колебания проводов (см. а.с. СССР №936149, кл. H02G 7/16, H02G 7/14, 1980 [4]).
Недостатками данных устройств являются низкая эффективность удаления гололедных отложений вследствие малых перемещений витков пружин, сложность конструкции, зависимость возможности работы устройства от наличия и характера ветровых возмущений (порывов ветра).
Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности существенных признаков является воздушная линия электропередач, включающая средство противогололедной защиты, выполненное в виде надетого на провод контейнера со смазкой для уменьшения адгезии льда к материалу проводов, снабженного элементами жесткости в виде лопаток, образующих воздушную турбину (см. а.с. СССР №1474776, кл. H02G 7/16, 1984 [5]), и принятая за прототип.
Недостатками устройства-прототипа являются значительная сложность конструкции, низкая эффективность и ограниченные условиями эксплуатации воздушных линий области применения вследствие зависимости возможности и характера работы устройства от наличия ветровых возмущений, их направления и интенсивности.
Сущность изобретения заключается в создании воздушной линии электропередачи со средством противогололедной защиты, автоматически работающим в непрерывном вибрационном режиме при образовании гололеда за счет взаимодействия с переменным рабочим током, протекающим по проводам, что предельно упрощает конструкцию, обеспечивает эффективную работу в автоматическом режиме уже на начальной стадии образования отложений вне зависимости от внешних климатических условий и возмущающих воздействий.
Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение его эффективности и автоматизация процесса, расширение областей и условий применения.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной воздушной линии электропередачи, снабженной средством противогололедной защиты, включающим размещенные на проводе специальные элементы для механического удаления с его поверхности гололедных отложений, особенность заключается в том, что специальные элементы выполнены в виде отрезков лент из пластичного ферромагнитного материала, периодически с заданным шагом прикрепленных к проводу вдоль его длины одним из своих концов и свободно свисающих вниз, при этом геометрические параметры каждого отрезка ленты выбраны из условия получения у жесткой, вследствие объемного промерзания ленты, и консольно закрепленной на проводе пластинки с такими же, как у отрезка ленты, геометрическими параметрами и сосредоточенными на ленте с учетом ее промерзания массовыми параметрами расчетного значения низшей собственной частоты колебаний, примерно соответствующей частоте переменного тока в линии электропередачи, а в качестве эластичного ферромагнитного материала использована магнитомягкая высококоэрцитивная ткань или магнитомягкая резина.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично показано предлагаемое устройство на общем виде.
Воздушная линия электропередачи снабжена средством противогололедной защиты, которое включает размещенные на проводе 1 специальные элементы 2 для механического удаления с поверхности провода 1 гололедных отложений. Специальные элементы 2 выполнены в виде отрезков лент из эластичного ферромагнитного материала, периодически с заданным шагом прикрепленных к проводу 1 вдоль его длины одним из своих концов и свободно свисающих вниз. При этом геометрические параметры каждого отрезка 2 лент (длина, ширина, толщина) выбраны из условия получения у жесткой, вследствие объемного промерзания ленты 2, и консольно закрепленной на проводе 1 пластинки с такими же, как у отрезка ленты 2, геометрическими и сосредоточенными на ленте 2 с учетом ее промерзания массовыми параметрами (масса намерзшей на ленте 2 воды) расчетного значения низшей собственной частоты колебаний, примерно соответствующей частоте переменного тока в линии электропередачи. То есть, другими словами, эластичный отрезок 2 ленты при намерзании на ней воды и переходе ее при этом в жесткое состояние должен представлять собой консольно закрепленную на проводе 1 пластинку, жесткость и масса которой обеспечивают ей низшую собственную частоту, примерно совпадающую с частотой переменного тока. При этом в качестве эластичного ферромагнитного материала для лент 2 можно использовать либо магнитомягкую высококоэрцитивную ткань, либо магнитомягкую резину. Вопросы получения и массового производства магнитомягких высококоэрцитивных эластичных тканей, обладающих значительной прочностью, износо- и влагоморозоустойчивостью достаточно подробно отработаны (см., например, патенты РФ на изобретения №2284596 [6], №2284597 [7], №2284598 [8], №2311262 [9]). Причем эти ткани могут быть изготовлены как на основе полимеров с введением ферромагнитного порошка, так и путем спекания пористо-волокнистого металлического материала. Использование в качестве эластичного ферромагнитного материала магнитомягкой резины подробно описано, например, в книге (А.Г.Алексеев, А.Е.Корнеев. Эластичные магнитные материалы. - М.: Химия, 1978, с.115-148 [10]). Геометрические параметры отрезков лент 2 приведены далее в примере практической реализации, шаг между лентами 2 порядка 40-50 см (без возможности касания свободными концами соседних лент друг друга). Крепление лент 2 к проводу 1 наиболее просто осуществляется путем плотного с натягом охвата провода 1 концом ленты 2 и фиксации петли специальными зажимами 3 с плоскими шляпками (возможно привязывание отрезков лент 2 путем выполнения обычных узлов).
Принцип действия устройства и его работа состоят в следующем. При температурах воздуха больше нуля гололедные отложения на проводах 1 при любом характере их возникновения (в результате выпадения на проводах измороси, инея и их смеси, накопления мокрого снега, льда) находятся в жидкой фазе. Очевидно, что любые (шаговые) участки провода 1 не идеально горизонтальны, а имеют хотя бы минимальный уклон. Поэтому периодически свисающие вниз с провода 1 отрезки лент 2 являются направляющими для стекания с провода 2 воды и, естественно, арматурой для образования на них сосулек. В результате этого гололедные отложения, пока они находятся в жидкой фазе, стекают вниз практически только по лентам 2. Естественно, в этом случае при замерзании жидкой фазы сосульки образуются практически также только на лентах 2. На практике это нетрудно заметить в процессе сушки на веревке, например, покрывала с бахромой, кистями и т.п., с которого вода стекает практически только по данным кистям. Каждый видел массовое намерзание огромных сосулек на случайно свисающем с крыши проводе. Работа предлагаемого устройства основана на этом факте, причем ферромагнитный материал лент 2 обеспечивает их электромагнитное взаимодействие с переменным током в проводе 1. При положительных температурах воздуха вода (см. выше) просто стекает по лентам 2, при этом за счет слабого электромагнитного взаимодействия (частота переменного тока в проводе 1 обычно значительно выше низших собственных частот лент 2) ленты 2 слабо раскачиваются, что ускоряет процесс стекания по ним воды. При понижении температуры воздуха до нуля и ниже вода на лентах 2 начинает замерзать, образуются сосульки, свисающие с лент, а сами ленты 2 превращаются в жесткие, консольно закрепленные на проводе 1 пластинки. Согласно данному предложению геометрические и массовые параметры данных пластинок с примерным учетом намерзшей на них воды должны обеспечивать низшую собственную частоту пластинки, расположенную по возможности ближе к частоте переменного тока в линии электропередачи. В этом случае ток в проводе 1 является для пластинки возмущающим воздействием, вызывающим ее вынужденные пространственные изгибные колебания с амплитудами, близкими к резонансным. Но даже при частоте тока, меньшей низшей собственной частоты пластинки и удаленной от резонансной зоны, возникают изгибные колебания пластинки по одной из форм, конечно со значительно меньшими по сравнению с резонансными амплитудами. Такие колебания происходят автоматически, непрерывно и естественно приводят к растрескиванию льда на лентах-пластинках 2 и его плавному осыпанию в виде осколков, крошек и т.п. Использование низших форм колебаний (низших собственных частот) обеспечивает получение более высоких амплитуд колебаний.
0
α
α
0
3
3
2
Приведем пример практической реализации предлагаемого устройства. При расчете используем (Справочник конструктора РЭА/ Под ред. Р.Г.Варламова. - М.: Советское радио, 1980 [11]). Выбираем геометрические параметры ленты-пластинки 2: длина а=20 см, ширина b=5 см, толщина h=2 мм. Низшая собственная частота пластин с распределенной нагрузкой показана в [11], с.388: ν=0,159 , где K - коэффициент, зависящий от формы крепления пластинки. На стр.391 [11] для консоли K=3,52 a/b=14,08; D=0,09 Еh - жесткость пластинки; Е=2·10 Па - модуль упругости льда; D=1,44 Н·м; m'' - распределенная по площади масса, ; G - вес пластинки; G=ρgV, где ρ=1000 кг/м - плотность льда; V - объем, V=agh. Вычисляем G=0,196 H; m=19,6 г - масса пластинки; m''=2 кг/м.  То есть при данных геометрических и массовых параметрах ν примерно совпадает с промышленной частотой переменного тока f=50 Гц.
Воздушная линия электропередачи с предложенным средством противогололедной защиты имеет предельно простую конструкцию, эффективна и универсальна практически для любого типа линий электропередачи и условий эксплуатации, характер работы устройства практически не зависит от температурных, климатических и т.п. параметров окружающей среды и характера ветровых нагрузок. Устройство не требует применения элементов со специальными свойствами, включения специальных режимов работы линий с использованием повышенных токовых нагрузок с повышенным потреблением электроэнергии.