УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО УДАЛЕНИЯ ЛЕДЯНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ С ПРОВОДА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована для удаления ледяных образований с проводов линий электропередач путем их электромеханического встряхивания.
Отложение гололеда на проводах представляет большую опасность для стабильного энергоснабжения и нормальной эксплуатации воздушных линий электропередач. Гололед обуславливает дополнительные механические нагрузки на все элементы воздушных линий. При значительных гололедных отложениях возможны обрывы проводов, тросов, разрушения арматуры, изоляторов и даже опор воздушных линий. В результате энергокомпании и потребители несут крупные убытки, а восстановление оборванных проводов - дорогостоящий и трудоемкий процесс.
Известны многочисленные устройства борьбы с этим явлением (Левченко И.И., Засыпкин А.С., Аллилуев Α.Α., Сацук Е.И. Диагностика, реконструкция и эксплуатация воздушных линий электропередачи в гололедных районах. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007 г.).
Однако реально на практике при активной борьбе с обледенением проводов применяются устройства с механическим и тепловым удалением отложений льда. При этом предпочтение отдается устройствам с различными способами плавки льда, поскольку средства механического воздействия требуют доступа к линии электропередачи и зачастую не могут быть применены в труднодоступных районах (переходы через реки, озера, водохранилища, горные перевалы, лесистые районы и т.п.).
Лед плавят за счет нагрева проводов постоянным или переменным током большой величины в течение длительного периода времени (время плавки достигает 100 минут).
Основным недостатком таких устройств являются большие энергетические затраты при его использовании. Кроме того, плавка наледи электрическим током, в большинстве случаев, является опасной для целостности проводов и конструкций опор.
Электромеханические устройства удаления льда с проводов линий электропередач образуют класс новых устройств борьбы с гололедом на линиях электропередач. Удаление гололеда предлагается производить не с помощью термического воздействия от протекающего по проводам тока, а с помощью создания механических колебаний проводов за счет использования сил электромагнитного взаимодействия между проводами, возникающими при протекании по ним электрического тока. Использование механических колебаний для разрушения льда, а не нагрева, как это делается в настоящее время, позволит существенно уменьшить время, необходимое для очистки линии ото льда, и энергию, затрачиваемую на очистку.
Известно техническое решение электромеханического удаления льда с проводов линий электропередач, основанное на создании механических колебаний проводников путем периодического пропускания по ним импульсов постоянного тока в одном и противоположном направлениях с частотой, кратной частоте собственных колебаний обледеневших проводов, закрепленных на двух соседних опорах линии электропередачи (Патент РФ №2442256 C1, МПК H02G 7/16. Способ удаления обледенения с проводов линий электропередач / Козин В.М., Соловьев В.А., Орлов Д.А., Сухорукое СИ, Малых К.С, опубл. 10.02.2012 г.).
Недостатком указанного решения является сложность в практической реализации вследствие того, что при его использовании необходим тщательный и точный расчет величины и частоты импульсов тока, соответствующих собственной частоте колебаний обледеневших проводов, закрепленных на двух соседних опорах, которая изменяется от пролета к пролету и с изменением окружающих условий случайным образом, что является проблемой в реализации способа, а устройство для его осуществления должно содержать источник импульсного или переменного тока с возможностью перестройки частоты импульсов на собственную частоту резонанса обледеневших проводов.
Прототипом является устройство для электромеханического сброса гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи (Патент РФ №2481684, МПК H02G 7/16. Устройство для сброса гололедных отложений с проводов. / Белый Д.М., Афанасьев Г.Ф, опубл. 10.05.2013 г.).
Известное устройство представляет собой магнитный ударный элемент, имеющий форму прямоугольной рамки надетой непосредственно на провод, две противоположные стороны которой выполнены в виде высококоэрцитивных постоянных магнитов прямоугольной формы, намагниченных аксиально, то есть магнитные полюса N, S расположены с разных сторон по толщине каждой пластинки. При этом постоянные магниты обращены друг к другу разноименными полюсами и свободно охватывают провод с возможностью смещения относительно него, то есть по скользящей посадке. Две другие стороны прямоугольной рамки выполнены в виде соединяющих магниты пластин из неферромагнитного материала, в частности - дюралюминия, и прикреплены к магнитам с помощью винтов, ввернутых в заармированные в магниты резьбовые втулки.
При этом каждая из пластин с обращенной к магнитам стороны в своей центральной части снабжена выступающим цилиндрическим бойком и свободно надетой на него втулкой из упругого эластичного материала, введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода. Высота каждой втулки на расчетную величину превышает высоту соответствующего бойка, то есть образует с проводом зазор расчетной величины.
Работа данного устройства осуществляется следующим образом. Постоянные магниты вплотную прижаты к проводу, и в рабочем зазоре между полюсами, равном диаметру провода, создается постоянное магнитное поле. При протекании по проводу переменного тока возникает знакопеременная электромагнитная сила взаимодействия провода и магнитного поля постоянных магнитов, вызывающая смещения ударного элемента относительно провода, то есть происходят колебания ударного элемента относительно провода. Ударный элемент автоматически и непрерывно работает в вибрационном режиме, что придает электромеханическим воздействиям на провод вибрационный характер и обеспечивает непрерывность процесса удаления с проводов капель воды на ранней стадии до ледообразования.
Основным недостатком устройства-прототипа являются его ограниченные функциональные возможности из-за невозможности создания в слоях уже образовавшегося льда более высоких знакопеременных растягивающих и сжимающих напряжений, возникающих от изгиба и встряски обледеневших проводов, способствующих более эффективному разрушению гололеда при меньших токах, т.е. при меньшем энергопотреблении.
Кроме того, наличие в магнитной системе данного ударного элемента неферромагнитных участков значительно уменьшает электромагнитную силу взаимодействия провода и магнитного поля а, следовательно, также снижает эффективность и повышает энергоемкость при его использовании.
Задачей настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи и повышение его эффективности при меньшем энергопотреблении.
Решение поставленной задачи достигается за счет обеспечения возможности работы ударного механизма в результате электромагнитного взаимодействия с током, протекающим по проводам линии электропередачи, как в вибрационном, так и в ударно-встряхивающем режиме. При этом создаются механические ударные воздействия на провода с периодическим их встряхиванием, вызывая этим высокие знакопеременные растягивающие и сжимающие напряжения за счет изгиба и встряски обледеневших проводов, способствующие более эффективному разрушению и стряхиванию налипшего на провод льда при меньших токах, т.е. при меньшем энергопотреблении.
Технический результат достигается тем, что в устройство для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи, включающее первый, упруго связанный с проводом, магнитный ударный элемент, содержащий прямоугольную рамку, первый и второй высококоэрцитивные пластинчатые постоянные магниты, намагниченные аксиально, обращенные друг к другу разноименными полюсами и свободно охватывающие провод с возможностью относительных смещений, верхняя и нижняя стороны прямоугольной рамки имеют выступающий цилиндрический боек со свободно надетой на него втулкой из упругого эластичного материала с высотой, превышающей на расчетную величину высоту бойка и введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода, согласно настоящей полезной модели, дополнительно введен второй магнитный ударный элемент, упруго связанный с проводом и жестко скрепленный посредством планок с первым магнитным ударным элементом, при этом первый и второй магнитные ударные элементы выполнены аналогичными по конструкции, но с противоположнополярным магнитным полем, прямоугольная рамка первого и второго магнитных ударных элементов выполнена из ферромагнитного материала с возможностью разъема нижней стороны, причем первый высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит первого и второго магнитных ударных элементов установлен на одну боковую сторону прямоугольной рамки, а второй высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит первого и второго магнитных ударных элементов установлен на другую боковую сторону прямоугольной рамки.
Таким образом, сущность полезной модели заключается в создании устройства для электромеханического удаления ледяных образований с провода линий электропередачи, в котором ударный механизм в результате элетромагнитного взаимодействия с током, протекающим по проводам линии электропередачи, может работать как в вибрационном, так и в ударно-встряхивающем режиме, создавая механические ударные воздействия на провода с периодическим их встряхиванием, вызывая этим высокие знакопеременные растягивающие и сжимающие напряжения за счет изгиба и встряски обледеневших проводов, способствующие более эффективному разрушению и стряхиванию налипшего на провод льда при меньших токах, т.е. при меньшем энергопотреблении.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства установленного на проводе линии электропередачи, на фиг. 2 изображен вид А на фиг. 1, а на фиг. 3 - вид В на фиг. 1.
На чертежах цифрами обозначены:
1 - провод линии электропередачи,
2 - первый магнитный ударный элемент,
3 - второй магнитный ударный элемент,
4 - планка,
5 - прямоугольная рамка,
6 - нижняя сторона прямоугольной рамки,
7 - первый высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит,
8 - второй высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит
9 - выступающий цилиндрический боек,
10 - втулка.
Устройство для электромеханического удаления ледяных образований с провода 1 линий электропередачи включает в себя первый, упруго связанный с проводом 1, магнитный ударный элемент 2, содержащий прямоугольную рамку 5, первый 7 и второй 8 высококоэрцитивные пластинчатые постоянные магниты, намагниченные аксиально, обращенные друг к другу разноименными полюсами и свободно охватывающие провод 1 с возможностью относительных смещений. Верхняя и нижняя стороны прямоугольной рамки 5 имеют выступающий цилиндрический боек 9 со свободно надетой на него втулкой 10 из упругого эластичного материала с высотой, превышающей на расчетную величину высоту бойка 9 и введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода 1.
Предлагаемое устройство для электромеханического сброса гололедных отложений с провода линий электропередачи отличается тем, что в него дополнительно введен второй магнитный ударный элемент 3, упруго связанный с проводом 1 и жестко скрепленный посредством планок 4 с первым магнитным ударным элементом 2, при этом первый 2 и второй 3 магнитные ударные элементы выполнены аналогичными по конструкции, но с противоположнополярным магнитным полем. Прямоугольная рамка 5 первого 2 и второго 3 магнитных ударных элементов выполнена из ферромагнитного материала с возможностью разъема нижней стороны 6 для установки на проводе пролета линии электропередачи. Первый высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит 7 первого 2 и второго 3 магнитных ударных элементов установлен на одну боковую сторону прямоугольной рамки 5, а второй высококоэрцитивный пластинчатый постоянный магнит 8 первого 2 и второго 3 магнитных ударных элементов установлен на другую боковую сторону прямоугольной рамки 5.
Таким образом, каждый магнитный ударный элемент 2 и 3 представляет собой надетую непосредственно на провод 1 прямоугольную рамку 5, изготовленную из ферромагнитного материала и выполняющую роль магнитопровода, на двух противоположных боковых сторонах которой закреплены высококоэрцитивные пластинчатые постоянные магниты 7 и 8, намагниченные аксиально. При этом постоянные магниты 7, 8 обращены друг к другу разноименными полюсами Ν, S и свободно охватывают провод 1 с возможностью смещения относительно него.
Каждая из двух других сторон рамки снабжена выступающим цилиндрическим бойком 9, изготовленным из немагнитного материала, и свободно надетой на него втулкой 10 из упругого эластичного материала с высотой, превышающей на расчетную величину высоту бойка 9, введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода 1, то есть образует между бойком 9 и проводом 1 зазор расчетной величины. Нижняя сторона 6 прямоугольной рамки 5 выполнена также из ферромагнитного материала и сделана разъемной, что облегчает установку устройства на провод 1.
A
A
A
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Постоянные магниты 7, 8 охватывающие провод 1 создают в рабочем зазоре между полюсами постоянное магнитное поле индукцией В (направлено перпендикулярно плоскости рисунка фиг. 1). При протекании по проводу 1 переменного тока величиной I возникает электромагнитная сила Ампера F взаимодействия провода 1 и постоянных магнитов 7, 8 равная по модулю F=ΙΒl, где l - длина участка провода 1 в зоне магнитного поля, то есть ширина магнитного ударного элемента. Направление силы F определяется по правилу левой руки. Эта сила стремится сместить провод относительно магнитного ударного элемента. Согласно третьему закону Ньютона сила действия равна по модулю и противоположна по направлению силе противодействия, следовательно, возникает сила F стремящаяся сместить магнитный ударный элемент относительно провода. Так как магнитные ударные элементы 2, 3 расположены соосно на расстоянии друг от друга, жестко скреплены между собой планками 4 и имеют противоположнополярные магнитные поля, то возникает пара противоположнонаправленных сил F, совокупность которых создает момент, придающий электромеханическому взаимодействию устройства с проводом 1 ударно-встряхивающий характер, вызывая механические ударные воздействия на провод 1 с периодическим его встряхиванием и обеспечивая этим более эффективное разрушение и стряхивание налипшего на провод 1 льда.
Достоинством предлагаемого устройства является способность работать в двух режимах: в профилактическом и в экстремальном, что расширяет его функциональные возможности.
В профилактическом режиме устройство работает непрерывно за счет взаимодействия с переменным током, протекающим по проводу линии электропередачи в штатном режиме ее работы, без необходимости отключения на обслуживание, что придает электромеханическим взаимодействиям устройства с проводом вибрационный характер и обеспечивает непрерывность процесса удаления с провода капель воды на ранней стадии до ледообразования.
В экстремальном режиме электромеханическому взаимодействию устройства с проводом линии электропередачи придается ударно-встряхивающий характер за счет периодического пропускания по проводам пролета линии электропередачи импульсов постоянного тока от специального источника электропитания, создавая механические ударные воздействия на провод с периодическим его встряхиванием и вызывая этим разрушение и стряхивание налипшего на провод льда.
Кроме того, исключение из магнитной системы магнитных ударных элементов неферромагнитных участков позволяет достигать тех же сил электромеханического взаимодействия при меньших токах в проводах и энергии магнитов, что способствует повышению эффективности устройства при меньшем энергопотреблении.