АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
AERODYNAMIC DAMPER OF POWER TRANSMISSION LINE WIRE OSCILLATIONS

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам для гашения колебаний проводов и грозозащитных тросов линий электропередачи.
Известно устройство для предотвращения колебаний проводов (авторское свидетельство СССР №666599 кл. H02G 7/14, 19776), содержащие продолговатый элемент, закрепленный на проводе и выполненный с зубцами, расположенными радиально проводу, причем размеры зубцов и расстояние между ними являются случайными величинами.
К основным недостаткам вышеназванного аналога относятся сложность конструкции и практической реализации. Кроме того, установка данных устройств при оборудовании ими участков проводов снижает эффективность плавки гололеда.
3
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению и по достигаемому эффекту аэродинамического гасителя является устройство для предотвращения колебаний проводов (авторское свидетельство СССР №936148 (51) М. кл H02G 7/14, 1982), содержащее продолговатый элемент, закрепленный на проводе с зубцами, расположенными радиально и тангенциально проводу, продолговатый элемент выполнен в виде витков спирали из полосы, на двух противоположных сторонах которой расположены упомянутые зубцы.
Недостатком данного прототипа является малая эффективность его практического применения для гашения колебаний проводов в условиях значительной ветровой нагрузки с резким изменением величины скоростного напора ветра и его направления.
Цель изобретения - уменьшение амплитуды, частоты и периода колебательного процесса проводов под действием ветровой нагрузки и повышение надежности работы линий электропередачи.
Поставленная цель достигается тем, что в аэродинамическом гасителе колебаний проводов линий электропередачи, содержащем продолговатый элемент, закрепленный на проводе, в отличие от прототипа продолговатый элемент состоит из двух полуклемм, облегающих провод, с соединительными поясками, расположенными по краям аэродинамического гасителя и соединенных друг с другом болтами, на двух противоположных сторонах продолговатого элемента жестко прикреплены сопла в виде усеченных металлических конусов с соотношением диаметров окружностей большего и меньшего оснований (2…2,5):1.
Преимуществом предлагаемого изобретения является наличие аэродинамических сопел, создающих реактивную силу, направленную противоположно ветровой нагрузке и тем самым способствующую уменьшению амплитуды, частоты и периода колебаний провода.
Для увеличения скорости истечения потока воздуха из узкой части сопла со стороны малого основания сопло имеет насадку в виде «обратного» полого усеченного конуса, прикрепленного к соплу с помощью соединительного ободка. Узкая часть усеченного конуса сопла на расстоянии, равном диаметру малого основания, совместно с расширяющейся конусной частью насадки с углом конусности в пределах 8°…12° образует конфигурацию комбинированного сопла Лаваля. Сопла с насадками расположены горизонтально на обеих сторонах продолговатого элемента, например, по шесть с каждой стороны, горизонтально перпендикулярно проводу, симметрично друг другу. Сопла, расположенные на одной стороне продолговатого элемента, по отношению к соплам, расположенным на другой стороне продолговатого элемента, повернуты противоположно большими и малыми основаниями относительно друг друга.
В качестве варианта сопла с насадками на обеих сторонах продолговатого элемента можно устанавливать в шахматном порядке.
Дополнительный эффект гашения колебаний достигается за счет массы аэродинамического гасителя, а также за счет соединительных поясков, скрепляющих обе половины продолговатого элемента, которые служат аэродинамическими ребрами, расположенными тангенциально проводу и создающими дополнительное сопротивление обтеканию провода воздушным потоком.
Предложенный аэродинамический гаситель колебаний проводов линий электропередачи, представленный на фиг.1 - принципиальная схема аэродинамического гасителя (вид спереди), фиг.2 - продолговатый элемент в виде двух полуклемм (разрез А-А) и фиг.3 - конструкция сопла с насадкой, состоит из продолговатого элемента 1, в состав которого входят две полуклеммы 2 и 3, облегающие провод 4. Полуклеммы соединяются с помощью болтов 5 с гайками 6, входящих в соединительные пояски 7, 8 (фиг.2), расположенные по краям аэродинамического гасителя. Толщина полуклемм 5…6 мм. На верхней полуклемме 2 расположены симметрично друг другу шесть сопел 9 с насадками 10 (фиг.3), в виде полого усеченного конуса с углом конусности 8…12°. На нижней полуклемме 3 аналогично расположены шесть сопел с насадками, симметрично соплам, находящимся на верхней полуклемме, но повернутых насадками в сторону, противоположную насадкам сопел верхней полуклеммы. Размеры сопел и насадок по диаметрам оснований и длине определяются максимальной скоростью ветрового потока в регионе. В качестве вариантов можно чередовать сопла с насадками по размерам больших и малых оснований через одно. Сопла прикрепляются к клеммам газосваркой. Насадки крепятся к соплам с помощью соединительных ободков напрессовкой.
Соединительные пояски 7, 8 дополнительно служат аэродинамическими ребрами, расположенными тангенциально проводу и создающими дополнительное сопротивление обтеканию провода воздушным потоком.
Аэродинамический гаситель работает следующим образом. При воздействии ветровой нагрузки на провод 4 воздух, попадая в широкую часть каждого сопла 9 с определенной скоростью, выходит через узкую часть сопла 9 со скоростью, увеличенной по сравнению к ранее указанной, в соотношении, обратно пропорциональном площадям большего и меньшего отверстий соответственно.
На основе закона об изменении количества движения создается импульс реактивной силы, направленной противоположно ветровой нагрузке. Так как равнодействующая этих сил равна их разности, силовое воздействие ветра на провод значительно уменьшается в связи с тем, что снижается величина возмущающей силы колебательного процесса провода, уменьшается его амплитуда, частота и период колебаний, способствуя их затуханию.
Увеличению реактивной силы и соответственно уменьшению воздействия на провод возмущающей силы ветрового потока способствует наличие на каждом сопле насадки 10. Узкая часть усеченного конуса сопла 9 на длине, равной диаметру меньшего основания, совместно с расширяющейся конусной частью насадки 10 с углом конусности в пределах 8…12° образует конфигурацию комбинированного сопла Лаваля.
Насадка 10 позволяет увеличить скорость истечения потока воздуха и соответственно увеличить реактивную силу, противодействующую усилию воздушного потока, вызывающего колебания провода 4.
Наличие насадки 10 способствует также возникновению реактивной силы сопротивления воздействия на провод воздушного потока в случае направления последнего со стороны насадки.
Соединительные пояски 7, 8 играют роль горизонтальных аэродинамических ребер, которые изменяют процесс обтекания участка провода 4 на длине аэродинамического гасителя воздушным потоком, делая его переменным и тем самым, предотвращая вероятность возникновения низкочастотных колебаний.
Во время гололедного сезона, с учетом неравномерности поля воздействующего ветрового потока, гололед, отлагаясь на поверхности сопел 9 и насадок 10, а также на соединительных поясках 7, 8, формирует на участке провода 4, оборудованном аэродинамическим гасителем, поверхность с переменным профилем. Это приводит к тому, что профиль провода 4 на длине участка, соответствующего длине продолговатого элемента 1, становится аэродинамически устойчивым, что практически исключает возможность возникновения низкочастотных колебаний провода 4.
Дополнительно к вышеуказанному гашению колебаний провода 4 от воздействия ветровой нагрузки способствует масса предлагаемого аэродинамического гасителя колебаний.
При необходимости на больших пролетах линий электропередачи можно использовать предлагаемый аэродинамический гаситель колебаний в виде нескольких однотипных секций.
Использование предлагаемого аэродинамического гасителя позволяет уменьшить амплитуду, частоту и период колебательного процесса проводов под действием ветровой нагрузки и повысить тем самым надежность работы линий электропередачи.