ПРОВОД ДЛЯ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, УСТОЙЧИВОЙ К ВИБРАЦИЯМ И ОБЛЕДЕНЕНИЮ

Техническое решение относится к электроэнергетике, а именно к воздушным линиям электропередачи, и может быть использовано одновременно в качестве токонесущего элемента линии и ограничителя гололедообразования (обледенения) и вибрации проводов.
Все провода воздушных линий электропередачи (ЛЭП) независимо от класса напряжения, материала проводов и их сечения подвержены колебаниям. К числу наиболее распространенных видов колебаний проводов, вызываемых ветром (без гололеда), относятся вибрация, называемая эоловой, Опасность вибрации проводов ЛЭП состоит в том, что при периодических перегибах провода в нем возникают циклические механические напряжения, что с течением времени приводит к явлению усталости материала провода. Повреждения провода, вызываемое вибрацией, часто происходят в местах его закрепления либо в местах подвески на проводе устройств со значительной массой (гасителей колебаний), где условия работы провода при вибрации особенно неблагоприятны, и могут проявляться в частичном износе поверхности провода или в последовательном изломе отдельных проволок. Вибрация являться причиной повреждений проводов, линейной арматуры, систем подвески проводов. Основным способом защиты от вибрации ЛЭП с одиночными проводами является применение гасителей колебаний, которые устанавливаются, как правило, вблизи мест закрепления проводов.
Обледенение на ЛЭП также представляет большую проблему: обледенение увеличивает вес проводов, что приводит к их обрыву и прекращению подачи электроэнергии, а также приводит к возникновению, так называемой, «пляске» проводов, которая представляет собой периодическое движение провода, преимущественно в вертикальной плоскости, имеющее низкую частоту порядка долей герца, и очень большой амплитуды, например, от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров; при этом максимальные значения амплитуд колебаний могут достигать величины стрелы провеса (см. РД 34.20.182-90 «Методические указания по типовой защите от вибрации и субколебаний проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кв», M., 1991).
Известен провод для воздушной линии электропередач (ЛЭП), приспособленный для удаления льда со своей поверхности. Данный провод покрыт материалом, способным поглощать энергию переменного электрического тока, и покрытие имеет толщину, достаточную для генерирования тепла и плавления льда, причем покрытие находится между электрическим проводником и внешней проводящей оболочкой. Материал покрытия может быть сегнетоэлектрическим, полупроводниковым или ферромагнитным материалом. Поглощение электромагнитной энергии вызывает нагревание проводника до температуры, которая выше температуры таяния льда. Нагревание проводов может происходить только тогда, когда температура окружающей среды падает ниже температуры таяния льда или материал покрытия можно "включать" и "выключать", если для нагревания покрытия применяется отдельный источник питания (патент РФ №2234781 «Способ и устройство для удаления льда с поверхностей» с приоритетом от 1999.11.30, опубликованный 2004.08.20).
Такой механизм самопоглощения для предотвращения обледенения очень экономичен: максимальную мощность нагревания на один метр линии электропередачи можно увеличивать или уменьшать путем изменения толщины покрытия и/или путем добавления нейтральной (не сегнетоэлектрической) изолирующей краски или пластмассы в покрытие.
Недостатками данного провода является конструктивная и технологическая сложность. Кроме того, использование такого проводника не защищает ЛЭП от вибрации.
Известен провод для ЛЭП, описанный в патенте РФ №2017245 «Провод линии электропередачи» с приоритетом от 1992.05.12, опубликованный 1994.07.30 и выбранный в качестве прототипа.
Данный провод, имеющий по длине винтообразную форму, которая сформирована на основе сердечника, сечение которого выполнено в виде эллипса, большая ось которого расположена по винтовой линии с шагом, равным шагу скрутки наружного повива проволок.
Винтообразная форма провода повышает его аэродинамическую устойчивость и при обтекании провода воздушным потоком нарушается периодичность возникновения колебаний провода.
Недостатками данного провода является технологическая сложность. Кроме того, конструкция такого провода не препятствует образованию на нем гололеда.
Совместное действие вибрации и обледенения значительно увеличивает напряженное состояние проводов ЛЭП и снижает их надежность, и поэтому технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое решение, является создание провода для воздушной ЛЭП, конструкция которого обеспечивает одновременную защиту ЛЭП от вибраций и обледенения.
Решением этой задачи является провод, имеющий по длине винтообразную форму, новым в котором является то, что провод состоит из двух однородных проводников, скрученных между собой с постоянным шагом, равным 1,5-5,0 м.
Проводники могут быть выполнены изолированными.
Использование для создания провода именно однородных проводников, то есть имеющих одинаковую конструкцию - площадь сечения проводника и сердечника, количество повивов, материал и т.п., позволяет в результате их скрутки между собой создать уравновешенную систему, которая под действием системы сил находится в состоянии покоя.
Шаг скрутки проводников выбирается постоянным исходя из диаметра проводников и обязательного соприкосновения проводников на всем интервале шага скрутки, что необходимо для придания проводу винтообразной формы и малой крутильной жесткости по длине провода. Опытным путем установлено, что исходя из тех типоразмеров проводников, которые применяются в ЛЭП, оптимальный шаг скрутки проводников равен от 1,5 до 5,0 метров, в зависимости от диаметров проводников, а именно - чем меньше диаметр проводников, тем меньше шаг скрутки. Погрешность в шаге скрутки, равная ±20-30 см, не влияет на качество работы провода. Полученный на стандартном оборудовании провод, который используется в качестве токонесущего элемента в ЛЭП, позволяет успешно бороться как с вибрацией проводов, так и с их обледенением. Такое комплексное решение проблем, связано с тем, что:
- благодаря скрутке двух проводников, изгибная жесткость провода по длине получается переменной, что предотвращает возникновение в проводе стоячих волн, которые могли бы перейти затем в автоколебания (вибрация, пляска);
- малая крутильная жесткость скрутки по длине провода способствует поглощению и рассеиванию вызванных ветром вибраций до допустимых величин;
- при несимметричном отложении гололеда или снега, которое образуется, как правило, с наветренной стороны провода, на систему скрученных проводников начинает действовать несимметричная система сил и система проводников выходит из проектного равновесного состояния, но стремится вернуться к нему. В этом случае, благодаря малой крутильной жесткости скрутки по длине провода, проводники начинают скользить друг относительно друга, разрушая при этом возникшие отложения гололеда и снега.
- мокрый снег легче удаляется с гладкой поверхности изолированных проводников, что уменьшает вероятность возникновения обледенения.
При проведении поиска по источникам патентной и научно-технической литературы не обнаружено решений, содержащих совокупность предлагаемых признаков для решения поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение иллюстрируется чертежами, где схематично изображено: на фиг.1 - общий вид заявляемого провода; на фиг.2-5 - сечения А-А, Б-Б, В-В и Г-Г на фиг.1.
Провод 1, имеющий по длине винтообразную форму, состоит из двух однородных проводников 2 и 3, скрученных между собой с постоянным шагом Н, равным 1,5-5,0 м. Проводники 2 и 3 могут быть выполнены с изоляцией (на чертеже не показано), например, полиэтиленовой.
В качестве проводников 2 и 3 могут использоваться проводники из алюминия, меди или их сплавов. Конструкция используемых проводников 2 и 3 может быть одножильной, многожильной, с упрочняющим сердечником или без него.
2
2
Шаг скрутки Н проводников 2 и 3 постоянный по длине провода и выбирается исходя из диаметра D проводников 2 и 3 и их обязательного соприкосновения на всем интервале шага скрутки Н, что необходимо для придания проводу 1 винтообразной формы и малой крутильной жесткости по длине провода 1. Так для проводников 2 и 3 с сечением 16 мм шаг скрутки Н равен 1,5 м, а для проводников 2 и 3 с сечением 120 мм шаг скрутки Н равен 5 м.
Провод 1 изготавливают путем скрутки проводников 2 и 3 на стандартной крутильной машине по известной технологической схеме. Предлагаемый провод 1 используется в воздушных ЛЭП в качестве токонесущего элемента. Винтообразная форма провода повышает его аэродинамические качества и при обтекании провода 1 воздушным потоком нарушается периодичность возникновения подъемной силы провода 1. Под воздействием ветровой нагрузки на провод, который имеет малую крутильную жесткость скрутки и переменную изгибную жесткость, происходит поглощение и рассеивание вибраций до допустимых величин и предотвращает возникновение в проводе стоячих волн, которые могли бы перейти затем в автоколебания (вибрация, пляска). При образовании на проводе 1 отложений гололеда или снега, благодаря малой крутильной жесткости скрутки по длине провода 1, проводники 2 и 3 начинают скользить друг относительно друга, разрушая (соскабливая) тем самым возникшие отложения гололеда и снега.
Использование предлагаемого провода повышает надежность работы воздушных линий электропередачи в режиме ветровых и гололедно-ветровых нагрузок.