УСТРОЙСТВО ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО ОСВЕЩЕНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
PREVENTIVE LIGHTING DEVICE OF HIGH-VOLTAGE LINE

Устройство предупредительного освещения высоковольтной линии электропередачи относится к области электроэнергетики и может быть использовано в качестве предупредительной световой сигнализации для воздушных линий электропередачи (ВЛ) для обеспечения ее целостности безаварийного функционирования в районе аэродрома и воздушных трасс, а также в районе расположенных в зонах движения и маневрирования воздушных судов  объектов, наличие которых может нарушить или ухудшить условия безопасности полетов.
Известно устройство для светоограждения высоковольтных линий, содержащее лампы светоограждения, установленные на опорах и питаемые через грозозащитный трос повышенным напряжением переменного тока (авторское свидетельство СССР № 527034 на изобретение «Устройство для светоограждения опор воздушной линии электропередачи», МПК Н 05В 37/00, опубл. 30.08.72.) Недостатком известного устройства является то, что при использовании стальных грозозащитных тросов с высоким индуктивным сопротивлением при больших длинах переходов падение напряжения в тросе оказывается недопустимо высоким.
Известно устройство, содержащее лампы освещения, подключенные по концам участка грозозащитного троса и питаемые от двух источников переменного тока (авторское свидетельство СССР  № 562702 на изобретение «Устройство для светоограждения опор воздушной линии электропередачи», МПК Н 05В 37/00,  опубл. 25.06.77). Это устройство затрудняет использование грозозащитного троса в качестве канала высокочастотной связи из-за сильного влияния наведенного напряжения.
Известен световой маркер для высоковольтной линии электропередачи, представляющий собой сферическую непрозрачную емкость (шар) с газонаполненными лампами, электрически подсоединенными к наружной поверхности шара, при этом один электрод ламп подсоединен к высоковольтному источнику, а другой к проводящей области шара или шаров, если их используется несколько; лампы так расположены и выбраны таких размеров, чтобы обеспечить яркое свечение в ночное время с расстояния, по крайней мере, в 4000 футов (патент США № 5001402 «Illuminated aerial marker», МПК F21 S8/00;  H01J 15/04, опубл. 19.03.1991 г.) В данном техническом решении серьезной проблемой является обеспечение оптимального угла ненаправленного светового излучения и необходимого уровня общей освещенности для того, чтобы надежно срабатывал световой маркер, особенно в ночное время; требуемого эффекта можно достигать увеличением числа газонаполненных лам и соответствующим их расположением на шаре, однако это будет приводить к усложнению и удорожанию данного устройства.
Известно устройство предупредительной сигнализации для самолетов, которое представляет собой сферу, на поверхности которой расположены группы светодиодов с отражателями. На сфере расположена солнечная батарея, которая в светлое время суток заряжает аккумуляторную батарею, в темное время батарея питает светодиоды (патент США №5537111 на изобретение «Solar powered aircraft warning device»,  МПК B64F1/18;  G08G5/00, опубл.  16.07.1996 г.). Недостатком данного устройства является ограниченность применения для северных районов и территорий где поток солнечной энергии достаточно мал, особенно в зимнее время.
Известно наиболее близкое по совокупности существенных признаков и выбранное в качестве прототипа устройство предупредительного освещения высоковольтной линии электропередачи, содержащее антенну, подвешенную через изолятор к фазному проводу линии электропередач; газоразрядную лампу, подключенную одним концом к фазному проводу (через выпрямительный диодный мост, конденсатор, ограничительный резистор), другим концом – к антенне. Протекающий по антенне через выпрямительный мост ток заряжает конденсатор. Когда напряжение конденсатора превысит пробивное напряжение газоразрядной лампы, она загорится. Рабочий ток лампы ограничивается последовательно включенным резистором (патент Франции № 73300 на изобретение «Dispositif pour le balisage lumineux d'une ligne électrique aérienne à haute tension» , МПК H 01 b, опубл.08.07.1960 г.).  Недостатками известной устройства является недостаточно высокие надежность и срок службы устройства при работе в сложных климатических условиях, обусловленные низкими механической прочностью и температурной устойчивостью газоразрядной лампы. Кроме того известное устройство характеризуется недостаточно высокой  светоотдачей.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание надежного и высокоэффективного устройства предупредительного освещения высоковольтной линии электропередачи.
Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи во всех случаях исполнения, заключается в повышении надежности и срока службы устройства за счет повышения механической прочности и температурной устойчивости газоразрядной лампы
Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи в отдельных случаях исполнения, заключается увеличении светоотдачи устройства при малых потребляемых токах и  снижении энергопотребления.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство предупредительного освещения высоковольтной линии электропередачи содержит антенну и газоразрядную лампу, подвешенные через изоляторы к фазному проводу линии электропередачи. Газоразрядная лампа подключена одним концом к фазному проводу, другим – к антенне. В качестве газоразрядной лампы использована газоразрядная лампа низкого давления, содержащая колбу из кварцевого стекла, в которой расположены: - газоразрядный канал, в качестве которого использована газоразрядная трубка, расположенная коаксиально оси колбы, и  - электроды, выполненные в виде полых цилиндрических холодных  катодов, в полости которых на одну треть их длины входят открытые концы газоразрядной трубки, закрепленной внутри колбы эластичными центраторами. Объем газоразрядной трубки заполнен инертным газом; цилиндрические катоды закреплены внутри колбы уплотнительными кольцами. Объем колбы между уплотнительными кольцами заполнен демпфирующей жидкостью; объемы колбы между эластичными кольцами и торцами колбы заполнены эластичным компаундом. На торцах  колбы закреплены стаканы, на которые посредством резьбового соединения установлены фланцы с электродными узлами.
Предпочтительно, чтобы разрядный канал был выполнен в виде спиралеобразной газоразрядной трубки.
Предпочтительно также, чтобы в качестве инертного газа в газоразрядной лампе  была использована смесь неона и аргона в соотношении 300:1 ÷ 500:1 при суммарном давлении рd, определяемом формулой 15≤рd≤30.
Предпочтительно также, чтобы противоположные концы газоразрядной лампы были соединены с фазным проводом и  антенной посредством шунтирующих проводников.
Предпочтительно также, чтобы в качестве  шунтирующих проводников  были  использованы  гибкие провода.
Предпочтительно также, чтобы антенна и газоразрядная лампа были закреплены параллельно фазному проводу линии электропередачи
Предпочтительно также, чтобы антенна и газоразрядная лампа были закреплены параллельно фазному проводу посредством подвесной арматуры, в качестве которой могут быть использованы зажим плашечный РГ-4  и специальная серьга СР.
Предпочтительно также, чтобы в качестве изоляторов были использованы полимерные изоляторы.
Предпочтительно также, чтобы в качестве изоляторов были использованы подвесные изоляторы, предназначенные для работы на открытом воздухе при температуре, лежащей в диапазоне от -60 до +50 °C и выдерживающие разрушающее механическое усилие не менее 70 кН.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях исполнения, оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- использованием газоразрядной лампы низкого давления,
- выполнением газоразрядной лампы, содержащей колбу из кварцевого стекла;
-  расположением в колбе: - разрядного канала, выполненного в виде газоразрядной трубки, расположенной коаксиально оси колбы, и  - электродов, выполненных в виде полых цилиндрических холодных  катодов, в полости которых на одну треть их длины входят открытые концы разрядного канала;
- выполнением газоразрядной трубки, закрепленной внутри колбы эластичными центраторами;
- выполнением объема газоразрядной трубки заполненнным инертным газом;
- выполнением цилиндрических катодов, закрепленными внутри колбы уплотнительными кольцами;
- выполнением объема колбы между уплотнительными кольцами,  заполненным демпфирующей жидкостью;
- выполнением объема колбы между эластичными кольцами и торцами колбы, заполненным эластичным компаундом;
- наличием стаканов, закрепленных на торцах  колбы;
- наличием фланцев с электродными узлами, установленных  посредством резьбового соединения на стаканах.
В предпочтительных случаях исполнения изобретение отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- выполнением разрядного канала в виде спиралеобразной газоразрядной трубки;
- использованием качестве инертного газа в газоразрядной лампе использована смесь неона и аргона в соотношении 300:1 ÷ 500:1 при суммарном давлении рd, определяемом формулой 15≤рd≤30;
- соединением противоположных концов газоразрядной лампы с фазным проводом и  антенной посредством шунтирующих проводников, в качестве которых могут  быть использованы  гибкие провода;
- выполнением антенны и газоразрядной лампы, закрепленными параллельно фазному проводу линии электропередачи, в том числе посредством подвесной арматуры;
- использованием в качестве подвесной арматуры зажима плашечного и специальной серьги;
- использованием в качестве изоляторов полимерных изоляторов;
- использованием в качестве изоляторов подвесных изоляторов, предназначенных для работы на открытом воздухе при температуре, лежащей в диапазоне от -60 до +50 °C и выдерживающие разрушающее механическое усилие не менее 70 кНг.
Использование колбы из кварцевого стекла защищает газоразрядную трубку от механического и климатического воздействия. Поддерживающие газоразрядную трубку центраторы и демпфирующая жидкость в зоне разрядного канала повышают как механическую прочность, так и температурную устойчивость лампы. Наличие стаканов, закрепленных на концах колбы, и фланцев с электродными узлами, установленных на стаканах посредством резьбового соединения, повышают эксплуатационную надежность лампы. Все это повышает надежность и срок службы устройства, обеспечивая длительную работу устройства в сложных климатических условиях.
Выполнение разрядного канала в виде спиралеобразной газоразрядной трубки позволяет значительно удлинить газовый разряд и увеличить проекционную площадь излучаемой поверхности, что обеспечивает при малом токопотреблении высокую светоотдачу. Использование смеси газов неона и аргона обеспечивает оранжево-красный цвет свечения разряда и низкие энергетические затраты на поддержание разряда. Использование смеси неона и аргона в соотношении 300:1 ÷ 500:1 при суммарном давлении, определяемом формулой 15≤рd≤30 обеспечивает заданный спектр светоизлучения разрядного канала и снижает энергопотребление.
Использование подвесных изоляторов, предназначенных для работы на открытом воздухе при температуре, лежащей в диапазоне от -60 до +50 °C и выдерживающие разрушающее механическое усилие не менее 70 кНг повышают надежность и долговечность устройства.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется схемными чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фигуре 1 представлен схемный чертеж устройства предупредительного освещения высоковольтной линии электропередачи, общий вид.
На фигуре 2 представлен схемный чертеж газоразрядной лампы низкого давления, общий вид.
На фигуре 3 представлена эквивалентная схема подключения устройства предупредительного освещения высоковольтной линии электропередачи.
На фигуре 4 представлена схема емкостного отбора мощности.
В предпочтительном варианте устройство предупредительного освещения высоковольтной линии электропередачи содержит антенну 1 и газоразрядную лампу 2, подвешенные через изоляторы 3  к фазному проводу 4 линии электропередачи. Газоразрядная лампа 2 подключена одним концом к фазному проводу 4, другим – к антенне 1. В качестве газоразрядной лампы 2 использована газоразрядная лампа низкого давления, содержащая колбу  5 из кварцевого стекла, в которой расположены: - газоразрядный канал, в качестве которого использована газоразрядная трубка 6, расположенная коаксиально оси колбы 5, и  - электроды, выполненные в виде полых цилиндрических холодных  катодов 7, в полости которых на одну треть их длины входят открытые концы газоразрядной трубки 6. Газоразрядная трубка 6 закреплена внутри колбы 5 эластичными центраторами 8. Объем газоразрядной трубки  6 заполнен инертным газом, в качестве которого может быть использована смесь неона и аргона в соотношении 300:1 ÷ 500:1 при суммарном давлении рd, определяемом формулой 15≤рd≤30. Цилиндрические катоды  7 закреплены внутри колбы 5 уплотнительными кольцами 9. Объем колбы  5 между уплотнительными кольцами 9 заполнен демпфирующей жидкостью (на чертеже не показано). Объемы колбы 5 между уплотнительными кольцами 9 и торцами колбы  5 заполнены эластичным компаундом (на чертеже не показано), а  на торцах  колбы 5 закреплены стаканы 10, на которые посредством резьбового соединения установлены фланцы 11 с электродными узлами 12. Противоположные концы газоразрядной лампы 1 соединены с антенной  1 и фазным проводом 4 посредством шунтирующих проводников 13, 14, в качестве которых использованы  гибкие провода. Антенна 1 и газоразрядная лампа  2 закреплены параллельно фазному проводу 4  линии электропередачи  посредством подвесной арматуры. В качестве подвесной арматуры использованы зажим плашечный РГ-4 (15) и специальная серьга СР (16). Помимо этого используются стандартные крепежные элементы – шайбы, гайки, втулки. В качестве изоляторов 3 использованы полимерные изоляторы, предназначенные для работы на открытом воздухе при температуре, лежащей в диапазоне от -60 до +50 °C и выдерживающие разрушающее механическое усилие не менее 70 кН.
Изобретение работает следующим образом.
a
b
c
a
b
c
ламп
Принцип работы устройства основан на емкостной связи газоразрядной лампы с проводами линии электропередач (ЛЭП). Расчет режимов работы осуществляется по схеме, изображенной на фиг. 3, где U, U, U = 190 кВ – действующее фазное напряжение ЛЭП 330 кВ, C – емкость между фазой A и антенной лампы, C – емкость между антенной и фазой B, C – емкость между антенной и фазой C, R активное сопротивление лампы в процессе горения. Расчет емкостей Cb и Cc производится на основе геометрических характеристик опор ЛЭП, а именно, расстоянии между фазным проводом 4, на который будет устанавливаться устройство до соседних фаз линии. Увеличивать емкость при заданной геометрии подвеса проводников фаз можно за счет увеличения длины антенны 1 (изменение диаметра антенны слабо влияет на емкость). Эквивалентная схема подключения представлена на фиг. 4.
Установка устройства на высоковольтную линию осуществляется при снятом напряжении на верхний фазный провод. Для подвеса антенны 1 на фазный провод 4 устанавливаются зажимы плашечные 15, количество которых определяется длиной антенны  1. Антенна 1 может быть составной, например, в виде  набора алюминиевых трубок. Число зажимов N связано с числом составных элементов антенны k, согласно выражению N= 3+k. К зажимам 15 при помощи специальной серьги 16 подвешиваются линейные полимерные изоляторы 3. К ним через планку  крепятся элементы составной антенны 1. Свободный конец первого элемента антенны 1 аналогичным образом подвешивается к шунту 14 лампы 2. Для подвеса лампы 2 на фазный провод 4 устанавливаются зажимы плашечные РГ-4 (15), разнесенные друг от друга на длину лампы 2 . К зажимам 15 при помощи специальной серьги СР 16 подвешиваются линейные полимерные изоляторы 3. К изоляторам 3 крепится тросовая подвеска  17 , в нижнюю планку 18 которой вставляется вывод лампы 2, на который предварительно накручена гайка (на чертеже не показана), после этого шунтирующий проводник (13) или шунтирующий проводник (14). После этого устанавливаются гровер шайбы (19) и все соединения фиксируется гайками (20). После подвеса лампы и антенны осуществляют контакт фазного провода и одного электрода лампы, а также контакт антенны и лампы, для чего (в первом случае) шунт 13 присоединяют к зажиму 15, а во втором шунт 14 присоединяют к планке, в которой закреплена антенна 1. Выбор типа подвесных изоляторов осуществлялся исходя из требований к величине емкости Ca. Выбор длины антенны определяется величиной рабочего тока лампы. Подвесная арматура выбранного типа обеспечивает механическую стойкость при приложении разрушающей нагрузки до 35 кН. В качестве изоляторов используются подвесные изоляторы (типа ЛК-70-10-АППС-1УХЛ1,  ЛК 70/10-III-СС) предназначенные для работы на открытом воздухе при температуре, лежащей в диапазоне от -60 до +50 °C и выдерживающие разрушающее механическое усилие не менее 70 кН. Установка устройства на ВЛ осуществляется при снятом напряжении на верхний фазный провод. Устройство заменяется, ремонтируется только при отключенной ЛЭП. Спиральная конструкция газоразрядной трубки 6 обеспечивает высокий световой поток. Экспериментальные исследования показали, что разрядный канал диаметром 7 мм при токе разряда 7-10мА обеспечивает яркость светового потока 10-30кд/м2. Для поддержания тока разряда необходимой величины в газоразрядной лампе  2 используются электродные узлы 12. При питании трубки переменным напряжением с частотой 50 Гц электроды 7 выполняют поочередно функции анода и катода. При этом катодный электрод работает в режиме холодного катода. Предлагаемая конструкция характеризуется высокой светоотдачей и обеспечивает длительную работу устройства в сложных климатических условиях за счет высокой механической прочности и температурной устойчивости газоразрядной лампы.