КЛИМАТИЧЕСКАЯ КАМЕРА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ГОЛОЛЕДНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к электроэнергетике и может быть применено для изучения и моделирования гололедообразования на проводах воздушных линий (ВЛ).
Предотвращение гололедных аварий в электрических сетях энергосистем актуально для большинства регионов России. Нарушения в работе ВЛ, вызванные этим явлением, сопровождаются разрушением опор, проводов, тросов, гирлянд изоляторов, арматуры. Процесс гололедообразования может длиться от нескольких часов или суток до 2-3 месяцев, но не редко опасные отложения мокрого снега могут образоваться в течение часа, что требует разработки системного подхода к решению проблемы обеспечения надежности работы ВЛ. Такими мероприятиями могут быть: профилактический прогрев проводов (посредством увеличения токовой нагрузки), плавка гололеда, удаление гололеда, мокрого снега или изморози с применением механических средств. Наиболее распространенным методом борьбы с гололедом на проводах воздушных линий является его плавка постоянным или переменным током. Для экспериментального изучения и моделирования образования гололедных отложений на проводах ВЛ требуется создание специальной климатической камеры.
Известен холодильный шкаф, содержащий теплоизолированный корпус и холодильный агрегат (Бытовые компрессионные холодильники. Вейнберг Б.С., Вайн Л.Н. М.: Пищевая промышленность, 1974, с. 72-74). Но этот шкаф обладает рядом недостатков: низкая интенсивность теплообмена из-за использования гравитационного способа охлаждения без побудителя потока.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является стенд для изучения процессов обледенения и растаивания проводов электрических цепей, содержащий теплоизолированный корпус, холодильный агрегат, натяжное устройство с участком провода, соединенным с источником тока через токоподводы, коллектор с распыляющими форсунками для обеспечения необходимого уровня влажности внутри холодильного шкафа (RU №88841 «Стенд для изучения процессов обледенения и растаивания проводов электрических цепей»).
Однако отсутствие возможности задавать скорость направленного движения потока воздуха, не позволяет применить данный стенд для экспериментальных исследований и качественного моделирования образования гололедных отложений на проводах ВЛ.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в том, что создается направленный поток увлажненного воздуха, на пути которого установлен отрезок провода ВЛ, где осаждается и кристаллизуется влага. Регулировкой напора воздуха и ширины воздушного потока в комплексе с регулировкой количества распыляемой жидкости и температуры в холодильной камере на образце создается один из видов гололедных образований на проводах ВЛ, что и позволяет определять параметры их плавки при различных климатических условиях (температуре и влажности воздуха, скорости ветра).
Технический результат достигается тем, что в климатической камере для моделирования гололедных отложений на проводах воздушных линий, содержащей теплоизолированный корпус, холодильный агрегат, натяжное устройство с участком провода, соединенным с выпрямителем тока через токоподводы и коллектор с распыляющими форсунками для обеспечения необходимого уровня влажности внутри климатической камеры направленная циркуляция потока воздуха создается напорным и всасывающим воздушными коллекторами, расположенными параллельно участку провода и соединенными через воздуховоды с воздуходувкой.
При этом в качестве холодильного агрегата могут быть использованы две низкотемпературные сплит-системы, позволяющие эффективно охладить большой объем воздуха за короткий промежуток времени, а так же поддерживать в камере заданные значения температуры.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом.
Климатическая камера для моделирования гололедных отложений на проводах воздушных линий содержит теплоизолированный корпус 1, холодильный агрегат 2, натяжное устройство 3 с участком провода 4, соединенным с выпрямителем тока 5 через токоподводы 6, коллектор 7 с распыляющими форсунками 8 для обеспечения необходимого уровня влажности внутри климатической камеры. Направленная циркуляция потока воздуха создается напорным 9 и всасывающим 10 воздушными коллекторами, расположенными параллельно участку провода и соединенными через воздуховоды 11 с воздуходувкой 12.
Полезная модель для экспериментального изучения и моделирования образования гололедных отложений на проводах В Л используется следующим образом.
Низкотемпературные холодильные сплит-системы 2 создают и поддерживают в шкафу заданную температуру от 0 до -20°С.
Система воздухораспределения служит для создания направленного потока воздуха со скоростью до 20 м/с. Она включает в себя воздуходувку 12 и систему утепленных воздуховодов 11 с напорным 9 и всасывающим 10 воздушными коллекторами, соединенных с воздуходувкой 12 и заведенных в холодильный шкаф.
Между воздушными коллекторами по длине камеры размещается натяжное устройство 3 с пятиметровым участком провода 4.
Система увлажнения воздуха создает в камере влажность, необходимую для образования гололеда и прочих структурных обледенений. Она включает в себя коллектор 7, на котором установлены несколько двухкомпонентных мелкодисперсных веерных форсунок 8, к которым подведены вода и воздух. Такие форсунки позволяют задать необходимо малый расход воды для создания тончайшего слоя наморожения на проводе, без стекания влаги, избежав образования наростов (сосулек) на образце. Помимо этого, веерный факел форсунки способствует максимально точному попаданию всего объема распыляемой смеси на провод ВЛ. Технические характеристики форсунки: давление подачи жидкости 0,7-4 Атм.; давление подачи воздуха 0,5-2 Атм.; расход жидкости 2-9 кг/ч; угол факела распыла 125°.
Система плавки гололеда включает в себя выпрямитель тока нереверсивный 5 с номинальным выходным током 1600 А напряжением 12 В, который через токоподводы 6 подключается к проводу 4.
Система управления, контроля и измерения параметров (не указаны) включает в себя высокоточные датчики температуры, скорости и влажности воздуха и др., показания которых регистрируются на компьютере. Наличие такой системы позволяет оперативно проводить регулировку дифференциала термостата, установку рабочих параметров, выбор интервала времени между двумя последовательными оттайками, длительность и температура окончания оттайки, задержка включения вентиляторов испарителя, время остановки после оттайки, необходимое для осушения талой воды.
При проведении экспериментов по достижении заданной температуры воздуха сплит-системы 2 переходят в режим ее поддержания. Воздуходувкой 12 задается необходимая скорость воздуха (от 0 до 20 м/с). При включении системы увлажнения через мелкодисперсные веерные форсунки 8 водовоздушная смесь подается в поток охлажденного воздуха, направленного на провод 4. Часть влаги оседает на проводе, а основная часть увлажненного воздуха поступает через всасывающий воздушный коллектор 10 в воздуходувку 12 и выдувается через напорный воздушный коллектор 9 вновь на провод 4.
По достижению необходимого диаметра наледи на проводе, производится ее плавка выпрямленным током в соответствии с маркой провода или грозотроса. При этом в холодильной камере поддерживаются условия гололедообразования.
В результате экспериментов в предлагаемой полезной модели было доказано соответствие токов плавки и токов, предупреждающих образование гололеда, значениям, представленным в таблице ниже (РД 34.20.504-94. Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35÷800 кВ)
Система воздухораспределения, осуществляющая направленную циркуляция потока воздуха в климатической камере позволяет достоверно воссоздать ветровые и гололедно-ветровые нагрузки на провод ВЛ, а так же подвергнуть ту или иную структуру наморожений, вибрации и пляске проводов регулируя скоростной напор.
Предлагаемое выполнение полезной модели дает возможность, регулируя температуру воздуха, расход двухкомпонентной смеси и скорость ветра, создавать все виды гололедных осадков, отлагающихся на поверхностях конструкций (в том числе проводов ВЛ) сооружений и наземных предметов и проводить плавку гололеда выпрямленным током.
В перспективе предполагается использовать полезную модель для отработки физико-математических моделей на основе теоретических концепций и математических средств физической механики скорости отложения гололедных образований, а также для сравнения эксперимента по плавке гололеда с результатами численного моделирования на базе современных программных комплексов и суперкомпьютеров. На основе выполненных исследований будут оптимизированы известные методы и средства борьбы с гололедными отложениями и разработаны новые решения данной проблемы.