ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 1997 года по МПК H02G7/00 

Изобретение относится к электроэнергетике, а более конкретно к механической части воздушных линий электропередачи, и может быть использовано при проектировании, сооружении и эксплуатации линий электропередачи всех классов напряжения.

Известна воздушная линия электропередачи (ВЛ) снабженная с целью компенсации температурных стрел провеса проводов термокомпенсаторами на основе материала с эффектом памяти формы (ЭПФ) [1] Термокомпенсаторы, выполненные в виде гибких нитей, прикреплены параллельно проводу ВЛ в пролете. При достижении температуры термокомпенсатора (ТК) величины равной температуре окончания обратного мартенситного превращения материала с ЭПФ, последний срабатывает (сокращается) и подтягивает провод. ТК, выполненный по такой схеме, может реагировать только на температуру окружающей среды, т.к. из-за высокого удельного сопротивления материала с ЭПФ никелида титана (в 20.30 раз выше чем у алюминия) ток ВЛ в ТК практически не ответвляется.

С целью обеспечения срабатывания ТК от тока нагрузки ВЛ и регулирования величины тока срабатывания ТК, линия электропередачи может быть снабжена ферромагнитными экранами, охватывающими провод ВЛ между точками закрепления ТК [2] Ферромагнитный экран выполнен в виде полого цилиндра с продольным немагнитным зазором, а его параметры (длина, толщина стенки, немагнитный зазор) выбираются такими, чтобы обеспечить нагрев (срабатывание) ТК при заданном токе ВЛ, нагревающем провод до вполне определенной температуры.

Однако в данном случае срабатывание ТК происходит при вполне конкретном сочетании тока ВЛ и температуре окружающей среды. При изменении указанных величин (например, при снижении температуры окружающей среды, увеличении тока ВЛ, появлении ветра) ТК может вообще не сработать, что вызовет нежелательное увеличение стрелы провеса, либо сработает раньше, чем провод будет нагрет до максимальных значений температуры, что вызовет повышение напряжения в материале провода сверх допустимого. Срабатывания ТК при одной и той же температуре провода ВЛ достигнуть не удается. Это поясняется нелинейной связью между температурами провода, термокомпенсатора и упомянутыми выше факторами.

Ставится задача обеспечить срабатывание ТК по заданной температуре провода ВЛ во всем диапазоне изменений токов ВЛ, температур окружающей среды, скоростей ветра.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в известной воздушной линии электропередачи, содержащей провода с установленными параллельно участкам провода термокомпенсаторами из материала с ЭПФ, имеющими требуемую температуру окончания обратного мартенситного превращения, определяющую температуру его срабатывания, и ферромагнитными экранами, охватывающими участок провода между точками закрепления термокомпенсатора и выполненными в виде полого цилиндра с продольным немагнитным зазором, термокомпенсатор выполнен из материала, температура окончания обратного мартенситного превращения которого соответствует температуре провода, при которой требуется срабатывание термокомпенсатора, при этом ферромагнитный экран выполнен с параметрами, обеспечивающими срабатывание термокомпенсатора при минимальной температуре окружающей среды при отсутствии ветра и токе воздушной линии, нагревающем провод до указанной заданной температуры.

Очевидно, что состав элемента с ЭПФ (от которого зависит температура окончания обратного мартенситного превращения) определяется режимом максимальных гипотетических температур при отсутствии тока ВЛ, а параметры ферромагнитного экрана определяются исходя из максимального гипотетического тока ВЛ в режиме минимальных гипотетических температур при отсутствии ветра. Поскольку срабатывание ТК в этих двух предельных режимах происходит при одной и той же заданной температуре провода ВЛ, то и при других условиях срабатывание ТК происходит при той же указанной температуре провода. Поэтому все указанные признаки отличают заявленное решение от прототипа и обуславливают соответствие этого решения критерию новизны.

На фиг. 1 показаны типичные зависимости сочетаний токов ВЛ и температур окружающей среды, при которых достигается заданная температура провода (кривая 1-2) и происходит срабатывание термокомпенсатора (кривые 1-2, 1-3, 1-4).

Наиболее эффективными термокомпенсирующие устройства будут в случае, когда их срабатывание происходит по заданной температуре провода ВЛ вне зависимости от сочетаний воздействующих на ТК факторов тока ВЛ, температуры окружающей среды, скорости ветра.

Рассмотрим работу подобного ТК. Для этого рассмотрим характерную зависимость сочетаний токов ВЛ и температур окружающей среды при неизменной скорости ветра (например, нулевой), при которой достигается заданная фиксированная температура провода θ_пр кривая 1 2 на фиг.1. Естественно, что если необходимо срабатывание ТК по заданной температуре провода, то соотношение температуры срабатывания ТК и температуры провода должно быть θ_р=θ_пр.. Но т.к. при отсутствии тока ВЛ при максимальной температуре окружающей среды ТК также должен сработать (точка 1 на фиг.1), то отсюда вытекает первое требование к термокомпенсатору. Температура окончания обратного мартенситного превращения материала с ЭПФ (температура ТК) должна быть равна температуре провода, при которой требуется срабатывание ТК: A_к=θ_р=θ_пр.. Это обеспечивается соответствующим выбором состава материала с ЭПФ (процентным соотношением никеля и титана в случае никелида титана).

Срабатывание ТК в точке 2 (фиг.1) можно обеспечить лишь дополнительным подогревом его током самой ВЛ. Т.к. осуществляется это с помощью ферромагнитного экрана, то последний выбирается с такими параметрами, чтобы обеспечить срабатывание (нагрев) ТК в точке 2 при минимально возможной температуре окружающей среды при отсутствии ветра. Это второе основное требование к термокомпенсатору.

Таким образом срабатывание ТК в точке 1 обеспечивается выбором соответствующего состава материала с ЭПФ, а срабатывание в точке 2 при данном составе выбором соответствующих параметров ферромагнитного экрана. Поскольку теперь в термокомпенсатор ответвляется одна и та же часть тока ВЛ, отсюда следует, что при отсутствии ветра температуры провода и ТК будут равны друг другу во всем диапазоне изменений токов ВЛ и температур окружающей среды.

Дополнительно рассмотрим случаи, когда первое условие выбора ТК удовлетворяется, а второе нет.

Предположим, что параметры ферромагнитного экрана выбираются исходя из срабатывания ТК в точке 3 (фиг.1). Но θ_пр3>θ_пр2 и ТК срабатывает при более высоких температурах провода, чем требуется кривая 1-3 (фиг.1). При этом возможно увеличение стрелы провесы провода сверх допустимой.

Предположим, что параметры ферромагнитного экрана выбираются исходя из срабатывания ТК в точке 4 (фиг.1). Но θ_пр4<θ_пр2 и ТК срабатывает при более низких температурах провода, чем требуется кривая 1-4 (фиг.1). При этом возможно увеличение напряжения в материале провода сверх допустимого.

При изменении (увеличении) скорости ветра положение точки 1 (фиг.1) сохраняется, в точки 2, 3, 4 (фиг.1) смещаются вправо. Поэтому все приведенные выше рассуждения справедливы и для этого случая и температуры провода и термокомпенсатора будут также равны друг другу во всем диапазоне изменений токов ВЛ и температур окружающей среды.

Использование предложенного решения позволяет снять все ограничения на применение термокомпенсирующих устройств из материала с ЭПФ на действующих линиях электропередачи.

Сущность изобретения: воздушная линия электропередачи с целью компенсации температурных стрел провеса проводов снабжена термокомпенсаторами (ТК) на основе материала с эффектом памяти формы (ЭПФ), прикрепленными параллельно проводу, а для обеспечения срабатывания ТК от тока нагрузки провод под ТК покрыт ферромагнитным экраном. При этом используют материал с ЭПФ с температурой окончания обратного мартенситного превращения равной температуре провода, при которой требуется срабатывание ТК, а ферромагнитный экран, необходимый для срабатывания ТК, выбирают по току ВЛ, нагревающему провод до температуры, при которой требуется срабатывание ТК, при минимальной температуре окружающей среды при отсутствии ветра. 1 ил.

Воздушная линия электропередачи, содержащая провода с установленными параллельно участкам провода термокомпенсаторами из материала с эффектом памяти формы, имеющими требуемую температуру окончания обратного мартенситного превращения, определяющую температуру его срабатывания, и ферромагнитными экранами, охватывающими участок провода между точками закрепления термокомпенсатора и выполненными в виде полого цилиндра с продольным немагнитным зазором, отличающаяся тем, что термокомпенсатор выполнен из материала, температура окончания обратного мартенситного превращения которого соответствует температуре провода, при которой требуется срабатывание термокомпенсатора, при этом ферромагнитный экран выполнен с параметрами, обеспечивающими срабатывание термокомпенсатора при минимальной температуре окружающей среды при отсутствии ветра и тока воздушной линии, нагревающем провод до указанной заданной температуры.