ОГРАНИЧИТЕЛЬ ГОЛОЛЕДООБРАЗОВАНИЯ И КОЛЕБАНИЙ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2005 года по МПК H02G7/14 

Изобретение относится к области электроэнергетики, а более конкретно к ограничителям гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий электропередачи.

Провода и грозозащитные тросы воздушных линий электропередачи подвержены одновременным действиям различных видов статических и динамических нагрузок. Статическое действие нагрузок соответствует состоянию провода и других частей конструкций или узлов линий, когда они не испытывают ускорения и в них не возникают добавочные динамические напряжения. При наличии ускорений возникают колебания, которые в некоторых случаях могут дать явления резонанса, связанные с резким увеличением напряжений. Поэтому колебания проводов представляют наибольшую опасность для элементов линий и могут в ряде случаев стать главным фактором, определяющим их надежность. Разрушение проводов от колебаний обусловлено усталостью материала и происходит при нагрузках, значительно меньших, чем расчетные нагрузки, создаваемые отложением гололеда или воздействием ветра. Однако, если опасность воздействия динамических нагрузок в основном зависит от продолжительности колебаний, а статических нагрузок от величины отложения гололеда (равномерного ветра), то совместное их действие значительно увеличивает напряженное состояние проводов и еще более ухудшает положение с их несущей способностью и надежностью.

Проведенные в последнее время теоретические и экспериментальные исследования показали, что требуются комплексные технические решения, обеспечивающие одновременное ограничение вибрации и пляски проводов, а также отложение сверхрасчетного гололеда, что позволило бы существенно повысить надежность воздушных линий электропередачи и снизить затраты по их монтажу и эксплуатации на два-три порядка.

Известен гаситель вибрации для проводов воздушной линии электропередачи, содержащий выполненный в виде проволочного стального троса упругий демпферный элемент, жестко закрепленные на некотором расстоянии от подвески гасителя на концах упругого демпферного элемента литые грузы и выполненный в виде захвата и плашки зажим, причем зажим закреплен на средней части упругого демпферного элемента, а захват крепится на проводе при помощи плашки и крепежного болта [1].

Такой гаситель достаточно эффективен при гашении эоловых вибраций в диапазоне частот от 5 до 100 Гц, где он имеет все необходимые собственные частоты, хотя для того, чтобы перекрыть весь этот частотный диапазон для множества линейных объектов требуется варьировать длину упругого демпферного элемента и массы распределения грузов по длине, что приводит к возрастанию номенклатуры выпуска гасителей, используемых на воздушных линиях электропередачи различного класса напряжений.

Но главный недостаток этого гасителя вибрации состоит в том, что он не может эффективно работать как ограничитель гололедообразования, так и гасителя пляски. Для ограничения величины гололеда проводу необходимо увеличивать жесткость на кручение, которую можно достигнуть, устанавливая под проводом груз на достаточно длинной консоли. Возникающий реактивный крутящий момент от такого груза будет препятствовать закручиванию провода при отложении на нем гололеда. Это вызовет образование гололеда вытянутой формы, более облегченного, вместо цилиндрического, более тяжелого (в 2-3 раза).

Подавление низкочастотных колебаний (пляски) можно осуществить за счет расстройства крутильных колебаний, которые управляют этим процессом. Наиболее приемлемыми устройствами для этих целей являются маятниковые гасители пляски на удлиненной консоли, которые удобно вписываются в устройство гасителя вибрации за счет развития его геометрических размеров в вертикальной плоскости.

Наиболее близким техническим решением по отношению к предложенному является ограничитель гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий электропередачи, содержащий упругий демпферный элемент, разные по массе грузы, выполненные в виде изогнутых стержней, жестко закрепленных по концам упругого демпферного элемента, и зажим, предназначенный для подвески на проводе, закрепленный одним концом посередине упругого демпферного элемента, а другим подсоединенный к проводу линии [2].

Однако данное устройство имеет существенные недостатки:

- конструктивная компоновка грузов этого гасителя не позволяет достичь их оптимальных размеров, чтобы обеспечить эффективное гашение вибраций, а тем более низкочастотных колебаний большой амплитуды типа пляски проводов;

- кроме того, у данного гасителя не хватает длины рычага прямолинейных участков стержней грузов (они практически сближены с упругим демпферным элементом) для того, чтобы развить максимальный крутящий момент, который бы стопорил нарастание гололеда на проводе или при положительной температуре провода приводил бы к его осыпанию;

- фактически настоящий гаситель представляет собой гаситель инерционного типа, действующий по принципу гасителей Стокбриджа и, следовательно, неспособный подавлять низкочастотную вибрацию (2-4 Гц), которая возникает зачастую при образовании на проводах инея или кристаллической изморози, или пляску при образовании гололеда.

Авторы ставили перед собой задачу разработать комплексное устройство, позволяющее одновременно гасить вибрацию, пляску проводов и ограничивать величину гололедообразования до размеров, не превышающих расчетных значений; массово применяемые в настоящее время защитные средства против атмосферных воздействий основаны на индивидуальном подходе к защите от каждого вида атмосферного воздействия. Поставленная авторами задача достигается за счет совокупности существенных признаков предложенного технического решения, а именно: ограничитель гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий электропередачи, содержащий упругий демпферный элемент, грузы, выполненные в виде изогнутых стержней, жестко закрепленных по концам упругого демпферного элемента, и зажим, предназначенный для подвески на проводе, закрепленный одним концом посередине упругого демпферного элемента, а другим подсоединенный к проводу линии; причем прямолинейные отрезки изогнутых стержней, расположенные под упругим демпферным элементом, выполнены такой длины, что их концевые участки заходят друг за друга таким образом, что оба груза и упругий демпферный элемент образуют замкнутый контур овальной формы, работающий как единая весовая масса, при этом общая длина L разнесения по горизонтали стержней друг от друга, измеренная между точками их максимального изгиба, находится в пределах от 500 до 700 мм, расстояние по вертикали D между вышеупомянутыми прямолинейными отрезками изогнутых стержней выбирается в пределах 30-45% по отношению к L, а зазор l в горизонтальной поперечной упругому демпферному элементу плоскости между заходящими друг за друга концами стержней, по которому происходит их соударение при колебаниях, составляет 2-5% от L; один из концов прямолинейных отрезков изогнутых стержней имеет криволинейный загиб по направлению к упругому демпферному элементу; на одном из концевых участков отрезков изогнутых стержней закреплена полимерная термоусадочная втулка.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид ограничителя гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий электропередачи, выполненного согласно настоящему изобретению, вид спереди перпендикулярно проводу; на фиг.2 - то же, вид сбоку (вдоль провода) по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - вариант предложенного устройства, выполненного по п.2 формулы изобретения.

Заявляемый ограничитель гололедообразования и колебаний проводов 1 воздушных линий электропередачи состоит из упругого демпферного элемента 2, например стального проволочного троса, грузов 3, зажима 4, захвата 5 зажима 4, плашки 6 зажима 4 и крепежного болта 7. Зажимом 4 ограничитель крепится к середине троса 2, а с помощью плашки 6, захвата 5 он подвешивается к проводу 1 воздушной линии электропередачи и крепится на нем посредством крепежного болта 7. По концам 8, 9 троса 2 жестко закрепляются, например, опрессованием или каким-либо иным способом грузы 3. Грузы 3 представляют собой криволинейные стержни, имеющие два прямых отрезка (короткий 10 и длинный 11) и изогнутый отрезок 12; коротким прямолинейным отрезком 10 грузы 3 крепятся к тросу 2, а длинные прямолинейные отрезки 11 стержней 4 заходят по своей длине друг за друга и отстоят на перекрывающей длине по горизонтальной плоскости на некоторое расстояние (зазор) друг от друга. Это позволяет стержням 3 соударяться друг о друга в процессе возникающих на линии колебаний проводов 1; и, чтобы исключить шумы и радиопомехи, возникающие при соударении стержней 3, на один из длинных прямолинейных отрезков 11 стержней 3 надевается полимерная термоусадочная втулка 13. Конец одного из прямолинейных отрезков 11 стержней 3 может быть загнут (загиб 14, см., например, фиг.3) с некоторым радиусом кривизны по направлению в сторону троса 2. В результате такой принятой конструкции ограничителя колебаний проводов 1 упругий демпферный элемент и стержни грузов 3 образуют замкнутый в вертикальной плоскости контур, представляющий собой как бы единый массивный узел, действующий по принципу эксцентрикового груза в гасителях пляски.

Для достижения оптимальности демпфирующих свойств ограничителя линейные размеры его элементов рассчитываются и выбираются в определенных соотношениях и пропорциях. В частности, общая длина L овального контура, измеренная между точками 15 максимального перегиба стержней 3, принимается равной от минимального значения в 500 мм до максимального значения в 700 мм; радиус изгиба стержней 3 берется достаточно большим, так что расстояние D по вертикали от короткого прямолинейного отрезка 10 стержней 3 до длинного прямолинейного отрезка 11 стержней 3 по отношению к выбранной величине L находится в диапазоне 30-45% или в абсолютном отношении составляет от 150 до 300 мм; в то же время расстояние (зазор) l между заходящими друг за друга концами длинных прямолинейных отрезков 11 стержней 3 по горизонтальной плоскости, поперечной упругому демпферному элементу 2, по которому происходит их соударение при колебаниях, составляет 2-5% от L или в абсолютных значениях - 10-30 мм.

Предложенный ограничитель гололедообразования и колебаний проводов 1 воздушных линий электропередачи работает следующим образом.

На воздушных линиях электропередачи возникают две формы колебаний проводов, обусловленных действием ветра и гололеда, - высокочастотные (десятки Гц), но небольшой амплитуды порядка диаметра провода и низкочастотные (до 2-х Гц) достаточно больших амплитуд (пляска). Для эффективного демпфирования колебаний каким-либо устройством необходимо, чтобы его демпфирующая система имела такую же или близкую собственную частоту колебаний. Указанный принцип гашения колебаний достигается в предложенном ограничителе за счет специальной конфигурации стержней грузов 3, обеспечивающей работу устройства как в низкочастотном, так и в высокочастотном диапазонах колебаний и позволяющей достичь увеличения энергии рассеивания и декремента затухания системы: упругий демпферный элемент 2 - грузы 3. При этом за счет существенного разнесения в вертикальной плоскости прямолинейных отрезков 10 и 11 стержней 3 в заявленном ограничителе удается значительно увеличить длину рычага от подвески до длинных прямолинейных отрезков 11 и тем самым увеличить крутящий момент системы, фиксирующий крутильные колебания и действующий также противоположно крутящему моменту, обеспечивающему одностороннее нарастание гололеда на проводе 1. В результате гашение колебаний осуществляется на всех интересующих нас частотах, охватывая как резонансные формы крутильных колебаний провода, так и резонансные формы изгибных колебаний упругого демпферного элемента 2. Меняя длины прямолинейных отрезков 11 стержней 3, а также и их вес (например, дополнительным изгибом конца отрезка), можно охватить весь спектр частотных колебаний, имеющих место на воздушных линиях электропередачи (от вибрации до пляски).

Предложенный ограничитель гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий электропередачи представляет собой демпфирующее устройство нового типа, решающее задачу снижения колебаний комплексно, то есть позволяет одновременно гасить вибрацию, пляску проводов и ограничить величину гололедообразования до минимальных размеров. Настоящее техническое решение эффективно в борьбе с пляской проводов и при гашении вибрационных колебаний высокой частоты, что позволяет существенно снизить затраты на проектирование, сооружение и эксплуатацию воздушных линий электропередачи. В настоящее время предложенное устройство успешно прошло испытания на испытательном стенде “ОРГРЭС” и рекомендовано к изготовлению; предполагается серийный выпуск таких ограничителей гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий электропередачи.

Источники информации

[1] Патент США №4,159,393, класс 174 - 42 (Н 02 G 7/14), 26.06.1979.

[2] Патент США №3,400,209, класс 174 - 42 (Н 02 G 7/14), 03.09.1968.

Изобретение может быть использовано в электроэнергетике, а именно в качестве устройства для ограничения колебаний проводов (вибрации и пляски), а также отложений на них гололеда на воздушных линиях электропередачи. Устройство выполняется в виде упругого демпферного элемента (стального троса), грузов, закрепляемых по концам этого элемента, и зажима, которым устройство крепится к проводу и посередине троса. Грузы выполняются в виде изогнутых стержней, имеющих короткие, длинные прямолинейные отрезки и изогнутый отрезок, на один прямолинейный длинный отрезок надевается термоусадочная втулка,a конец этого отрезка может быть загнут в сторону троса загибом.Компоновкой и оптимальным выбором размеров стержней достигается возможность подавления как низкочастотных колебаний, так и высокочастотных колебаний проводов линии, а также ограничения образования гололеда на проводах.Это позволяет достичь существенного снижения затрат на проектирование, монтаж и эксплуатацию воздушных линий электропередачи. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ограничитель гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий электропередачи, содержащий упругийдемпферный элемент, грузы, выполненные в виде изогнутых стержней, жестко закрепленных по концам упругого демпферного элемента, и зажим, предназначенный для подвески на проводе, закрепленный одним концом посередине упругого демпферного элемента, а другим подсоединенный к проводу линии, отличающийсятем, что прямолинейные отрезки изогнутых стержней, расположенные под упругим демпферным элементом, выполнены такой длины, что их концевые участки заходят друг за друга таким образом, что оба груза и упругий демпферный элемент образуют замкнутый контур овальной формы, работающий как единая весовая масса, при этом общая длина Lразнесения по горизонтали стержней друг от друга, измеренная между точками их максимального изгиба, находится в пределах от 500 до 700 мм,расстояние по вертикали Dмежду вышеупомянутыми прямолинейными отрезками изогнутых стержней выбирается в пределах 30÷45% по отношению к L,а зазор l в горизонтальной поперечной упругому демпферному элементу плоскости между заходящими друг за друга концами стержней, по которому происходит их соударение при колебаниях, составляет 2÷5% от L.2. Ограничитель по п.1, отличающийсятем, что один из концов прямолинейных отрезков изогнутых стержней имеет криволинейный загиб по направлению к упругому демпферному элементу.3. Ограничитель по п.1, отличающийсятем, что на одном из концевых участков отрезков изогнутых стержней закреплена полимерная термоусадочная втулка.