СПОСОБ ЭКРАНИРОВАНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, СОЗДАВАЕМОГО ЛИНИЕЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, И ЛИНИЯ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, ЭКРАНИРОВАННАЯ ТАКИМ СПОСОБОМ Российский патент 2007 года по МПК H02G9/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу экранирования магнитного поля, создаваемого линией электропередачи, и к линии электропередачи, экранированной таким способом.

Предшествующий уровень техники

Как правило, линия электропередачи работает при среднем напряжении (обычно от 10 до 60 кВ) или при высоком напряжении (обычно выше, чем 60 кВ) и токах порядка сотен и тысяч ампер (обычно от 500 до 2000 А). Электрическая мощность, пропускаемая этими линиями, может достигать значений порядка сотен мегавольт-ампер, обычно 400 МВ·А. Как правило, пропускаемый ток представляет собой переменный ток низкой частоты, иначе говоря, обычно ниже 400 Гц и равный 50 или 60 Гц. В большинстве случаев линии электропередачи используют для передачи энергии с электростанций в городские центры, на расстояния порядка десятков километров (обычно на 10-100 км).

Обычно линии электропередачи представляют собой трехфазные линии, содержащие три кабеля, размещенных в траншее на глубине 1-1,5 м. В пространстве, непосредственно окружающем кабели, магнитная индукция Н может достигать относительно высоких значений, и в зависимости от геометрической компоновки кабелей и силы пропускаемого тока на уровне грунта (то есть на расстоянии 1-1,5 м от линии) может быть обнаружена магнитная индукция, имеющая значение, составляющее от 20 до 60 мкТл.

Имеются обстоятельства, при которых особенно рекомендуется минимизировать напряженность магнитного поля как для защиты организма человека от воздействия переменных магнитных полей вышеупомянутой напряженности, в частности людей с наиболее высоким потенциальным риском, таких как дети, так и для исключения потенциальных помех, обычно вблизи больниц и аэропортов, особенно чувствительному или точному электрическому оборудованию.

Поэтому существует необходимость «ослабления» магнитного поля, создаваемого кабелями для передачи электрической энергии, чтобы исключить возможные биологические эффекты и/или проявления взаимодействия с электрическим оборудованием вследствие воздействия магнитных полей, создаваемых источниками низкой частоты (например, равной 50 Гц).

В настоящем описании и в формуле изобретения выражение «ослабление магнитного поля» используется для указания на снижение эффективного значения магнитного поля, измеряемого в определенном месте, в 10 раз - в 100 раз по сравнению со значением магнитного поля, которое подлежит измерению в том же самом месте при отсутствии экранирующего устройства.

Более конкретно, что касается кабелей, размещенных под землей, то в настоящем описании и в формуле изобретения выражение «измерение магнитного поля» используется для указания на измерение магнитного поля, выполняемого на уровне грунта при номинальном токе.

Известно, что при укладке электрических кабелей в экранированные кабелепроводы магнитное поле, создаваемое кабелями, может быть ослаблено.

В статье Argaut P., Daurelle J.Y., Protat F., Savina K. and Wallaert C.A. "Shielding technique to reduce magnetic fields from buried cables", A 10,5, JICABLE 1999, рассматривается и сравнивается эффект экранирования, обеспечиваемый экраном незамкнутого сечения, таким как лист ферромагнитного материала, помещенным над кабелями, и эффект, обеспечиваемый экраном замкнутого сечения, таким как кабелепровод с прямоугольным поперечным сечением, выполненным из ферромагнитного материала, помещенным вокруг кабелей. Согласно этой статье коэффициенты ослабления около 5-7 могут быть получены с помощью экранов незамкнутого сечения, коэффициенты ослабления около 15-20 могут быть получены с помощью экранов замкнутого сечения и коэффициенты ослабления около 30-50 могут быть получены в случаях, когда экран замкнутого сечения расположен очень близко к кабелям, например, в виде ферромагнитной ленты, намотанной непосредственно вокруг кабелей.

Эти экраны имеют ряд недостатков, которые до сих пор не устранены. Во-первых, необходимо, чтобы для обеспечения достаточно эффективного экранирующего действия такие экраны были достаточно толстыми (1-10 мм) с вытекающими из этого отрицательными последствиями для общей массы линии электропередачи, простоты и быстроты установки и технического обслуживания и, наконец, но не в самую последнюю очередь, для стоимости линии и содержания ее.

Во-вторых, хотя кабелепроводы замкнутого сечения, описанные выше, обеспечивают наилучшие эффекты экранирования магнитного поля, заявитель обнаружил, что монтаж и техническое обслуживание кабелей в замкнутых кабелепроводах является трудной и дорогостоящей работой, поскольку кабели необходимо вводить в кабелепроводы, но их нельзя осмотреть во время технического обслуживания, поскольку они окружены кабелепроводом.

В-третьих, экраны из предшествующего уровня техники, будь то экраны разомкнутого сечения или замкнутого сечения, имеют неприемлемые электрические потери (например, на вихревые токи) и/или потери на гистерезис. Потери на гистерезис приводят к избыточному нагреву и, таким образом, к снижению пропускной способности при передаче электрической энергии по кабелю.

Еще один пример экранирующего кабелепровода замкнутого сечения описан в публикации WO 01/93394 заявки на патент, где описано экранирование кабелей линии электропередачи посредством кабелепроводов, содержащих по меньшей мере один слой ферромагнитного материала. Чтобы гарантировать эффективное экранирование магнитного поля, толщина экрана является довольно большой (порядка 10 мм), что влечет за собой увеличение массы линии электропередачи и вытекающую из этого повышенную трудность работы по укладке кабелей, которая уже является довольно трудной вследствие замкнутой геометрии кабелепровода.

Следующий пример экранирующих кабелепроводов замкнутого сечения описан в публикации WO 03/003382 заявки на патент. В частности, в этом документе описан кабелепровод, содержащий два экранирующих слоя, первый, радиально внутренний слой, выполненный из первого ферромагнитного материала, и второй, радиально наружный слой, выполненный из второго ферромагнитного материала, имеющего более высокую относительную магнитную проницаемость по сравнению с относительной магнитной проницаемостью первого ферромагнитного материала. В этом случае замкнутое сечение кабелепровода также делает сложной работу по укладке кабелей.

В заявке JP 10-117083 (Kokai) на патент Японии описан еще один пример экрана магнитного поля, создаваемого электрическим кабелем линии электропередачи, по существу состоящего из трубы, выполненной из ферромагнитного материала, внутри которой прокладывают кабели линии электропередачи. Такую трубу изготавливают, наматывая по спирали ленту из ферромагнитного материала на трубчатый каркас, например трубу из полимера или металла, внутри которой прокладывают кабели. Такую спиральную намотку можно осуществить за одну стадию, чтобы образовать один экранирующий слой, или за несколько стадий, чтобы образовать соответственно несколько наложенных друг на друга экранирующих слоев, составленных из одного и того же экранирующего материала.

В описанном примере лента образована из текстурированной кремнистой стали, имеющей более высокую магнитную проницаемость в направлении, параллельном направлению намотки, по сравнению с магнитной проницаемостью в направлении, перпендикулярном к вышеупомянутому направлению намотки.

В настоящем описании и в последующей формуле изобретения выражение «текстурированный материал» используется для указания на материал, в котором кристаллические домены имеют предпочтительное согласованное направление и протяженный размер в направлении выравнивания кристаллических доменов, как описал, например Goldman Alex в "Handbook of modern ferromagnetic materials", pages 119-120, Kluwer Academic Publishers, 1999.

Указанное выравнивание может быть оценено известными способами, например посредством оптического микроскопа или с помощью рентгеновской дифрактометрии, и может быть осуществлено с помощью процессов прокатывания и термических отжигов в соответствии с заданными продолжительностями и температурами и в присутствие ингибиторов перекристаллизации, как описано, например, в документе ЕР-А-0606884.

Способ экранирования, описанный в документе JP 10-117083, включает в себя стадию или несколько стадий спиральной намотки одной ленты или нескольких лент, выполненных из ферромагнитного материала, что делает изготовление линии довольно трудоемким процессом с отрицательными влияниями на время и затраты, необходимые для изготовления и укладки линии. Оптимальный эффект экранирования магнитного поля достигается при нулевом угле между направлением действия магнитного поля, создаваемого кабелем, и направлением прокатки ферромагнитного материала, при котором образуется предпочтительная ось намагничивания. Однако выбор указанного нулевого угла несовместим с экранирующей спиральной обмоткой вокруг кабеля, описанной в документе JP 10-117083, в результате чего вышеупомянутый угол неизбежно должен быть больше 0° с вытекающей из этого потерей возможности использования максимального эффекта экранирования. С другой стороны, на зависимость этого угла от предпочтительной оси намагниченности сильно влияет напряженность магнитного поля, в результате чего соответствующий угол должен каждый раз выбираться в зависимости от напряженности магнитного поля, что приводит к недостаточной гибкости в применении линий и к дополнительному усложнению работ по монтажу линии.

Наконец, в областях, где соседние участки ленты, намотанной спирально, перекрываются, эффект магнитного экранирования является неудовлетворительным из-за неизбежного наличия дефектов, таких как, например, потеря однородности и неровности контактирующих поверхностей ленты, намотанной спирально. Поскольку лента имеет ограниченную ширину (порядка нескольких сантиметров), то фактически лента неспособна ограничить эффект утечки магнитного поля вследствие наличия таких дефектов.

Существо изобретения

Чтобы устранить недостатки из предшествующего уровня техники, описанные выше, технической задачей настоящего изобретения является создание линии электропередачи, содержащей по меньшей мере один электрический кабель и по меньшей мере один экранирующий элемент для экранирования магнитного поля, создаваемого таким кабелем, причем экранирующий элемент легко монтируется и имеет ограниченную массу, но при этом обеспечивает возможность получения эффективного ослабления магнитного поля. Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание способа экранирования магнитного поля такой линии, который проще в осуществлении и является менее затратным, особенно в отношении времени, необходимого для монтажа линии, по сравнению со способами из предшествующего уровня техники.

Было обнаружено, что можно изготовить линию электропередачи, которую легко монтировать, путем создания экранирующего элемента, содержащего два компонента, в частности основание и крышку, и в то же время получать эффективное ослабление магнитного поля без использования чрезмерной массы экранирующего элемента, благодаря соединению по меньшей мере одного экранирующего элемента с по меньшей мере одним поддерживающим элементом, который обеспечивает функцию механической поддержки экранирующего элемента.

Поставленная задача согласно первому объекту настоящего изобретения решена путем создания линии электропередачи, содержащей

по меньшей мере один электрический кабель,

по меньшей мере один экранирующий элемент, выполненный из по меньшей мере одного ферромагнитного материала, размещенный на радиально наружном месте относительно указанного по меньшей мере одного кабеля, для экранирования магнитного поля, создаваемого указанным кабелем, при этом указанный по меньшей мере один экранирующий элемент содержит основание и крышку,

по меньшей мере один поддерживающий элемент, соединенный с по меньшей мере указанным основанием экранирующего элемента.

Использование экранирующего элемента, размещенного на радиально наружном месте относительно кабеля и содержащего по меньшей мере два отдельных компонента, в частности основание и крышку, обеспечивает возможность удовлетворительного ослабления магнитного поля и в то же время гарантирует упрощение процедуры монтажа и укладки линии, а также последующих работ по техническому обслуживанию линии, тогда как размещение по меньшей мере одного поддерживающего элемента, связанного с по меньшей мере основанием, обеспечивает возможность оптимизации толщины экранирующего элемента и тем самым уменьшение массы последнего с дальнейшим выгодным упрощением и ускорением процедуры монтажа.

Благодаря наличию экранирующего элемента, содержащего два компонента, на самом деле вследствие расположения основания в траншее, что предпочтительно, кабели укладывают в основание и затем крышку прикладывают к основанию, чтобы по существу завершить экранирующий элемент. Поэтому применение экранирующих элементов, содержащих два компонента, обеспечивает возможность использования больших длин кабеля при укладке и реализации параллельных ветвей и всех тех ветвей, которые обычно делают трудной прокладку кабеля (кабелей) в замкнутых экранирующих элементах, образованных одним компонентом. Кроме того, экранирующие элементы, содержащие два компонента, обеспечивают возможность проведения технического осмотра кабелей, как во время укладки линии, так и впоследствии, когда линия находится в эксплуатации.

Следовательно, в линии электропередачи согласно настоящему изобретению выгодно используются наиболее сильные эффекты экранирования магнитного поля, обеспечиваемые экранирующими элементами замкнутого сечения, к которым может быть приравнен экранирующий элемент настоящего изобретения, и в то же время устраняются недостатки, присущие известным экранирующим элементам замкнутого сечения, касающиеся трудностей монтажа и технического обслуживания.

Фактически, путем выбора ферромагнитного материала, который является эффективным для ослабления магнитного поля, в качестве материала для экранирующего элемента, и путем выбора материала, имеющего соответствующие механические свойства, в качестве материала для поддерживающего элемента, можно успешно в значительной степени ограничить толщину экранирующего элемента, придав функцию поддержки и механической прочности одному поддерживающему элементу.

Наконец, в отличие от известных линий электропередачи, в которых экранирование получают путем спиральной намотки ленты, выполненной из ферромагнитного материала, вокруг трубчатого каркаса с вытекающим из этого неизбежным образованием ненулевого угла между таким образом образованной спиралью ленты и естественным круговым направлением действия магнитного поля, в линии электропередачи согласно настоящему изобретению такой угол является нулевым, при этом выгодно возрастает магнитная проницаемость и усиливается эффект экранирования.

Линия электропередачи согласно настоящему изобретению может быть помещена под землю, предпочтительно, чтобы она была помещена на глубину от 1 до 1,5 м ниже уровня грунта, чтобы максимизировать эффект ослабления магнитного поля, создаваемого кабелем. Кроме того, линия электропередачи согласно настоящему изобретению может быть помещена в стеновые конструкции крупных зданий, в которые электрическая энергия передается при среднем или высоком напряжении по линии сети электропитания до преобразования в низкое напряжение на каждой одной потребительской подстанции.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления линии электропередачи изобретения линия содержит три кабеля, предпочтительно размещенных в соответствии с трехлистной компоновкой. Трехлистная компоновка кабелей обеспечивает возможность ослабления магнитного поля, которое равно удвоенному ослаблению магнитного поля, получаемому при трех кабелях, размещенных на плоскости бок о бок.

В настоящем описании и в последующей формуле изобретения выражение «трехлистная компоновка» использовано для указания на компоновку, в которой центры трех кабелей занимают вершины равностороннего треугольника.

Более конкретно, в зависимости от того, имеется или не имеется взаимное соприкосновение между кабелями, трехлистная компоновка может быть так называемого «разомкнутого» типа или так называемого «замкнутого» типа. Иначе говоря, в случае трехлистной компоновки разомкнутого типа длина каждой стороны равностороннего треугольника, в вершинах которого размещены кабели, больше, чем диаметр каждого кабеля, тогда как в случае трехлистной компоновки замкнутого типа длина каждой стороны равностороннего треугольника, в вершинах которого размещены кабели, по существу равна диаметру каждого кабеля.

Хотя трехлистная компоновка является предпочтительной, а трехлистная компоновка замкнутого типа является особенно предпочтительной, возможны любые другие компоновки, предназначенные для ослабления магнитного поля. В альтернативном варианте осуществления кабели могут быть расположены бок о бок на плоскости в основании шириной, достаточной для помещения кабелей в соответствии с этой компоновкой. Хотя при этой компоновке возрастают электрические потери, а также магнитное поле, ее можно выгодно применять в случаях, когда требуется небольшое ослабление магнитного поля, поскольку компоновка такого типа дает возможность использовать экранирующий элемент, имеющий меньший размер по высоте с вытекающим из этого выгодной минимизацией массы экранирующего элемента и вместе с тем линии электропередачи.

Чтобы получить эффективное ослабление магнитного поля, основание и крышка линии электропередачи согласно изобретению являются по существу непрерывными, то есть наружные поверхности указанного основания и указанной крышки по существу лишены любых макроскопических разрывов.

Предпочтительно, чтобы основание содержало нижнюю стенку, например, по существу, плоскую, и пару боковых стенок, тоже, по существу, плоских. В таком случае изготовление основания и крышки выгодно упрощается.

Предпочтительно, чтобы боковые стенки основания проходили в направлении, по существу перпендикулярном к нижней стенке.

Предпочтительно, чтобы в трехлистной компоновке кабелей замкнутого типа ширина нижней стенки была равна около 2,1 диаметра электрических кабелей, заключенных внутри экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы в трехлистной компоновке кабелей замкнутого типа высота боковых стенок, задающая высоту экранирующего элемента, была равна приблизительно 2,2 диаметра электрических кабелей, заключенных внутри экранирующего элемента.

Основание экранирующего элемента может иметь U-образное поперечное сечение со скошенными углами в соответствии с заданным радиусом изгиба, что выгодно обеспечивает возможность сохранения ферромагнитных характеристик материала экранирующего элемента, или U-образное поперечное сечение с острыми углами. Последний вариант осуществления, хотя в нем и имеется ухудшение ферромагнитных характеристик материала экранирующего элемента на острых углах, является предпочтительным, поскольку такой вариант осуществления обеспечивает возможность получения ослабления магнитного поля на уровне грунта, составляющего 25% по сравнению с вариантом осуществления, снабженным основанием со скошенными углами. В этой связи было обнаружено, что по мере увеличения длины криволинейного участка экранирующего элемента в варианте осуществления со скошенными углами проявляется отрицательный эффект, имеющий большее значение по сравнению с эффектом ухудшения ферромагнитных характеристик из-за изгиба экранирующего элемента с острыми углами.

Предпочтительно, чтобы в случае варианта осуществления с U-образным поперечным сечением со скошенными углами радиус изгиба был равен около 0,4-0,7 диаметра электрических кабелей, заключенных внутри экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы основание экранирующего элемента также содержало пару отогнутых кромок, вытянутых в заданном направлении от концевых участков боковых стенок основания.

В этом случае обеспечиваются более широкое поддерживающее основание для крышки и более качественное замыкание экранирующего элемента.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, отогнутые кромки вытянуты наружу от концевых участков боковых стенок основания.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения, отогнутые кромки вытянуты внутрь от концевых участков боковых стенок основания.

Предпочтительно, чтобы отогнутые кромки были вытянуты от концевых участков боковых стенок основания в направлении, по существу перпендикулярном к боковым стенкам. В таком случае крышка экранирующего элемента может быть устойчиво приложена к основанию экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы вышеупомянутые отогнутые кромки имели ширину, равную около 25% ширины нижней стенки основания. Предпочтительно, чтобы минимальная ширина указанных отогнутых кромок была равна около 20 мм.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления крышка экранирующего элемента является по существу плоской, например в виде прямоугольного листа, выполненного из ферромагнитного материала. В случае такого упрощенного предпочтительного варианта осуществления обеспечивается возможность ограничения стоимости изготовления линий электропередачи.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления крышка является по существу непрерывной, то есть наружная поверхность указанной крышки свободна от макроскопических разрывов, вследствие чего максимально ослабляется магнитное поле.

Вышеупомянутая возможность заметного ограничения толщины экранирующего элемента позволяет использовать длинные экранирующие элементы, например около 1 м, при сохранении массы экранирующего элемента в рамках приемлемых пределов, и в таком случае устранять недостаточное действие экранирования, обнаруживаемое на участках, где ленты из предшествующего уровня техники, намотанные по спирали, перекрываются.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления отогнутые кромки могут быть предусмотрены на крышке, а не на основании. В таком случае крышка содержит основную стенку и пару отогнутых кромок, вытянутых от основной стенки в заданном направлении, предпочтительно, в направлении, по существу перпендикулярном к основной стенке.

В таком случае гарантируется более качественное замыкание экранирующего элемента и гарантируется повышенная эффективность экранирования магнитного поля, создаваемого линией электропередачи.

В соответствии с таким вариантом осуществления углы, задаваемые между основной стенкой крышки и отогнутыми кромками, могут быть острыми или скошенными, предпочтительно в соответствии с радиусом изгиба, равным приблизительно половине наружного диаметра кабеля или кабелей, заключенных внутри экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы основание и крышка экранирующего элемента содержали стенки, имеющие толщину, составляющую от около 0,10 мм до около 0,60 мм, и что еще более предпочтительно, составляющую от около 0,20 мм до около 0,35 мм.

Такие значения толщины выгодно обеспечивают возможность изготовления линии электропередачи, в которой экранирующий элемент имеет эффективно ограниченную массу, что, в свою очередь, обеспечивает возможность ограничения затрат, относимых на счет использования ферромагнитного материала.

Крышка может иметь толщину, которая меньше, чем толщина основания, поскольку крышка, которая расположена дальше от кабелей по сравнению с основанием, пересекается более слабым магнитным потоком по сравнению с магнитным потоком, пересекающим основание.

В качестве иллюстративного примера крышка может иметь толщину от около 0,10 до около 0,50 мм, а основание может иметь толщину от около 0,20 до около 0,60 мм.

Предпочтительно, чтобы основание и крышка экранирующего элемента имели соответствующие края, взаимно наложенные друг на друга на участке заданной длины в поперечном направлении.

В настоящем описании и в последующей формуле изобретения термин «края» основания или крышки экранирующего элемента используется для указания на поперечные участки основания или, соответственно, крышки, которые являются противолежащими относительно продольной оси экранирующего элемента.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления линии электропередачи слой материала, имеющего более высокую проницаемость, чем воздух, такой как магнитная резина, размещен между наложенными друг на друга краями основания и крышки. В таком случае зазор между основанием и крышкой в области, где крышка опирается на основание, является по существу замкнутым, что дополнительно ослабляет магнитное поле, создаваемое кабелем.

Предпочтительно, чтобы основание и крышка экранирующего элемента содержали соответствующие стенки, имеющие направление прокатки, по существу перпендикулярное к оси по меньшей мере одного кабеля.

В этом случае успешно достигается более сильный эффект экранирования магнитного поля.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления основание и крышка экранирующего элемента содержат соответствующие стенки, имеющие направление прокатки, по существу параллельное оси по меньшей мере одного кабеля.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления экранирующий элемент содержит множество экранирующих модулей, размещенных последовательно рядом друг с другом, при этом каждый из экранирующих модулей содержит модульное основание и модульную крышку.

Конфигурация экранирующего элемента модульного типа облегчает как работы по монтажу линии электропередачи, так и последующие работы по техническому обслуживанию, в частности по замене поврежденных секций экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы такие экранирующие модули были наложены друг на друга в продольном направлении на участках заданной длины, предпочтительно составляющих от 25 до 100% от ширины экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы каждое модульное основание имело продольное сечение в виде усеченного конуса, чтобы облегчить частичное наложение друг на друга в продольном направлении соседних модульных оснований и чтобы таким способом сформировать по существу непрерывный экранирующий элемент. В случае этого варианта осуществления предпочтительно, чтобы модульные основания и крышки изготавливались штамповкой.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления линии электропередачи в случае, когда экранирующие элементы не наложены взаимно друг на друга, а только взаимно расположены бок о бок, экранирующий элемент дополнительно содержит соответствующий соединительный элемент, выполненный из ферромагнитного материала, для соединения таких модулей, расположенных рядом.

В этом случае соединительный элемент имеет экранирующие свойства, по существу аналогичные свойствам по существу непрерывного экранирующего элемента. В случае последнего варианта осуществления модульные основания и крышки могут быть изготовлены экструзией, что приводит к снижению стоимости изготовления.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления в каждом из экранирующих элементов модульное основание и модульная крышка взаимно смещены в продольном направлении на заданное расстояние, предпочтительно равное длине вышеупомянутого участка наложения друг на друга в продольном направлении экранирующих модулей.

Предпочтительно, чтобы модульное основание было соединено с поддерживающим элементом.

Предпочтительно, чтобы каждая стенка модульного основания была соединена с соответствующими поддерживающими элементами.

В этом случае используются поддерживающие элементы ограниченного размера и поэтому легко транспортируемые и легко подгоняемые к экранирующему элементу.

Более предпочтительно, чтобы как модульное основание, так и модульная крышка были соединены с соответствующими поддерживающими элементами.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления линии электропередачи по меньшей мере два соседних экранирующих модуля проходят по различным направлениям, при этом экранирующий элемент дополнительно содержит соответствующий соединительный элемент, выполненный из ферромагнитного материала, для соединения по меньшей мере двух соседних модулей. В этом случае можно изготавливать линии, снабженные криволинейными секциями, коленами и аналогичными секциями.

Чтобы образовать такие криволинейные секции, модульным основаниям можно придать по существу прямоугольную форму и изготовить путем экструзии, в этом случае криволинейные секции могут быть уложены с взаимным угловым смещением по меньшей мере двух соседних модульных оснований таким образом, что прилегающими сторонами таких соседних оснований задается по существу треугольное свободное пространство между ними, или в качестве альтернативы модульным основаниям может быть придана такая форма, что прилегающие стороны соседних оснований являются по существу параллельными, чтобы минимизировать свободное пространство.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления ферромагнитный материал, из которого выполнен по меньшей мере один экранирующий элемент, имеет максимальное значение относительной магнитной проницаемости μ_max больше, чем около 20000.

Использование по меньшей мере одного экранирующего элемента, выполненного из ферромагнитного материала, имеющего максимальное значение относительной магнитной проницаемости, более высокое, чем такое численное значение, что выгодно обеспечивает возможность минимизации магнитных потерь, неизбежно возникающих в основании и крышке экранирующего элемента.

Более предпочтительно, чтобы ферромагнитный материал имел максимальное значение относительной магнитной проницаемости μ_max, составляющее от около 20000 до около 60000, и еще более предпочтительно, чтобы максимальное значение относительной магнитной проницаемости μ_max было равным около 40000, что выгодно обеспечивает дополнительное снижение магнитных потерь.

Кроме того, использование материалов, имеющих указанные ферромагнитные характеристики, обеспечивает возможность использования экранирующего элемента с более ограниченной толщиной по сравнению с линиями из предшествующего уровня техники с выгодным снижением массы линии.

Линия электропередачи может содержать два экранирующих элемента, предпочтительно имеющих управляемую магнитную проницаемость, то есть предпочтительно взаимно связанных, чтобы образовывались первый, радиально внутренний слой, выполненный из первого ферромагнитного материала, и второй, радиально наружный слой, выполненный из второго ферромагнитного материала. Предпочтительно, чтобы первый ферромагнитный материал имел максимальное значение относительной магнитной проницаемости более высокое, чем максимальное значение относительной магнитной проницаемости второго ферромагнитного материала.

В случае, когда линия содержит два экранирующих элемента, имеющих управляемую магнитную проницаемость, то предпочтительно, чтобы максимальное значение относительной магнитной проницаемости радиально внутреннего слоя было равно около 40000, и предпочтительно, чтобы максимальное значение относительной магнитной проницаемости материала радиально наружного слоя было равно около 3000.

Предпочтительно, чтобы ферромагнитный материал был выбран из группы, содержащей: текстурированную кремнистую сталь, нетекстурированную кремнистую сталь, Permalloy® (пермаллой), Supermalloy® (супермаллой). Permalloy® (пермаллой) и Supermalloy® (супермаллой) представляют собой сплавы никеля, железа и молибдена, имеющие высокое содержание никеля (равное около 80%), в которых содержание молибдена составляет от 4 до 5% и соответственно железа больше чем 5%, оба сплава производятся Western Electric Company, Джорджия, США.

Кроме того, могут быть использованы сплавы, имеющие кривые намагничивания, аналогичные кривым намагничивания этих сплавов.

В случае использования кремнистой стали, независимо от того, сталь с ориентированными зернами или нет, благодаря присутствию кремния значение потерь, определяемых петлей гистерезиса ферромагнитного материала, выгодно снижается в значительной степени, а электропроводность стали выгодно уменьшается, что также обеспечивает возможность снижения потерь на вихревые токи.

Благодаря этому удвоенному полезному эффекту выгодно повышается пропускная способность линии электропередачи, экранированной посредством экранирующего элемента, выполненного из кремнистой стали.

В качестве иллюстративного примера индукция магнитного поля на уровне грунта равна около 0,2 мкТл при токе, равном около 400 А, в случае трех кабелей, имеющих диаметр около 100 мм, размещенных в соответствии с трехлистной компоновкой замкнутого типа внутри экранирующего элемента, выполненного из текстурированной кремнистой стали, имеющего толщину около 0,27 мм, помещенных на 1,4 м ниже уровня грунта.

Что касается потерь на вихревые токи и потерь на магнитный гистерезис, то при вышеупомянутых значениях толщины экранирующего элемента, глубины траншеи и магнитной индукции потери были равны около 1,7·10⁶ См·м и соответственно равны 1,1 Вт/кг при уровне намагниченности около 1,5 Тл и частоте 50 Гц.

Среди текстурированных кремнистых сталей различных типов особенно предпочтительной является сталь М4Т27, в соответствии со стандартом AST.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения содержание кремния составляет от около 1% до около 5%, а более предпочтительно, чтобы оно составляло от около 3% до около 4%.

Выгодно в пределах этого предпочтительного диапазона значений дополнительно уменьшить электропроводность кремнистой стали, обеспечив таким путем дополнительное соответствующее снижение потерь на вихревые токи.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения основание и крышка экранирующего элемента могут быть выполнены из различных материалов, предпочтительно путем использования для крышки менее качественного материала, то есть материала, имеющего более низкое максимальное значение относительной магнитной проницаемости, поскольку последняя пересекается более слабым магнитным потоком по сравнению с основанием.

Предпочтительно, чтобы основание было выполнено из первого ферромагнитного материала, имеющего максимальное значение относительной магнитной проницаемости больше чем около 40, а крышка выполнена из второго ферромагнитного материала, имеющего максимальное значение относительной магнитной проницаемости больше чем около 20.

Предпочтительно, чтобы линия в дополнение к по меньшей мере одному поддерживающему элементу, соединенному с основанием экранирующего элемента, дополнительно содержала поддерживающий элемент, соединенный с крышкой экранирующего элемента.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения вышеупомянутый по меньшей мере один поддерживающий элемент, соединенный с основанием и необязательно также с крышкой экранирующего элемента, размещен на радиально наружном участке относительно по меньшей мере одного экранирующего элемента. В этом случае преимущества механическое сопротивление кабеля дополнительно возрастает.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления по меньшей мере один поддерживающий элемент размещен на радиально внутреннем участке относительно по меньшей мере одного экранирующего элемента. В этом случае можно использовать поддерживающий элемент в дополнение к экранирующему элементу, для поддержки также и множества кабелей в заданной пространственной конфигурации.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления по меньшей мере один экранирующий элемент размещен между парой поддерживающих элементов. В этом случае преимущества связаны с повышенным механическим сопротивлением, и одновременно может быть достигнута возможность поддержания множества кабелей в заданной пространственной конфигурации.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления по меньшей мере один поддерживающий элемент является по существу плоским. В этом случае один или несколько поддерживающих элементов можно легко соединить с основанием и необязательно также с крышкой экранирующего элемента, предпочтительно одним из следующих способов.

В соответствии с первым способом по меньшей мере один поддерживающий элемент сначала соединяют с основанием и необязательно также с крышкой экранирующего элемента с помощью клея и затем по меньшей мере одному поддерживающему элементу и экранирующему элементу, соединенным таким образом, придают форму в соответствии с желаемой геометрией. Например, основанию экранирующего элемента, связанному с соответствующим поддерживающим элементом, может быть придана форма с U-образным поперечным сечением, при этом предпочтительно снабдить их отогнутыми вбок кромками путем продольного изгибания в нагретом состоянии основания и соответствующего поддерживающего элемента, соединенного с ним, в четырех местах.

После того как крышка снабжена парой отогнутых кромок, по меньшей мере один поддерживающий элемент, например в виде плоской пластины, сначала присоединяют к крышке, например, также в виде плоской пластины, а затем соединенные по меньшей мере один поддерживающий элемент и крышку, продольно изгибают в нагретом состоянии в двух местах.

В соответствии со вторым способом по меньшей мере один поддерживающий элемент изготавливают путем экструзии и соединяют с основанием экранирующего элемента и необязательно также с крышкой, при этом их изготавливают штамповкой. Соединение может быть осуществлено с помощью клея или с помощью множества крепежных средств, описываемых более детально ниже, размещаемых в продольном направлении на заданных расстояниях друг от друга.

В соответствии с третьим способом по меньшей мере один поддерживающий элемент и основание и крышку экранирующего элемента изготавливают штамповкой и затем соединяют с помощью клея или с помощью множества крепежных средств.

В соответствии с дополнительным способом основание экранирующего элемента содержит три листа, изготовленных экструзией, которые соединены, например, с помощью клея, с соответствующими стенками по существу U-образного поддерживающего элемента.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере один поддерживающий элемент содержит стенку, имеющую толщину, равную около 2-10 мм, и еще более предпочтительно, чтобы она была равна около 3-5 мм.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по меньшей мере один поддерживающий элемент выполнен из неэлектропроводного и неферромагнитного материала.

Предпочтительно, чтобы неэлектропроводный и неферромагнитный материал, из которого может быть выполнен по меньшей мере один поддерживающий элемент, был выбран из группы, состоящей из пластиковых материалов, цемента, терракоты, углеродных волокон, стекловолокна, древесины или других материалов, способных проявлять функцию поддержки и успешно обрабатываемых с помощью простых недорогих технологий.

Еще более предпочтительно, чтобы пластиковые материалы были выбраны из группы, состоящей из полиэтилена (PE), полиэтилена низкой плотности (LPDE), полиэтилена средней плотности (MPDE), полиэтилена высокой плотности (HPDE), линейного полиэтилена низкой плотности (LLPDE), полипропилена (PP), сополимеров этилена с пропиленом (EPM), тройных сополимеров этилена, пропилена и диена (EPDM), натурального каучука, бутилкаучука, сополимеров этилена и винила, например сополимера этилена и винилацетата (EVA), сополимеров этилена и акрилатов, например сополимера этилена и метилакрилата (EMA), сополимера этилена и этилакрилата (EEA), сополимера этилена и бутилакрилата (EBA), термопластических сополимеров этилена и α-олефинов, полистирола, сополимеров акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), галогенированных полимеров, например поливинилхлорида (PVC), полиуретана (PUR), полиамидов, ароматических полиэфиров, например полиэтилентерефталата (PET) и полибутилентерефталата (PBT).

В качестве альтернативы поддерживающий элемент может быть выполнен из ферромагнитного или металлического материала. Материалы такого типа, хотя и имеют небольшие магнитные потери, выгодны в части возможности штамповки, вследствие чего облегчается соединение поддерживающего элемента и экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы экранирующий элемент также содержал множество крепежных средств, например, в виде крюков, выполненных из пластиковых материалов.

Когда по меньшей мере один поддерживающий элемент является электропроводным или когда он же является неэлектропроводным, но не полностью покрывает участки основания и крышки, которые предполагается накладывать друг на друга, то предпочтительно, чтобы крепежные средства были выполнены из металла, чтобы гарантировалась электрическая непрерывность между основанием и крышкой.

Предпочтительно, чтобы крепежные средства были размещены в продольном направлении на заданных расстояниях для закрепления крышки на основании. Крепежные средства обеспечивают возможность повышения стабильности соединения между основанием и крышкой экранирующего элемента.

В качестве альтернативы крюкам могут быть использованы пластиковые или металлические зажимы или связующие шипы или другие крепежные средства, пригодные для этой цели.

Предпочтительно, чтобы крепежные средства были размещены парами и при этом чтобы каждая пара содержала крепежные элементы, расположенные по противоположным сторонам относительно продольной оси экранирующего элемента.

В соответствии с дальнейшим вариантом осуществления основание и крышка могут быть взаимно соединены, например посредством петли для упрощения работ по укладке и повышения точности соединения между двумя деталями.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления линии электропередачи изобретения крепежные средства распределены на множество пар, размещенных вдоль боковых поверхностей экранирующих элементов на заданных сопряженных расстояниях, предпочтительно составляющих от около 20 до около 100 см.

Согласно второму объекту настоящее изобретение относится к способу для экранирования магнитного поля, создаваемого линией электропередачи, содержащей по меньшей мере один электрический кабель, заключающийся в том, что:

обеспечивают по меньшей мере один экранирующий элемент, выполненный из по меньшей мере одного ферромагнитного материала, для экранирования магнитного поля, создаваемого по меньшей мере одним электрическим кабелем, при этом экранирующий элемент содержит основание и крышку,

соединяют по меньшей мере один поддерживающий элемент с по меньшей мере одним основанием,

укладывают по меньшей мере один электрический кабель в основание экранирующего элемента,

прикладывают крышку к основанию, чтобы по существу замкнуть экранирующий элемент.

Способ согласно изобретению обеспечивает возможность легкого и быстрого монтажа экранированной линии электропередачи, особенно в случае, когда линию помещают под землю. Таким образом, облегчается техническое обслуживание, которое может быть необходимо впоследствии.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа ферромагнитный материал выбирают из группы, состоящей из текстурированной кремнистой стали, нетекстурированной кремнистой стали, Permalloy® (пермаллой), Supermalloy® (супермаллой), и эти два последних сплава производятся Western Electric Company, Джорджия, США.

Когда ферромагнитный материал представляет собой материал с ориентированными зернами, предпочтительно, чтобы стадия образования экранирующего элемента включала в себя размещение стенок основания и крышки в соответствии с конфигурацией так, чтобы направление прокатки было по существу перпендикулярным к оси по меньшей мере одного кабеля.

Предпочтительно, чтобы стадия образования экранирующего элемента включала в себя размещение последовательно и с частичным наложением друг на друга в продольном направлении множества экранирующих модулей, содержащих соответствующие модульные основания и модульные крышки.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, экранирующие модули накладывают друг на друга в продольном направлении на участке, имеющем заданную длину, предпочтительно составляющую от 25 до 100% ширины экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы способ изобретения также содержал стадию смещения модульного основания относительно модульной крышки в продольном направлении на заданное расстояние в каждом из множества экранирующих модулей.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, чтобы образовать криволинейные секции, по меньшей мере два соседних экранирующих модуля укладывают вдоль различных направлений и затем соединяют с помощью соответствующего соединительного элемента, выполненного из ферромагнитного материала.

Когда число кабелей три, то предпочтительно, чтобы способ изобретения содержал стадию размещения таких кабелей в соответствии с трехлистной компоновкой, предпочтительно описанного выше замкнутого типа.

Предпочтительно, чтобы стадия прикладывания крышки к основанию экранирующего элемента содержала стадию наложения друг на друга соответствующих сторон основания и крышки на участке заданной длины в поперечном направлении.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения способ включает в себя стадию соединения по меньшей мере одного поддерживающего элемента с крышкой экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы стадия соединения по меньшей мере одного поддерживающего элемента с основанием и необязательно с крышкой экранирующего элемента включала в себя размещение поддерживающего элемента на радиально наружном участке относительно основания и необязательно также крышки.

В соответствии с альтернативным вариантом осуществления изобретения стадия соединения по меньшей мере одного поддерживающего элемента с основанием и необязательно также с крышкой экранирующего элемента включает в себя размещение поддерживающего элемента на радиально внутреннем участке относительно экранирующего элемента и необязательно основания.

В соответствии с дальнейшим альтернативным вариантом осуществления способа изобретения стадия соединения по меньшей мере одного поддерживающего элемента с основанием и необязательно также с крышкой экранирующего элемента включает в себя наложение друг на друга оснований и необязательно также крышек между парой соответствующих поддерживающих элементов.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения способ также содержит стадию помещения под землю линии электропередачи.

Предпочтительно, чтобы способ содержал дополнительную стадию размещения множества крепежных средств, предпочтительно в виде крюков, в продольном направлении на заданных расстояниях друг от друга, чтобы закреплять крышку на указанном основании.

Предпочтительно, чтобы стадия размещения крепежных средств включала в себя размещение крепежных средств парами, при этом каждая пара содержит крепежные элементы, размещенные на противоположных сторонах по отношению к продольной оси экранирующего элемента.

Предпочтительно, чтобы крюки были распределены на множество пар, расположенных вдоль боковых поверхностей экранирующего элемента на заданных сопряженных продольных расстояниях, составляющих от около 20 до около 100 см.

Краткое описание чертежей

Преимущества изобретения станут более очевидны из описания некоторых вариантов осуществления способа экранирования магнитного поля, создаваемого линией электропередачи согласно изобретению, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 - изображает общий вид линии электропередачи, экранированной в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения;

Фиг.2 - сечение линии электропередачи, показанной на фиг.1 согласно изобретению;

Фиг.3 - вид сверху двух криволинейных секций линии согласно изобретению;

Фиг.4 - сечение линии электропередачи согласно второму варианту осуществления изобретения;

Фиг.5 - сечение линии электропередачи согласно еще одному варианту осуществления изобретения;

Фиг.6 - вид сбоку с частичным разрезом линии электропередачи согласно изобретению;

Фиг.7 - увеличенный вид детали, отмеченной VII на фиг.6 согласно изобретению;

Фиг.8 - вид сверху (схематично) линии электропередачи согласно изобретению; и

Фиг.9-11 - диаграммы изменения магнитного поля для неэкранированной линии электропередачи экранированной линии электропередачи, без зазора между основанием и крышкой и с зазором согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

На фиг.1-3 показан первый предпочтительный вариант линии 1 электропередачи.

Линия 1 электропередачи предназначена для передачи трехфазного электрического тока высокого напряжения, например около 132 кВ, и способна пропускать токи вплоть до около 860 А. В частности, линия 1 электропередачи предназначена для эксплуатации при токе около 400 А. Линия 1 электропередачи особенно пригодна для помещения под землю.

Линия 1 электропередачи содержит три электрических кабеля 2, и экранирующий элемент 6, выполненный из ферромагнитного материала, например из текстурированной кремнистой стали М4Т27, в соответствии со стандартом AST. Такой материал имеет максимальное значение относительной магнитной проницаемости μ_max, равное около 40000, и содержание кремния около 3%.

В качестве альтернативы может быть использован любой материал, имеющий максимальное значение относительной магнитной проницаемости μ_max, составляющее от около 20000 до около 60000, например нетекстурированная кремнистая сталь, сплав Permalloy® (пермаллой) или сплав Supermalloy® (супермаллой), или аналогичные им.

Экранирующий элемент 6 размещают на радиально наружном участке относительно кабелей 2 таким образом, чтобы он окружал кабели 2 и ослаблял магнитное поле, создаваемое ими.

Кабели 2 предназначены для пропускания переменного тока частотой, обычно равной 50 или 60 Гц, и расположены, касаясь друг друга, в соответствии с трехлистной компоновкой замкнутого типа, которая является особенно выгодной в отношении снижения магнитного поля, создаваемого кабелями 2. В качестве альтернативы кабели 2 могут быть выровнены на дне экранирующего элемента 6, хотя при такой компоновке (не показана) может возрасти магнитное поле, создаваемое кабелями 2.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления каждый из кабелей 2 содержит, начиная от центра, провод 4, например эмалированный медный провод Милликена, и внешнюю структуру 5, для которой предпочтительно, чтобы она включала в себя внутренний полупроводниковый слой, слой полимерного изолятора, полученного экструзией, например образованный сшитым полиэтиленом (XLPE), внешний полупроводниковый слой, металлический экран и внешнюю оболочку (не показаны подробно). Провод Милликена может иметь, например, площадь поперечного сечения, равную около 1600 мм². Предпочтительно, чтобы общий наружный диаметр каждого кабеля 2 составлял от около 40 до около 160 мм, например был равен около 100 мм.

Трилистник из кабелей 2 может быть приподнят с помощью подходящих прокладок со дна экранирующего элемента 6 до положения, которое ближе к геометрическому центру такого элемента, и это положение является наиболее предпочтительным в отношении ослабления магнитного поля.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, экранирующий элемент 6 (фиг.1) содержит множество экранирующих модулей 12, расположенных последовательно и частично наложенных друг на друга в продольном направлении. Каждый экранирующий модуль 12 содержит модульное основание 10 и модульную крышку 11 и соединен с соответствующими по существу плоскими поддерживающими элементами 7.

В частности, экранирующие модули 12 взаимно наложены друг на друга в продольном направлении на участке заранее заданной длины, например равной по меньшей мере от 25% ширины экранирующего элемента 6.

Кроме того, в каждом из экранирующих элементов 12 модульное основание 10 и модульная крышка 11 расположены с взаимным смещением в продольном направлении на заданное расстояние, например равное 25% от ширины экранирующего элемента 6.

Каждое модульное основание 10 (фиг.1 и 2) и каждая модульная крышка 11 экранирующего элемента 6 содержат соответствующие края, взаимно наложенные друг на друга на участке заданной длины в поперечном направлении. В каждом экранирующем модуле 12 модульное основание 10 и модульная крышка 11 могут быть изготовлены из сложенных листов, которые исходно получаются из листов стали М4Т27, предварительно подвергнутых прокатке и термическим обработкам для получения ориентации зерен.

В частности, каждое модульное основание 10 содержит нижнюю стенку 10а и пару боковых стенок 10b, 10c, проходящих в направлении, по существу перпендикулярном к нижней стенке 10а.

Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, каждое модульное основание 10 дополнительно содержит пару отогнутых кромок 10d, 10e, вытянутых наружу в направлении, по существу перпендикулярном к концевым участкам боковых стенок 10b, 10c основания 10.

Стенки 10a, 10b и 10с каждого модульного основания 10 расположены таким образом, что соответствующее направление прокатки, которому подвергались стенки, по существу перпендикулярно к оси кабелей 2.

Каждая модульная крышка 11 является плоской и в предпочтительном варианте осуществления (фиг.2), по соображениям простоты конструкции выступает относительно отогнутых кромок 10d, 10e модульных оснований 10. В качестве альтернативы каждая модульная крышка 11 может заканчиваться заподлицо с отогнутыми кромками 10d, 10e модульного основания 10, поскольку связь между отогнутыми кромками 10d, 10e модульного основания 10 и модульной крышкой 11 осуществлена по ширине наложенных друга на друга боковых участков, которые влияют на ослабление магнитного поля, тогда как участок крышки 11, возможно выступающий относительно краев основания 10, не оказывает влияния на ослабление магнитного поля.

На фиг.4 показан альтернативный вариант осуществления изобретения, где элементы линии электропередачи, конструктивно или функционально эквивалентны элементам, представленным на фиг.1. Основание 10 содержит нижнюю стенку 10а и пару боковых стенок 10b, 10c, проходящих в направлении, по существу перпендикулярном к нижней стенке 10а, крышка 11 содержит основную стенку 11а и пару отогнутых кромок 11b, 11c, вытянутых в направлении, по существу перпендикулярном к основной стенке.

На фиг.3 показаны две криволинейные секции 1a, 1b линии 1 электропередачи, при этом каждая секция содержит пару соседних экранирующих модулей 12. Соседние экранирующие модули 12, принадлежащие к каждой из таких пар, проходят в различных направлениях. В частности, основания 10 имеют форму, согласно которой расположенные последовательно боковые поверхности оснований 10, принадлежащих к соседним экранирующим модулям 12, являются по существу параллельными, чтобы предельно сокращалось свободное пространство между соседними экранирующими модулями 12.

В таком случае экранирующий элемент 6 дополнительно содержит два соединительных элемента 13, выполненных из ферромагнитного материала, например из той же самой стали, предназначенных для соединения соответственно соседних экранирующих модулей 12 двух пар.

В каждом экранирующем модуле 12 находятся четыре поддерживающих элемента 7, по одному для каждой из вышеупомянутых стенок 10a, 10b, 10c основания 10 и для крышки 11.

В качестве альтернативы, вместо трех отдельных поддерживающих элементов 7 с основанием 10 может быть соединен интегральный поддерживающий элемент 7, изготовленный экструзией и способный одновременно поддерживать три стенки 10a, 10b и 10с.

Поддерживающие элементы 7 согласно предпочтительному варианту осуществления, размещены на радиально наружных участках относительно экранирующего элемента 6.

Однако в альтернативном варианте осуществления (не показан) поддерживающие элементы 7 могут быть размещены на радиально внутренних участках относительно экранирующего элемента 6. В соответствии с дальнейшим альтернативным вариантом осуществления (на фиг.5) в каждом экранирующем модуле 12 основание 10 экранирующего элемента 6 размещено между парой поддерживающих элементов 7.

В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг.6 и 7, экранирующий элемент 6 дополнительно содержит крепежные средства, например, в виде крюков 14, распределенных на множество пар, расположенных вдоль боковых поверхностей экранирующих элементов 6 на заданных продольных расстояниях друг от друга. Эти крепежные средства предназначены для крепления крышки 11 к основанию 10 каждого экранирующего модуля 12.

Применительно к указанному варианту осуществления линии электропередачи предпочтительный вариант реализации способа осуществляется следующим образом.

На первой стадии образуют экранирующий элемент 6, содержащий множество экранирующих модулей 12, выполненных из текстурированной кремнистой стали М4Т27.

На второй стадии стенки 10a, 10b и 10c основания 10 и крышку 11 каждого экранирующего модуля 12 соединяют с соответствующими поддерживающими элементами 7, позднее размещаемыми на радиально наружных местах относительно экранирующего модуля 12. Такое соединение осуществляют заранее, например, путем склеивания.

Каждому модульному основанию 10 придают форму в соответствии с U-образным поперечным сечением, создавая боковые отогнутые кромки 10d, 10e, предпочтительно изгибая в горячем состоянии в продольном направлении основание 10, а соответствующие три поддерживающих элемента 7 присоединяют к нему в четырех местах.

Затем модульные основания 10 экранирующих элементов 12, таким образом, присоединенные к соответствующим поддерживающим элементам 7, помещают в траншею и частично накладывают друг на друга в продольном направлении.

Предпочтительно, чтобы стенки 10a, 10b и 10c основания 10 были расположены в соответствии с такой конфигурации, при которой после укладки кабелей в основание 10, поясняемой более подробно ниже, направление прокатки стенок было бы по существу перпендикулярным к оси кабелей 2.

После закрепления кабелей 2 в желаемой трехлистной компоновке замкнутого типа электрические кабели 2 укладывают в таким образом собранные модульные основания 10 экранирующего элемента 6.

Предпочтительно после укладки электрических кабелей 2 в основания 10 дополнительно осуществляют введение в основания 10 наполнителя, например цемента (не показан).

Затем в каждом экранирующем модуле 12 крышку 11, соединенную с соответствующим поддерживающим элементом 7, прикладывают к основанию 10 с наложением друг на друга соответствующих краев основания и крышки 11, чтобы по существу замкнуть экранирующий элемент 6.

В частности, в каждом экранирующем модуле 12 крышку 11 смещают относительно основания 10 в продольном направлении на заданное расстояние.

Что касается двух криволинейных секций 1a, 1b (фиг.3), то применительно к двум парам соседних экранирующих модулей 12 они могут быть изготовлены путем удлинения в различных направлениях соседних модулей 12, принадлежащих каждой паре, и путем соединения посредством соответствующего соединительного элемента 13.

Наконец, крюки 14 размещают в продольном направлении в виде множества пар, расположенных вдоль боковых поверхностей экранирующего элемента 6, на заданных продольных расстояниях друг от друга, чтобы закрепить крышки 11 на соответствующих основаниях 10.

На фиг.8 показан следующий вариант осуществления изобретения. В частности, линия 1 электропередачи (фиг.8), содержит соединительный участок 3 кабелей. Соединительный участок 3 линии 1 содержит три кабеля 2, соединенных с таким же числом кабелей 2', посредством соответствующих соединений 8. Множество экранирующих модулей 12', выполненных, например, из текстурированной кремнистой стали, имеющих в продольном сечении форму усеченного конуса и взаимно наложенных друг на друга в продольном направлении, размещено на соединительном участке 3 линии 1, который шире по размеру, чем другие участки линии 1. Экранирующие модули 12' шире, чем экранирующие модули 12, размещенные на других участках линии 1, при этом предпочтительно, чтобы модули 12 также были выполнены из текстурированной кремнистой стали.

Благодаря такому размеру можно успешно экранировать те участки линии, которые шире по размеру, и в то же время благодаря модульной конфигурации обеспечить возможность облегчения работ по транспортировке и укладке линии.

С учетом эффекта ослабления магнитного поля, обеспечиваемого экранирующими модулями 12 и 12', возможное наложение друг на друга слоев экранирующего материала в каждом модуле 12, 12' не будет создавать значительных эффектов в отношении уменьшения магнитного поля. Поэтому предпочтительно, чтобы в области наложения друг на друга соседних экранирующих модулей ферромагнитный материал имелся только на одном из двух модулей, а не на обоих модулях, при этом выгодно снижается расход ферромагнитного материала.

Пример 1 (заявленное изобретение)

Была изготовлена линия электропередачи, содержащая три электрических кабеля на 150 кВ, имеющих сечение около 1000 мм² и диаметр около 92 мм, размещенных в соответствии с трехлистной компоновкой замкнутого типа, и экранирующий элемент, содержащий 5 модулей, при этом каждый из указанных модулей содержит модульное основание и модульную крышку.

Экранирующий элемент был выполнен из текстурированной кремнистой стали, исходно из полосы, имеющей ширину 470 мм и толщину 0,27 мм.

В частности, была использована сталь М4Т27 в соответствии со стандартом AST. Для каждого модуля стальную полосу разрезали на прямоугольные листы (460 × 690 мм) и затем складывали посредством ручного гибочного устройства, чтобы образовать модульное основание, содержащее по существу плоскую нижнюю стенку шириной 190 мм, пару по существу плоских боковых стенок длиной 200 мм, проходящих в направлении, по существу перпендикулярном к нижней стенке, и пару, по существу, плоских отогнутых кромок шириной 50 мм, вытянутых наружу в направлении, по существу перпендикулярном к концевым участкам боковых стенок модульного основания.

Углы между модульным основанием и боковыми стенками не скашивались (острые углы).

Стенки модульного основания были образованы с такой конфигурацией, что после того как кабели были уложены в модульное основание, как это будет пояснено ниже, направление прокатки стенок модульного основания было перпендикулярным к оси кабелей.

Затем, чтобы образовать модульные крышки, были вырезаны прямоугольные листы размером 470 × 450 мм.

Для защиты стали от коррозии модульные основания и крышки были окрашены слоем эпоксидной краски, имеющим толщину около 100 мкм, который способен защитить сталь в течение длительного периода эксплуатации.

Использовали 20 листов вспененного полиэфира толщиной 40 мм, который легко и недорого обрабатывать, чтобы образовать такое же число поддерживающих элементов.

Модульные основания и крышки были присоединены к соответствующим поддерживающим элементам, образованным таким образом, путем приклеивания последних к основаниям и к крышкам.

Модульные основания, присоединенные к соответствующим поддерживающим элементам и наложенные друг на друга в продольном направлении на участке длиной около 50 мм, были помещены в траншею на глубину 1,4 м.

Затем после закрепления кабелей в желаемой трехлистной компоновке замкнутого типа три кабеля были уложены в модульные основания, собранные таким образом, при этом прокладки, выполненные из вспененного полиэфира, были введены между модульными основаниями и кабелями.

Что касается каждого экранирующего элемента, то после этого модульные крышки, соединенные с соответствующими поддерживающими элементами, были приложены к вышеупомянутым модульным основаниям при смещении модульной крышки на 50 мм относительно соответствующего модульного основания, чтобы по существу замкнуть экранирующий элемент и таким путем повысить эффективность экранирования. С этой же целью крышки также были взаимно наложены друг на друга на участке 50 мм в продольном направлении.

Чтобы имитировать дефектное соединение, которое может произойти из-за дефектов в основаниях и/или крышках (которые могут не быть совершенно плоскими) или вследствие попадания грунта между отогнутыми кромками оснований и крышками, был умышленно оставлен зазор около 3 мм между отогнутыми кромками оснований и крышками.

Наконец, вдоль боковых поверхностей экранирующего элемента, собранного таким образом, 8 пластиковых крюков (4 для каждой боковой поверхности) были размещены в продольном направлении на участках, где основания и крышки были наложены друг на друга, и 6 крюков (3 для каждой боковой поверхности) были размещены в продольном направлении на других участках, чтобы гарантировать механическую прочность между основанием и крышкой порядка около 1-10 кг на каждый метр экранирующего элемента.

Таким образом, был изготовлен экранирующий элемент шириной 190 мм и высотой 200 м для размещения трех кабелей.

Линия электропередачи, изготовленная таким способом, была длиной 6 м.

Набор грузов был помещен поверх крышек, чтобы имитировать эффект механического раздавливания, создаваемого при обычных рабочих условиях линии слоем грунта, находящегося поверх линии.

С одной стороны кабели были подключены к электростанции, способной подводить симметричный трехфазный ток до 1000 А, а с другой стороны кабели были накоротко замкнуты друг с другом. По кабелям циркулировал симметричный трехфазный электрический ток с повышенной силой до 800 А.

Пример 2 (для сравнение)

Была изготовлена неэкранированная линия электропередачи, содержащая три электрических кабеля, размещенных в соответствии с трехлистной компоновкой, уложенных в траншею глубиной 1,4 м, имеющих те же самые конструктивные характеристики и подвергающихся воздействию тех же самых рабочих условий, что и кабели экранированной линии, описанной в примере 1.

Пример 3 (заявленное изобретение)

Была изготовлена линия электропередачи, описанная в примере 1, за исключением того, что крышки были размещены с ориентированием оси зерен в направлении, параллельном оси кабелей.

Пример 4 (заявленное изобретение)

Была изготовлена линия электропередачи, описанная в примере 1, за исключением того, что основание имело U-образное поперечное сечение со скошенными углами, ограниченными между нижней стенкой и боковыми стенками. В частности, углы были скошены в соответствии с радиусом закругления, равным половине наружного диаметра кабелей, чтобы предотвратить ухудшение магнитных характеристик ферромагнитного материала (ухудшение наблюдается в результате изгиба на небольшом расстоянии, придающее основанию острые углы).

Экспериментальные измерения

Максимальное значение B_max магнитного поля, создаваемого на уровне грунта линией электропередачи из примеров 1-4, измерялось в соответствии со способом измерений (описан в публикации международной заявки WO 03/003382 на патент), заключающемся в позиционировании измерительного датчика на уровне грунта (то есть на расстоянии 1,4 м от линии), измерении радиальной и круговой составляющих магнитной индукции и, наконец, вычислении модуля максимального значения магнитной индукции, исходящей от таких элементов. Такой способ измерений был осуществлен с помощью измерительного устройства, содержавшего измерительный датчик, который был выполнен подвижным в горизонтальном и вертикальном направлениях, чтобы его можно было расположить на заданном расстоянии от линии, т.е. на уровне грунта.

Результаты выполненных измерений показаны на фиг.9, 10 и 11.

На фигуре 9 представлена диаграмма, иллюстрирующая экспериментальные результаты измерений магнитного поля, выполненных для неэкранированной линии электропередачи из примера 2, работавшей при токе 400 А. На основании экспериментальных результатов измерений было выявлено, что максимальное значение B_max магнитного поля на уровне грунта без защиты экранированием, как в примере 2, равно 5,04 мкТл.

На фиг.10 представлена диаграмма, иллюстрирующая тенденцию магнитного поля, измеренного на уровне грунта, в зависимости от тока, циркулирующего по кабелям экранированной линии электропередачи из примера 1. На основании экспериментальных результатов измерений было выявлено, что максимальное значение B_max магнитного поля на уровне грунта при наличии экранирования согласно изобретению, описанного в примере 1, при циркуляции симметричного трехфазного тока, имеющего силу в кабелях, равную 400 А, равно 0,20 мкТл.

Следовательно, в случае ослабления магнитное поле экранированной линии согласно настоящему изобретению приблизительно в 25 раз ниже по сравнению с магнитным полем, создаваемым аналогичной неэкранированной линией.

Кроме того, значение магнитного поля возрастает (фиг.10) более быстро при токах выше 400 А, поскольку сталь М4Т27, использованная при экспериментальных исследованиях, оптимизирована для тока 400 А, и выше этого значения магнитная проницаемость ее ниже, чем максимальная магнитная проницаемость.

На фиг.11 представлена диаграмма, иллюстрирующая тенденцию в изменении значения магнитного поля, создаваемого кабелями в линии электропередачи, экранированной в соответствии с примером 1, в зависимости от зазора, умышленно оставленного между отогнутыми кромками оснований и крышками. По мере увеличения зазора между отогнутыми кромками оснований и крышками происходит возрастание магнитного поля, в значительной мере ограниченное благодаря конструкции экранирующего элемента изобретения.

В примере 3, то есть в случае крышек, размещенных так, что ось зерен ориентирована параллельно направлению оси кабелей, магнитное поле на уровне грунта при токе 400 А было равно 0,6 мкТл, то есть приблизительно в три раза выше, чем магнитное поле, полученное при крышках, имеющих зерна, ориентированные перпендикулярно к оси кабелей.

Кроме того, результаты выполненных измерений служат доказательством того, что при всех прочих равных условиях в случае линии из примера 4 магнитное поле на уровне грунта на 25% выше, чем магнитное поле, обнаруживаемое в случае линии из примера 1, содержащей основание, имеющее острые углы. Иначе говоря, увеличение протяженности поверхности изгиба вследствие скашивания вышеупомянутых углов оказывает отрицательный эффект, имеющий большее значение для ослабления магнитного поля по сравнению со значением, получаемым с ухудшением характеристик материала вследствие изгиба на небольшом расстоянии, дающего основание, имеющее острые углы.

Линия (1) электропередачи содержит по меньшей мере один электрический кабель (2) и по меньшей мере один экранирующий элемент (6), выполненный из ферромагнитного материала и размещенный на радиально наружном участке относительно по меньшей мере одного кабеля (2). Экранирующий элемент (6) содержит основание (10) и крышку (11). Линия (1) также содержит поддерживающий элемент (7), соединенный по меньшей мере с основанием (10) экранирующего элемента (6). В частности, ферромагнитный материал экранирующего элемента (6) выбран из группы, состоящей из текстурированной кремнистой стали, при этом предпочтительно, чтобы она имела содержание кремния от около 1% до около 5%, а также нетекстурированную кремнистую сталь, пермаллой, супермаллой. Изобретение позволяет облегчить эксплуатацию экранирующего элемента и обеспечивает эффективное ослабление магнитного поля. 2 н. и 39 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Линия (1) электропередачи, содержащая

по меньшей мере один электрический кабель (2),

по меньшей мере один экранирующий элемент (6), выполненный из по меньшей мере одного ферромагнитного материала, размещенный на радиально наружном участке относительно по меньшей мере одного кабеля (2), для экранирования магнитного поля, создаваемого кабелем (2), при этом по меньшей мере один экранирующий элемент (6) содержит основание (10) и крышку (11),

при этом указанные основание (10) и крышка (11) содержат соответствующие края, наложенные друг на друга на участке заданной длины в поперечном направлении,

по меньшей мере один поддерживающий элемент (7), соединенный с по меньшей мере одним основанием (10) экранирующего элемента (6).

используют по меньшей мере один экранирующий элемент (6), выполненный по меньшей мере из одного ферромагнитного материала, для экранирования магнитного поля, создаваемого по меньшей мере одним электрическим кабелем (2), при этом по меньшей мере один экранирующий элемент (6) содержит основание (10) и крышку (11), причем основание (10) и крышка (11) содержат соответствующие края, наложенные друг на друга на участке заданной длины в поперечном направлении,

соединяют по меньшей мере один поддерживающий элемент (7) с по меньшей мере одним основанием (10),

укладывают по меньшей мере один электрический кабель (2) в основание (10) экранирующего элемента (6),

прикладывают крышку (11) к основанию (10) с тем, чтобы по существу замкнуть экранирующий элемент (6).