УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБРОСА ГОЛОЛЕДНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ С ПРОВОДОВ Российский патент 2014 года по МПК H02G7/16 

Изобретение относится к области электроэнергетики может быть использовано для механического удаления гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи.

Известно устройство для механического сброса гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи, содержащее ударный элемент, выполненный в виде элемента с памятью формы, концы которого с помощью специальных электрических и механических схем соединены с грозозащитными тросами и проводами / см. а.с. СССР №811382, кл. Н02G 7/16, 1978 [1]/.

Недостатками данного устройства является значительная сложность конструкции и ограниченные области применения вследствие необходимости использования физических элементов со специальными свойствами, задействования грозозащитных тросов, траверс, гирлянд изоляторов, разъемных скоб, дополнительные затраты электроэнергии на запитку грозозащитных тросов, невозможность автоматического включения устройства для предотвращения возникновения гололеда.

Известно также устройство для сброса гололедных отложений путем импульсного встряхивания проводов, содержащее термокомпенсаторы из материала с эффектом памяти, механизм токовой защиты линии, короткозамыкатель и т.п. /см. а.с. СССР №1415309, кл. H02G 7/16, 1986 [2]/.

Недостатками данного устройства является серьезное усложнение конструкции, необходимость применения элементов со специальными физическими свойствами, отсутствие возможности автоматического включения при возникновении гололеда, дополнительные затраты электроэнергии.

Наиболее близким устройством к предлагаемому по совокупности существенных признаков является устройство для сброса гололедных отложений с проводов линии электропередачи, содержащее ударный пружинный элемент в виде взаимодействующего с проводом молотка с помощью кинематических упругого, зубчатого и храпового механизмов /см. а.с. СССР №252438, кл. H02G 7/16, 1967 [3]/, и принятое за прототип.

Недостатками устройства-прототипа является значительная сложность конструкции, ограниченные типом воздушной лини области ее применения и нормального функционирования при отклонении от нормального положения.

Сущность изобретения заключается в создании устройства для механического сброса гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи, имеющего предельно простую конструкцию, работающего автоматически и непрерывно в виброударном режиме со смещением вдоль проводов в пределах пролета за счет взаимодействия с протекающим по проводу током, и обеспечивающего эффектное удаление гололедных отложений с провода уже на стадии их образования.

Технический результат - упрощение конструкции устройства, повышение его эффективности и расширение областей применения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для сброса гололедных отложение с проводов воздушных линий электропередачи, содержащем установленные на проводе ударные элементы, особенность заключается в том, что каждый ударный элемент выполнен в виде свободно надетой на провод цилиндрической втулки из упругого ферромагнитного материала типа магнитомягкой резины, имеющей с обоих краев конические, расширяющиеся наружу раструбы с продольными прорезями по образующим, разделяющими раструбы на отдельные лепестки, характеризующиеся собственной частотой изгибных колебание относительно места их консольного крепления к торцу втулки, примерно совпадающей с частотой переменного тока в проводах.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично показано предлагаемое устройства на общем виде с вырезом.

Устройство для механического сброса гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи содержит установленные на проводе ударные элементы. При этом каждый из ударных элементов выполнен в виде свободно с радиальным зазором надетой на провод 1 цилиндрической втулки 2 из упругого ферромагнитного материала типа магнитомягкой резины, имеющей с обоих краев конические, расширяющиеся наружу раструбы с продольными прорезями 3 по образующим, разделяющими раструбы на отдельные лепестки 4, характеризующиеся собственной частой изгибных колебаний относительно места их консольного крепления к торцу втулки 2, примерно совпадающей с частотой переменного тока в проводах 1. В качестве магнитомягкой резины использована резина на основе каучука СКИ-3 с ферритовым наполнителем Ф1 в виде ферритового порошка /никельцинковый наполнитель типа 600НН/.

Вулканизацию смеси полученной таким образом магнитомягкой резины осуществляют в прессе в соответствии с установленным оптимумом режима оптимизации. Для обеспечения наилучших магнитных свойств /магнитная проницаемость µ=10-15/ при сохранении высокого предела прочности при растяжении /σ=10-12 МПа/ и достаточной эластичности /упругий отскок порядка 30-50%/ следует вводить ферритовый порошок данного типа в количестве 90 вес.%, что соответствует 64 объема % /см., например, А.Г. Алексеев, А.Е. Корнев «Эластичные магнитные материалы», М., «Химия», 1976, стр.115-137 [4]/. Кроме того эксплуатационные характеристики магнитомягих резин практически стабильны в диапазоне температуры от -40°C до +130°C. Например, для марки проводов воздушной линии электропередачи АС-50 диаметр 10,7 мм геометрические параметры предлагаемого устройства выбраны следующими: длина цилиндрической части втулки 12 см, наружный диаметр втулки 30 мм, длина каждого из торцевых раструбов вдоль оси втулки примерно 3,5-4 см, максимальный диаметр раструба 50 мм, примерное число лепестков на каждой раструбе 8-10, максимальная ширина лепестка 15,5-19,5 мм, длина лепестка 4-4,5 см, толщина лепестка 4-6 мм.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Втулка 2 свободно с радиальным зазором надета на провод 1 с возможностью смещения вдоль провода 1. По проводу 1 протекает переменный ток значительной амплитуды 150-300 А, такие токи создают вокруг провода 1 круговые переменное электромагнитное поле с индукцией Br порядка 0,8-1,2 Тл. Естественно, что максимальная плотность кольцевых силовых линий поля непосредственно вблизи поверхности провода. Очевидно, что лепестки 4 конических раструбов, выполненные из магнитомягкой резины, будут стремиться изогнуться относительно места их консольного крепления к торцу втулки 2 вплотную прижаться к наружной поверхности провода 1, что обеспечивает минимальное магнитное сопротивление замыкающимся силовым линиям электромагнитного поля провода 1. Такие изгибы будут происходить с частотой изменения магнитного поля, то есть с частотой переменного тока, протекающего по проводу 1. Такие периодические изгибы-прижатия лепестков 4 к приводу 1 за счет сил электромагнитного взаимодействия и обратно восстановления за счет сил упругости - будут сопровождаться ударами лепестков 4 о поверхность провода 1 /возникновение динамических виброударных режимов/, автоматически и не прерывно сбивающими гололедные отложения на проводах 1 непосредственно на стадии их образования. Для максимальной эффективности ударов необходимо обеспечить динамический виброударный резонансный режим, а именно - чтобы собственная частота изгибных колебаний каждого лепестка 4 примерно совпадала с частотой переменного тока в проводе. Так как частота тока известна /обычно это промышленная частота f=50Гц/, то такое совпадение достигается выполнением лепестков 4 с необходимыми геометрическими параметрами /см. далее пример расчета/. Одновременно протекание ассиметричных виброударных режимов с обеих сторон втулки 2 обеспечивает ее непрерывные хаотичные смещения вдоль провода 1 /закон сохранения центра масс системы/. Следует специально отметить, что виброударные режимы - это ярко выраженный нелинейный процесс, и малейшее отличие условий этого процесса по разные стороны втулки 2 - в геометрических параметрах лепестков 4, зазоре между проводом 1 и лепестками, горизонтальности провода и т.п. - обуславливается постоянное возникновение при ударных довольно значительной переменной по направлению осевой составляющей силы вдоль провода 1. Эта составляющая будет вызывать постоянные осевые смещения ударного элемента вдоль провода. Однако, главной причиной таких смещений является парусные свойства конических раструбов, образованных лепестками 4, их взаимодействие с обеих краев втулки 2 с малейшими составляющими ветровой нагрузки, действующими вдоль провода 1 в ту или иную сторону. В результате таких хаотичных смещений ударного элемента вдоль провода одновременно с удалением гололедных отложений за счет ударного эффекта будет происходить и сдвиговые снятия, соскабливание, что резко увеличит эффективность воздействий. Предлагаемое устройство имеет предельно простую конструкцию, эффективно, универсально, то есть может найти применение практически для любых воздушных линий электропередачи независимо от условий их эксплуатации.

Приведен пример практической реализации предлагаемого устройства. При расчете используем /Справочник конструктора РЭА под ред. Р.Г. Варламова, M., «Советское радио», 1980 [5]/. Частично геометрические и конструктивно-технрологические параметры упругих элементов /лепестков 4/, используемые в расчете, были приведены выше. Рассматриваем каждый лепесток 4 как консольно закрепленную пластину с распределенной массовой нагрузкой /см. [5], с.388. Низшая собственная частота изгибныхколебаний такой пластины определяется по формуле ; , где K_α - коэффициент, зависящий от формы крепления пластины. На стр.391 [5] для консоли K_α=3,52a/b, где а=4 см - длина лепестка, b=2 см - ширина лепестка, K_α=7,04. D=0,09E, h³ - жесткость лепестка, h=5 мм - -толщина лепестка, Е=3·10⁶ Па - модуль упругости резины D=0,034. Распределенная по площади масса m''=G/(abq), где G - вес лепестка, q - ускорение свободного падения, G=ρqV, ρ - плотность резины ρ=1200 кг/м³, V=abh - объем пластины, V=40·10^-7 м³, G=0,048H, m=4,8г - масса лепестков, m''=6,11кг/м².

Вычисляем U₀=50Гц. Таким образом, при выбранных геометрических и конструктивно-технических параметрах собственная частота U₀ изгибных колебаний упругого лепестка примерно совпадает с промышленной частотой переменного тока f=50Гц в линиях электропередачи.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат -повышение эффективности при упрощении конструкции. Устройство содержит установленные на проводе ударные элементы, при этом каждый из них выполнен в виде свободно надетой на провод (1) цилиндрической втулки (2) из крупного ферромагнитного материала типа магнитомягкой резины, имеющей с обоих краев конические раструбы с продольными прорезями (3) по образующим, разделяющим раструбы на отдельные лепестки (4), характеризующиеся собственной частотой изгибных колебаний относительно места их консольного крепления к торцу втулки, примерно совпадающей с частотой переменного тока в проводах. 1 ил.

Устройство для сброса гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи, содержащее установленные на проводе ударные элементы, отличающееся тем, что каждый из ударных элементов выполнен в виде свободно надетой на провод цилиндрической втулки из упругого ферромагнитного материала типа магнитомягкой резины, имеющей с обоих краев конические, расширяющиеся наружу раструбы с продольными прорезями по образующим, разделяющими раструбы на отдельные лепестки, характеризующиеся собственной частотой изгибных колебаний относительно места их консольного крепления к торцу втулки, примерно совпадающей с частотой переменного тока в проводах.