Способ формирования антиобледенительного покрытия на неизолированном проводе воздушной линии электропередачи Российский патент 2017 года по МПК H02G7/16 

Область техники

Изобретение относится к средствам борьбы с гололедообразованиями и может найти применение на воздушных линиях электропередачи (ВЛ) различного напряжения, трассы которых проходят в гололедоопасных климатических районах.

Уровень техники

Известен способ, по которому антиобледенительное покрытие токонесущего провода формируют из слоя диэлектрического, ферромагнитного или полупроводникового материала, нагревающегося под действием высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого между проводом и проводящей оболочкой, нанесенной на указанный слой [WO 00/52966, опубл. 08.09.2000 г.].

Недостаток этого способа состоит в том, что указанное покрытие и проводящая оболочка наносятся в процессе изготовления провода, поэтому для антигололедной защиты существующей ВЛ требуется замена ее проводов.

В качестве прототипа выбрано решение, описанное в статье, доступной по электронному адресу:

[http://iwais.compusult.net/html/IWAIS_Proceedings/IWAIS_2011/Papers/P2_07_91.pdf]/

Согласно прототипу антиобледенительное покрытие изготавливают в виде ферромагнитной ленты или проволоки, которую спирально накручивают на электрический провод ВЛ. Покрытие нагревается под действием электромагнитного поля промышленной частоты, создаваемого протекающим по ВЛ током нагрузки, препятствуя образованию гололедных отложений.

Недостаток решения-прототипа - высокая стоимость нанесения покрытия, препятствующая широкому применению. Это решение применяется в Канаде и Японии лишь на наиболее социально важных участках линии электропередачи. Кроме того, противогололедная защита по решению-прототипу недостаточно эффективна для гололедных отложений большой толщины, характерных для многих климатических районов России.

Сущность изобретения

Предметом изобретения является способ формирования антиобледенительного покрытия на неизолированном проводе воздушной линии электропередачи, заключающийся в том, что покрытие формируют из двух слоев, при этом на провод наносят ферромагнитный слой толщиной 2-4 мм, а затем на указанный ферромагнитный слой наносят теплопроводящий гидрофобный слой толщиной 0,1-0,2 мм.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что:

- покрытие выполняют не в виде спиралей из ленты или проволоки, а непосредственно наносят на поверхность провода ВЛ;

- нанесение покрытия осуществляют в два слоя: первый слой, имеющий ферромагнитные свойства, наносят непосредственно на провод, а второй слой, имеющий хорошую теплопроводность и гидрофобные свойства, наносят поверх первого слоя, при этом толщина первого слоя составляет 2-4 мм, толщина второго слоя составляет 0,1-0,2 мм.

Это позволяет снизить стоимость и соответственно расширить область применения противогололедной защиты без потери ее эффективности.

Изобретение имеет развитие, характеризующее частный случай его осуществления, которое состоит в том, что:

- ферромагнитный и гидрофобный слои наносят безвакуумным плазменным напылением с введением микро- или нанопорошков в сверхзвуковую струю газа.

Осуществление изобретения с учетом его развития

На поверхность неизолированного фазного провода ВЛ наносят антиобледенительное покрытие из материала, обладающего ферромагнитными свойствами при температуре гололедообразования.

Антиоблединительное покрытие формируют из двух слоев.

Первый, близкий к поверхности алюминевого провода слой из ферромагнитного материала имеет толщину 2-4 мм и состоит, например, из железа и никеля с добавлением марганца и алюминия. Основная функция этого ферромагнитного слоя - нагрев провода ВЛ при протекании по нему переменного тока.

Второй слой толщиной 0,1-0,2 мм состоит из теплопроводяшего антикоррозийного материала и имеет поверхность более гладкую, чем поверхность первого слоя, что создает гидрофобный эффект.

Первый слой наносят безвакуумным плазменным напылением с введением микро- или нанопорошков металлов в сверхзвуковую струю газа. Это обеспечивает хорошую адгезию и хороший тепловой контакт с проводом ВЛ. Материал второго слоя может быть выполнен на основе полимерной матрицы с цинковым наполнителем и наносится поверх первого слоя также путем безвакуумного плазменного напыления.

Под действием переменного магнитного поля, создаваемого током промышленной частоты, протекающим в проводе, происходит перемагничивание первого ферромагнитного слоя и в нем наводятся вихревые токи. Оба процесса сопровождаются нагревом первого слоя за счет тепловых потерь. Второй слой с гидрофобными свойствами способствует стеканию капель воды, образующихся при таянии гололедно-изморозевых отложений, что снижает требования к температуре и длительности нагрева первого слоя.

Пример осуществления и экспериментальная проверка заявляемого изобретения

На поверхности образцов неизолированного провода типа АС 120/19 длиной 1 м был нанесен слой ферромагнитного покрытия. Толщина слоя варьировалась на образцах в пределах 2-4 мм. Нанесение выполнено при атмосферном давлении безвакуумным плазменным напылением с введением микро- или нанопорошков металлов в сверхзвуковую струю газа.

В сверхзвуковую струю газа, находящегося в состоянии плазмы, направленную на поверхность образца провода, вводилась смесь микро- или нанопорошков железа (50%), никеля (40%), марганца (6%) и алюминия (4%).

Твердые частицы металлических порошков, движущиеся со сверхзвуковой скоростью, при соударении с поверхностью провода прочно закрепляются на ней, образуя первый ферромагнитный слой.

Затем в ту же сверхзвуковую струю плазмы вводились микрочастицы цинка в полимерной матрице, которые, осаждаясь на ферромагнитном слое, образовали второй слой покрытия, обладающий гидрофобными свойствами. Толщина этого покрытия варьировалась на образцах в пределах 0,1-0,2 мм,

Антигололедная эффективность покрытия проверялась следующим образом. Образцы провода с двухслойным покрытием и без покрытия помещались в климатическую камеру и подключались к источнику переменного тока промышленной частоты. Температура и влажность, поддерживаемые в климатической камере, обеспечивали образование гололедно-изморозевых отложений на испытываемых образцах провода. Для этого температура камеры поддерживалась в пределах -2…-15°С, образцы периодически опрыскивались переохлажденными каплями воды.

В испытываемых образцах обеспечивалось протекание переменного тока плотностью 0,6-1,1 А/мм².

Антигололедная эффективность оценивалась после выдержки в 1 час по отношению веса намороженного льда на проводе с покрытием к весу намороженного льда на проводе без покрытия. В серии проведенных экспериментов это отношение составляло от 0 до 0,3, что подтверждает работоспособность и эффективность предлагаемого способа формирования антиобледенительного покрытия.

Возможность расширения области применения антигололедной защиты по предлагаемому способу по сравнению с прототипом подтверждается предварительной оценкой стоимости антигололедной защиты в расчете на 1 км провода ВЛ. Защита по предлагаемому способу в 5-10 раз дешевле, чем по способу прототипа.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат – повышение эффективности и расширение области применения противогололедной защиты. Согласно способу покрытие на неизолированном проводе формируют из двух слоев, при этом на провод наносят ферромагнитный слой толщиной 2-4 мм, а затем на указанный ферромагнитный слой наносят теплопроводящий гидрофобный слой покрытия толщиной 0,1-0,2 мм. Ферромагнитный и гидрофобный слои наносят безвакуумным плазменным напылением с введением микро- или нанопорошков в сверхзвуковую струю газа. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ формирования антиобледенительного покрытия на неизолированном проводе воздушной линии электропередачи, заключающийся в том, что покрытие формируют из двух слоев, при этом на провод наносят ферромагнитный слой толщиной 2-4 мм, а затем на указанный ферромагнитный слой наносят теплопроводящий гидрофобный слой толщиной 0,1-0,2 мм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ферромагнитный и гидрофобный слои наносят безвакуумным плазменным напылением с введением микро- или нанопорошков в сверхзвуковую струю газа.