Способ удаления гололеда с проводов контактной сети железнодорожного и трамвайного транспорта посредством СВЧ электромагнитного излучения антенной решетки Российский патент 2018 года по МПК H02G7/16 

Одним из природных явлений, которое негативно влияет на функционирование техногенных систем, является образование слоя льда на металлических объектах при замораживании холодных капель дождя или тумана. Такое обледенение, называемое гололедом, происходит при определенных метеорологических условиях - температуре окружающего воздуха от 0 до -5°C и высокой влажности.

Гололед представляет особую опасность для промышленных объектов, наиболее важным элементом которых является открытые металлические провода большой длины. К таким объектам помимо высоковольтных линий передачи электрической энергии относится контактно-электрическая сеть железнодорожного и трамвайного транспорта.

В таких транспортных средствах в результате обледенения резко увеличивается контактное сопротивление между графитовым токоприемником пантографа и проводом, по которому подается ток, в результате чего возникают мощные дуговые разряды, приводящие к обжиганию проводов и повреждению дорогостоящих графитовых токоприемников. Подобные явления возникают даже при образовании на проводах тонкого ледяного слоя в виде инея. Другим следствием гололеда является увеличение массы проводов, что приводит к их провисанию, раскачиванию и даже к обрыву.

Для очистки от обледенения провода контактной сети применяют механические, электрические и химические способы (см., например, Порцелан А.А., Павлов И.В., Неганов А.А. Борьба с гололедом на электрифицированных железных дорогах. – М.: Транспорт, 1970). Известные способы не позволяют, однако, полностью справиться с проблемой нейтрализации вредного воздействия гололеда на контактную сеть и не обеспечивают быстрое устранение гололедной пленки, препятствующей нормальному движению транспортных средств.

Обратимся к описанию предлагаемого способа борьбы с гололедом с помощью СВЧ электромагнитных волн, свободного от недостатков известных методов. Согласно предлагаемому способу на специальной платформе, размещаемой на крыше локомотива или трамвая, устанавливается группа излучателей направленного типа - рупорные антенны прямоугольного или круглого типа (фиг. 1), к которым подводится СВЧ-сигнал от магнетронов частотой 2450 МГц. (Данная частота в России и других странах разрешена к применению для промышленных целей.) Сами магнетроны с блоками питания размещаются в приборном отсеке. Группа из N излучателей образует антенную решетку (фиг. 2), создающую над движущимся локомотивом или трамваем электромагнитное поле, плавящее гололед на контактном проводе. Число излучателей - рупорные антенны (позиция 2 на фиг. 2) - может варьироваться, их общее число не мене 25. Благодаря размещению антенной решетки на определенной площадке размером 2×2 м обеспечивается облучение контактного провода - (позиция 3 на фиг. 2), по которому скользит графитовый токоприемник (позиция 1 на фиг. 2). Описанное устройство устанавливается в специально выделенном для целей борьбы с гололедом локомотиве или трамвае.

Наиболее близким к заявляемому способу по защите контактных линий электропередачи от гололеда является техническое решение, описанное в патенте на изобретение РФ №2564769 от 09.09.2016 «Способ очистки от обледенения проводов контактной сети железной дороги посредством электромагнитного излучения».

Принципиальное отличие предлагаемого способа от изложенного в указанном патенте заключается в том, что в прототипе очистка от гололеда контактного провода осуществляется с помощью открытого резонатора, а в предлагаемом устройстве путем направленного СВЧ-излучения с помощью антенной решетки.

Следствием данного отличия является более интенсивное воздействие электромагнитного излучения на разогрев гололедной пленки. Ориентировочно при одной и той же мощности излучения время таяния пленки уменьшается в два раза.

Приведем результаты экспериментальной проверки предлагаемого метода расплавления ледяной пленки на контактном проводе. Фотография лабораторной установки приведена на фиг. 3. Установка включает магнетрон мощностью 800 Вт с блоком питания от серийно выпускаемой микроволновой печи. Перед магнетроном на расстоянии в 20 см располагался контактный провод с ледяной пленкой. Плавка последней происходила через 30-49 с после включения магнетрона. Таким образом, способ дистанционной плавки наледи на контактном проводе с помощью СВЧ-облучения был подтвержден экспериментально.

Для лучшего понимания существа заявленного изобретения прилагаются следующие чертежи.

Фиг. 1. Рупорная антенна.

Фиг. 2. СВЧ-установка по нагреву контактного провода (вид сверху).

Фиг. 3. Фотография лабораторной установки.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Технический результат – повышение интенсивности воздействия на гололедную пленку. В основе способа лежит нагрев контактного провода путем его СВЧ электромагнитного облучения с помощью антенной решетки, включающей не менее 25 рупорных антенн-излучателей, располагаемых на крыше локомотива или трамвая перед пантографом. К излучателям подводится сигнал частотой 2450 МГц от магнетронов, располагаемых в приборном отсеке. В результате воздействия СВЧ-излучения ледяная пленка, покрывающая контактный провод, нагревается и тает. Таким образом, с помощью данного способа можно очищать контактный провод от гололеда и обеспечить нормальные условия эксплуатации для железнодорожного и трамвайного транспорта. 3 ил.

Способ удаления гололеда с проводов контактной сети железнодорожного и трамвайного транспорта, отличающийся тем, что используется антенная решетка, включающая 25 и более рупорных антенн-излучателей, располагаемых на крыше локомотива или трамвая и создающих вертикально направленное электромагнитное поле частотой 2450 МГц, плавящее ледяную пленку.