Гаситель пляски, субколебаний и вибрации расщепленных проводов воздушной ЛЭП Российский патент 2024 года по МПК H02G7/14 

Изобретение относится к электроэнергетике, а более конкретно к гасителям пляски для проводов воздушных линий электропередачи (ВЛЭП).

Технический результат состоит в уменьшении интенсивности пляски, субколебаний и вибрации расщепленных проводов воздушных линий электропередачи, в увеличении надежности и снижении себестоимости реализации устройства и сроков монтажа при упрощении конструкции.

Известно, что ВЛЭП сверхвысокого напряжения (от 330 до 750 кВ) для уменьшения утечек коронирования выполняются с фазами, расщепленными на несколько проводов, которые закрепляются на анкерных и промежуточных опорах с определенной стрелой провеса в виде цепной линии.

Расщепленная фаза обычно состоит из нескольких составляющих, например от 2-х до 4-х (реже до 8-ми), расположенных друг от друга на расстоянии от 40 до 50 см; при этом провода располагаются по окружности диаметром от 40 см до 1 м и более. Этот ансамбль проводов и представляет собой одну фазу трехфазной высоковольтной ВЛЭП. Взаимное расположение проводов расщепленной фазы в пространстве фиксируется с интервалами около 50 м по длине каждого пролета внутрифазными дистанционными распорками.

Провода ВЛЭП подвергаются действию различного вида колебаний с частотой f, обусловленных, в частности ветром, направленным поперек линии:

- ЭОЛОВОЙ ВИБРАЦИИ (без гололеда), в вертикальной плоскости, с ƒ от одного до десятков Гц и амплитудой порядка диаметра провода;

- субколебания, вызываемые АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ СЛЕДОМ, обычно в горизонтальной плоскости, но с некоторой вертикальной составляющей, с ƒ порядка единиц Гц, с амплитудой порядка расстояния между проводами, формируя при этом некоторую крутильную составляющую колебаний;

- «ПЛЯСКА», в вертикальной плоскости, f от 0,1 до 1 Гц, и амплитуды от долей метра до нескольких метров; в пределе - до величины стрелы провеса. Этот вид - следствие гололеда на проводах при снегопаде или морозе, может вызывать отключение линии из-за междуфазных перекрытий, повреждения проводов дугой, и даже разрушение самих опор.

Поскольку все названные виды колебаний могут быть причиной повреждений, провода нуждаются в защите от таких колебаний.

Известен аналог предлагаемого, «Гаситель пляски расщепленных проводов, его демпфер крутильных колебаний, воздушная линия электропередачи с таким гасителем и воздушная линия электропередачи с гасителем пляски, снабженным таким демпфером» [1], содержащий параллельные проводам ВЛЭП демпферные элементы, разделенные перпендикулярным им двуплечим маятником с грузами на его концах, а также перпендикулярные проводам распорных элемента, которые опираются концами на расщепленные провода, двуплечий маятник подвешен на двух тягах, верхние стороны которых закреплены на двух распорных элементах, а к парам свободных концов тяг прикреплены противоположные концы демпферных элементов с возможностью поворота двуплечего маятника на несущей оси демпферных элементов, что совпадает с существенными признаками предлагаемого.

Кроме того, количество расщепленных проводов равно двум, а тяги, на которых подвешен двуплечий маятник, выполнены в виде выпуклых дуг.

Известен другой аналог предлагаемого - «Гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов» - магнитореологический поршневой демпфер [2], содержащий параллельные проводам ВЛЭП демпферные элементы, разделенные перпендикулярным им двуплечим маятником с грузами на его концах, а также два перпендикулярные проводам распорных элемента, которые опираются концами на расщепленные провода, двуплечий маятник подвешен на двух тягах, верхние стороны которых закреплены на двух распорных элементах, а к парам свободных концов тяг прикреплены противоположные концы демпферных элементов с возможностью поворота двуплечего маятника на несущей оси демпферных элементов, что совпадает с существенными признаками предлагаемого.

Кроме того, количество расщепленных проводов равно двум, распорные элементы имеют вид плоских стержней, а тяги, на которых подвешен двуплечий маятник, выполнены в виде выпуклых дуг.

Недостатками указанных гасителей является то, что рассеяние механической энергии вибрационных и субколебаний колебаний ВЛЭП недостаточно эффективно, что приводит к повышению вероятности формирования и мощных галопирующих колебаний (пляски). Соответственно, это снижает и эффективность подавления пляски расщепленных проводов ВЛЭП. Поэтому положительный технический результат данного изобретения состоит в следующем:

- повышение эффективности гашения пляски, субколебаний и вибрации расщепленных проводов ВЛЭП;

- обеспечение необходимой надежности ВЛЭП при вибрации и субколебаниях проводов расщепленной фазы;

- снижение стоимости гасителя;

- повышение технологичности изготовления гасителя.

Наиболее близким по совокупности признаков устройством того же назначения, выбранным в качестве прототипа, является «Гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов» [3], содержащий параллельные проводам ВЛЭП демпферные элементы, разделенные перпендикулярным им двуплечим маятником с грузами на его концах, а также два перпендикулярные проводам распорных элемента, которые опираются концами на расщепленные провода, двуплечий маятник подвешен на подвесных тягах, верхние стороны которых закреплены на распорных элементах, а к парам свободных концов тяг прикреплены противоположные концы демпферных элементов с возможностью поворота двуплечего маятника на несущей оси демпферных элементов, что совпадает с существенными признаками предлагаемого.

Кроме того, количество расщепленных проводов равно двум, распорные элементы имеют вид плоских стержней, а тяги, на которых подвешен двуплечий маятник выполнен в виде U-образных выпуклых дуг. U-образные дуги в зоне их крепления на тягах снабжены эластомерным покрытием, причем во внешних фланцах внутренних объемов трубчатых элементов и в стенках U-образных изогнутых дуг, при выполнении их из трубы, проделаны дренажные отверстия.

Недостатком прототипа, аналогично аналогам, является то, что рассеяние механической энергии вибрационных и субколебаний ВЛЭП недостаточно эффективно, что приводит к повышению вероятности формирования мощных галопирующих колебаний (пляски). Соответственно, это снижает эффективность подавления пляски расщепленных проводов ВЛЭП.

Указанные недостатки преодолеваются в предлагаемом гасителе пляски и вибрации расщепленных проводов ВЛЭП, схема которого представлена на Фиг.1.

Предлагаемый гаситель пляски, субколебаний и вибрации проводов расщепленной фазы воздушной линии электропередачи (ВЛЭП), содержит две внутрифазные дистанционные распорки 1, 2 виде рам в с лучами для каждого из проводов 3, 4, 5 в расщепленной фазе, при этом распорки 1, 2 закреплены па проводах с помощью зажимов 6, 7, 8, на концах лучей, горизонтальный равноплечий маятник 9 размещен ниже проводов перпендикулярно им на параллельной проводам опорной оси 11 в ее середине 10, концы опорной оси 11 зафиксированы во фланцах 12, 13, которые закреплены на концах двух П-образных подвесов 14, 15, гасителя, в верхних частях которых размещены парные втулки 16, 17, посредством которых подвесы 14, 15 присоединены к дистанционным распоркам 1, 2, при этом указанные втулки 16, 17 выполнены из вязкоупругого эластомера в виде втулок-диафрагм 18, 19, которые зафиксированы в ответных О-образных окнах 20, 21 в рамах указанных распорок 1, 2. Кроме того, внешний диаметр втулок-диафрагм больше утроенного диаметра проводов ЛЭП. Кроме того, вязкоупругий эластомер втулок-диафрагм выполнен с армированием текстильным материалом.

Кроме того, вязкоупругий эластомер втулок-диафрагм выполнен с армированием стальной сеткой.

Технический результат состоит в уменьшении интенсивности пляски и вибрации расщепленных проводов воздушных линий электропередачи, в увеличении надежности и снижении себестоимости реализации устройства и сроков монтажа при упрощении конструкции.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Список фигур чертежей

Фиг. 1. Конструкция гасителя пляски и вибрации расщепленных проводов ЛЭП (по п. 1 формулы).

Фиг. 2. Сечение гасителя по А-А (по п. 1 формулы).

Фиг. 3. Вид Б с разрезом втулок-диафрагм гасителя по А-А (по п. 1 формулы).

На Фиг.1, 2 использованы обозначения:

1, 2 - внутрифазные дистанционные распорки,

3, 4, 5 - провода в расщепленной фазе ВЛЭП,

6, 7, 8 - зажимы,

9 - двуплечий маятник,

10 - центр опорной оси,

11 - опорная ось,

12, 13 - фланцы опорной оси,

14, 15 - П-образные подвесы гасителя,

16, 17 - втулки,

18, 19 - втулки-диафрагмы из вязкоупругого эластомера,

20, 21 - О-образные окна.

На Фиг.1 представлен чертеж предлагаемого гасителя по п. 1,2 формулы, согласно которой гаситель пляски, субколебаний и вибрации расщепленных проводов ВЛЭП с одержит две внутрифазные дистанционные распорки 1 ,2 виде рам в с лучами для каждого из проводов 3, 4, 5 в расщепленной фазе, при этом распорки 1, 2 закреплены на проводах с помощью зажимов 6, 7, 8, на концах лучей, горизонтальный равноплечий маятник 9 размещен ниже проводов перпендикулярно им на параллельной проводам опорной оси 11 в ее середине 10, концы опорной оси 11 зафиксированы во фланцах 12, 13, которые закреплены на концах двух П-образных подвесов 14, 15 гасителя, в верхних частях которых размещены парные втулки 16, 17, посредством которых подвесы 14, 15 присоединены к дистанционным распоркам 1, 2, при этом указанные втулки 16, 17 выполнены из вязкоупругого эластомера в виде втулок-диафрагм 18, 19, которые зафиксированы в ответных О-образных окнах 20, 21 в рамах указанных распорок 1,2.

На Фиг.2 представлено сечение предлагаемого гасителя по п. 1, где видно, что каждая из внутрифазных дистанционных распорок 1, 2 выполнена в виде равносторонней треугольной рамы с О-образными окнами 20, 21, в которых закреплены втулки-диафрагмы 18, 19, надетые на верхние перекладины П-образных подвесов 14, 15. В пазы зажимов 6, 7, 8 вложены провода 3, 4, 5 (не показаны).

На Фиг.3 представлено сечение втулок 16, 17 предлагаемого гасителя по п. 1, где видно, что каждая из втулок 16, 17 выполнена из вязкоупругого эластомера в виде втулок-диафрагм 18, 19, которые зафиксированы в ответных О-образных окнах 20, 21 в рамах указанных внутрифазных дистанционных распорок 1,2.

Работа предлагаемого гасителя основана на том, что инерционный маятник 9, подвешенный к проводам 3, 4, 5 ВЛЭП имеет резонансные частоты, близкие к частотам колебаний этих проводов (или их гармоникам). Поэтому энергия колебаний проводов частично перекачивается в дополнительную колебательную систему (маятник), имеющую высокое демпфирование. В результате острый резонанс механических колебаний проводов ВЛЭП расстраивается, добротность системы в целом падает, что приводит к снижению амплитуды происходящих в ней колебаний, т.е. пляски.

Кроме того, субколебания, вызываемые аэродинамическим следом, имеют некоторую крутильную составляющую, которая может передавать энергию резонансному вертикальному колебанию и вызывать развитие пляски проводов расщепленной фазы. Передаточным звеном энергии крутильных колебаний от проводов ЛЭП к подвесной системе с демпфирующим маятником являются П-образные подвесы гасителя, на которых подвешен равноплечий маятник 9. Стыковка опирающихся на провода ВЛЭП треугольных рам дистанционных распорок 1,2 и П-образных подвесов гасителя выполнена с использованием демпферного узла-втулок-диафрагм 18 и 19 из эластомерного материала, надетых на верхнюю сторону П-образных подвесов гасителя 14 и 15. При этом крутильные субколебания, вызываемые аэродинамическим следом, эффективно поглощаются материалом эластомерных втулок, которые деформируются и своей упругой силой стремятся вернуть П-образные подвесов в их исходное положение относительно проводов. При таком поглощении энергии крутильных колебаний проводов происходит гашение пляски проводов расщепленной фазы ВЛЭП. Кроме того, важна и дополнительная связь втулок-диафрагм 18, 19 из вязкоупругого эластомера (верхний демпфирующий узел) с подвесной маятниковой системой (нижний демпфирующий узел), т.к. это дополнительно снижает добротность всей колебательной системы и увеличивает декремент затухания резонансной системы расщепленных проводов ВЛЭП в целом.

То, что внешний диаметр втулок-диафрагм больше утроенного диаметра проводов ВЛЭП позволяет оптимизировать требования к механическим свойствам втулок-диафрагм, повысить их долговечность, снизить стоимость и повысить надежность работы гасителя в целом с учетом снижения амплитуды низкочастотных колебаний проводов (пляски) и их вибрационных и субколебаний.

Поэтому положительный технический результат данного изобретения:

- гашение пляски и вибрации расщепленных проводов ВЛЭП,

- обеспечение необходимой надежности ВЛЭП при вибрации и субколебаниях проводов расщепленной фазы,

- снижение стоимости гасителя с учетом скорости монтажа,

- повышение технологичности изготовления гасителя с учетом простоты конструкции. Физическая основа технического результата достигается за счет действия трех факторов:

1) расстройка когерентности передачи энергии от крутильных движений демпфирующего маятника к вертикальным движениям проводов,

2) подавление возбуждения самих крутильных колебаний проводов, а также

3) увеличение декремента затухания всей резонансной системы проводов ВЛЭП. Далее покажем, что существенные признаки предлагаемого гасителя действительно обеспечивают требуемый технический результат.

То, что гаситель пляски, субколебаний и вибрации проводов расщепленной фазы воздушной линии электропередачи (ВЛЭП), содержит две внутрифазные дистанционные распорки 1, 2 виде рам в с лучами для каждого из проводов 3, 4, 5 в расщепленной фазе, при этом распорки 1, 2 закреплены на проводах с помощью зажимов 6, 7, 8, на концах лучей, горизонтальный равноплечий маятник 9 размещен ниже проводов перпендикулярно им на параллельной проводам опорной оси 11 в ее середине 10, концы опорной оси 11 зафиксированы во фланцах 12, 13, которые закреплены на концах двух П-образных подвесов 14, 15, гасителя, в верхних частях которых размещены парные втулки 16, 17, посредством которых подвесы 14, 15 присоединены к дистанционным распоркам 1, 2, при этом указанные втулки 16, 17 выполнены из вязкоупругого эластомера в виде втулок-диафрагм 18, 19, которые зафиксированы в ответных О-образных окнах 20, 21 в рамах указанных распорок 1, 2, обеспечивает положительный технический результат:

- расстройку когерентности передачи энергии от крутильных движений демпфирующего маятника к вертикальным движениям проводов,

- подавление возбуждения самих крутильных колебаний проводов, а также

- увеличение декремента затухания всей резонансной системы проводов ВЛЭП.

При этом положительный технический результат по п. 1 достигается простыми и надежными средствами, что упрощает конструкцию гасителя, снижает его стоимость и повышает надежность, снижает сроки монтажа.

То, что внешний диаметр втулок-диафрагм больше утроенного диаметра проводов ВЛЭП позволяет оптимизировать требования к механическим свойствам втулок-диафрагм, повысить их долговечность, снизить стоимость и повысить надежность работы гасителя в целом.

То, что вязкоупругий эластомер прокладок 18, 19 выполнен с армированием текстильным материалом, либо с армированием стальной сеткой расширяет диапазон климатических условий эксплуатации ВЛЭП, обеспечивает долговечность работы вязкоупругого эластомера прокладок 18 и 19 в различных температурных режимах и нагрузочных условиях.

Проведенные эксперименты показали реализуемость предложенного технического решения.

Источники информации

1. Патент №2716701, 16.03.2020, БИ №8 «Гаситель пляски расщепленных проводов, его демпфер крутильных колебаний, воздушная линия электропередачи с таким гасителем и воздушная линия электропередачи с гасителем пляски, снабженным таким демпфером» // Виноградов и др.

2. Патент №2501138 от 10.12.2013 - БИ №34 «Гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов» // Виноградов и др.

3. Патент №2610834 от 16.02.2017 - БИ №5 «Гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов» // Виноградов и др. (прототип).

Изобретение относится к электроэнергетике, а более конкретно к гасителям пляски для проводов воздушных линий электропередачи (ВЛЭП). Технический результат заключается в уменьшении интенсивности пляски и вибрации расщепленных проводов воздушных линий электропередачи. Гаситель пляски, субколебаний и вибрации проводов расщепленной фазы воздушной линии электропередачи (ВЛЭП) содержит две внутрифазные дистанционные распорки в виде рам с лучами для каждого из проводов в расщепленной фазе, закрепленные на проводах с помощью зажимов на концах лучей, горизонтальный равноплечий маятник, размещенный ниже проводов перпендикулярно им на параллельной проводам опорной оси в ее середине, концы опорной оси зафиксированы во фланцах, которые закреплены на концах двух П-образных подвесов гасителя, в верхних частях которых размещены парные втулки, посредством которых подвесы присоединены к дистанционным распоркам, указанные втулки выполнены из вязкоупругого эластомера в виде втулок-диафрагм, которые зафиксированы в ответных О-образных окнах в рамах указанных распорок. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гаситель пляски, субколебаний и вибрации проводов расщепленной фазы воздушной линии электропередачи (ВЛЭП), содержащий две внутрифазные дистанционные распорки в виде рам с лучами для каждого из проводов в расщепленной фазе, при этом распорки закреплены на проводах с помощью зажимов на концах лучей, горизонтальный равноплечий маятник размещен ниже проводов перпендикулярно им на параллельной проводам опорной оси в ее середине, концы опорной оси зафиксированы во фланцах, которые закреплены на концах двух П-образных подвесов гасителя, в верхних частях которых размещены парные втулки, посредством которых подвесы присоединены к дистанционным распоркам, отличающийся тем, что указанные втулки выполнены из вязкоупругого эластомера в виде втулок-диафрагм, которые зафиксированы в ответных О-образных окнах в рамах указанных распорок, причем внешний диаметр втулок-диафрагм больше утроенного диаметра проводов ВЛЭП.

2. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что вязкоупругий эластомер втулок-диафрагм выполнен с армированием текстильным материалом.

3. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что вязкоупругий эластомер втулок-диафрагм выполнен с армированием стальной сеткой.