Система светового ограждения высоковольтных линий электропередачи Российский патент 2025 года по МПК H02G1/02 F21S8/06 

Изобретение относится к электроосветительным приборам и может использоваться в электроэнергетике в качестве маркировочных огней проводов высоковольтных линий электропередачи для обозначения габаритов объекта, с целью обеспечения безопасности полетов воздушных судов в районах аэродромов, воздушных трасс, а также районах, поверхность которых возвышается над землей.

Известен ряд технических решений создания системы световых маркеров для визуализации положения проводов высоковольтных линий электропередачи с использованием специальных световых шаров. Например, патент Великобритании GB 2232474A (GB 2232474A, “An Illuminated aerial marker” F21Q 3/00, опубл. 12.12.1990 г.) конструкция которого представляет собой шар с газоразрядными лампами, расположенными на поверхности шара, шар закрепляется на фазном проводе. Электропитание ламп осуществляется за счет отбора емкостного тока от линии электропередачи. Аналогичная конструкция запатентована в США (Пат № US4839567, “Illuminated aerial marker”, опубл. 13.06.1989).

Универсальные системы, обладающие улучшенными характеристиками, включая конструкции, содержащие газоразрядные трубки, описаны в патенте FR2786253A1 (FR2786253A1, “Dispositif de balisage lumineux pour de transport d’energie electrique”, F21S 8/00, 24.11.1998). Принцип действия этих устройств аналогичен принципу действия указанных световых маркеров, описанных выше.

Сферическую конструкцию имеет также световой воздушный маркер для высоковольтной линии электропередачи, описанный в патенте РФ №2556702 (Пат. РФ № 2556702. Световой маркер для воздушной линии электропередачи. F21S 8/00, опубл. 20.07.2015, Бюл. № 20). Отличается от ранее указанных аналогов тем, что в качестве источника света используются светодиоды. Электропитание осуществляется также за счет отбора емкостного тока от линии электропередачи через специальный преобразователь напряжения, что также является определенным недостатком устройства.

Недостатками указанных выше устройств являются либо сравнительно низкий коэффициент полезного действия, вследствие потребления сравнительно большого тока из-за использования стандартных неоновых ламп и неоптимального согласования параметров газоразрядных ламп с геометрическими параметрами конструкций, либо необходимость использования высоковольтных понижающих трансформаторов и балластных резисторов, имеющих большой вес и сравнительно высокую стоимость, а также наличие сравнительно большого количества электротехнических компонентов со сравнительно малыми сроками службы.

Известна также газоразрядная лампа низкого давления, предназначенная для использования в системах световых ограждений высоковольтных линий электропередачи (Пат. РФ №2697189 «Газоразрядная лампа», H01J 61/02, опубл. 13.08.2019 г., Бюл. №23). Конструкция лампы включает ряд элементов, улучшающих технические характеристики устройства, в частности: содержит балластные резисторы внутри корпуса лампы. Газовое наполнение лампы состоит из смеси неона и аргона, взятых в соотношении (300:1)… (400:1) и суммарном давлении 3≤p/d≤4, где p – давление газов в миллиметрах ртутного столба, d – диаметр разрядного канала в миллиметрах. Технические характеристики системы световых ограждений, использующей газоразрядную лампу указанного типа (Пат. РФ №2697189) приблизительно соответствует характеристикам устройства светового ограждения воздушных линий электропередачи, рассмотренного ниже.

Аналогом заявляемого изобретения является патент РФ № 2692056 «Устройство светового ограждения воздушных линий электропередачи» (Пат. РФ № 2692056, F21S 8/00, опубл. 20.06.2019 г., Бюл. №17). Отличительным признаком данного патента является использование шунта специальной конструкции – в виде металлического гибкого троса, изготовленного из проволочных спиралей, с шагом навивки, согласованным с диаметром фазного провода линии.

Наиболее известной промышленно производимой системой светового ограждения является система фирмы “OBSTA” с использованием неоновой газоразрядной ламы BALISOR® (OBSTA. Системы светового ограждения. Издание 6, 2019, 60 С.). Система состоит из неоновой газоразрядной лампы, антенны и элементов крепления – подвеса лампы, шунта, изоляторов и зажимов. Длина антенны выбирается исходя из фазного напряжения линии электропередачи – от 4 м при напряжении 500 кВ до 40 м при напряжении 50 кВ. В системе используются лампы BALISOR® тип B (артикул 100618 B49) или B33 (артикул 100616 B33), имеющие массу 4,7 кг и 4,0 кг соответственно.

Принцип действия система фирмы “OBSTA” аналогичен принципу действия рассмотренных выше аналогов. Электропитание ламп в прототипе также осуществляется за счет отбора емкостного тока от линии электропередачи, а элементы конструкции образуют емкостной делитель напряжения. Стабилизация самостоятельного тлеющего разряда в лампах BALISOR® произведена путем включения в цепь электропитания лампы резистивного балласта величиной приблизительно 1 МОм. Поэтому при рабочих токах лампы 10 мА тепловыделение на балластных резисторах составляет около 100 Вт. Это увеличивает массу газоразрядной трубки и всей конструкции, а также приводит к увеличению рабочей температуры лампы, что уменьшает ее срок службы.

Все указанные аналоги, хотя соответствуют существующим требованиям, предъявляемым к устройствам световых ограждений высоковольтных линий, однако технические характеристики таких устройств могут быть улучшены. В частности, коэффициент полезного действия (КПД) указанных выше аналогов недостаточно высокий вследствие использования шунта с высоким сопротивлением. Наличие шунта в аналогах, без которых невозможна устойчивая работа этих устройств, делает их более тяжелыми, чем в случае, если бы этот шунт отсутствовал. Большинство конструкций не могут использоваться на линиях электропередачи с номинальным напряжением 35 кВ или требуют использования антенны большой длины.

В качестве прототипа заявляемого устройства принята система светового ограждения высоковольтных линий электропередачи, описанная в патенте на изобретение РФ №2720886 (Система светового ограждения высоковольтных линий электропередачи, пат. РФ №2720886, МПК F21/S 8/06, опубл. 13.05.2020 г. в Бюл. № 14). Система состоит из неоновой газоразрядной лампы, антенны, изоляторов, шунтов и элементов крепления, отличающаяся тем, что газоразрядная лампа изготавливается без резистивного балласта в виде стеклянной спиральной трубки с разрядным каналом диаметром 4 мм длиной приблизительно 4 м в защитной оболочке из кварцевого стекла диаметром от 50 до 60 мм, рабочее давление неона в лампе выбрано в пределах 3…5 мм рт.ст., аргона - приблизительно 0,04 мм рт.ст., площадь катода лампы - приблизительно 8000 кв.мм, длина антенны выбрана 3 м - для линии электропередачи 500 кВ и 330 кВ, 6 м - для линии на 220 кВ, 10 м - для линии на 110 кВ, расстояние от антенны до фазного провода - от 400 до 700 мм, рабочая точка лампы выбрана на ветви вольтамперной характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением от 10 до 100 кОм.

Недостатками прототипа является сравнительно большая масса системы, необходимость использования антенны длиной 10 метров на линиях электропередачи с номинальным напряжением 110 кВ и невозможность использования прототипа на линиях электропередачи с номинальным напряжением 35 кВ, а также сравнительно низкая прочность конструкции, особенно – при ветровых нагрузках.

Целью заявляемого изобретения является уменьшение габаритных размеров и массы системы, упрощение монтажа устройства на фазный провод, повышение ее механической прочности и обеспечением возможности его применения на линиях электропередачи с номинальным напряжением 35 кВ.

Поставленная цель достигается тем, что расстояние от антенны до фазного провода выбирают в пределах от 300 до 400 мм, длину антенны – 3 м – для линии электропередачи на номинальное напряжение 500 кВ, 6 м – для линий 330 кВ, 220 кВ и 110 кВ и 8 м – для линии на 35 кВ, один электрод ламы соединен с фазным проводом проходным изолятором, крепление лампы и антенны осуществляется на общем изоляционном подвесе с помощью двухплоскостного универсального плашечного зажима, состоящего из двух частей, имеющего в собранном виде четыре отверстия, два из которых расположены сверху и снизу соединителя, а два сквозных отверстия – сбоку, верхнее отверстие и два боковых отверстия расположены в одной плоскости, нижнее отверстие – в плоскости, перпендикулярной плоскости трех других отверстий, диаметр верхнего отверстия согласован с диаметром стержня оконцевателя изолятора, а нижнего отверстия – с диаметром троса.

Сущность заявляемого изобретения и технический результат поясняются двумя фигурами. На фиг. 1 представлен чертеж заявляемого устройства в целом, на фиг. 2 – чертеж двухплоскостного универсального плашечного зажима. На фиг. 1: 1 – фазный провод линии электропередачи, 2 – изоляторы (3 штуки), 3 – антенна, 4 – газоразрядная лампа, 5 – двухплоскостные универсальные плашечные зажимы (2 штуки), 6 – проходной изолятор, 7 – соединительный трос (2 штуки). На фиг. 2: 8 – изолятор, 9 – стержень оконцевателя изолятора, 10 – болтовое соединение, 11 – крепление антенны, 12 – верхнее отверстие со стержнем оконцевателем изолятора, 13 – нижнее отверстие с тросом.

Принцип действия заявляемого устройства аналогичен принципу действия прототипа, а также его аналогам. Подробно принцип действия описан в работе И.О. Иванова и др. (И.О. Иванов, А.Е. Монастырский, А.С. Резник, В.В. Титков, А.О. Гребцов, Г.Н. Федоренко. Первая российская система постоянной световой маркировки проводов линий электропередач высокого напряжения. Материаловедение. Энергетика. Том 26, №2, 2020, с. 20-30). Во всех устройствах такого типа электропитание лампы осуществляется за счет энергии электрического поля линии электропередачи через электрическую емкость между антенной и другими фазными проводами и землей.

Отличие параметров заявляемого устройства от прототипа обусловлено выбором уменьшенного расстояния между антенной и фазным проводом: заявляемое расстояние – от 300 до 400 мм, в прототипе – от 400 до 700 мм. Выбор заявляемого расстояния основан на опыте эксплуатации систем постоянной световой маркировки проводов линий электропередач в различных условиях на линиях электропередачи с различным номинальным напряжением. Уменьшение указанного расстояния по сравнению с прототипом позволило уменьшить длину антенны при номинальном напряжении линии электропередачи 110 кВ с 10 м (прототип) до 6 м в заявляемой системе, а также обеспечить возможность работы системы при напряжении линии 35 кВ при длине антенны от 6 м до 8 м. Для линий электропередачи на номинальное напряжение 330 кВ, 220 кВ и 110 кВ в заявляемом изобретении используется антенна одной длины – от 4 м до 6 м, что делает устройство более универсальным. Для линий электропередачи на 500 кВ, длина антенны в заявляемом устройстве такая же, как и в прототипе – от 1 м до 3 м. Технически, уменьшение расстояния (фиг. 1) между антенной 3 и фазным проводом 1 достигается путем уменьшения длины изоляционных подвесов 2.

Крепление антенны (фиг. 1) 3 и лампы 4 осуществляется на общий изоляционный подвес посредством двухплоскостного универсального плашечного зажима 5, тем самым исключается из состава прибора один изоляционный подвес по сравнению с прототипом, что уменьшает весовую нагрузку и распределяет её более равномерно на фазный провод. Лампа и антенна собирается в единую конструкцию, обеспечивая её жесткость и повышение механической прочности. Уменьшение длины антенны и подвеса уменьшает площадь элементов, на которые воздействует боковой ветер. То есть, повышается прочность конструкции и надёжность ее работы в экстремальных погодных условиях.

Конструкция двухплоскостного универсального плашечного зажима (фиг. 1) 5 позволяет соединить как два элемента конструкции, расположенных вертикально (соединяющий стержень оконцевателя лампы и изолятор подвеса), так и один дополнительный элемент конструкции – антенну. Заявляемая конструкция системы упрощает процесс ее монтажа на фазный провод.

Крепление газоразрядной лампы осуществляется с помощью тросов 7, выполненных в виде петли в плоскости, перпендикулярной плоскости отверстий болтового соединения, и двухплоскостных универсальных плашечных зажимов 5, один конец лампы подключен к фазному проводу через проходной изолятор 6, другой конец лампы – к антенне 3.

Две части двухплоскостного универсального плашечного зажима (фиг. 2) соединяются с помощью болтовых соединений 10, стягивающих части плашечного зажима и закрепляющих антенну 11 и зажимают стержень оконцевателя 9 изолятора 8 в верхнем отверстии плашечного зажима 12, а также трос крепления лампы в нижнем отверстии 13. Двухплоскостной универсальный плашечный зажим такой же конструкции используется для крепления троса 7 (фиг. 1) к проходному изолятору 6. То есть, конструкция зажима является универсальной, что уменьшает общее количество различных комплектующих деталей устройства, соответственно, упрощает процесс монтажа заявляемого устройства на линию электропередачи. Диаметр верхнего и нижнего отверстия плашечного зажима в собранном состоянии должны быть меньше диаметра стержня оконцевателя изолятора и троса соответственно. То есть, диаметр верхнего и нижнего отверстия плашечного зажима должен быть согласован с диаметром зажимаемых элементов – стержня оконцевателя изолятора и троса соответственно.

Заявляемая конструкция системы реализует питание лампы от фазного провода без шунтирующих элементов, которые могут быть причиной коронных разрядов, способствующих возникновению радиопомех и возможному более раннему выходу из строя оборудования. Так же исключение из конструкции шунтирующего элемента уменьшает вероятность выхода из строя прибора из-за механических повреждений шунтов.

Уменьшение длины подвеса, количества изоляторов, а также длины антенны и исключение из системы шунта, обеспечивает снижение массы устройства в целом. В частности, масса прототипа более 18 кг, масса заявляемого устройства – не более 10 кг.

Заявляемая конструкция является универсальной и может применяться на фазном проводе с газоразрядными лампами различного типа и размеров, в том числе и с лампой, описанной в патенте РФ №2746131 (См. выше).

Заявляемое изобретение было опробовано в реальных условиях эксплуатации на линиях электропередачи в течении года с различным номинальным напряжением, в частности на высоковольтной линии 35 кВ «Колпинская – Тельмана» (ВЛ 35 кВ «Ижорская-2»), что подтвердило высокую надежность работы системы, правильность выбора отличительных признаков устройства, а также возможность использования заявляемого изобретения на линиях электропередачи на номинальное напряжение 35 кВ и выше.

Изобретение относится к электроосветительным приборам и может использоваться в электроэнергетике в качестве маркировочных огней проводов высоковольтных линий электропередачи для обозначения габаритов объекта, с целью обеспечения безопасности полетов воздушных судов в районах аэродромов, воздушных трасс, а также районах, поверхность которых возвышается над землей. Заявлена система светового ограждения высоковольтных линий электропередачи, состоящая из газоразрядной лампы, антенны, изоляторов и элементов крепления. При этом расстояние от антенны до фазного провода выбирают в пределах от 300 до 400 мм, длину антенны – 3 м – для линии электропередачи на номинальное напряжение 500 кВ, 6 м – для линий 330 кВ, 220 кВ и 110 кВ и 8 м – для линии на 35 кВ. Один электрод лампы соединен с фазным проводом проходным изолятором, а крепление лампы и антенны осуществляется на общем изоляционном подвесе с помощью двухплоскостного универсального плашечного зажима, состоящего из двух частей, имеющего в собранном виде четыре отверстия, два из которых расположены сверху и снизу соединителя, а два сквозных отверстия – сбоку. Верхнее отверстие и два боковых отверстия расположены в одной плоскости, нижнее отверстие – в плоскости, перпендикулярной плоскости трех других отверстий, диаметр верхнего отверстия согласован с диаметром стержня оконцевателя изолятора, а нижнего отверстия – с диаметром троса. Технический результат - уменьшение габаритных размеров и массы системы, упрощение монтажа устройства на фазный провод, повышение ее механической прочности и обеспечение возможности его применения на линиях электропередачи с номинальным напряжением 35 кВ. 2 ил.

Система светового ограждения высоковольтных линий электропередачи, состоящая из газоразрядной лампы, антенны, изоляторов и элементов крепления, отличающаяся тем, что расстояние от антенны до фазного провода выбирают в пределах от 300 до 400 мм, длину антенны – от 1 до 3 м для линии электропередачи на номинальное напряжение 500 кВ, от 4 до 6 м для линий 330 кВ, 220 кВ и 110 кВ и от 6 до 8 м для линии на 35 кВ, один электрод лампы соединен с фазным проводом проходным изолятором, крепление лампы и антенны осуществляется на общем изоляционном подвесе с помощью двухплоскостного универсального плашечного зажима, состоящего из двух частей, имеющего в собранном виде четыре отверстия, два из которых расположены сверху и снизу соединителя, а два сквозных отверстия – сбоку, верхнее отверстие и два боковых отверстия расположены в одной плоскости, нижнее отверстие – в плоскости, перпендикулярной плоскости трех других отверстий, диаметр верхнего отверстия согласован с диаметром стержня оконцевателя изолятора, а нижнего отверстия – с диаметром троса.