Гаситель колебаний проводов воздушных линий электропередачи Российский патент 2025 года по МПК H02G7/14 H02G7/12 

Изобретение относится к электроэнергетике и может использоваться на воздушных линиях электропередачи (ЛЭП) сверхвысокого напряжения (СВН) в качестве универсального устройства для расстройки (рассогласования) и демпфирования колебаний расщепленных проводов, таких как колебания проводов между распорками (субколебания) и вибрация, возникших в результате ветровых воздействий. Эти колебания представляют собой периодические изгибно-крутильные движения провода, главным образом в горизонтальной плоскости, на низших резонансных частотах подпролетов (от 1 до 2.3 Гц, с значительной амплитудой, иногда вызывающей соударения соседних проводов-составляющих расщепленной фазы; при вибрации - на частотах от 5 до 30 Гц), с опасными для провода изгибными деформациями в точках крепления.

Одной из актуальных задач в энергетике является повышение надежности воздушных линий и в особенности проводов расщепленных фаз линий сверхвысокого напряжения и расщепленных грозозащитных тросов. Воздушные ЛЭП являются протяженными и наиболее уязвимыми для атмосферных влияний техническими объектами, подверженными крупномасштабным процессам старения, деградации и возникновения повреждений. Существенную роль в этих процессах играют ветровые воздействия, зачастую при сочетании их с выпадением осадков в виде снега, льда или переохлажденной воды. Изменение формы сечения провода из-за наледи или текущей по нему воды провоцирует развитие или усиление циклических колебаний, что снижает ресурс работы, вызывает перекрытия или частичные короткие замыкания в расщепленных фазах ЛЭП СВН и ведет так или иначе к уменьшению пропускной способности, а иногда и к частичному или полному отключению целых регионов. Актуальна поэтому задача предотвращения подобных дорогостоящих, а в ряде случаев и катастрофических повреждений ЛЭП СВН, питающих муниципальные, гражданские, прочие объекты. Эту задачу поможет эффективно выполнять предлагаемый гаситель низкочастотных, а также и высокочастотных колебаний проводов ЛЭП СВН.

Известен аналог предлагаемого [1], выполненный в виде двух симметричных полуформ, образующих металлическую раму с чашками, металлические тяги по числу проводов в расщепленной фазе, установленные на раме так, что каждая из тяг на внешнем конце сформирована в виде зажима и вмещает провод, внутренний конец каждой из тяг имеет форму шарнира с центральной осью, причем зубчатые выступы на каждой чашке расположены между соответствующими выступами центральной звездочки, что совпадает с существенными признаками предлагаемого.

При этом зубчатые выступы по 4 на каждой чашке выполнены из эластомерных материалов, а разделяющая чашки металлическая крестовина имеет выступы, размещенные между зубчатыми эластомерными выступами каждой из чашек.

Демпфирование колебаний проводов ЛЭП осуществляется за счет фрикционного и вязко-упругого контакта металлической крестовины с зубчатыми эластомерными выступами каждой из чашек.

К недостаткам аналога [1] относится уменьшение его эффективности как гасителя вибрации проводов из-за его чувствительности к повышению температуры и к силовым нагрузкам, поскольку ограниченные размеры эластомерных выступов каждой из чашек имеют недостаточный диапазон теплоемкости, поглощенной энергии и рабочих температур.

Наиболее близким к заявляемому является принятый в качестве прототипа гаситель ветровых колебаний [2], содержащий выполненную в виде двух симметричных полуформ металлическую раму с чашками, металлические тяги по числу проводов в расщепленной фазе, установленные на раме так, что каждая из тяг на внешнем конце сформирована в виде зажима и вмещает провод, внутренний конец каждой из тяг имеет форму диска с центральным отверстием и выступами на одной стороне диска и противолежащими им выступами на другой стороне диска, внутренний конец каждой из тяг опирается на внутреннюю поверхность каждой из чашек рамы через два эластомерных элемента, расположенных в чашках симметрично относительно диска, причем зубчатые выступы эластомерных элементов расположены между выступами на каждой стороне диска и ответными им выступами на внутренних поверхностях чашек полуформ рамы, при этом чашки каждой из полуформ рамы, эластомерные элементы и диск расположены на общей оси, что совпадает с существенными признаками предлагаемого гасителя. Кроме того, эластомерные элементы имеют по 4 зубчатых выступа, а диск имеет по 2 выступа на каждой из его сторон.

Демпфирование колебаний проводов ЛЭП осуществляется за счет трения и вязко-упругого контакта каждой из чашек рамы с зубчатыми эластомерными элементами.

При этом инерционные элементы подвешенной к проводу рамы имеют резонансные частоты, близкие к частотам колебаний проводов ЛЭП и указанное фрикционное и вязко-упругое взаимодействие рамы с проводами через тяги расширяет спектр колебаний упругой системы. В результате острый резонанс механических колебаний проводов ЛЭП расстраивается, добротность системы в целом падает, что приводит к расширению спектра частот взаимодействия гасителя с проводами при снижении амплитуд происходящих в ней колебаний. Кроме того, энергия колебаний проводов частично перекачивается в дополнительную колебательную систему - распорку с демпферными элементами, имеющую высокое демпфирование.

При этом недостатки, имевшиеся у аналога [1], в известной степени преодолены, за счет применения в прототипе [2] эластомерной крестовины вместо металлической и организации более масштабного контура ее фрикционного взаимодействия с лучом распорки гасителя. Кроме того, в экстремальных условиях эксплуатации ЛЭП СВН за Полярным кругом и на Северо-востоке России, от распорок гасителей требуется более высокая мощность демпфирования колебаний. Указанные недостатки преодолеваются в предлагаемом гасителе (фиг. 1).

Он содержит выполненную в виде двух симметричных полуформ металлическую раму 1 с чашками 2, металлические тяги 3 по числу проводов в расщепленной фазе, установленные на раме 1 так, что каждая из тяг 3 на внешнем конце сформирована в виде зажима 4 и вмещает провод 5, внутренний конец каждой из тяг 3 имеет форму диска 6 с центральным отверстием и выступами 7 на одной стороне диска 6 и противолежащими им выступами 7 на другой стороне диска 6, внутренний конец каждой из тяг 3 опирается на внутреннюю поверхность каждой из чашек 2 рамы 1 через два эластомерных элемента 8. расположенных в чашках 2 симметрично относительно диска 6, причем зубчатые выступы эластомерных элементов 8 расположены между выступами на каждой стороне диска 6 и ответными им выступами 10 на внутренних поверхностях чашек 2 полуформ рамы 1, при этом чашки 2 каждой из полуформ рамы 1, эластомерные элементы 8 и диск 6 расположены на общей оси 11. При этом эластомерные элементы 8 имеют по 6 зубчатых выступов, а диск 6 имеет по 3 выступа на каждой из его сторон.

Кроме того, центральная часть эластомерных элементов 8 выполнена в виде полусферических вкладышей 9 с основанием, прилегающим к диску 6.

Кроме того, материал эластомерных элементов 8 имеет твердость 76±4 единиц по Шор А, а вкладышей 9 - 62±4 единиц по Шор А.

Кроме того, внешний конец каждой из тяг 3 закреплен на соответствующем проводе 5 прижимной плашкой 12.

Кроме того, чашки 2 рамы 1 выполнены с упрочняющими и теплоотводящими ребрами 13.

Кроме того, общая ось 11 зафиксирована в отверстиях чашек 2 путем опрессования.

Кроме того, чашки 2 снабжены фильерами 14 в виде каналов для стока воды на общей границе контакта чашек 2.

Технический результат достигается за счет устранения указанных выше недостатков в предлагаемом гасителе и состоит в уменьшении амплитуды колебаний проводов ЛЭП СВН, в увеличении надежности, повышении безопасности эксплуатации ЛЭП, снижении себестоимости реализации устройства при упрощении конструкции и сокращении сроков монтажных работ.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Список фигур чертежей

Фиг. 1. Рисунок гасителя, по п.п. 1-7 формулы, где использованы обозначения:

1 - металлическая рама,

2 - чашка,

3 - металлические тяги,

4 - зажим,

5 - провод,

6 - диск,

7 - выступ,

8 - эластомерный элемент,

9 - вкладыш,

10 - ответный выступ,

11 - ось,

12 - прижимная плашка,

13 - ребра,

14 - фильера.

На фиг. 1 представлен рисунок предлагаемого гасителя по п. 1 формулы, где показана его конструкция с участием составляющих элементов 1-14.

Работа предлагаемого гасителя, как и прототипа, основана на том, что инерционные элементы подвешенной к проводу рамы 1 имеют резонансные частоты, близкие к частотам колебаний проводов 5 и указанное фрикционное и вязко-упругое взаимодействие рамы 1 с проводами 5 через тяги 3 расширяет спектр колебаний упругой системы. В результате острый резонанс механических колебаний проводов 5 расстраивается, добротность системы в целом падает, что приводит к снижению амплитуды происходящих в ней колебаний. Кроме того, энергия колебаний проводов 5 частично перекачивается в дополнительную колебательную систему - распорку с демпферными элементами 8, имеющую высокое демпфирование. Кроме того, увеличенные размеры и поверхность эластомерных элементов 8 расширяют диапазон теплоемкости, поглощенной энергии и рабочих температур устройства. Это повышает его надежность и прочие эксплуатационные характеристики.

При этом в предлагаемом гасителе преодолеваются недостатки прототипа -обеспечивается компенсация колебаний провода 5 в повышенном диапазоне скоростей ветра, повышается функциональная гибкость - способность приспособления к конкретным для данной местности условиям эксплуатации. Последнее объясняется наличием дополнительных управляющих параметров (твердость материала наружной части - эластомерных элементов 8 и центральной части - вкладышей 9), способных обеспечить требуемый результат на ЛЭП СВН самых различных масштабов и эксплуатационных характеристик. Кроме того, простота реализации обеспечивает повышенную надежность и экономическую эффективность гасителя.

Далее покажем, что существенные признаки предлагаемого гасителя действительно обеспечивают требуемый технический результат.

То, что гаситель содержит выполненную в виде двух симметричных полуформ металлическую раму 1 с чашками 2, металлические тяги 3 по числу проводов 5 в расщепленной фазе, установленные на раме 1 так, что каждая из тяг 3 на внешнем конце сформирована в виде зажима 4 и вмещает провод 5, внутренний конец каждой из тяг 3 имеет форму диска 6 с центральным отверстием и выступами на одной стороне диска 6 и противолежащими им выступами на другой стороне диска 6, внутренний конец каждой из тяг 3 опирается на внутреннюю поверхность каждой из чашек 2 рамы 1 через два эластомерных элемента 8, расположенных в чашках 2 симметрично относительно диска 6, причем зубчатые выступы эластомерных элементов 8 расположены между выступами на каждой стороне диска и ответными им выступами 10 на внутренних поверхностях чашек 2 полуформ рамы 1, при этом чашки 2 каждой из полуформ рамы 1, эластомерные элементы 8 и диск 6 расположены на общей оси 11, а эластомерные элементы 8 имеют по 6 зубчатых выступов, а диск имеет по 3 выступа на каждой из его сторон, обеспечивает компенсацию колебаний провода 5 в повышенном диапазоне скоростей ветра, что объясняется большей площадью контакта поверхности 6-ти зубчатых эластомерных элементов 8 с металлическими чашками (по сравнению с 4-х зубчатыми у прототипа) и способностью рассеивать большие тепловые мощности, генерируемые в эластомерных элементах 8 при их вязкоупругой деформации, при канализации этих тепловых потоков на теплоемкую металлическую раму.

То, что центральная часть эластомерных элементов 8 выполнена в виде вкладышей 9 с основанием, прилегающим к диску 6, повышает функциональную гибкость устройства -способность приспособления к конкретным для данной местности условиям эксплуатации, что объясняется наличием дополнительных управляющих параметров (твердость материала наружной части - эластомерных элементов 8 и центральной части - вкладышей 9), которые способны обеспечить требуемый результат на ЛЭП самых различных масштабов и эксплуатационных характеристик, поскольку управление твердостью материала эластомерных элементов 8 и их центральной части - вкладышей 9 расширяет спектр резонансных частот системы и уменьшает амплитуду возбуждаемых колебаний в более широком диапазоне внешних воздействий и прочих условий эксплуатации.

Кроме того, простота реализации обеспечивает повышенную экономическую эффективность и надежность гасителя, достигая требуемый результат на ЛЭП СВН самых различных масштабов и эксплуатационных характеристик.

Это же относится и к предлагаемым параметрам материала эластомерных элементов 8 твердостью 76±4 единиц по Шор А, и 62±4 единиц по Шор А - для вкладышей 9.

Простота конструкции, технологичность сборки в полевых условиях и снижение стоимости также обеспечены тем, что внешний конец каждой из тяг 3 закреплен на соответствующем проводе 5 прижимной плашкой 12.

Надежность и долговечность работы гасителя обеспечена тем, что чашки 2 рамы 1 выполнены с упрочняющими и теплоотводящими ребрами 13, а общая ось 11 зафиксирована в отверстиях чашек 2 путем опрессования. Этому же способствуют фильеры 14 (каналы) для стока воды чашек 2 на общей границе контакта чашек 2, защищая конструкцию от разрыва и потери работоспособности при замерзании воды в широком диапазоне климатических условий эксплуатации.

Итак, заявляемый гаситель прост по своему конструктивному исполнению, соответственно, обладает повышенной надежностью работы, не требует значительных затрат при изготовлении, эффективен с точки зрения достижения высоких эксплуатационных характеристик.

Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного гасителя. После проведения всесторонних испытаний он будет рекомендован к серийному производству.

Список источников информации:

1. Патент US 4,188,502_Spacer-Damper 12.02.1980.

2. Патент US 2014/0263870 - Spacer and/or spacer damper. 18.09.2014 (прототип).

Изобретение относится к области электроэнергетики и может использоваться на воздушных линиях электропередачи для демпфирования и расстраивания колебаний проводов. Технический результат заключается в уменьшении амплитуды колебаний проводов. Технический результат достигается тем, что гаситель колебаний проводов содержит металлическую раму 1 с чашками 2, выполненную в виде двух симметричных полуформ, и металлическую тягу 3. На внешнем конце тяги сформирован зажим 4, вмещающий провод 5. Внутренний конец тяги имеет форму диска 6 с центральным отверстием и выступами 7 на одной стороне диска и противолежащими им выступами на другой стороне диска. Внутренний конец тяги опирается на внутреннюю поверхность каждой из чашек рамы через два эластомерных элемента 8, расположенных в чашках симметрично относительно диска. Зубчатые выступы эластомерных элементов расположены между выступами 7 на каждой стороне диска и ответными им выступами на внутренних поверхностях чашек 2. Чашки полуформ рамы, эластомерные элементы и диск расположены на общей оси. Причем эластомерные элементы имеют по 6 зубчатых выступов, а диск имеет по 3 выступа на каждой стороне. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Гаситель колебаний проводов воздушных линий электропередачи, содержащий выполненную в виде двух симметричных полуформ металлическую раму с чашками, металлические тяги по числу проводов в расщепленной фазе, установленные на раме так, что каждая из тяг на внешнем конце сформирована в виде зажима и вмещает провод, внутренний конец каждой из тяг имеет форму диска с центральным отверстием и выступами на одной стороне диска и противолежащими им выступами на другой стороне диска, внутренний конец каждой из тяг опирается на внутреннюю поверхность каждой из чашек рамы через два эластомерных элемента, расположенных в чашках симметрично относительно диска, причем зубчатые выступы эластомерных элементов расположены между выступами на каждой стороне диска и ответными им выступами на внутренних поверхностях чашек полуформ рамы, при этом чашки каждой из полуформ рамы, эластомерные элементы и диск расположены на общей оси, отличающийся тем, что эластомерные элементы имеют по 6 зубчатых выступов, а диск имеет по 3 выступа на каждой из его сторон.

2. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что центральная часть эластомерных элементов выполнена в виде вкладышей с основанием, прилегающим к диску.

З. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что материал эластомерных элементов имеет твердость 76±4 единиц по Шор А, а вкладышей - 62±4 единиц по Шор А.

4. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что внешний конец каждой из тяг закреплен на соответствующем проводе прижимной плашкой.

5. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что чашки рамы выполнены с упрочняющими и теплоотводящими ребрами.

6. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что общая ось зафиксирована в отверстиях чашек путем опрессования.

7. Гаситель по п. 1, отличающийся тем, что чашки снабжены фильерами в виде каналов для стока воды на общей границе контакта чашек.