Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБРОСА ГОЛОЛЕДНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ С ПРОВОДОВ

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для механического удаления гололедных отложений с проводов линий электропередач.

Известно устройство с ударным пружинным элементом для сброса мокрого снега и гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи /см. а.с. СССР №252438, кл. H02G 7/16, 1970 [1]/.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, ограниченные возможности функционирования при отклонении от нормального положения, отсутствие возможности дистанционного управления.

Известно также устройство для сброса гололедных отложений путем импульсного встряхивания проводов, содержащее термокомпенсаторы из материала с эффектом памяти формы, механизм токовой защиты линии, короткозамыкатель и т.п. /см. а.с. СССР №1415309, кл. H02G 7/16, 1986 [2]/.

Недостатками данного устройства являются серьезное усложнение конструкции, необходимость применения элементов со специальными физическими свойствами, отсутствие возможности автоматического включения при возникновении гололеда, дополнительные затраты электроэнергии.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности существенных признаков является устройство для механического сброса гололедных отложений с проводов воздушной линии электропередачи, содержащее ударный элемент, выполненный в виде элемента с памятью формы, концы которого с помощью специальных электрических и механических схем соединены с грозозащитными тросами и проводами /см. а.с. СССР №811382, кл. H02G 7/16, 1978 [3]/, и принятое за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются значительная сложность конструкции и ограниченные области применения вследствие необходимости использования физических элементов со специальными свойствами, задействования грозозащитных тросов, траверс, гирлянд изоляторов, разъемных скоб, дополнительные затраты электроэнергии на запитку грозозащитных тросов, невозможность автоматического включения устройства для предотвращения возникновения гололеда.

Сущность изобретения заключается в создании устройства для механического сброса с проводов воздушных линий электропередачи гололедных отложений, в котором ударный механизм автоматически и непрерывно работает в виброударном режиме под действием тока, протекающего по самим проводам линии электропередачи, что предельно упрощает конструкцию, исключает дополнительные затраты электроэнергии и осуществляет разрушение гололеда автоматически непосредственно на стадии его образования.

Технический результат - упрощение конструкции устройства, расширение областей его применения, исключение дополнительных затрат электроэнергии и обеспечение возможности работы в автоматическом режиме.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для механического сброса гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи, содержащем упруго связанный с проводом ударный элемент, особенность заключается в том, что ударный элемент представляет собой надетую непосредственно на провод прямоугольную рамку, две противоположные стороны которой выполнены в виде высококоэрцитивных пластинчатых постоянных магнитов, намагниченных аксиально, обращенных друг к другу разноименными полюсами, и свободно охватывающих провод с возможностью относительных смещений, а каждая из двух других сторон рамки снабжена выступающим цилиндрическим бойком и свободно надетой на него втулкой из упругого эластичного материала с высотой, превышающей на расчетную величину высоту бойка, введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показан общий вид предлагаемого устройства, установленного на проводе линии электропередачи; на фиг.2 - устройство в поперечном сечении А-А.

Устройство для механического сброса гололедных отложений с проводов воздушных линий электропередачи содержит упруго связанный с проводом ударный элемент. Последний представляет собой надетую непосредственно на провод 1 прямоугольную рамку, две противоположные стороны 2, 3 которой выполнены в виде высококоэрцитивных пластинчатых постоянных магнитов, намагниченных аксиально, то есть магнитные полюса N, S расположены с разных сторон по толщине каждой пластинки 2, 3. При этом постоянные магниты 2, 3 обращены друг к другу разноименными полюсами и свободно охватывают провод 1 с возможностью смещения относительно него, то есть по скользящей посадке. Две другие стороны прямоугольной рамки выполнены в виде соединяющих магниты 2, 3 пластин 4, 5 и прикреплены к магнитам 2, 3 с помощью винтов 6, ввернутых в заармированные в магниты 2, 3 резьбовые втулки 7. При этом каждая из пластин 4, 5 с обращенной к магнитам 2, 3 стороны в своей центральной части снабжена выступающим цилиндрическим бойком 8, 9 и свободно надетой на него втулкой 11 из упругого эластичного материала, введенной в контакт своим наружным торцом с поверхностью провода 1. Высота каждой втулки 10, 11 на расчетную величину /см. ниже/ превышает высоту соответствующего бойка 8, 9, то есть образует с проводом 1 зазор 12 расчетной величины. Высококоэрцитивные постоянные магниты 2, 3 выполнены в виде соединений редкоземельных элементов /РЗЭ/, в частности - из сплава Альнико 9 /Al, Ni, Co, Cu, Тi, Fe/, отличающегося высокими значениями магнитного потока с индукцией Br=1, 2 Тл при малой массе и габаритах. Пластины 4, 5 выполнены из легкого немагнитного материала, в частности - дуралюминия, упругие эластичные втулки 10, 11 - из пористой вулканизированной резины типа СКИ, характеризующейся сочетанием повышенных прочностных свойств, высокой износо- и тепло-влаго-морозоустойчивостью.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Постоянные магниты 2, 3 вплотную прижаты к проводу 1, и в рабочем зазоре между полюсами, равном диаметру провода 1, создается постоянное магнитное поле индукцией Br /направлено вертикально на фиг.1/. При протекании по проводу 1 переменного тока амплитудой согласно закону Ампера возникает сила взаимодействия провода 1 и постоянных магнитов 2, 3 , по модулю F=IBrℓ, где ℓ - длина участка провода 1 в зоне магнитного поля, то есть ширина рамки. Направление вектора определяется по правилу левой руки. Так как участок ℓ провода можно считать по сравнению с упругими втулками 10, 11 абсолютно жестким, магниты 2, 3, охватывающие провод 1, могут свободно смещаться вдоль провода 1, то взаимодействие с силой приводит к упругим деформациям втулок 10, 11 и соответственно к горизонтальным смещениям рамки /см. фиг.2/ относительно провода 1. Так как направление тока в проводе 1 изменяется с промышленной частотой f=50 Гц, то с такой же частотой f изменяется направление действия силы , то есть происходят горизонтальные на фиг.2 колебания рамки относительно провода 1 /то, что "горизонтальные" - это условно, применительно к рисункам, так как рамка может развернуться вокруг провода 1 на любой угол/. Такие колебания сопровождаются поочередной деформацией втулок 10, 11. При этом рассчитано так, что осевая упругость втулок 10, 11 и расчетная величина зазора 12 должны обеспечивать при получаемой амплитуде силы деформацию продольную втулок 10, 11 на величину зазора δ, что приведет к ударам бойков 8, 9 о поверхность провода 1 с двух его противоположных сторон. Такие удары в процессе протекания по проводу 1 рабочего тока происходят непрерывно по два раза за период изменения тока, что автоматически не позволит в принципе образоваться гололедным отложениям независимо от их физической природы. При этом для устранения данных отложений используются не специальные электрические режимы, токи короткого замыкания, шунтирование, включаемые в определенный промежуток времени и прерывающие в большинстве случаев работу линии в нормальном режиме, не специальные грозозащитные тросы, имеющиеся на определенных участках и на определенных линиях, а обычный рабочий режим типовой линии электропередачи, при этом осуществляемый автоматический во все время работы линии непрерывно без дополнительных затрат электроэнергии. Устройство просто по конструкции, универсально, имеет широкие области применения в не зависимости от типа воздушной линии, характера проводов и т.п., не требует применения никаких специальных элементов, электрических схем и узлов, особых режимов с прерыванием нормальной работы линии /см. выше/. Непрерывные соударения в автоматическом режиме при свободном охвате рамкой провода 1 приводят за счет неоднородности поверхности провода из-за отложений, разности горизонтальных наклонов провода на отдельных участках, разных угловых положений рамки по отношению к проводу и т.п. к постоянным хаотичным перемещениям рамки относительно провода вдоль него в пределах длины пролета, а также к постоянным разворотам рамки вокруг провода. Это позволяет в большинстве случаев использовать всего одну рамку на пролете линии электропередачи между опорами, то есть резко упростить процесс сброса гололедных отложений.

Приведем конкретный пример реализации устройства. При Br=1,2 Тл, ℓ=5 см = 0,05 м, I=170 А амплитуда /расчетное значение/ возникающей силы порядка F=10H≈1 кГ. При продольной жесткости втулок 10, 11 порядка С=1·10⁴ Н/м и величине зазора 12 δ≈1÷1,2 мм расчетное значение силы F обеспечивает сжатие втулок 10, 11 на величину δ зазора, то есть обеспечивает наличие непрерывных соударений бойков 8, 9 с проводом 1. При массе рамки порядка m=0,1 кг /максимально облегченная рамка/ и вышеуказанной жесткости C собственная круговая частота поперечных колебаний рамки, упруго установленной на проводе с помощью втулок 10, 11 порядка ω_p≈310-320 рад/с, что соответствует собственной частоте f_p порядка 50 Гц. Таким образом, в данном устройстве при выбранном соотношении параметров собственная частота поперечных колебаний рамки f_р примерно совпадает или лежит в резонансеной зоне частот вынужденных колебаний, которыми для рамки является промышленная частота тока f=50 Гц в линии электропередачи. При некотором изменении частоты тока эффективность ударных взаимодействий рамки с проводом будет понижена. В случае принципиально других частот работы линии электропередачи необходимо изменение конструктивно-технологических параметров рамки: жесткости упругих втулок, индукции магнитного поля постоянных магнитов, ширины рамки, ее массы и т.п.