МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Энергетический факультет

Кафедра «Электрические станции»

НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТА

«ОГРАНИЧЕНИЕ ГОЛОЛЕДООБРАЗОАПНИЯ НА ЛЭП»

Студент группы 106110                                                      В. В. Фридрих

Руководитель                                                                       П. И. Климкович

Минск 2012

РЕФЕРАТ

Работа 20 с., 2 рис., 3 источника.

НАГРУЗКИ НА ПРОВОДА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ, ОГРАНИЧИТЕЛЬ ГОЛОЛЕДООБРАЗОВАНИЯ ПРОВОДОВ, ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИЙ ДЛЯ ПРОВОДОВ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Объектом исследования являются: воздушные линии электропередачи, гасители вибраций.

Цель работы: изучить способы очистки проводов линий электропередачи от льда.

В работе исследованы ограничитель гололедообразования проводов воздушных линий электропередачи, гаситель вибрации для проводов линии воздушной электропередачи, устройство гасителя вибраций и недостатки гасителя вибраций.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ. 4

1 ОГРАНИЧИТЕЛЬ ГОЛОЛЕДООБРАЗОВАНИЯ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.. 5

2 НАГРУЗКИ НА ПРОВОДА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.. 6

3 ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ ДЛЯ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.. 8

3.1 Устройство гасителя вибраций. 8

3.2 Недостатки гасителя вибраций. 9

4 СРОК СЛУЖБЫ ПРОВОДОВ.. 11

5 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ  13

5.1 Основные положения. 13

5.2 Работа устройства. 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 19

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 20

ВВЕДЕНИЕ

Гололедные аварии вызываются отложением гололеда (изморози, мокрого снега) на проводах и грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи в сочетании с ветровыми нагрузками. Эти аварии во многих энергосистемах являются наиболее тяжелыми и массовыми по сравнению с нарушениями по другим причинам. Значительная часть территории Беларуси в той или иной мере подвержена влиянию гололеда на работу энергосистем. В более чем сорока энергосистемах за последние 30 лет многократно происходили аварии на линиях электропередачи при воздействии интенсивных нагрузок.

1 ОГРАНИЧИТЕЛЬ ГОЛОЛЕДООБРАЗОВАНИЯПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Изобретение может быть использовано в электроэнергетике, а именно в качестве устройства для ограничения колебаний проводов (вибрации и пляски), а также отложений на них гололеда на воздушных линиях электропередачи.

Устройство выполняется в виде упругого демпферного элемента (стального троса), грузов, закрепляемых по концам этого элемента, и зажима, которым устройство крепится к проводу и посередине троса.

Грузы выполняются в виде изогнутых стержней, имеющих короткие, длинные прямолинейные отрезки и изогнутый отрезок, на один прямолинейный длинный отрезок надевается термоусадочная втулка, а конец этого отрезка может быть загнут в сторону троса загибом.

Компоновкой и оптимальным выбором размеров стержней достигается возможность подавления как низкочастотных колебаний, так и высокочастотных. Это позволяет достичь существенного снижения затрат на проектирование, монтаж и эксплуатацию электропередачи.

Изобретение относится к области электроэнергетики, а более конкретно к ограничителям гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий электропередачи.

2 НАГРУЗКИ НА ПРОВОДА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Провода и грозозащитные тросы воздушных линий электропередачи подвержены одновременным действиям различных видов статических и динамических нагрузок.

Статическое действие нагрузок соответствует состоянию провода и других частей конструкций или узлов линий, когда они не испытывают ускорения и в них не возникают добавочные динамические напряжения.

При наличии ускорений возникают колебания, которые в некоторых случаях могут дать явления резонанса, связанные с резким увеличением напряжений. Поэтому колебания проводов представляют наибольшую опасность для элементов линий и могут в ряде случаев стать главным фактором, определяющим их надежность.

Разрушение проводов от колебаний обусловлено усталостью материала и происходит при нагрузках, значительно меньших, чем расчетные нагрузки, создаваемые отложением гололеда или воздействием ветра.

Однако, если опасность воздействия динамических нагрузок в основном зависит от продолжительности колебаний, а статических нагрузок от величины отложения гололеда (равномерного ветра), то совместное их действие значительно увеличивает напряженное состояние проводов и еще более ухудшает положение с их несущей способностью и надежностью.

Проведенные в последнее время теоретические и экспериментальные исследования показали, что требуются комплексные технические решения, обеспечивающие одновременное ограничение вибрации и пляски проводов, а также отложение сверхрасчетного гололеда. Это позволило бы существенно повысить надежность воздушных линий электропередачи и снизить затраты по их монтажу и эксплуатации на два или три порядка.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано при эксплуатации контактной сети и линий электропередачи.

Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности и скорости удаления гололеда при значительном сокращении расходов электроэнергии.

3 ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ ДЛЯ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

3.1 Устройство гасителя вибраций

Известен гаситель вибрации для проводов воздушной линии электропередачи, содержащий выполненный в виде проволочного стального троса упругий демпферный элемент, жестко закрепленные на некотором расстоянии от подвески гасителя на концах упругого демпферного элемента литые грузы и выполненный в виде захвата и плашки зажим, причем зажим закреплен на средней части упругого демпферного элемента, а захват крепится на проводе при помощи плашки и крепежного болта.

Такой гаситель достаточно эффективен при гашении эоловых вибраций в диапазоне частот от 5 до 100 Гц, где он имеет все необходимые собственные частоты, хотя для того, чтобы перекрыть весь этот частотный диапазон для множества линейных объектов требуется варьировать длину упругого демпферного элемента и массы распределения грузов по длине, что приводит к возрастанию номенклатуры выпуска гасителей, используемых на воздушных линиях электропередачи различного класса напряжений.

Но главный недостаток этого гасителя вибрации состоит в том, что он не может эффективно работать как ограничитель гололедообразования, так и гасителя пляски. Для ограничения величины гололеда проводу необходимо увеличивать жесткость на кручение, которую можно достигнуть, устанавливая под проводом груз на достаточно длинной консоли. Возникающий реактивный крутящий момент от такого груза будет препятствовать закручиванию провода при отложении на нем гололеда. Это вызовет образование гололеда вытянутой формы, более облегченного, вместо цилиндрического, более тяжелого.

Подавление низкочастотных колебаний (пляски) можно осуществить за счет расстройства крутильных колебаний, которые управляют этим процессом.

Наиболее приемлемыми устройствами для этих целей являются маятниковые гасители пляски на удлиненной консоли, которые удобно вписываются в устройство гасителя вибрации за счет развития его геометрических размеров в вертикальной плоскости.

Наиболее близким техническим решением по отношению к предложенному является ограничитель гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий электропередачи, содержащий упругий демпферный элемент, разные по массе грузы, выполненные в виде изогнутых стержней, жестко закрепленных по концам упругого демпферного элемента, и зажим, предназначенный для подвески на проводе, закрепленный одним концом посередине упругого демпферного элемента, а другим подсоединенный к проводу линии

3.2 Недостатки гасителя вибраций

Гаситель имеет существенные недостатки:

– конструктивная компоновка грузов этого гасителя не позволяет достичь их оптимальных размеров, чтобы обеспечить эффективное гашение вибраций, а тем более низкочастотных колебаний большой амплитуды типа пляски проводов;

– у данного гасителя не хватает длины рычага прямолинейных участков стержней грузов (они практически сближены с упругим демпферным элементом) для того, чтобы развить максимальный крутящий момент, который бы стопорил нарастание гололеда на проводе или при положительной температуре провода приводил бы к его осыпанию;

– фактически настоящий гаситель представляет собой гаситель инерционного типа, действующий по принципу гасителей Стокбриджа и, следовательно, неспособный подавлять низкочастотную вибрацию, которая возникает зачастую при образовании на проводах инея или кристаллической изморози, или пляску при образовании гололеда.

4 СРОК СЛУЖБЫ ПРОВОДОВ

Продление срока службы высоковольтных проводов возможно в условиях ограничения воздействия климатических факторов окружающей среды. В числе таких факторов – низкие температуры, способствующие образованию льда, ветер, раскачивающий провода. Для предотвращения раскачивания и гололедообразования применяются специальные приспособления: ограничители гололедообразования и колебаний и гасители пляски.

Ограничители (грузоограничители закручивания проводов) – это комплексное уникальное устройство. Подвешенное с подветренной стороны, оно не дает проворачиваться льду вокруг проводов (а именно во время проворачивания и образуется ледяная «подушка», приводящая к обрыву). Ограничители позволяют ограничить массу и диаметр образующегося льда и обезопасить провод от обрыва. Также установка этих устройств позволяет увеличить жесткость проводов, что предотвращает их схлестывание и пережигание электрической дугой.

Согласно программе, ограничители гололедообразования уже используются в полной мере

Гасители пляски применяются на расщепленной фазе из трех проводов. Гаситель устанавливается на плашке горизонтальной распорки, так, чтобы груз поочередно располагался в разные стороны от продольной оси фазы. При нечетном количестве групповых распорок гаситель пляски не устанавливается на группу распорок находящуюся в средней части пролета. На пляске груз прикрепляется болтом распорки. Гашение пляски происходит при воздействии на крутильные колебания фазы в целом, так, чтобы соседние участки провода с гасителем и распорками от вертикальных колебаний закручивались в противоположные стороны. Гашение вибрации достигается за счет дополнительной потери энергии при работе гасителя при вибрации как крутильного демпфера всей фазы.

За счет увеличения общей жесткости фазы на кручение происходит значительное уменьшение закручивания отдельных проводов фазы, что способствует снижению массы отложенного гололеда. Гасители пляски проводов выпускаются трех типоразмеров.

5 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

5.1 Основные положения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для очистки проводов высоковольтных линий электропередач от гололеда. Технический результат: сигнализация и предотвращение ледообразования на проводах линий электропередач. Для этого устройство содержит расположенные с обеих сторон корпуса ледорезы с зубчатым элементами, первое и второе подвижные кольца, внутри которых проходит провод, два электромагнита с блоком питания электромагнитов, который связан с датчиком гололеда и блоком радиоуправления, помещенными в корпус, при этом упомянутые кольца выполнены в виде упруго связанных полуколец из ферромагнитного материала, также содержит неподвижное кольцо, состоящее из полуколец, скрепленных немагнитным непроводящим материалом и скрепленное с подвижными кольцами упругой связью, при этом неподвижное кольцо расположено так, что прорези повернуты на 90° относительно прорезей подвижных колец.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для очистки проводов высоковольтных линий электропередач от гололеда.

Известно устройство для очистки проводов линии электропередачи, имеющее механический контакт с токоведущим элементом. Исполнительный блок последовательно соединен с нелинейным блоком, конденсатором, источником питания и приемным элементом. При этом исполнительный блок выполнен в виде пьезоэлемента, имеющего электрический контакт с токоведущим элементом, конденсатор включен параллельно пьезоэлементу и нелинейному блоку, а приемный элемент выполнен в виде коронирующего электрода. Устройство может также содержать термореле, включенное между приемным элементом и нелинейными блоком. Кроме того, в цепь приемного элемента включен выпрямитель.

Недостатком этого устройства является наличие пьезоэлемента, что обуславливает небольшие амплитуды колебаний провода и приводит к невысокой эффективности.

Известно также устройство для очистки проводов линий электропередачи, содержащее ведомую каретку, установленную на проводе с возможностью перемещения вдоль него, снабженную ледорезами и двигателем с источником питания, выполненным в виде трансформатора дроссельного типа, первичной обмоткой которого служит провод воздушной линии электропередачи, а вторичная обмотка расположена на сердечнике, охватывающем указанный провод (рисунок 1).

Рисунок 1 – Устройство для очистки проводов линий электропередач

Известно также устройство для очистки проводов линий электропередач, содержащие установленные на транспортном средстве штанги по числу очищаемых проводов, ролики с зубчатыми канавками, ширина дна которых больше или равна диаметру провода, и насаженные на штанги подпружиненные вилки, которых закреплены оси роликов. Канавка ролика может быть выполнена трапецеидальной, а ее дно имеет гладкую поверхность и покрыто упругим материалом. Кроме того, штанга может быть выполнена телескопической из телескопического материала.

Недостатком этого устройства является применение транспортного средства, трактора, на котором установлены штанги, вследствие чего эффективность удаления гололеда является невысокой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство для очистки проводов линий электропередач, содержащее ледорезы с зубчатыми элементами, подвижными кольцами из ферромагнитного материала с соосными прорезями и жестко закрепленное в немагнитном герметичном корпусе неподвижное относительно корпуса кольцо с прорезью, повернутое на 180° относительно прорезей подвижных колец, внутри которых проходит провод, при этом устройство содержит два электромагнита с блоком питания электромагнитов, который связан с датчиком гололеда и блоком радиоуправления, помещенными в корпус, у обеих сторон с которых размещены кольцевые ледорезы.

Недостатками прототипа являются то, что движение устройства обеспечивается чередующимися ударами, вследствие чего снижается надежность и эффективность удаления гололеда.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности и эффективности удаления гололеда за счет применения способа безударного вибрационного перемещения.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для очистки проводов линий электропередач, содержащее расположенные с обеих сторон корпуса ледорезы с зубчатым элементами, первое и второе подвижные кольца, внутри которых проходит провод, при этом устройство содержит два электромагнита с блоком питания электромагнитов, который связан с датчиком гололеда и блоком радиоуправления, помещенными в корпус, в отличие от прототипа упомянутые кольца выполнены в виде упругосвязанных полуколец из ферромагнитного материала, также содержит неподвижное кольцо, состоящее из полуколец, скрепленных немагнитным непроводящим материалом и скрепленное с подвижными кольцами упругой связью, при этом неподвижное кольцо расположено так, что прорези повернуты на 90° относительно прорезей подвижных колец.

Существо устройства для очистки проводов линий электропередач поясняется чертежами. На рисунке 2 пунктиром изображен путь магнитного потока.

Рисунок 2 – Магнитный поток в устройстве для очистки проводов

Устройство для очистки проводов линий электропередач содержит первое подвижное кольцо и второе подвижное кольцо в виде упругосвязанных полуколец из ферромагнитного материала, а также жестко закрепленное в немагнитном герметичном корпусе неподвижное ферромагнитное кольцо, состоящее из полуколец, скрепленных немагнитными непроводящими вставкой и имеющее упругую связь  с кольцами. Внутри указанных элементов проходит провод. При этом устройство содержит два электромагнита с блоком питания электромагнитов, который связан с датчиком гололеда и блоком радиоуправления. С обеих сторон корпуса размещены кольцевые ледорезы.

5.2 Работа устройства

Устройство для очистки проводов линий электропередач работает следующим образом. При возникновении гололедной ситуации блок радиоуправления включает блок питания электромагнитов. При появлении гололеда, фиксированного датчиком гололеда, один из электромагнитов срабатывает, фиксируя один их зазоров между кольцами. Переменный ток, протекая по проводу, возбуждает в магнитной цепи устройства переменный магнитный моток. Между рабочими частями устройства возникает переменная сила притяжения, изменяющая свое значение от нуля до максимального. Когда электромагнитная сила больше силы упругости пружин кольцо начинает притягиваться к неподвижному кольцу, одновременно сжимаясь и фиксируясь на проводе. Центр масс смещается в сторону кольца. Далее электромагнитная сила уменьшается и становиться меньше силы упругости пружины, кольцо разжимается под действием пружин, и кольца отталкиваются, при этом, так как силы трения действующие на оба кольца одинаковы, движения центра тяжести нет.

Далее сила притяжения снова начнет возрастать и цикл повториться снова. Частота цикла устройства равна удвоенной частоте сети, то есть при частоте сети 50 Гц частота вибрации составляет 100 Гц, а при частоте 60 Гц частота вибрации, соответственно, 120 Гц.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает высокую эффективность очистки проводов линий электропередач.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для решения актуальной проблемы обрыва проводов ЛЭП предлагается специальное устройство, способное быстро очистить провод ото льда с помощью вибрации проводника. Этот способ удобен тем, что не нужно плавить лед, не нужно тратить энергию. Необходимо отметить, что данное устройство не имеет проблемы с питанием, так как не требуется понижать напряжение – изолятору для вибрации нужно высокое напряжение.

Конечным продуктом является модифицированный изолятор ЛЭП с устройством коммутации напряжения. Устройство работает следующим образом:

– лед появляется на проводах;

– провод натягивается, срабатывает устройство коммутации;

– изолятор начинает вибрировать, сбрасывая лед с провода.

Потребителями являются электроэнергетические компании, компании, занимающиеся строительством, эксплуатацией и ремонтом ЛЭП.

Устройство для очистки проводов линий электропередач, содержащее расположенные с обеих сторон корпуса ледорезы с зубчатыми элементами, первое и второе подвижные кольца, внутри которых проходит провод, при этом устройство содержит два электромагнита с блоком питания электромагнитов, который связан с датчиком гололеда и блоком радиоуправления, помещенными в корпус, отличающееся тем, что упомянутые кольца выполнены в виде упруго связанных полуколец из ферромагнитного материала, также содержит неподвижное кольцо, состоящее из полуколец, скрепленных немагнитным непроводящим материалом, и скрепленное с подвижными кольцами упругой связью, при этом неподвижное кольцо расположено так, что прорези повернуты на 90° относительно прорезей подвижных колец.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Сергеенков Б. Н., Киселёв В. М., Акимова Н. А. Электрические машины: Трансформаторы. – М.: Высшая школа, 1989. – 352 с.

2 Вольдек А. И. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1974. – 350 с.

3 Сапожников А. В. Конструирование трансформаторов. – М.: Госэнергоиздат, 1959. – 544 с.