Головна › ПЗ › Зледеніння леп. Боротьба з зледенінням проводів леп, пак фа та інші найкращі листи місяця. Оптимальну систему вибере комп'ютер

Зледеніння леп. Боротьба з зледенінням проводів леп, пак фа та інші найкращі листи місяця. Оптимальну систему вибере комп'ютер

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до пристроїв, що перешкоджають утворенню ожеледиці на проводах високовольтних повітряних ліній електропередачі (ЛЕП) без відключення споживачів. Технічний результат полягає у простоті та економічності заявленого пристрою, і по можливості, видаленні наявних крижаних утворень без відключення споживачів та без ускладнення лінії електропередачі, тобто. без додавання дублюючих чи обхідних проводів. Пристрій включає в себе зовнішнє по відношенню до ЛЕП джерело струму, виконаний з можливістю підключення до токонесучих дротів ЛЕП, при цьому джерело струму виконаний у вигляді генератора високої частоти, виконаного з можливістю забезпечення потужності, розрахованої за формулою P Г =q·A·ΔT, де q - коефіцієнт тепловіддачі верхнього гарячого шару дроту повітря, А - площа поверхні проводів, ΔT - температура нагріву дроту щодо температури навколишнього середовища; при цьому вихід генератора підключений до входу узгоджувального пристрою ємнісного типу, виконаного з можливістю узгодження вихідного опору генератора високої частоти з вхідним опором ЛЕП і число виходів, що відповідає кількості проводів ЛЕП. 2 н.п. ф-ли, 7 іл.

Енергетики розглядають зледеніння ЛЕП як одне з найбільш серйозних лих. Це характеризується утворенням щільного крижаного осаду при намерзанні переохолоджених крапель дощу, мряки чи туману переважно за нормальної температури від 0 до -5°З проводах ЛЕП. Товщина ожеледиці на повітряних високовольтних ЛЕП може досягати 60-70 мм, суттєво обтяжуючи дроти. Прості розрахунки показують, що, наприклад, маса дроту марки АС-185/43 діаметром 19,6 мм завдовжки 1 км масою 846 кг збільшується при товщині ожеледиці у 20 мм у 3,7 рази, при товщині у 40 мм - у 9 разів, при товщині 60 мм – у 17 разів. При цьому загальна маса лінії електропередачі з 8 проводів довжиною в 1 км зростає відповідно до 25, 60 і 115 тонн, що призводить до обриву проводів та поломки опорних несучих.

Подібні аварії завдають значної економічної шкоди, зупиняючи електропостачання підприємств та житлових будинків. На усунення наслідків таких аварій йде часом значний час і витрачаються величезні кошти. Такі аварії трапляються щороку у багатьох країнах північної та середньої смуги. Тільки на території Росії великі аварії через ожеледицю за період з 1971 по 2001 р. багаторазово відбувалися в 44 енергосистемах (див. Діагностика, реконструкція та експлуатація повітряних ліній електропередачі в ожеледицьких районах. / І.І.Левченко, А.С.Засипкін, А.А.Алілуєв, Е.І.Сацук. - М.: Видавничий дім МЕІ, 2007). Лише одна аварія у Сочинських електромережах у грудні 2001 р. призвела до пошкодження 2,5 тисяч км повітряних ліній електропередачі напругою до 220 кВ та припинення електропостачання величезного району (див. ).

Відомі численні способи боротьби з цим явищем, засновані на механічному або тепловому впливі на крижану кірку. При цьому перевага надається у різний спосібплавки льоду, оскільки засоби механічного впливу часто не можуть бути застосовані у важкодоступних гірських та лісистих районах. Плавка струмом - найпоширеніший спосіб боротьби з ожеледицею на проводах повітряних високовольтних ЛЕП. Лід плавлять за рахунок нагріву несучих або допоміжних проводів постійним або змінним струмом частотою 50 Гц до температури в 100-130°С (див. Дяков А.Ф., Засипкін А.С., Левченко І.І. Запобігання та ліквідація ожеледних аварій у електричних мережах. - П'ятигорськ, з-під РП «Південенерготехнагляд», 2000 та Рудакова Р.М., Вавілова І.В., Голубков І.Є. Боротьба з ожеледицею в електромережевих підприємствах. - Уфа, Уфімський Державний Авіаційний Технічний університет, 1995).

Відомий спосіб видалення ожеледиці при пропусканні струму короткого замикання проводами розщепленої фази лінії електропередачі (див. А.С. №587547 ). Струм короткого замикання є аварійним режимом для лінії електропередачі і з великим ступенем ймовірності може призвести до відпалу дротів з подальшою незворотною втратою міцності, що є неприпустимим. Проблема ускладнюється тим, що одноразового пропускання струму короткого замикання може бути недостатньо повного видаленняожеледиці, і короткі замикання доведеться неодноразово повторювати, що ще більше обтяжить наслідки.

Розглянемо теоретичні основиспособу боротьби з ожеледицею способом короткого замикання проводів.

Нехай необхідний струм плавки ожеледиці за рахунок нагріву дроту, на якому він намерз, є I ПЛ. Тоді при плавці постійним струмом необхідна напруга джерела живлення

де R ПР - активний опір проводів, а при плавленні змінним струмом від мережі

де X ПР = 2πFL ПР = 314L ПР - реактивний опір, обумовлений індуктивністю проводів L ПР при частоті F = 50 Гц. Для відношення цих двох напруг при однакових струмах плавки згідно (1) та (2) отримаємо

Оскільки величина К U в лініях значної довжини і перерізу через відносно велику індуктивність проводів може досягати 5-10, то економічно вигідніше проводити плавку постійним струмом, при якому напруга джерела живлення, а відповідно, і його потужність згідно (3) знижується в 5-10 разів у порівнянні з джерелом змінного струму. Правда, при цьому потрібне застосування спеціальних потужних високовольтних установок, що випрямляють. Тому зазвичай плавку змінним струмом застосовують на високовольтних лініях напругою 110 кВ та нижче, а постійним – вище 110 кВ. Як приклад вкажемо, що струм плавки при напрузі 110 кВ може досягати 1000 А, необхідна потужність - 190 мільйонів вольт-ампер, температура плавки 130°С (див. і ).

Таким чином, плавка ожеледиці струмом є досить складним, небезпечним і дорогим заходом з відключенням при проведенні всіх споживачів. Крім того, очистивши від ожеледиці дроти, при кліматичних умовах, що не змінилися, вони знову обростають льодом, і потрібно знову і знову проводити плавку.

Іноді нагрівання проводів поєднують з механічним впливом. Так, наприклад, у патенті РФ №2166826 запропонований спосіб видалення ожеледиці з проводів контактної мережі та ліній електропередач, що полягає в тому, що пропускають змінний струм або імпульси струму з частотою, близькою до механічного резонансу, і амплітудою, достатньою для подолання зовнішніх і внутрішніх сил тертя, причому зміна пропускного змінного струму може бути строго періодичним, мати частоту, що коливається, змінюватися за гармонічним законом, мати форму пачок імпульсів із заданими законами зміни частоти, амплітуди і шпаруватості. Параметри контактної мережі, що пропускається по подвійним або кратним проводам, і ліній електропередачі електричного струму вибирається так, щоб привести дроти в коливальний рух. Як відомо, провідники з односпрямованим перебігом струму притягуються. Разом з тим, при ударі проводів один про одного накопичується потенційна енергія у вигляді пружної деформації. Отже, виходить коливальна система, яка при відповідному підборі частоти, амплітуди та шпаруватості імпульсів струму може почати коливатися та увійти до резонансу. Прискорення видалення ожеледиці досягається за рахунок того, що нагрівання проводів супроводжуватиметься механічними ударами проводів один об одного. Зменшення витрат електроенергії досягається за рахунок значного скорочення часу видалення ожеледиці з проводів і зменшення величини струмів, що пропускаються. Підвищення безпеки досягається за рахунок виключення режимів короткого замикання. Зменшення впливу лінії зв'язку, запобігання відмов радіоелектронної апаратури відбувається за рахунок відмови від режимів короткого замикання. Даний спосіб є дуже складним у реалізації, а крім того, як і в інших розглянутих способах необхідно відключати споживачів на період проведення процедури розморожування.

Найбільш близьким до пристрою є технічне рішення, описане в патенті РФ №2316866 . Прототип характеризується тим, що пристрій складається з двох ізольованих між собою груп дротів, які з одного кінця з'єднані між собою та з проводом наступної ділянки повітряної лінії, а з іншого кінця перша група дротів з'єднана з проводом попередньої ділянки повітряної лінії, а між першою та другою групами дротів включено незалежне джерело напруги.

Пристрій-прототип для запобігання утворенню ожеледиці на повітряній лінії показано на Фіг.1 і складається з першої 1 і другої 2 ізольованих між собою груп дротів, які з одного кінця з'єднані між собою та з проводом наступної ділянки ЛЕП 3, а з іншого - перша група дротів з'єднана з проводом попередньої ділянки ЛЕП 4, а між першою 1 і другою групами 2 дротів приєднаний незалежне джерело напруги 5.

Основний струм лінії проходить з дроту попередньої ділянки ЛЕП 4 на першу групу дротів 1 і потім на провід наступної ділянки ЛЕП 3. Від незалежного джерела прикладається 5 напруга між першою групою дротів 1 і другою групою дротів 2.

З теоретичних розрахунків, наведених авторами прототипу , випливає, що для запобігання утворенню ожеледиці, наприклад, на проводі АСУ 95/16 перевищення температури проводу щодо навколишнього середовища повинно дорівнювати 5°С при швидкості вітру 3 м/с. У цьому випадку на дроті має виділятись 36 кВт/10 км. При номінальному струміцього дроту активні втрати на довжині 10 км становлять 28 кВт/10 км. Тому потужність незалежного джерела напруги 5 повинна становити 8 кВт/10 км. Якщо навантаження лінії відсутнє, потужність незалежного джерела 5 повинна становити 36 кВт/10 км.

Якщо друга група дротів є ізольованим сталевим дротом діаметром 4,5 мм, то при потужності втрат цього дроту, що становить 36 кВт/10 км, напруга незалежного джерела 5 складе 2,1 кВ і струм 17 А. При ізольованій другій групі дротів, виконаної з алюмінію, при потужності втрат 36 кВт/10 км напруга незалежного джерела буде 0,8 кВ і 45 А струм.

Незалежним джерелом напруги може бути трансформатор напруги, що живиться від мережі 0,38 кВ з ізоляцією 63 кВ щодо землі для підстанції 110 кВ, або трансформатор далеко від підстанції, що живиться безпосередньо від повітряних ліній 110 кВ.

Найбільш привабливою рисою цього рішення є можливість його застосування без відключення споживачів. Однак недоліком даного способує ускладнення конструкції всієї ЛЕП з допомогою створення «обхідних» груп дротів, які приймають він навантаження під час проведення розморожування основного проводу.

Завдання, на вирішення якої спрямований винахід, полягає в тому, щоб розробити досить простий і економічний пристрій для запобігання утворення ожеледиці на повітряних високовольтних ЛЕП і, по можливості, видалення наявних крижаних утворень без відключення споживачів і без ускладнення лінії електропередачі, тобто. без додавання дублюючих чи обхідних проводів. При цьому для досягнення таких результатів бажано, щоб такий пристрій був заснований на новому, більше ефективному способі. Як прототипу способу є сенс вказати на рішення , в якому використано нагрівання дроту за допомогою зовнішнього джерела струму без відключення споживачів.

Технічний результат щодо способу досягається за рахунок того, що розроблений удосконалений спосіб розігріву токонесучих проводів, щонайменше, двох проводів, шляхом подачі на них напруги високої частоти, відмінною характеристикою якого є використання скін-ефекту та ефекту хвилі для розігріву проводів. При цьому заявляється спосіб передбачає виконання наступних операцій:

Подають між двома проводами лінії електропередачі напруга високої частоти в діапазоні 50-500 МГц з потужністю Р Г =q·А·ΔT, де q - коефіцієнт тепловіддачі верхнього гарячого шару дроту повітря, А - площа поверхні проводів, ΔТ - температура нагрівання дроту щодо температури довкілля.

Технічний результат щодо пристрою досягається за рахунок того, що пристрій включає в себе генератор високої частоти з потужністю, що розраховується за формулою: Р Г =q·A·ΔT,

де q - коефіцієнт тепловіддачі верхнього гарячого шару дроту повітря, А - площа поверхні проводів, ΔT - температура нагріву дроту щодо температури навколишнього середовища, при цьому вихід генератора підключений до входу узгоджувального пристрою ємнісного типу, виконаного з можливістю узгодження вихідного опору генератора високої частоти з вхідним опором ЛЕП і має кількість виходів, що відповідає числу проводів ЛЕП.

Для кращого розуміння істоти винаходу далі наводиться його теоретичне обґрунтування з посиланнями на відповідні графічні матеріали.

Фіг.1. Пристрій-прототип.

Фіг.2. Електрична лінія: 2.1) коротке замикання в лінії; 2.2) еквівалентна схема при постійному струмі; 2.3) еквівалентна схема при змінному струмі частотою 50 Гц.

Фіг.3. Розподіл струму по перерізу провідника: 3.1) при постійному струмі та низькій частоті; 3.1) за високої частоти.

Фіг.4. Двопровідна лінія: 4.1) зовнішній вигляд, 4.2) графік амплітуди напруги при хвилі, що біжить, 4.3) при біжучій і відбитій хвилі.

Фіг.5. Схема підключення генератора високочастотного до лінії електропередачі.

Фіг.6. Графіки залежності: 6.1) поверхневого шару проникнення струму у провідник; 6.2) відносного питомого опору проводів залежно від частоти: 601 – сталь, 602 – алюміній, 603 – мідь.

Фіг.7. Залежність коефіцієнта перетворення електромагнітної енергії хвилі, що біжить, в теплову від довжини лінії.

Як відомо, термін скін-ефект походить від англійського слова skin, тобто. "шкіра"; при цьому в електротехніці під цим розуміється, що за певних обставин електричний струмконцентрується на "шкірі" провідника (див. ru.wikipedia.org/wiki/Скін-ефект). Було встановлено, що в однорідному провіднику змінний струм, на відміну від постійного, не рівномірно розподіляється по перерізу провідника, а концентрується на його поверхні, займаючи дуже тонкий шар (див. Фіг.3), товщина якого при частоті змінного струму f>10 кГц визначається за формулою

де σ (Ом·мм 2 /м) - питома електричний опірпри постійному струмі; µ про =1,257·10 6 (В·с/А·м) - магнітна постійна; µ - відносна магнітна проникність (для немагнітного матеріалу µ=1) f - частота МГц.

Графіки функції (f) згідно (4) для трьох матеріалів (сталі - 601, алюмінію - 602 і міді - 603) показані на Фіг.6.1. Витончення шару, яким протікає змінний струм, тягне до збільшення опору провідника радіусом r (мм), що визначається при (r/2δ)>10 за формулою

де R o =σ/πr 2 - опір того ж провідника завдовжки 1 м постійному струму.

Графіки функції R f (f)//R o при r=10 мм, що показують, як зростає опір провідника з частотою для трьох матеріалів (сталі - 601, алюмінію - 602 і міді - 603), показані на Фіг.6.2. З них, наприклад, випливає, що при частоті 100 МГц і вище опір алюмінієвих дротів зростає у 600 і більше разів.

Що стосується ефекту «біжучої електромагнітної хвилі», то, як відомо (див., наприклад, izob.narod.rn/p0007.html), можливі два основні способи поширення електромагнітних хвиль: у вільному просторі при випромінюванні антеною і за допомогою хвилеводів і фідерних або так званих довгих ліній - коаксіальних , смужкових та двопровідних - (див. Каганов В.І. Коливання та хвилі в природі та техніці. Комп'ютеризований курс. - М.: Гаряча лінія - Телеком, 2008). У другому випадку електромагнітна хвиля, немов по рейках, ковзає вздовж лінії. Оскільки два дроти лінії електропередач можна розглядати як двопровідну лінію (Фіг.4.1), то зупинимося на її аналізі. Сама лінія характеризується трьома основними параметрами: хвильовим опором ρ, постійної згасання α та фазової постійної β. Хвильовий опір двопровідної лінії, протягнутої в повітрі

де а - відстань між центрами проводів, r - радіус дроту (див. Фіг.4.1) Постійне згасання

де R f - опір одного дроту на високій частоті, визначений згідно (5).

Фазова постійна β=2π/λ, (1/м), де λ (м) - довжина хвилі, що розповсюджується в лінії.

У самій двопровідній, як і інших фідерних лініях, можливі два основних режими роботи: тільки з хвилею, що біжить в одному напрямку і з двома хвилями - біжучою і відображеною від кінця або перешкоди в лінії. Припустимо, що лінія нескінченно довга. Тоді в ній можливий тільки режим хвилі, що біжить, напруга якої залежить від часу t і відстані х від генератора (Фіг.4.2):

де U 0 - амплітуда напруги на вході лінії, до якої підключено генератор частотою f.

Згідно (8) амплітуда хвилі, що біжить, що поширюється вздовж лінії, зменшується за експоненційним законом (Фіг.6 і 7). Отже, потужність електромагнітної хвилі, що біжить, на відстані L від генератора складе:

де Р Г = (U 0)) 2 / 2 - потужність хвилі на початку лінії, що дорівнює вихідний потужності високочастотного генератора.

Різниця між потужністю хвилі, що біжить на початку лінії і на відстані L визначатиме тепловий нагрівання лінії, по якій поширюється хвиля

Коефіцієнт перетворення електромагнітної енергії хвилі W, що біжить, в теплову в лінії довжиною L (м) з урахуванням (10) складе:

Графіки функції η(L) при трьох значеннях постійної згасання α (1/км) побудовані на фіг.7. З них випливає, що чим більший опір проводів лінії R f , що визначається (5), і відповідно постійна згасання α, яка визначається (7), тим більша частина енергії електромагнітного полябіжучої хвилі вздовж лінії перетворюється на тепло. Саме цей ефект перетворення електромагнітної енергії в теплову, що йде на нагрівання проводів при високій частоті сигналу, і покладено в основу заявляється способу запобігання ожеледиці на лініях електропередачі.

У разі обмежених розмірів лінії або будь-якої високочастотної перешкоди, наприклад ємності, в лінії, крім падаючої, буде поширюватися і відбита хвиля, енергія якої також буде перетворюватися в тепло в міру її поширення від перешкоди до генератора. Амплітуди зміни вздовж лінії обох хвиль - падаючої та відбитої - показані на Фіг.4.3.

Для розрахунку теплової віддачі визначимо на конкретному прикладіяка потужність

Р Г високочастотного генератора частотою f, підключеного до лінії електропередачі, знадобиться для розігріву двох проводів на T градусів. Врахуємо такі обставини. По-перше, тонкий верхній шар дроту під дією електромагнітної хвилі прогрівається практично миттєво за високого значення об'ємного виділення тепла. По-друге, це тепло витрачається на нагрівання всього дроту (М) і навколишнього провід повітря шляхом конвекції (Q B) (див. Фіг.3.2).

Приймемо наступні вихідні дані: матеріал дроту - алюміній діаметром 10 мм, переріз S=78,5 мм 2 , довжина L=5000 м, щільність р=2710 кг/м 3 питомий опірна постійному струмі σ=0,027 Ом·мм 2 /м, питома теплоємність з=896 Дж/кг·К, коефіцієнт тепловіддачі верхнього гарячого шару дроту повітря q=5 Вт/м·К.

Маса двох дротів:

Поверхня двох дротів:

Кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання двох проводів на ΔТ=13°С:

Тепловіддача двох проводів у навколишнє середовище за різниці температур ΔТ=13°С:

де t час на секундах.

З останнього виразу отримаємо необхідної потужності високочастотного генератора Р Г =20,4 кВт, тобто. 2 Вт потужності високочастотного коливання на 1 м дроту при об'ємному виділенні тепла у верхньому шарі дроту 8 МВт/м 3 . Принагідно зауважимо, що при тому ж типі дроту для звільнення його від ожеледиці шляхом плавки з циклом до 40 хв потрібна потужність 100 А на 1 метр (див. і ).

Прирівнявши вирази для енергії, знайдемо величину часу для встановлення стаціонарного режиму розігріву проводів:

Для перевірки висловлених вище теоретичних положень і докази промислової застосування заявляється способу і пристрою був проведений лабораторний експеримент.

З попередніх розрахунків був зроблений висновок про те, що як генератор високочастотного сигналу можна використовувати потужні радіопередавачі УКХ ЧС мовлення, що працюють в діапазоні частот 87,5 ... 108 МГц, змінивши в них тільки пристрій узгодження з навантаженням і підключивши до лінії електропередачі згідно зі схемою Фіг .5.

В експериментальному варіанті генератор 502 потужністю 30 Вт частотою 100 МГц був підключений через узгоджувальне пристрій 501 до двопровідної лінії довжиною 50 м, розімкнутої на кінці, з проводами діаметром 0,4 мм і відстанню між ними 5 мм. Хвильовий опір такої лінії згідно (6):

Під дією електромагнітної хвилі, що біжить температура нагрівання двопровідної лінії склала 50-60°С при навколишній температурі повітря 20°С. Результати експерименту із задовільною точністю збіглися з результатами розрахунку, виконаного згідно з наведеними математичними виразами.

При цьому були сформульовані такі висновки:

Заявляється спосіб розігріву ліній електропередачі шляхом електромагнітної хвилі, що розповсюджується по ній, енергія якої в міру поширення переходить в тепло, дозволяє нагрівати дроти на 10-20°С, що повинно запобігти утворенню ожеледиці;

Найбільш доцільним є застосування заявляється способу і пристрої для запобігання утворення ожеледиці на проводах, оскільки для усунення крижаної «шуби», що вже утворилася, знадобляться значно більші енерговитрати і більш тривала процедура;

У порівнянні з застосовуваним в даний час способом плавки ожеледиці заявляється спосіб має ряд переваг, зокрема, враховуючи той факт, що спосіб реалізується без відключення споживачів, є можливість у профілактичних цілях проводити нагрівання лінії до утворення щільного крижаного осаду на проводах, що дозволяє нагрівати їх до 10-20 ° С, а не до температури 100-130 ° С, необхідної для плавки ожеледиці;

Зростання у міру зростання частоти змінного струму опір проводів (у наведеному прикладі на частоті 100 МГц опір у порівнянні з частотою 50 Гц зростає на три порядки) дозволяє отримати високий коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову і тим самим знизити потужність генератора.

1. Спосіб боротьби з ожеледицею на лініях електропередачі, що полягає в тому, що без відключення споживачів на токонесучі дроти подають від зовнішнього джерела струм, що розігріває провід, який відрізняється тим, що подають між двома проводами лінії електропередачі напруга високої частоти в діапазоні 50-500 МГц потужністю R Г =q·A·ΔT, де q - коефіцієнт тепловіддачі верхнього гарячого шару дроту повітря, А - площа поверхні проводів, ΔT - температура нагрівання проводу щодо температури навколишнього середовища.

2. Пристрій для боротьби з ожеледицею, що включає в себе зовнішнє по відношенню до ЛЕП джерело струму, виконаний з можливістю підключення до токонесучих проводів ЛЕП, що відрізняється тим, що зовнішнє джерелоструму виконаний у вигляді генератора високої частоти, виконаний з можливістю забезпечення потужності, розрахованої за формулою Р Г =q·A·ΔT, де q - коефіцієнт тепловіддачі верхнього гарячого шару дроту повітря, А - площа поверхні проводів, ΔT - температура нагрівання дроту щодо температури довкілля; при цьому вихід генератора підключений до входу узгоджувального пристрою ємнісного типу, виконаного з можливістю узгодження вихідного опору генератора високої частоти з вхідним опором ЛЕП і число виходів, що відповідає кількості проводів ЛЕП.

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до пристроїв, що перешкоджають утворенню ожеледиці на проводах високовольтних повітряних ліній електропередачі без відключення споживачів

Методи боротьби з зледенінням ЛЕП

Науковий керівник – д. т.зв., професор

1. Введення

Незважаючи на багаторічні зусилля енергетиків та науковців, ожеледиці аварії в електричних мережах багатьох енергосистем, як і раніше, викликають найважчі наслідки та періодично дезорганізують електропостачання регіонів країни.

Боротьба з зледенінням проводів ЛЕП здійснюється 3 методами:

1 -механічний; 2 – фізико-хімічний; 3 – електромеханічний.

1) Механічний спосіб

Механічний спосіб полягає у застосуванні спеціальних пристроїв, якими проводиться збивання льоду з дротів. Найпростіший спосіб механічного видалення ожеледиці – збивання за допомогою довгих жердин. Оббивка здійснюється бічними ударами, що викликають хвилеподібне коливання дроту. Але цей спосіб вимагає доступу до ЛЕП, що порушує нормальну роботудільниці. До того ж механічна дія не перешкоджає зледеніння, а усуває його.

https://pandia.ru/text/80/410/images/image006_24.jpg" align="left" width="292" height="271 src=">

Видалення ожеледиці з проводів жердинами практично неможливе без великої кількості робітників. Цей метод вимагає багато часу і застосовується лише на коротких ділянках ліній, через що здебільшого визнається недоцільним. Тому в даний час найбільш поширеним способом боротьби з ожеледицею на проводах ЛЕП є плавка ожеледиці змінним або постійним струмом великої величини протягом тривалого періоду часу (близько 100 хвилин і більше). При цьому витрачається значна кількість енергії та потрібне відключення лінії від споживачів на тривалий термін.

2) Електротермічний метод

Електротермічні способи видалення льоду полягають у нагріванні проводів електричним струмом, що забезпечує запобігання утворенню льоду – профілактичний підігрів або його плавку.

Профілактичний підігрів проводів полягає у штучному підвищенні струму в мережі ЛЕП до такої величини, при якій дроти нагріваються до температури вище 0°С. За такої температури ожеледиця на проводах не відкладається. Профілактичний підігрів необхідно розпочинати до утворення ожеледиці. При профілактичному підігріві слід застосовувати такі схеми живлення, які вимагають відключення споживачів.

Плавка ожеледиці на проводах здійснюється при ожеледі, що вже утворилася, шляхом штучного підвищення струму мережі ЛЕП. Провід нагрівають постійним або змінним струмом частотою 50 Гц до температури 100-130°С. Зробити це простіше, замкнувши коротко два дроти, при цьому від мережі доводиться відключати всіх споживачів.

Плавка ожеледиці змінним струмом застосовується тільки на лініях з напругою нижче 220 кВ з проводами перетином менше, ніж 240 мм2. Для ПЛ напругою 220 кВ і вище з проводами перерізів 240 мм2 і більше плавка ожеледиці змінним струмом вимагає значно великих потужностейджерела живлення.

Перевага цього методу, це те, що він знижує енерговитрати. Однак до недоліків такого методу можна віднести наступне: необхідність постійного підігріву проводів для запобігання ожеледиці, висока вартість джерел високочастотного струму необхідної потужності.

3) Фізико-хімічний метод

Фізико-хімічний спосіб на відміну від інших запобігає появі зледеніння проводів. Отримані результати дозволяють говорити про новий фізико-хімічний метод у боротьбі зі зледенінням проводів ЛЕП, ефективність якого суттєво перевищує можливості традиційних методів. Також цей метод не вимагає якихось великих економічних витрат. Тому він є перспективнішим. Єдиним недоліком фізико-хімічного методу є те, що термін дії таких рідин недовгий, а регулярно наносити їх на сотні та тисячі кілометрів дротів нереально.

4) Заміна дротів.

Метод полягає в тому, щоб не винаходити ніяких другорядних приладів для очищення дротів від льоду, а створити нові високотехнологічні дроти. Ці дроти повинні виконувати такі вимоги:

Збільшити пропускну спроможністьіснуючі лінії;

Зменшити механічні навантаження, що прикладаються до опор ЛЕП, через танці проводів;

Підвищення корозійної стійкості проводів та тросів;

Зниження ризику обриву проводу при частковому пошкодженні кількох зовнішніх дротів через зовнішні впливи, у тому числі внаслідок удару блискавки;

Поліпшення механічних властивостей проводів при налипанні снігу або утворенні льоду

Для цього, зовнішні шари дроту потрібно виконувати з таких провідників, які щільно прилягатимуть один до одного.

Таким чином, за рахунок більш щільного скручування провідників і гладкої зовнішньої поверхні можливе використання більш тонких і легших проводів. Це, у свою чергу, призводить до зниження електричних втрат у проводах на 10 – 15 %, у тому числі втрати на корону, та підвищення механічної міцності конструкції. Також, завдяки щільному скрутці практично виключається проникнення у внутрішні шари води та забруднень, отже знижується корозія внутрішніх шарів дроту.

3. Висновок

Через неефективність механічного та фізико-хімічного методу на великих відстанях, то про економічну сторону говорити не будемо.

У Наразі, що утворилася ожеледь на проводах очищають підігрівом. Це не є найдешевшим способом, тому що цей спосіб вимагає потужних та дорогих джерел живлення. Таким чином, плавка ожеледиця струмом - досить незручний, складний, небезпечний і дорогий захід. Крім того, очищені дроти при кліматичних умовах, що збереглися, знову обростають льодом, який потрібно плавити знову і знову.

Слід зазначити, що плавка ожеледиці повинна проводитися в районах інтенсивного ожеледиці з частим танцем проводів. В інших випадках застосування плавки ожеледиці повинно обґрунтовуватися техніко-економічними розрахунками.

Термін експлуатації дротів становить 45 років. Потрібно переходити на нові високотехнологічні дроти. Зарубіжні дроти коштують дуже дорого, вартість у 10 разів перевищує вартість дротів АС. Пропонується розробити вітчизняні високотехнологічні дроти та почати замінювати старі на нові.

Список використаної літератури

1. Спосіб видалення зледеніння з проводів ліній електропередач / : пат. 2442256 C1 Росс. Федерація, МПК H02G 7/16.; № 000/07; заявл. 29.10.2010; опубл. 10.02.2012, Бюл. № 4. 4с.: іл.

2. , Ємельянов боротьби з зледенінням ЛЕП: перспективи та переваги нових супергідрофобних покриттів. // Журнал ЕЛЕКТРО № 6/2011. http://www. ess. ru/.

3. Дяків та ліквідація ожеледицьких аварій в електричних мережах. П'ятигорськ: Вид-во РП «Південенерготехнагляд», 2000. 284 с.

4. Абжанов P. C. Дослідження осадження аерозолів стосовно процесу ожеледиці на проводах ЛЕП / Дис. канд. техн. наук Алма – Ата,1973.

5. , До питання про боротьбу з ожеледицею освітою на проводах ліній електропередач // Наук. Тр. ЧІМЗСГ - Челябінськ, 1973, вип.83, с.34-36.

6. , АВТОМАТИЧНА СИСТЕМА ВИДАЛЕННЯ ЛЬОДУ З ПРОВОДІВ ЛІНІЙ ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Доктор технічних наук В. Каганов, професор МИРЕА.

За останні п'ятнадцять років ожеледиця на високовольтних лініях почала виникати все частіше. При невеликому морозі, в умовах м'якої зими, на проводах осідають крапельки туману або дощу, покриваючи їх щільною крижаною шубою вагою кілька тонн на довжині кілометр. В результаті дроти рвуться, а опори ліній електропередач ламаються. Аварії, що почастішали, на ЛЕП пов'язані, мабуть, із загальним потеплінням клімату і вимагатимуть чимало сил і засобів на їх запобігання. Готуватися до них потрібно заздалегідь, але традиційний спосіб плавлення ожеледиці на проводах малоефективний, незручний, дорогий і небезпечний. Тому в Московському інституті радіоелектроніки та автоматики (МІРЕА) розроблено нову технологію не просто знищення вже намерзлого льоду, але що дозволяє заздалегідь запобігати його освіті.

Наука та життя // Ілюстрації

уски льоду на проводах, ізоляторах і несучих конструкціях часом досягають значних розмірів та маси.

Багатотонні шари льоду на дротах ламають навіть сталеві та залізобетонні опори.

Експериментальний генератор на 100 МГц потужністю 30 Вт, зібраний у МИРЕА.

Гололед - лихо для ліній електропередач

Згідно з словником Даля, ожеледиця має й іншу назву - гололед або гололед. Ожеледиця, тобто щільна крижана кірка, утворюється при намерзанні переохолоджених крапель дощу, мряки або туману при температурі від 0 до -5 ° С на поверхні землі та різних предметів, у тому числі проводах високовольтних ліній електропередач. Товщина ожеледиці на них може досягати 60-70 мм, суттєво обтяжуючи дроти. Прості розрахунки показують, що, наприклад, провід марки АС-185/43 діаметром 196 мм кілометрової довжини має масу 846 кг; при товщині ожеледиці 20 мм вона збільшується в 3,7 рази, при товщині 40 мм – у 9 разів, при товщині 60 мм – у 17 разів. При цьому загальна маса лінії електропередач з восьми проводів кілометрової довжини зростає відповідно до 25, 60 і 115 тонн, що призводить до обриву проводів і поломки металевих опор.

Подібні аварії завдають значної економічної шкоди, на їх усунення йде кілька днів і витрачаються величезні кошти. Так, за матеріалами фірми ОГРЕС, великі аварії через ожеледицю за період з 1971 по 2001 рік багаторазово відбувалися в 44 енергосистемах Росії. Лише одна аварія в сочинських електромережах у грудні 2001 року призвела до пошкодження 2,5 тис. км повітряних ліній електропередач напругою до 220 кВ та припинення електропостачання величезного району. Багато аварій ожеледиці було й минулої зими.

Найбільш схильні до ожеледиці високовольтні лінії електропередач на Кавказі (у тому числі і в районі зимової сочинської Олімпіади, що відбудеться в 2014 році), в Башкирії, на Камчатці, в інших районах Росії та інших країн. Боротися з цим лихом доводиться дуже дорогим і вкрай незручним способом.

Плавка електричним струмом

Крижану кірку на високовольтних лініях ліквідують, нагріваючи дроти постійним або змінним струмом частотою 50 Гц до температури 100-130°С. Зробити це найпростіше, замкнувши коротко два дроти (при цьому від мережі доводиться відключати всіх споживачів). Нехай для ефективного розтоплення крижаної кірки на дротах потрібно струм I пл. Тоді при плавленні постійним струмом напруга джерела живлення

U 0 = I пл R пр,

де R пр - активний опір проводів, а змінним струмом від мережі -

де X пр = 2FL пр - реактивний опір при частоті F = 50 Гц, обумовлений індуктивністю проводів L пр.

У лініях значної довжини та перерізу через відносно велику їх індуктивність напруга джерела змінного струму при частоті F = 50 Гц, а відповідно і його потужність повинні бути в 5-10 разів більше в порівнянні з джерелом постійного струму тієї ж сили. Тому економічно вигідно плавити льоду постійним струмом, хоча для цього потрібні потужні високовольтні випрямлячі. Змінний струм застосовують зазвичай високовольтних лініях напругою 110 кВ і нижче, а постійний - вище 110 кВ. Як приклад вкажемо, що при напрузі 110 кВ сила струму може досягати 1000 А, необхідна потужність - 190 млн А, температура дроту 130оС.

Таким чином, плавка ожеледиця струмом - досить незручний, складний, небезпечний і дорогий захід. Крім того, очищені дроти при кліматичних умовах, що збереглися, знову обростають льодом, який потрібно плавити знову і знову.

Перш ніж викласти сутність запропонованого нами методу боротьби з ожеледицею на проводах високовольтних ліній електропередач, зупинимося на двох фізичних явищах, перше з яких пов'язане зі скін-ефектом, друге - з електромагнітною хвилею, що біжить.

Скін-ефект і хвилі, що біжать

Назва ефекту походить від англійського слова "skin" - шкіра. Скін-ефект полягає в тому, що струми високої частоти, на відміну від постійного струму, не розподіляються рівномірно по перерізу провідника, а концентруються в дуже тонкому шарі його поверхні, товщина якого при частоті f > 10 кГц становить долю міліметра, а опір проводів зростає у сотні разів.

Електромагнітні коливання високої частоти можуть поширюватися у вільному просторі (при випромінюванні антеною) і в хвилеводах, наприклад, у так званих довгих лініях, якими електромагнітна хвиля ковзає, немов по рейках. Такою довгою лінією може бути пара проводів лінії електропередачі. Чим більший опір проводів лінії, тим більша частина енергії електромагнітного поля, що біжить уздовж лінії хвилі, перетворюється на тепло. Саме цей ефект і покладено основою нового способу запобігання ожеледиці на лініях електропередач.

Розрахунки показують, що для захисту від ожеледиці ЛЕП довжиною близько 10 км потрібен високочастотний генератор потужністю 20 кВт, тобто 2 Вт, що віддає потужності на метр дроту. Стаціонарний режим розігріву проводів при цьому настає за 20 хвилин. А при тому ж типі дроту застосування постійного струму потрібна потужність 100 Вт на метр із виходом на режим за 40 хвилин.

Струми високої частоти генерують потужні радіопередавачі УКХ ЧС-мовлення, що працюють у діапазоні 87,5-108 МГц. Їх можна підключати до проводів ЛЕП через пристрій узгодження з навантаженням – лінією електропередачі.

Для перевірки ефективності запропонованого методу в МИРЕА провели лабораторний експеримент. Генератор потужністю 30 Вт, частотою 100 МГц підключили до двопровідної лінії довжиною 50 м, розімкнутої на кінці, з проводами діаметром 0,4 мм та відстанню між ними 5 мм.

Під дією електромагнітної хвилі, що біжить температура нагрівання двопровідної лінії склала 50-60°С при температурі повітря 20°С. Результати експерименту із задовільною точністю збіглися з результатами розрахунків.

Висновки

Пропонований спосіб вимагає, звичайно, ретельної перевірки в реальних умовах діючої електромережі з проведенням повномасштабних експериментів, бо лабораторний експеримент дозволяє лише дати першу, попередню оцінку нового способу боротьби з ожеледицею. Але деякі висновки з усього сказаного таки можна зробити:

1. Розігрів ліній електропередач струмами високої частоти дозволить запобігати утворенню ожеледиці на проводах, оскільки можна нагріти їх до 10-20°С, не чекаючи утворення щільного льоду. Відключати від електричної мережі споживачів не доведеться - високочастотний сигнал до них не проникне.

Підкреслимо: спосіб дозволяє не допускати появи ожеледиці на проводах, а не починати з ним боротися після того, як крижана шуба їх огорне.

2. Оскільки дроти можна нагрівати всього на 10-20°С, то порівняно з плавкою, яка потребує нагрівання дротів до 100-130°С, значно зменшується витрата електроенергії.

3. Оскільки опір проводів струмам високої частоти порівняно з промисловою (50 Гц) різко зростає, коефіцієнт перетворення електричної енергії на теплову виявляється великий. Це своє чергу призводить до зниження необхідної потужності. Спочатку, мабуть, можна обмежитися частотою близько 100 МГц генератора потужністю 20-30 кВт, скориставшись існуючими мовними радіопередавачами.

Література

Дяков А. Ф., Засипкін А. С., Левченко І. І. Запобігання та ліквідація ожеледицьких аварій в електричних мережах. - П'ятигорськ: Вид-во РП «Південенерготехнагляд», 2000.

Каганов В. І. Коливання та хвилі в природі та техніці. Комп'ютеризований курс. – М.: Гаряча лінія – Телеком, 2008.

Левченко І. І., Засипкін А. С., Алілуєв А. А., Сацук Є. І. Діагностика, реконструкція та експлуатація повітряних ліній електропередачі в ожеледицьких районах. - М: Видавничий дім МЕІ, 2007.

Рудакова Р. М., Вавілова І. В., Голубков І. Є. Боротьба з ожеледицею в електромережевих підприємствах. - Уфа: Уфімськ. держ. авіац. техн. ун-т, 1995.

Яворський Б. М., Детлаф А. А. Довідник з фізики. - М: Наука, 1974.

Використання: в галузі електротехніки. Технічний результат полягає у запобіганні утворенню льоду на проводах ліній електропередачі без необхідності відключення лінії на обслуговування. Спосіб полягає у з'єднанні подвійних проводів лінії електропередачі, підключених до однієї фази, пружними перемичками, наприклад, пружинами, що забезпечують механічні коливанняпроводів при штатних параметрах електричного струму, що протікає через них. У штатному режимі роботи лінії електропередачі при проходженні змінного струму, з'єднані пружиною пари проводів однієї фази постійно, здійснюють коливальні рухи, що забезпечує безперервне струшування з них крапель вологи і снігу і тим самим запобігає зледеніння. 1 з.п. ф-ли, 2 іл.

Винахід відноситься до електроенергетики і може бути використане для експлуатації ліній електропередачі змінного струму. Відомі механічні, електричні та хімічні способи видалення льоду з проводів ліній електропередачі.

Механічні способи полягають у застосуванні спеціальних пристроїв, що забезпечують видалення льоду з дротів. Недоліком таких пристроїв є низька продуктивність та можливість пошкодження та деформації проводів у процесі видалення ожеледиці, що призводить до обривів мережі та супроводжується прискореним зносом проводів.

Хімічні способи полягають у нанесенні на дроти спеціальних речовин, що запобігають утворенню льоду або забезпечують його руйнування. Процес нанесення характеризується великою трудомісткістю. Крім того, такі речовини недовговічні, тому протягом усього сезону ожеледиці потребують періодичного оновлення.

Електричні способи видалення льоду полягають у нагріванні або струшуванні проводів імпульсами струму, що забезпечують плавлення льоду або запобігання його утворенню.

В якості прототипу обраний спосіб видалення ожеледиці з проводів контактної мережі та ліній електропередачі, що полягає в пропусканні по подвійним або кратним проводам лінії електропередачі змінного струму або імпульсів струму з частотою, близькою до їх механічного резонансу. Механічні коливання проводів, що виникають при цьому, забезпечують видалення з них вологи і льоду. Недоліками цього є:

Необхідність відключення лінії електропередачі на обслуговування через те, що параметри струму, необхідні для забезпечення механічного резонансу проводів, можуть істотно відрізнятися від стандартного струму;

Необхідність у допоміжному джерелі імпульсного або змінного струму з налаштуванням частоти імпульсів на частоту резонансу проводів;

Необхідність використання виїзних бригад для доставки обладнання до місць зледеніння, що може бути пов'язано зі значними витратами при роботі у важкодоступних районах та в умовах інтенсивного ожеледиці;

Неможливість частого застосування даного способу вимагає збільшення потужності імпульсів струму, що струшують дроти, що може призводити до механічного пошкодження та розриву дротів.

Метою винаходу є запобігання утворенню льоду на проводах ліній електропередачі у штатному режимі їх роботи без необхідності відключення на обслуговування.

Зазначена мета досягається тим, що в пропонованому способі пари проводів лінії електропередачі, підключені до однієї фази, з'єднуються пружними перемичками, наприклад, пружинами, параметри яких підібрані таким чином, щоб забезпечити безперервні механічні коливання проводів при штатних параметрах струму, що проходить через лінію електропередачі. Схема розташування проводів та перемичок наведена на фіг.1.

Спосіб запобігання зледеніння представлений на фіг.2 і полягає в тому, що в штатному режимі роботи лінії електропередачі при проходженні змінного струму з'єднані пружними перемичками пари проводів однієї фази постійно здійснюють коливальні рухи, відштовхуючись під дією сили пружності перемички F У і притягуючись під дію F Л:

де d – відстань між проводами; I 1 , I 2 - сила струму у дротах; µ, µ 0 - магнітна проникність середовища та вакууму; l - Довжина проводів.

Безперервна вібрація проводів призводить до струшування з них крапель води, снігу і льоду і тим самим запобігає зледенінням, а також призводить до розколювання крижаної кірки при її утворенні.

Таким чином, у штатному режимі роботи лінії електропередач ліквідуються причини зледеніння проводів, а не його наслідки, що позбавляє необхідності відключення на обслуговування, знижує необхідні витрати ресурсів та енергії.

Джерела інформації

1. Пристрій для видалення ожеледиць. МКІ H02G 7/16. А.С. №957332, 07.09.1982.

2. Струшувач проводів. МПК H02G 7/16. Російська Федерація, Пат. №2318279, 20.06.2006.

3. Лінія електропередачі. МПК H02G 7/16. Російська Федерація, пат. №2076418, 27.03.1997.

4. Спосіб видалення ожеледиці з проводів контактної мережі та ліній електропередачі. МПК H02G 7/16, В60М 1/12. Російська Федерація, пат. №2166826, 27.04.2001.

5. Пристрій для запобігання утворенню ожеледиці на повітряній лінії. МПК H02G 7/16. Російська Федерація, пат. №2316866, 10.02.2008.

6. Спосіб та пристрій для боротьби з ожеледицею на лініях електропередачі. МПК H02G 7/16. Російська Федерація, пат. №2356148, 20.05.2009.

7. Високовольтна мережа. МПК H02G 7/16, H02J 3/18. Російська Федерація, пат. №2365011, 20.08.2009.

8. Кошкін Н.І., Ширкевич М.Г. Довідник з елементарної фізики. - М: Наука, 1976.

9. Марквардт К.Г. Контактна мережа. - М: Транспорт, 1994.

1. Спосіб запобігання зледеніння проводів повітряних ліній електропередачі змінного струму, що полягає в пропусканні змінного струму по подвійним або кратним проводам лінії електропередачі, який відрізняється тим, що проводи, підключені до однієї фази, з'єднані пружними перемичками, що забезпечують механічні коливання. електричний струм.

2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що електричний струм, що пропускається, має штатні параметри, що забезпечує безперервність процесу видалення з проводів крапель води, снігу і льоду.

Схожі патенти:

Винахід відноситься до галузі електротехніки, зокрема до пристрою для видалення льоду з проводів повітряних ліній електропередач, містить корпус, який виконаний з можливістю установки його на провід, а також забезпечено засобами пересування і видалення льоду.

Винахід відноситься до енергетики і може бути використане в районах з суворим зимовим кліматом Відома захист від зледеніння проводів, що полягає в тому, що кригу оплавляють шляхом нагрівання безпосередньо проводів повітряної лінії електропередачі пропуском через них струму.

Винахід відноситься до пристрою для гнучкої передачі енергії і для усунення зледеніння високовольтної лінії, що має кілька фаз, за допомогою постійного струму, що містить приєднання змінного струму високовольтної лінії, яке має відповідне фазам високовольтної лінії число фаз, при цьому кожна фаза має, щонайменше, одну індуктивність і одну вентильну схему, включену послідовно кожної індуктивності, при цьому вентильна схема за допомогою вузлової точки з'єднана з приєднанням змінного струму і має першу гілка ланцюга струму з першим потужним напівпровідниковим вентилем і другу гілка ланцюга струму з другим потужним напівпровідниковим вентилем, при цьому потужні напівпровідникові вентилі включені протилежно один одному щодо вузлової точки і при цьому перша та друга гілки ланцюга струму призначені для з'єднання за допомогою щонайменше одного перемикача нульової точки з нульовою точкою TCR.

Винахід відноситься до енергетики, зокрема до електричних кабелів/дротів, включаючи високовольтні лінії електропередач, закріплених на опорах, коли вирішується проблема абсолютно повного захистукабелів від налипання снігу, зледеніння і, як наслідок, обриву

Винахід відноситься до електротехніки Спосіб включає розміщення на дроті підвісного датчика температури, а під дротом - контрольного пристрою. За допомогою першого і другого ультразвукових приймачів здійснюють за допомогою контрольного пристрою спільно з підвісним датчиком температури вимірювання провису і відхилення дроту по горизонталі впоперек лінії електропередачі. Здійснюють випромінювання ультразвукового імпульсу, приймають ультразвуковий імпульс на ультразвукові приймачі і за часом поширення ультразвукового імпульсу від підвісного датчика температури до першого і другого ультразвукових приймачів обчислюють положення дроту в площині. Технічним результатом є підвищення точності визначення провису. 2 іл., 1 табл.

Використання: в галузі електроенергетики. Технічний результат - підвищення ефективності при спрощенні конструкції. Пристрій містить встановлені на дроті ударні елементи, при цьому кожен з них виконаний у вигляді вільно надітої на провід (1) циліндричної втулки (2) з великого феромагнітного матеріалу типу магнітом'якої гуми, що має з обох країв конічні розтруби з поздовжніми прорізами (3) , що розділяє розтруби на окремі пелюстки (4), що характеризуються власною частотою згинальних коливань щодо місця їх консольного кріплення до торця втулки, що приблизно збігається з частотою змінного струму у проводах. 1 іл.

Винахід відноситься до електроенергетики і може бути використане при експлуатації ліній електропередачі змінного струму

Використання: в галузі електротехніки. Технічний результат полягає у запобіганні утворенню льоду на проводах ліній електропередачі без необхідності відключення лінії на обслуговування. Спосіб полягає в з'єднанні подвійних проводів лінії електропередачі, підключених до однієї фази, пружними перемичками, наприклад, пружинами, що забезпечують механічні коливання проводів при штатних параметрах електричного струму, що протікає через них. У штатному режимі роботи лінії електропередачі при проходженні змінного струму, з'єднані пружиною пари проводів однієї фази постійно, здійснюють коливальні рухи, що забезпечує безперервне струшування з них крапель вологи і снігу і тим самим запобігає зледеніння. 1 з.п. ф-ли, 2 іл.