Електромеханічний пристрій для очищення дротів від твердих опадів

Изобретение относится к электромеханическим схемам и конструкции устройства для очистки проводов высоковольтных (10 и более кВ) воздушных линий электропередач (далее сокращенно - ЛЭП) от твердых осадков преимущественно в виде снега и льда. В связи с массовой потребностью в таких устройствах к их электромеханическим схемам и конструкции предъявляют ряд трудносовместимых требований. Так, с точки зрения простоты обслуживания желательно, чтобы источником управляющей информации и энергии для их питания служила сама защищаемая от обледенения или снега ЛЭП. С точки зрения ресурсосбережения устройства такого типа должны иметь как можно меньшую массу и быть пригодны для изготовления с использованием общедоступных материалов и комплектующи х элементов. И, наконец, весьма желательно, чтобы такие устройства были практически безынерционными (и, следовательно, быстродействующими) и обеспечивали регулирование величины и длительности механических импульсов. Раздельное выполнение указанных требований не представляет существенных затруднений. Известно устройство для очистки контактных проводов воздушных ЛЭП от льда (Авт. св. СССР №1275616), имеющее датчик обледенения, генератор импульсов, на вход которого подключен указанный датчик, а на выход - управляемый ключ, и последовательно включенные накопительный конденсатор с зарядным устройством и подвешенный на несущем тросе индуктор, металлический сердечник которою закреплен на защищаемом от льда контактном проводе. Будучи управляемо в автономном режиме и работая от передаваемой по защищаемой ЛЭП электроэнергии, такое устройство весьма громоздко и инерционно. При этом оно само подвержено обледенению и при интенсивном намерзании влаги может оказаться неработоспособным. Существенно менее массивное аналогичное по назначению устройство (Авт. св. СССР №1415309), которое имеет в качестве основного элемента подвешиваемые непосредственно на контактные провода защищаемых ЛЭП термокомпенсаторы, изготовленные из дефицитных материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ). Для энергообеспечения таких устройств в начале каждого защищаемого участка ЛЭП предусмотрены источники питания с токовой защитой, а в конце защищаемого участка короткозамыкатели. При нагреве током короткого замыкания указанные термокомпенсаторы импульсно меняют свою форму и размеры, встряхивая контактные провода. Однако диапазоны изменения величины и длительности механических импульсов весьма узки и не поддаются регулированию. При этом для обеспечения работы таких устройств требуется весьма сложное дополнительное оборудование. Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для сбрасывания льда (Авт. св. СССР №1387091), которое имеет: средство для крепления к опоре защищаемой ЛЭП в виде жесткого полого корпуса; электромеханический преобразователь электрической энергии тока в энергию механических колебаний в виде соленоида с якорем, который установлен внутри корпуса; коммутатор в виде подключения обмотки соленоида к одному из проводов защищаемой ЛЭП и к "земле"; коммутатор в виде вертикально подвижного стержня, постоянно присоединенного одним (верхним) концом к изолятору защищаемой ЛЭП; пружину сжатия, размещенную в зазоре между вторым (нижним) концом указанного стержня и обмоткой соленоида. При сжатии пружины под весом намерзающего на провод ЛЭП льда стержень-коммутатор подключает обмотку соленоида к источнику тока, якорь соленоида ударяет по стержню, и этот удар передается через изолятор на обмерзающий провод. Однако после сборки описанного устройства и его монтажа на опорах ЛЭП амплитуда и длительность механических импульсов не поддаются регулированию. Поскольку удары на провода передаются через изоляторы, постольку допустимые максимальные значения указанных параметров, задаваемые упругостью пружины и массами якоря соленоида и подвижного стержня коммутатора, приходится выбирать с учетом прочности изоляторов, которые обычно изготовлены из хрупких материалов. Кроме того, механически подвижные части описанного устройства образуют кинематические пары. Поэтому даже частичное обмерзание, например, якоря соленоида, может привести к заклиниванию исполнительного электромеханического элемента и, соответственно, к снижению эффективности, а при интенсивном обмерзании - даже к отказам описанного устройства. В связи с изложенным в основу изобретения положена задача путем изменения принципа работы (и, соответственно, конструкции) электромеханического преобразователя, усовершенствования средств его крепления к элементам защищаемой ЛЭП и схемы управления создать такое электромеханическое устройство для очистки проводов ЛЭП от твердых осадков, которое обеспечивало бы регулирование амплитуды и длительности механических импульсов в широком диапазоне непосредственно в процессе эксплуатации и обладало бы большей надежностью вследствие исключения склонных к обмерзанню и заклиниванию кинематических пар. Поставленная задача решена тем, что в электромеханическом устройстве для очистки проводов от твердых осадков, имеющем кинематически связанный с проводами защищаемой линии электропередачи (ЛЭП) электромеханический преобразователь, коммутатор и средства подключения преобразователя и коммутатора к ЛЭП, согласно изобретению, электромеханический преобразователь выполнен в виде электропроводной пружины, а коммутатор выполнен на основе разрядного устройства, при этом указанное разрядное устройство своим входом электрически подключено к одному из проводов, указанная электропроводная пружина включена между выходом разрядного устройства и вторым проводом защищаемой ЛЭП. Выполнение электромеханического преобразователя в виде электропроводной пружины обеспечивает непосредственное преобразование электрической энергии в механические колебания, поскольку при пропускании импульсов тока в соседних витках пружины возникают силы Ампера. Эти силы приводят либо к резкому расталкиванию упомянутых витков, если токи в них антипараллельны (что характерно для плоских пружин), либо к их резкому сжатию, если токи параллельны (что характерно для спиральных пружин). Поскольку мощность импульсов тока легко поддается регулированию, постольку амплитуду и длительность механических импульсов, необходимых для очистки проводов от обмерзання в конкретных условиях, можно гак же легко регулировать в процесс эксплуатации предложенного устройства. Поскольку расположение между проводами защищаемой ЛЭП части предложенного устройства являются звеньями единой жесткой кинематической цепи и поскольку указанный электромеханический преобразователь в виде пружины является самостоятельным кинематическим звеном, постольку он не может быть застопорен. Соответственно, предложенное устройство сохраняет работоспособность даже при полном обмерзании всех его частей, связанных с проводами защищаемой ЛЭП. И, наконец, поскольку коммутатор выполнен в виде разрядного устройства, которое последовательно включено в общие с электропроводной пружиной электрическую и кинематическую цепи, постольку задание (и регулирование) временных интервалов коммутации обеспечивает протекание норм пружину импульсов электрического тока заданной амплитуды и длительности и тем самым обеспечивает регулирование амплитуды и длительности механических колебаний. Первое дополнительное отличие состоит в том, что электромеханический преобразователь выполнен в виде спиральной цилиндрической или конической электропроводной пружины, что предпочтительно при защите ЛЭП преимущественно от рыхлы х твердых осадков. Второе дополнительное отличие состоит в том, что электромеханический преобразователь выполнен в виде плоской электропроводной пружины, что предпочтительно при защите ЛЭП преимущественно от плотных твердых осадков. Третье дополнительное отличие состоит в том, что коммутатор выполнен на основе триодного разрядного устройства, что предпочтительно с точки зрения оперативного управления длительностью механических импульсов. Четвертое дополнительное отличие состоит в том, что коммутатор выполнен на основе полупроводникового разрядного устройства, что предпочтительно для защиты ЛЭП с рабочим напряжением до 15кВ. Пятое дополнительное отличие состоит в том, что коммутатор выполнен на основе электровакуумного разрядного устройства, что предпочтительно для защиты ЛЭП с рабочим напряжением более 15кВ. Шестое дополнительное отличие состоит в том, что коммутатор выполнен на основе диодного разрядного устройства, что целесообразно в случаях, когда импульсы, управляющие работой коммутатора, можно передавать по проводам защищаемой ЛЭП. На фиг.1 изображена схема предложенного электромеханического устройства для очистки проводов ЛЭП от твердых осадков (в простейшем исполнении); на фиг.2 - одна из предпочтительных форм выполнения коммутатора на основе триодного полупроводникового или электронно лампового разрядника с третьим управляющим выводом; на фиг.3 - другая предпочтительная форма выполнения коммутатора на основе разрядника диодного типа; на фиг.4 - одна из предпочтительных форм выполнения электромеханического преобразователя, на основе спиральной цилиндрической или конической пружины; на фиг.5 - другая предпочтительная форма выполнения электромеханического преобразователя на основе плоской пружины; на фиг.6 - форма импульса запуска для тиратронного или триодного коммутатора; на фиг.7 - форма импульса запуска для диодного коммутатора; на фиг.8 - схема участка ЛЭП, оборудованного предложенным устройством для очистки приводов от твердых осадков; на фиг.9 -предпочтительный вариант принципиальной электрической схемы выполнения фильтра для секционирования ЛЭП на зоны защиты. Предложенное устройство в простейшем случае имеет (фиг.1) последовательно электрически включенные и кинематически связанные: входной контакт 1, коммутатор 2, вход которого электрически связан с контактом 1, жесткий электропроводный стержень 3, подключенный к выходу коммутатора 2, электромеханический преобразователь 4 электрической энергии протекающего тока в энергию механических импульсов, выходной контакт 5. При этом по меньшей мере один из проводов (или оба провода) защищаемой ЛЭП должен (должны) быть под напряжением. Входной 1 и выходной 5 контакты должны быть изготовлены из электропроводных материалов. Их форма может быть произвольной, но в любом случае она должна обеспечивать прочное и жесткое механическое и надежное электрическое соединение предложенного устройства с необозначенными особо на чертежах проводами защищаемой ЛЭП. Коммутатор 2 может быть выполнен на основе различных по конструкции разрядных устройств, выбор которых зависит от взаиморасположения проводов и рабочего напряжения защищаемых ЛЭП и технико-экономической целесообразности. В общем случае от коммутатора 2 требуется обеспечить прохождение импульсов тока заданной амплитуды и длительности через электромеханический преобразователь 4. Коммутатор 2 с третьим управляющим выводом (см. фиг.2) может быть выполнен на основе триодных полупроводниковых (транзисторов, тиристоров, тиратронов и др.) или электровакуумных (газонаполненных, вакуумных или воздушных) разрядных устройств. Такие коммутаторы предпочтительно использовать при необходимости оперативного управления длительностью механических импульсов. Коммутаторы 2 на основе полупроводниковых разрядных устройств предпочтительно использовать для защиты проводов ЛЭП с рабочим напряжением менее 15кВ, так как по сравнению с электроламповыми разрядными устройствами они имеют меньшие массу, габариты и электрическую прочность. Соответственно, коммутатора 2 на основе электроламповых, разрядников с третьим управляющим выводом предпочтительно использовать при защите ЛЭП с рабочим напряжением свыше 15кВ. Коммутатор 2 (фиг.3) на базе диодного разрядного устройства (газонаполненного или вакуумного электролампового разрядника) предпочтителен в случаях, когда управляющие работой коммутатора импульсы можно передавать по проводам защищаемой ЛЭП. В реальных конструкциях предложенного устройства возможно использование для защиты одной и той же ЛЭП коммутаторов 2 разных видов. Электромеханический преобразователь 4 может быть выполнен з виде электропроводных (металлических) пружин различной конструкции и формы, выбор которых зависит от преимущественного типа твердых осадков и технико-экономической целесообразности. В общем случае электромеханический преобразователь 4 должен обеспечить преобразование электрической энергии протекающего тока в энергию механических импульсов. Электромеханический преобразователь 4 в виде электропроводной спиральной цилиндрической или конической пружины (см.фиг.4) предпочтителен для защиты ЛЭП преимущественно от рыхлы х твердых осадков, а в виде плоской пружины (фиг.5) - от плотных твердых осадков. В реальных конструкциях предложенного устройства возможно использование для защиты одной и той же ЛЭП электромеханических преобразователей 4 разных видов. Участок ЛЭП, оснащенный по меньшей мере одним предложенным устройством для очистки проводов от твердых осадков (фиг.8), в простейшем случае для работы в автономном и автоматическом режиме должен быть оборудован: блоком 6 регистрации налипання твердых осадков на провода, блоком 7 запуска (по меньшей мере одного из предложенных электромеханических устройств), цепью 8 питания блока 7 запуска и фильтрами 9 для секционирования ЛЭП на участки защиты. Блок 6 регистрации налипання твердых осадков на провода может быть выполнен на разной элементной базе. В частности, он может содержать в качестве основного элемента любой подходящий тензодатчик или (по меньшей мере) пару электрических контактов. Тензодатчик целесообразно устанавливать, например под изолятором или под перекладной опоры ЛЭП, на дополнительном кронштейне так, чтобы при проседании изолятора или прогибе консольной части перекладины обеспечивался нажим на указанный датчик. Аналогично могут быть расположены и контакты пары, обеспечивающие замыкание цепи 8 питания блока 7 запуска. Блок 7 запуска (по меньшей мере одного из предложенных электромеханических устройств) может быть выполнен на любой (в частности, полупроводниковой)элементной базе, обеспечивающей одну из указанных на фигурах 6 или 7 форм импульсов запуска. Цепь 8 питания блока 7 запуска в одном из возможных вариантов имеет, как минимум, два последовательно включенных между проводами защищаемой ЛЭП активных сопротивления, по меньшей мере с одного из которых будет сниматься питающее блок 7 напряжение. Фильтры 9 для секционирования ЛЭП могут быть выполнены как высокочастотные заграждающие фильтры, устанавливаемые непосредственно на проводах по концам выделенных участков защиты. В одном из возможных случаев принципиальная электрическая схема такого фильтра (фиг.9) предусматривает два индуктивных резистора 10, последовательно расположенные соответственно в конце одного и начале другого участка защиты, и конденсатор 11, включенный между индуктивными резисторами 10 на стыке участков защиты и вторым проводом защищаемой ЛЭП. Работает описанное устройство следующим образом. При налипании твердых осадков на проводах защищаемой ЛЭП, после достижения критического веса проводов, срабатывает блок 6 регистрации, который замыкает цепь питания блока 7 запуска. Этот блок 7 обеспечивает подачу импульса запуска на управляющий контакт коммутатора 2 ближайшего, расположенного непосредственно на проводах защищаемой ЛЭП, предложенного электромеханического устройства. Форма импульса запуска для коммутатора 2 с третьим управляющим выводом имеет вид, показанный на фиг.6, а для коммутатора диодного типа - на фиг.7. Коммутатор 2 замыкает электрическую цепь между двумя проводами защищаемой ЛЭП. При этом через электромеханический преобразователь 4 протекает импульсный электрический ток, который обеспечивает либо резкое притяжение (в случае выполнения указанного элемента 4 в виде спиральной пружины), либо резкое расталкивание (в случае выполнения указанного элемента 4 в виде плоской пружины) проводов защищаемой ЛЭП. Промежуток времени, в течение которого по цепи электромеханического устройства тече т ток, будет задаваться длительностью управляющего импульса. В проводах защищаемой ЛЭП возникает ударная механическая волна, которая, проходя в обе стороны от мест крепления предложенных электромеханических устройств, стряхивает твердые осадки с проводов защищаемой ЛЭП. Подбором активного и реактивного сопротивления электромеханического устройства, т.е. материала и диаметров входного 1 и выходного 5 контактов и жесткого электропроводного стержня 3, размеров и числа витков электромеханического преобразователя (пружины) 4, и подбором длительности и формы управляющих импульсов можно обеспечить оптимальную для конкретной ЛЭП амплитуду и частоту механической ударной волны. На участке ЛЭП, ближайшем к блоку б регистрации, удобно использовать предложенное электромеханическое устройство с коммутатором 2 с третьим управляющим выводом. В этом случае в блоке 7 запуска можно предусмотреть не показанный особо на чертежах элемент, контролирующий амплитуду напряжения межу проводами ЛЭП, и подавать импульс запуска прямоугольной формы в момент, когда амплитуда напряжений между проводами ЛЭП достигает максимума (фиг.6). Срабатывание ближайшего к блоку 6 регистрации предложенного электромеханического устройства помогает сформировать в проводах защищаемого участка ЛЭП электрический импульс с формой, изображенной на фиг.7. Для включения коммутатора 2 на базе диодного разрядника необходимо, чтобы разность потенциалов на его контактах превысила напряжение поджига, а для выключения - стала ниже напряжения гашения. Поэтому сформированный в проводах ЛЭП импульс управления, изображенный на фиг.7, распространяясь по проводам защищаемой ЛЭП, обеспечивает срабатывание предлагаемых устройств с коммутаторами 2 на базе диодных разрядников. Такие устройства могут быть расположены на более удаленных от блока 6 регистрации обледенения участках проводов защищаемой ЛЭП. Таким образом, обеспечивается срабатывание всех предлагаемых электромеханических устройств на выбранном участке проводов защищаемой ЛЭП.