Аэродинамический гаситель колебаний проводов линий электропередачи

Предложена конструкция аэродинамического гасителя колебаний проводов ВЛ электропередачи напряжением 35кВ, позволяющая снизить ветровую нагрузку на провода за счёт снижения реактивной силы. 

Растущие потребности экономики Казахстана в электроэнергии диктуют необходимость стабильной работы электроэнергетического комплекса [1]. Актуальность этих требований обострилась в связи с тем, что в последние годы в Казахстане на 10% упало количество капитальных  и средних ремонтов оборудования систем электроснабжения. Особенно плохим состоянием отличаются энергетические сети в сельской местности – в предыдущие годы государство практически утратило здесь контроль над развитием электрификации. По словам экспертов, на селе необходимо построить 112,6 тыс. км высоковольтных линий напряжением 110-35 кВ [2].

Одной из характерных причин нарушения функционирования воздушных линий (ВЛ) электропередачи, в частности, линий сельских распределительных сетей напряжением 35 кВ, являются повреждения и обрывы проводов, вызванные знакопеременными порывами скоростного напора ветра. Знакопеременные нагрузки на провод вызывают его значительные колебания (вибрацию) [3, 4], которые приводят к усталостному разрушению проволок верхнего повива с последующим обрывом провода.

Колебательный процесс провода представляет вынужденные колебания, в которых возмущающейся силой является усилие скоростного напора ветра, а восстанавливающей – сила упругости провода.

В таких случаях эффективным способом гашения колебательного процесса проводов может оказаться применение гасителя [5], способствующего создавать силу, противодействующую усилию скоростного напора ветра, уменьшая тем самым возмущающую силу колебательного процесса, а, следовательно, амплитуду, частоту и период  колебаний проводов.

Принцип работы аэродинамического гасителя предложенной конструкции заключается в создании импульса реактивной силы, направленной противоположно скоростному напору ветра. При попадании   в аэродинамический гаситель ветрового потока возникает импульс реактивной силы. На основании теоремы об изменении количества движения [6], математическое выражение которой при условии неизменности массы объекта за период перемещения в пространстве при изменении скоростей   от

Схема комбинированного сопла гасителя колебаний

 

Рисунок 1- Схема комбинированного сопла гасителя колебаний 

Сопло аэродинамического гасителя состоит из входного сопла 1, выполненного в виде полого усечённого конуса, и выходного сопла (насадки) 2, выполненного также в виде полого усечённого конуса с углом конусности 80…120. Соединение их осуществляется «встык» электросваркой или с помощью соединительного пояска. Длина насадки, с участком у входа в сопло 1 длиной, равной диаметру d , образует  комбинированное  сопло Лаваля [7]. Оно предназначено для увеличения скорости истечения воздушного потока из выходной части сопла 1 и соответственно увеличению величины реактивной силы R , направленной противоположно направлению скоростного напора воздушного потока, входящего в сопло 1.

Сопло 1 вместе с насадкой 2 представляет аэродинамический комплект, который крепится на продолговатом элементе, состоящем из  двух полуклемм, соединённых болтами. Продолговатый элемент присоединяет гаситель к проводу. На одном продолговатом элементе устанавливается несколько описанных аэродинамических комплектов с двух диаметрально расположенных сторон противоположно друг другу.

В качестве варианта гаситель может крепиться к проводу на двух подвесках в виде стальных канатов с зажимами для присоединения  к проводу.

Размеры сопел и насадок по диаметрам оснований и длине определяются максимальной скоростью ветрового потока в регионе.

Расчётами установлено соотношение между ветровой нагрузкой, действующей на провод, и реактивной силой сопротивления ветровой нагрузке, создаваемой аэродинамическим гасителем колебаний проводов.

Величина нормативной ветровой нагрузки на провод АС 95/16 в пролёте 120м, выполненной по методике [8], равна

PW            = 4638 Н.

Реактивная  сила,  создаваемая  одним  соплом  гасителя  на    основании теоремы об изменении количества движения [5] равна R = 500Н. При наличии четырёх    параллельно   расположенных   сопел    с    учётом    того,    что равнодействующая  двух  параллельных  сил  равна  их  сумме  [5]

R = 2000 Н.

Дополнительно к расчётному значению реактивной силы её величина увеличивается благодаря насадке, повышающей скорость истечения воздушной струи из входного сопла и дополнительных сопел, расположенных противоположно друг другу.

Предложенная конструкция гасителя позволит снизить ветровую нагрузку на провод в зависимости от количества установленных на нем комбинированных сопел на 43¸65 %.

Таким образом, использование предлагаемого аэродинамического гасителя колебаний проводов позволит обеспечить работоспособность ВЛ- 35кВ сельских распределительных сетей, расположенных в зонах повышенной ветровой нагрузки, за счёт уменьшения числа отказов, вызванных обрывом проводов.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

  1. [1] Мансуров, К.Я. Состояние и основные направления развития электроэнергетики Казахстана [Электронный ресурс] / К.Я. Мансуров. - Режим доступа: http://www.ekonomy.kz/files.pdf.
  2. [2] Международный институт современной политики [Электронный ресурс] – Режим доступа: htth://www.analitika.org/khstan/Kazakhstan/kz//.
  3. [3] Андриевский, В.Н. и др. Эксплуатация воздушных линий электропередачи [Текст] / В.Н. Андриевский. - М.: Энергия, 1976. – 616с.
  4. [4] Ляховецкая Л.В.Обеспечение работоспособности воздушных    линий
  5. 35 кВ сельских распределительных сетей, расположенных в обводнённых грунтах: автореф. дис. … канд. тех. наук. - Челябинск: Челябинская гос. агроинж. акад, 2014. –  23 с.*21.
  6. [5] Патент на изобретение №2440650 Аэродинамический гаситель колебаний проводов линий электропередачи / Буторин В. А., Ляховецкая Л.В. – заяв. №2010144716/07 01.11.2010; опубл. 20.01.2012 бил. №2.
  7. [6] Гернет, М.М. Курс теоретической механики [Текст] / М.М. Гернет.– М.: Высшая школа, 1973. –  464 с.
  8. [7] Нащокин, В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: Уч. пособие для ВУЗов – 3-е изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 1980. –469 с.
  9. [8] Правила устройства электроустановок РФ. – Минэнерго России, 08.07.2003, №204 –330с.
Год: 2015
Город: Алматы