Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

THE DEVICE FOR MEASUREMENT OF ICE AND WIND LOADS OF WIRES AND CABLES OF AIR-LINES OF THE ELECTRICITY TRANSMISSION

Panasenko M.V. 1
1 FGBOU VPO "Volgograd State Technical University" Kamyshin institute of technology (branch) of FGBOU VPO "Volgograd State Technical University"
The short analysis of various ways and devices of monitoring of climatic loads of wires and cables of air-lines is carried out. Now some devices partially or completely solving a problem of detection and recognition of types of deposits on wires and cables of air-lines of an electricity transmission are known. The main task of all devices is an increase of efficiency of measurements, weight of deposits at any weather conditions. The objective is solved that in the device for measurement of ice and wind loadings on the electricity transmission air-lines, containing the sensor of force suspended between a traversy support and a garland of insulators with a phase wire, the measuring device and the telecast channel. The sensors of a list fixed on a garland of insulators and on a body of a support, the sensor of temperature and poll controler are in addition entered. And as the channel of the telecast transferring and accepting radio modems, and as the measuring device – the computer are chosen. Thus sensors of force, a list and temperature are connected to entrances of the controler of poll which exit is connected to an entrance of a transferring radio modem, and the exit of an accepting radio modem electrically is connected with a computer entrance.
list sensors
ice
monitoring
air-lines

Ведение

В настоящее время актуальными задачами развития электроэнергетики Российской Федерации являются задачи энергосбережения, повышения эффективности и надежности работы электроэнергетических систем. Надежность работы воздушных линий электропередачи является основой экономического благосостояния России в целом.

Природные факторы и явления, действующие на значительно изношенные воздушные линии электропередачи (далее ВЛ), с каждым годом оказывают всё большее влияние на их успешную эксплуатацию.

При этом, как показывает практика, те линии, которые оборудованы устройствами обнаружения воздействий, объединённых в систему (т.е. системой мониторинга ВЛ), в значительно меньшей степени подвержены разрушениям от «непредвиденных» природных воздействий.

Под мониторингом воздушных линий понимается специально организованное, систематическое наблюдение в реальном масштабе времени за гололедно-ветровыми, температурными и другими воздействиями на ВЛ, с целью их оценки, контроля и прогнозирования [1].

Анализируя известную до настоящего момента информацию об инструментальных параметрических способах и устройствах мониторинга гололедно-ветровых нагрузок на провода и грозотросы ВЛ, ее можно систематизировать по основным способам обнаружения отложений, основанным на измерениях:

1) веса провода с отложениями на нем;

2) плотности (проводимости) отложений на специальных поверхностях, размещенных рядом с проводом ВЛ (на расстоянии, обеспечивающим электробезопасность);

3) прогнозирования вида отложений на проводе, основанное на решении многомерной задачи термодинамического обменного процесса (использующий в качестве исходной информации температуру провода и воздуха, давление воздуха, относительную влажность, направление и скорость ветра);

4) электрического потенциала, наведенного в приемной антенне (грозотросе) от фазного провода;

5) разности напряженностей электрического поля в точке гололедной муфты и за ее пределами;

6) проводимости промежутка между датчиком и проводом;

7) светового потока, проходящего через отложения;

8) емкости «фаза – земля»;

9) приращения затухания непрерывных зондирующих ВЧ сигналов при прохождении их в проводе ВЛ за счет поглощения поверхностного электромагнитного ВЧ поля в неидеальном диэлектрике отложений;

10) временной задержки импульсных сигналов, отраженных от муфт отложений, относительно зондирующих сигналов и отношение амплитуд этих отраженных импульсов;

11) приращения волнового коэффициента затухания в полуволновом вибраторе, образованном короткозамкнутыми проводами расщепленной фазы, за счет отложений на нем.

Наиболее разработан и практически используется гравитационный способ обнаружения и измерения отложений на проводе промежуточного пролета, реализуемый посредством измерения гололедной и гололедно-ветровой нагрузок на провод с последующим сравнением измеренных величин с наперед заданными величинами пороговых нагрузок (значимых гололедных и гололедно-ветровых, опасных, допустимых нагрузок и т.д.) [4].

В настоящее время известны несколько устройств частично или полностью решающих задачу обнаружения и распознавания видов отложений на проводах и тросах воздушных линий электропередачи.

Известно устройство обнаружения отложений на проводе промежуточного пролёта воздушной линии электропередачи, содержащее устройство телепередачи, измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра, четыре функциональных преобразователя, формирователь порога, два пороговых элемента, логический элемент ИЛИ и два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов. Нижние концы обеих гирлянд соединены между собой шарнирно, образуя V-образную подвеску, к которой прикреплён провод, а верхние концы датчиков крепятся к траверсе опоры на расстоянии друг от друга, равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя с V-образной подвеской равносторонний треугольник [3].

Однако при отсутствии ветра это устройство не отличает незначительные отложения на проводе от изменения тяжения провода под действием перепада температур окружающего воздуха. Кроме того, для технической реализации этого устройства необходимо внести существенные изменения в конструкцию линии.

Главная задача всех устройств – это повышение эффективности измерений массы отложений при любых метеорологических условиях.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для измерения го­лолёдной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи, со­держащее датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов с фазным проводом, измерительный прибор и канал телепереда­чи, дополнительно введены датчики крена, закреплённые на гирлянде изоля­торов и на теле опоры, датчик температуры и контроллер опроса. Причём в качестве канала телепередачи выбраны передающий и принимающий радио­модемы, а в качестве измерительного прибора – компьютер. При этом датчи­ки силы, крена и температуры подсоединены к входам контроллера опроса, выход которого подключён к входу передающего радиомодема, а выход при­нимающего радиомодема электрически связан с входом компьютера.

Введение для гирлянды изоляторов датчиков крена позволяет опреде­лить наклон гирлянды изоляторов во всех плоскостях, происходящий либо под воздействием ветра, либо от наклона тела опоры. В случае наклона гир­лянды изоляторов под воздействием ветра можно определить с помощью этих датчиков и датчика силы – ветровую нагрузку.

Введение датчиков крена для тела опоры даёт возможность опреде­лить наклон опоры также во всех плоскостях, что позволяет выделить из об­щего угла наклона угол наклона гирлянды изоляторов под действием силы ветра. При этом уменьшается количество ложных срабатываний устройства. Введённый же датчик температуры регистрирует температуру окру­жающего воздуха, по которой косвенно определяют температуру провода.

Подсоединение датчиков силы, крена и температуры к входу введённо­го контроллера опроса создаёт условия для их опроса и формирования пакета информации, а выбор в качестве канала телепередачи передающего и принимающе­го радиомодемов позволяет передавать и принимать информацию на боль­ших расстояниях от мест установки устройства.

Подключение же выхода контроллера опроса к передающему радиомо­дему даёт возможность последнему транслировать сформированные пакеты информации на принимающий радиомодем. Электрическая связь выхода принимающего радиомодема с входом компьютера создаёт условия для получения информации компьютером, а компьютер позволяет обрабатывать, отображать и накапливать полу­ченную от принимающего радиомодема информацию.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства путём одновременного непрерывного контроля го­лолёдной и ветровой нагрузок.

 

Рис. 1. Функциональная схема устройства для измерения гололёдной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропе­редачи:

1 – передающий радиомодем; 2 – датчик силы; 3 – траверса; 4 – опора; 5 – гирлянда изоляторов; 6 – фазный провод; 7, 8, 9, 10 – датчики крена; 11 – датчик температуры; 12 – контроллер опроса; 13, 14, 15, 16, 17, 18 – входы датчиков в контроллер опроса; 19 – вход контроллера опроса; 20 – вход передающего радиомодема; 21 – вход принимающего радиомодема; 22 – принимающий радиомодем; 23 – разъём компьютера; 24 – компьютер

Устройство, показанное на рис.1 [5], содержит связанные с передающим радиомодемом 1 датчик силы 2, подвешенный между траверсой 3 опоры 4 и гирляндой изоляторов 5 с фаз­ным проводом 6. Закрепленные в месте крепления датчика силы 2 датчик крена 7 для измерения наклона гирлянды изоляторов 5 в плоскости, перпендикулярной оси визирования линии и проходящей через гирлянду изоляторов 5, и датчик крена 8 для измерения наклона гирлянды изоляторов 5 в плоско­сти, параллельной оси визирования линии и проходящей через гирлянду изо­ляторов 5, установленные на теле промежуточной опоры 4 датчик крена 9 для измерения наклона тела опоры 4 в плоскости, перпендикулярной оси ви­зирования линии и проходящей через тело опоры 4, и датчик крена 10 для измерения наклона тела опоры 4 в плоскости, параллельной оси визирования линии и проходящей через тело опоры 4, размещённый в месте крепления датчика силы 2 датчик температуры 11, расположенный на траверсе 3 опоры 4 контроллер опроса 12. Датчики силы 2, крена 7,8,9,10 и температуры 11 подсоединены соответственно к входам 13, 14, 15, 16, 17, 18 контроллера оп­роса 12, выход 19 которого подключён к входу 20 передающего радиомодема 1. А выход 21 принимающего радиомодема 22 электрически связан с входом 23 компьютера 24.

Выводы

Таким образом, в устройство для из­мерения гололёдной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропере­дачи, содержащее датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гир­ляндой изоляторов с фазным проводом, измерительными приборами и кана­лом телепередачи, дополнительно введены датчики крена, закреплённые на гирлянде изоляторов и на теле опоры, датчик температуры и контроллер оп­роса. Причём в качестве канала телепередачи выбраны – передающий и принимающий радиомодемы, а в качестве измерительного прибора – компьютер. При этом датчики силы, крена и температуры подсоединены к входу кон­троллера опроса, выход которого подключён к входу передающего радиомо­дема, а выход принимающего радиомодема электрически связан с входом компьютера. Технический результат заключается в расширении функцио­нальных возможностей устройства путём одновременного непрерывного контроля гололёдной и ветровой нагрузок.

Рецензенты:

Артюхов И.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Электроснабжение промышленных предприятий» Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина, г. Саратов.

Угаров Г.Г., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина, г. Саратов.