Патент на изобретение №2273933

(54) АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ НА ПРОВОДЕ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПРОЛЕТА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для дистанционного непрерывного в реальном масштабе времени обнаружения на проводе (тросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи гололедных, снеговых и изморозевых отложений. Устройство может также использоваться для накопления статистической информации при составлении карт районирования по гололедным и ветровым нагрузкам. Технический результат заключается в разработке способа автоматического обнаружения гололедных, снеговых и изморозевых отложений на фазный провод (грозозащитный трос) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи с малыми удельными плотностями этих отложений (при малых гравитационных силовых нагрузках), а также в разработке устройства для его осуществления. Аэродинамический способ обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линий электропередачи заключается в том, что на промежуточном пролете линии одновременно измеряют относительное направление ветра, скорость ветра и величину фактической ветровой нагрузки на провод с отложениями или без них, создаваемой этим ветром, по измеренным скорости и относительному направлению ветра рассчитывают величину ожидаемой ветровой нагрузки на провод без отложений и сравнивают ее с величиной фактической ветровой нагрузки, если фактическая ветровая нагрузка больше ожидаемой, то принимают решение о наличии отложений на проводе, а если фактическая и ожидаемая ветровые нагрузки равны, то принимают решение об отсутствии отложений на проводе. Устройство обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, осуществляющее предлагаемый аэродинамический способ, содержит измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра, два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов, нижние концы обоих гирлянд изоляторов соединены между собой шарнирно, образуя V-образную подвеску провода, 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, четыре канала телепередачи, четыре функциональных преобразователя, двухвходовой и управляемый трехвходовой компараторы, являющиеся выходами устройства. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для дистанционного непрерывного в реальном масштабе времени обнаружения на проводе (фазном проводе или грозозащитном тросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи гололедных, снеговых и изморозевых отложений при мониторинге воздушных линий электропередачи для проведения своевременной плавки отложений на проводах (тросах) линии, предотвращающей аварии на таких линиях из-за механических перегрузок ее элементов. Устройство может также использоваться для накопления статистической информации при составлении карт районирования по гололедным и ветровым нагрузкам.

Уровень техники.

Известен визуальный способ обнаружения отложений на проводах воздушной линии электропередачи. Недостатками визуального способа являются: во-первых, то, что он требует непосредственного присутствия наблюдателя в месте контроля отложений, во-вторых, практически не реализуем в условиях плохой видимости и, в-третьих, точность способа из-за визуальной оценки (“на глаз”) принципиально не высока.

Известны также инструментальные параметрические способы обнаружения отложений на проводах, основанные на измерении следующих параметров: масса отложений (гравитационный способ), приращение затухания высокочастотных (ВЧ) непрерывных зондирующих сигналов, временная задержка импульсных сигналов отраженных от муфт отложений относительно зондирующих сигналов и отношение амплитуд этих отраженных импульсов [1-3].

При реализации способа обнаружения по приращению затухания ВЧ непрерывных зондирующих сигналов практически невозможно установить требуемую величину порога приращения, т.к. на приращение затухания кроме самих отложений на провод в равной мере действует изменение параметров работы ВЛ и изменение метеоусловий, да и для разных видов отложений, при прочих равных условиях, затухание может отличаться в несколько раз.

Аналогичные трудности определения порога обнаружения отложений имеют место и при импульсном зондировании провода ВЛ. При этом добавляется также и трудно регистрируемое и учитываемое влияние волновых процессов в линиях передачи сигналов, а также влияния отпаек от ВЛ и режимов работы нагрузки на них.

Наиболее разработан и практически используется гравитационный способ обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета ВЛ, реализуемый посредством измерения гололедной и гололедно-ветровой нагрузок на провод и последующего сравнения измеренных величин с наперед заданными величинами ожидаемых пороговых нагрузок (значимых гололедных и гололедно-ветровых, опасных, допустимых нагрузок и т.д.). Главным недостатком устройств, реализующих этот способ обнаружения, является то, что в них также как и в предыдущих способах для достижения потребных вероятностей правильного обнаружения (минимизации риска гололедно-ветровых аварий) для каждого вида отложений, длины промежуточного пролета, температуры провода, предварительного тяжения и профиля местности нужно устанавливать свой порог обнаружения. Кроме того, известные устройства не разделяют гололедно-ветровую нагрузку на провод на составляющие гололедную и ветровую нагрузки, что также усложняет обнаружение отложений на проводе.

Известно устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи, основанное на вычислении гололедной и ветровой нагрузок по измеренным величинам гололедно-ветровой нагрузки и угла отклонения гирлянды изоляторов с проводом под действием ветра с помощью трансформаторных датчиков [4]. Главным недостатком этого устройства является то, что оно автоматически не обнаруживает появление отложений на проводе. Кроме того, это устройство не работает в случае отсутствия тока нагрузки в фазном проводе, подвешенном на гирлянде изоляторов с силоизмерительным датчиком, а также в случае плавки отложений на проводах постоянным током.

Известно устройство для измерения отдельно гололедной, ветровой и гололедно-ветровой нагрузок с контролем направления ветра на воздушных линиях электропередачи [5]. Оно содержит три силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен между горизонтальной траверсой П-образной опоры и верхним концом соответствующей гирлянды изоляторов с фазным проводом. Нижний конец средней гирлянды изоляторов закреплен с двух сторон горизонтальными шарнирными изоляционными распорками в растяжку к обоим стойкам опоры, а концы правой и левой гирлянд изоляторов прикреплены соответственно слева и справа к стойкам опоры такими же изоляционными распорками. При ветре слева или справа отклоняется соответственно по ветру левая или правая гирлянда изоляторов с фазным проводом и тогда ее силоизмерительный датчик измеряет гололедно-ветровую нагрузку, в то время как средняя гирлянда не отклоняется и ее датчик измеряет только гололедную нагрузку. По величинам гололедно-ветровой и гололедной нагрузок нелинейные преобразователи вычисляют фактическую ветровую нагрузку, которая вместе с фактической гололедной нагрузкой отображается измерительными приборами. Определяющим недостатком этого устройства является то, что оно, несмотря на реализованное измерение отдельно фактических гололедной, ветровой и гололедно-ветровой нагрузок, автоматически не производит обнаружение отложений на проводе промежуточного пролета по величинам этих нагрузок. Кроме того, это устройство имеет ограниченную область применения только на фазных проводах промежуточных пролетов одноцепных линий с двухстоечными П-образными опорами.

При наличии отложений на проводе и боковом ветре слева направо левый силоизмерительный датчик выдаст сигнал, величина которого будет больше, чем выходной сигнал с правого силоизмерительного датчика на величину, пропорциональную гололедной и ветровой нагрузкам, и наоборот, если ветер дует справа налево, то сигнал с правого датчика будет больше, чем сигнал с левого датчика. Сигналы с датчиков через каналы телепередачи поступают на обработку, где на соответствующих элементах вычисляется величина фактической ветровой нагрузки на провод промежуточного пролета с отложениями или без них. Одновременно измеряется относительное направление ветра и скорость ветра соответствующими измерителями и по этим параметрам рассчитывается величина ожидаемой ветровой нагрузки на провод без отложений. Фактическая ветровая и ожидаемая нагрузки на провод сравниваются между собой и если фактическая нагрузка больше ожидаемой, то формируется сигнал наличия отложений, а при их равенстве формируется сигнал отсутствия отложений. При отсутствии ветра устройство формирует сигнал отказа обнаружения отложений на проводе, даже если они на проводе есть. На практике в наиболее аварийно опасных ситуациях прохождения метеофронтов по трассам воздушных линий электропередачи наблюдается одновременное образование отложений на проводах и воздействие на них ветра и, следовательно, заявленное устройство будет обнаруживать появление отложений с малыми удельными плотностями (снег, изморозь, иней) раньше, чем при использовании известных способов и устройств, т.к. относительная скорость приращения аэродинамического сопротивления этих отложений больше относительной скорости приращения их веса.

Известно более совершенное по принципу действия и по конструкции устройство телеизмерения гололедной нагрузки на фазных проводах (грозозащитных тросах) воздушной линии электропередачи [6], которое может применяться на проводах и тросах промежуточных пролетов многоцепных линий с любыми типами опор, выбранное в качестве прототипа для устройства обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, реализующего аэродинамический способ обнаружения отложений. Это устройство содержит канал телепередачи, коммутатор и два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и верхним концом соответствующей гирлянды изоляторов, нижние концы обоих гирлянд изоляторов соединены между собой шарнирно, образуя V-образную подвеску, на которую подвешен и закреплен провод. Недостатками этого устройства являются: оно по измеряемой им гололедной нагрузке не обнаруживает появление отложений на проводе (тросе); не измеряет фактическую ветровую нагрузку на провод (трос) промежуточного пролета с отложениями или без них.

Сущность изобретения.

Целями изобретения является разработка способа автоматического обнаружения гололедных, снеговых и изморозевых отложений на фазный провод (грозозащитный трос) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи с малыми удельными плотностями этих отложений (при малых гравитационных силовых нагрузках) и разработка устройства для его осуществления.

Поставленные цели достигаются тем, что в соответствии с заявляемым аэродинамическим способом на промежуточном пролете линии одновременно измеряют относительное направление ветра, скорость ветра и величину фактической ветровой нагрузки на провод с отложениями или без них, создаваемой этим ветром, по измеренным скорости и относительному направлению ветра рассчитывают величину ожидаемой ветровой нагрузки на провод без отложений и сравнивают ее с величиной фактической ветровой нагрузки, если фактическая ветровая нагрузка больше ожидаемой, то принимают решение о наличии отложений на проводе, а если фактическая и ожидаемая ветровые нагрузки равны, то принимают решение о отсутствии отложений на проводе.

В устройстве для осуществления заявляемого аэродинамического способа обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, реализуя принцип работы устройства в соответствии со способом и используя известное преимущество V-образной подвески и крепления провода и силоизмерительных датчиков с гирляндами изоляторов к траверсе опоры, имеющей исходный механический баланс, дополнительно введены измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра и элементы, реализующие дифференциальную обработку сигналов с четырех датчиков. Введенные дополнительные измерители вместе с известными датчиками и дополнительные элементы обработки позволили измерять фактическую ветровую нагрузку на провод с отложениями и без них, вычислять ожидаемую ветровую нагрузку на провод без отложений, сравнивать величины ожидаемой и фактической ветровых нагрузок на этот же провод и по результатам сравнения вырабатывать решение о наличии или отсутствии отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи.

Заявляемое устройство, реализуя аэродинамический способ обнаружения отложений на проводе, обеспечивает непрерывное автоматическое в реальном масштабе времени телеизмерение фактической ветровой нагрузки на фазный провод (грозозащитный трос) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи с отложениями или без них и телеизмерение ожидаемой ветровой нагрузки на тот же провод без отложений на линиях с любыми рабочими напряжениями на любых типах опор для автоматического обнаружения появления отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи.

Раскрытие изобретения.

Предметом изобретения является аэродинамический способ обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи и устройство для его осуществления.

Аэродинамический способ обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линий электропередачи заключается в том, что на промежуточном пролете линии одновременно измеряют относительное направление ветра, скорость ветра и величину фактической ветровой нагрузки на провод с отложениями или без них, создаваемой этим ветром, по измеренным скорости и относительному направлению ветра рассчитывают величину ожидаемой ветровой нагрузки на провод без отложений и сравнивают ее с величиной фактической ветровой нагрузки, если фактическая ветровая нагрузка больше ожидаемой, то принимают решение о наличии отложений на проводе, а если фактическая и ожидаемая ветровые нагрузки равны, то принимают решение об отсутствии отложений на проводе.

Устройство обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, осуществляющее предлагаемый аэродинамический способ, содержащее канал телепередачи и два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов, нижние концы обеих гирлянд изоляторов соединены между собой шарнирно образуя V-образную подвеску провода, 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, отличается согласно изобретению тем, что дополнительно введены измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра, три канала телепередачи, четыре функциональных преобразователя, двухвходовой и управляемый трехвходовой компараторы, при этом измеритель относительного направления ветра через четвертый канал телепередачи подключен ко второму входу четвертого функционального преобразователя, измеритель скорости ветра через третий канал телепередачи подключен ко второму входу двухвходового компаратора и к первому входу четвертого функционального преобразователя, первый вход двухвходового компаратора соединен с шиной нулевого потенциала, к первому выходу двухвходового компаратора подключен управляющий вход трехвходового управляемого компаратора, второй выход двухвходового компаратора является третьим выходом устройства, первый и второй силоизмерительные датчики соответственно через первый и второй канал телепередачи подключены параллельно к соответствующим входам первого и второго функциональных преобразователей, к выходу первого функционального преобразователя подключен первый вход третьего функционального преобразователя, на выход второго функционального преобразователя подключен второй вход третьего функционального преобразователя, выход которого соединен с первым сигнальным входом управляемого трехвходового компаратора, второй сигнальный вход управляемого трехвходового компаратора соединен с выходом четвертого функционального преобразователя, первый и второй выходы управляемого трехвходового компаратора являются соответственно первым и вторым выходами устройства.

Указанная совокупность признаков позволяет достичь целей изобретения – в соответствии с предложенным аэродинамическим способом обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи устройство для его осуществления автоматически, одновременно и непрерывно измеряет величину фактической ветровой нагрузки на провод с отложениями или без них, относительное направление и скорость ветра, на основании которых рассчитывает ожидаемую ветровую нагрузку на провод без отложений, сравнивает величины фактической и ожидаемой ветровой нагрузок и вырабатывает решение о наличии или отсутствии отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи.

Следует отметить, что заявляемый аэродинамический способ обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, заключающийся в одновременном измерении относительного направления ветра, скорости ветра и величины фактической ветровой нагрузки на провод с отложениями или без них, создаваемой этим ветром, вычислении ожидаемой ветровой нагрузки на провод без отложений по измеренным скорости и относительному направлению ветра и сравнении отношения величин ожидаемой и фактической ветровой нагрузки для выработки решения о наличии или отсутствии отложений на проводе, заявителю не известен.

Вместе с тем, устройство для реализации предлагаемого аэродинамического способа обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета содержит совокупность признаков, не являющуюся суммой технических решений, известных из аналогов и прототипа, т.к. содержит отличительные от прототипа признаки, отсутствующие также и в аналогах. Действительно, не в одном из известных устройств для измерения фактической гололедной, гололедно-ветровой и ветровой нагрузок на провод промежуточного пролета с отложениями или без них не содержатся измерители относительного направления ветра и скорости ветра и по выходным сигналов этих измерителей не вычисляется ожидаемая ветровая нагрузка на провод без отложений и не сравниваются величины ожидаемой и фактической ветровых нагрузок для выработки решения о наличии или отсутствии отложений на проводе.

Описание устройства для осуществления способа.

Описание устройства для осуществления предлагаемого аэродинамического способа обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи поясняется семью чертежами, представленными на фиг.1 – фиг.7. На фиг.1 показана функциональная схема устройства, на фиг.2 – векторные диаграммы работы силоизмерительных датчиков в V-образной подвеске провода при четырех возможных вариантах нагрузок на провод промежуточного пролета, на фиг.3 приведен вариант технической реализации четырех каналов телепередачи в виде одного общего канала телепередачи с временным уплотнением, на фиг.4 – фиг.7 показаны соответственно схемы первого, второго, третьего и четвертого функциональных преобразователей, реализующих вычисления по величинам нагрузок N₁, и N₂ на каждый из двух силоизмерительных датчиков, гололедно-ветровой N_сум (фиг.4), суммарной гололедной с весом провода и крепежной арматуры V (фиг.5) и фактической ветровой Р_В(ф) (фиг.6) нагрузок и вычисления по скорости W и относительному направлению (азимуту) ветра ожидаемой ветровой нагрузки на провод без отложений Р_В(о) (фиг.7).

На фиг.1 показана схема размещения измерителя направления ветра 1 и измерителя скорости ветра 2 на нижней траверсе 31 одностоечной промежуточной опоры 30, схема подвески силоизмерительных датчиков 3 и 4 на этой же нижней траверсе с гирляндами изоляторов 22 и 27, поддерживающих фазный провод 26 и функциональная схема собственно самого устройства. Устройство содержит измеритель направления ветра 1, измеритель скорости ветра 2, два силоизмерительных датчика 3 и 4, четыре канала телепередачи 5, 6, 7 и 8, четыре функциональных преобразователя 9, 10, 12 и 13, двухвходовой компаратор 11 и управляемый трехвходовой компаратор 14.

На фиг.3 показан вариант технической реализации четырех каналов телепередачи 5, 6, 7 и 8 в виде одного общего канала телепередачи с временным уплотнением, имеющего коммутатор 15 с четырьмя входами от измерителей и датчиков 1, 2, 3 и 4, общий канал телепередачи 16, устройство выборки и хранения 17 с четырьмя отдельными выходами на функциональные преобразователи 9, 10, 11, 13, формирователь синхронизирующих импульсов 18.

На фиг.4 представлена схема первого функционального преобразователя 9, имеющего два входа N₁ и N₂ и включающего в себя четыре умножителя 19, формирователь 20 постоянной величины 2cos, два сумматора 21 и элемента извлечения квадратного корня 22.

На фиг.5 приведена схема второго функционального преобразователя 10, имеющего два входа N₁, и N₂ и состоящего из сумматора 21, формирователь 23 постоянной величины sin и умножителя 19.

На фиг.6 показана схема третьего функционального преобразователя 12 и векторная диаграмма его работы. Этот преобразователь имеет два входа N_сум и V и состоит из двух умножителей 19, сумматора 21 и элемента извлечения квадратного корня 22. На векторной диаграмме, как и на других листах описания заявки, обозначено V₀ – вес двух гирлянд изоляторов с проводом промежуточного пролета и крепежной арматуры, V’ – вес отложений на этом проводе, V – суммарный вес двух гирлянд изоляторов с крепежной арматурой, проводом промежуточного пролета и с отложениями на нем, Р_В(ф) – фактическая ветровая нагрузка и N_сум – суммарная гололедно-ветровая нагрузка на провод с весом двух гирлянд изоляторов, крепежной арматуры и провода промежуточного пролета.

На фиг.7 приведена схема четвертого функционального преобразователя 13, имеющего два входа и W, и состоящего из формирователя сигнала 24 переменной величины sin², двух умножителей 19 и формирователя 25 постоянной величины множителя К.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с принципом действия по заявляемому аэродинамическому способу обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета в устройстве одновременно и согласованно работают 2 канала измерения: канал измерения фактической ветровой нагрузки на провод с отложениями или без них и канал измерения ожидаемой ветровой нагрузки на провод без отложений. При описании работы устройства рассмотрим работу этих двух каналов последовательно друг за другом, а затем в их взаимодействии друг с другом.

Силовая нагрузка на V-образную подвеску провода промежуточного пролета в общем случае состоит из трех составляющих: V₀, V’ и Р_В(ф). Действуют эти три составляющие независимо друг от друга и V₀ не может быть равной нулю. Учитывая эти обстоятельства, при одновременном действии составляющих возможны четыре варианта силовой нагрузки на V-образную подвеску провода (фиг.2).

Первый вариант – отложений на проводе нет V’=0, ветра нет Р_В(ф)=0, и, следовательно, датчики 3 и 4 воспринимают вес двух гирлянд изоляторов 22 и 27 с соответствующей крепежной арматурой вместе с весом провода 26 промежуточного пролета V₀, выходные сигналы датчиков 3 и 4 равны между собой N₁=N₂, V=V₀, N_сум=V₀ (фиг.2,а).

Во втором варианте – отложения на проводе есть V’>0, ветра нет Р_В(ф)=0, к V₀ добавляется вес отложений V’, сигналы с датчиков равны между собой, и больше по величине, чем в первом варианте нагрузки N’₁=N’₂>N₁=N₂, V=V₀+V’, N_сум=V₀+V’ (фиг.2,б).

При третьем варианте – отложений на проводе нет V’=0, есть ветер слева направо Р_В(ф)>0, к V₀ перпендикулярно добавляется ветровая нагрузка Р_В(ф), выходные сигналы датчиков 3, 4 не равны между собой N₁>N₂, V=V₀, (фиг.2,в).

При четвертом варианте – есть отложения на проводе V’>0 и есть ветер слева направо Р_В(ф)>0, к V₀ добавляется вес отложений на проводе V’ и ветровая нагрузка Р_В(ф), перпендикулярная гололедной, сигналы с датчиков 3, 4 не равны между собой N₁N₂ и, как правило, больше по величинам, чем в трех предыдущих вариантах нагрузки, V=V₀+V’, (фиг.2,г).

Более подробно рассмотрим работу предлагаемого устройства при одновременном воздействии ветра и отложений на провод по четвертому варианту (фиг.2,г.), а для остальных трех вариантов силовых нагрузок отметим только изменения в его работе, обусловленные отсутствием тех или иных составляющих нагрузки.

Предположим, что на провод 26 с отложениями на нем с некоторой силой воздействует (дует) ветер слева направо поперек оси визирования воздушной линии электропередачи, как показано на фиг.2,г. Сигналы датчиков N₁>N₂ (и наоборот, если ветер дует справа налево, то N₁2). Сигналы N₁ и N₂ в виде напряжений или токов соответственно через каналы телепередачи 5 и 6 поступают параллельно на соответствующие входы функциональных преобразователей 9 и 10.

Первый функциональный преобразователь 9, функциональная схема которого приведена на фиг.4, по величинам входных сигналов N₁ и N₂ вычисляет величину гололедно-ветровой нагрузки N_сум по выражению . В этом выражение угол =180°-, а угол – это угол между осями гирлянд изоляторов в месте их соединения и крепления провода. Второй функциональный преобразователь 10, функциональная схема которого приведена на фиг.5, по величинам входных сигналов N₁, и N₂ вычисляет суммарную V по выражению V=(N₁+N₂)×sin. Сигнал гололедно-ветровой нагрузки N с выхода первого функционального преобразователя 9 (фиг.1) поступает на первый вход третьего функционального преобразователя 12. Сигнал V=V’+V₀ с выхода второго функционального преобразователя 10 поступает на второй вход третьего функционального преобразователя 12. Третий функциональный преобразователь 12, функциональная схема которого представлена на фиг.6, вычисляет величину фактической ветровой нагрузки на провод по выражению . Сигнал Р_В(ф) с выхода третьего функционального преобразователя 12 (фиг.1) поступает на первый сигнальный вход управляемого трехвходового компаратора 14.

Одновременно с этим, под действием ветра измеритель относительного направления ветра 1 и измеритель скорости ветра 2 вырабатывают соответствующие сигналы. Сигнал относительного направления ветра через канал телепередачи 8 поступает на второй вход четвертого функционального преобразователя 13. Сигнал скорости ветра через канал телепередачи 7 поступает на второй вход двухвходового компаратора 11 и первый вход четвертого функционального преобразователя 13. Функциональный преобразователь 13, функциональная схема которого приведена на фиг.7, вычисляет ожидаемую ветровую нагрузку на провод промежуточного пролета без отложений Р_В(о) по выражению Р_В(о)=sin²×W×К. Сигнал Р_В(о) с выхода четвертого функционального преобразователя 13 (фиг.1) поступает на второй сигнальный вход управляемого трехвходового компаратора 14.

В рассматриваемом варианте нагрузки за счет отложений на проводе площадь сечения провода с отложениями, перпендикулярного ветровому потоку, возрастает пропорционально увеличению диаметра отложений, что приводит к увеличению силы аэродинамического сопротивления этому ветру – увеличению фактической ветровой нагрузки на провод Р_В(ф), которая при наличии отложений на проводе всегда будет больше, чем величина рассчитываемой ожидаемой ветровой нагрузки на этот же провод без отложений Р_В(о). Таким образом, сигнал P_В(ф) при наличии отложений на проводе больше по величине, чем сигнал Р_В(о) и компаратор 14, сравнив их между собой по величине, сформирует сигнал о появлении (наличии) отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, т.к. на его управляющем входе есть разрешающий сигнал с первого выхода двухвходового компаратора 11. Разрешающий сигнал с первого выхода двухвходового компаратора 11 появится потому, что на его втором входе сигнал скорости ветра W больше нуля.

При третьем варианте нагрузки – отложений на проводе нет V’=0, но есть боковой ветер справа налево Р_В(ф)>0, функциональный преобразователь 9 сформирует нагрузку на провод промежуточного пролета , преобразователь 10 вычислит V=V₀, преобразователь 12 вычислит , функциональный преобразователь 13 вычислит Р_В(о), которая будет в этом случае равна Р_В(ф) и компаратор 14 зафиксирует равенство двух сигналов и выдаст сигнал об отсутствии отложений на проводе промежуточного пролета, т.к. на первом выходе компаратора 11 будет присутствовать разрешающий сигнал для компаратора 14 (W>0).

При втором варианте нагрузки – есть отложения на проводе V’>0, бокового ветра нет, N₁=N₂, Р_В(ф)=0, N_сум=V=V₀+V’, преобразователь 13 также сформирует P_В(о)=0, но т.к. W=0, то компаратор 11 на первом своем выходе сформирует нуль и запретит тем самым работу управляемого компаратора 14, а на втором выходе – выдаст “1”, как сигнал отказа обнаружения.

При первом варианте нагрузки – нет отложений и нет ветра, соответственно N_сум=V=V₀, Р_В(ф)=0, Р_В(о)=0, W=0 и компаратор 11, как и в предыдущем варианте нагрузки запретит работу управляемого компаратора 14 и выдаст сигнал отказа обнаружения.

Если заявляемое устройство использовать для обнаружения отложений на грозозащитном тросе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, то в самом устройстве нужно изменить только значение коэффициента К и грозотрос 36 закрепить на V-образную подвеску с силоизмерительными датчиками, аналогичную рассмотренной для фазного провода, как показано на фиг.1 слева вверху.

Следует заметить, что предложенный аэродинамический способ обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, как и устройство для его осуществления, реализуются только при наличии (воздействии) ветра на этот провод, что является их недостатком. Однако на практике в наиболее опасных аварийных ситуациях прохождения метеофронтов по местам размещения воздушных линий электропередачи наблюдается одновременное образование отложений на проводах и воздействие на них ветра и, следовательно, предложенное устройство будет обнаруживать появление отложений с малыми удельными плотностями (снег, изморозь, иней) раньше, чем при использовании известных способов и устройств, т.к. относительная скорость приращения аэродинамического сопротивления этих отложений больше относительной скорости приращения их веса.

Так как все остальные климатические воздействия (температура, давление, влажность и т.д.) и изменения режимов работы воздушной линии электропередачи оказывают практически одинаковое влияние на гирлянды изоляторов, силоизмерительные датчики, каналы телепередачи, а сравнение сигналов датчиков производится дифференциально (относительно друг друга), то перечисленные воздействия практически не влияют на точность измерений и устройство для всех типов опор воздушных линий электропередачи дистанционно автоматически непрерывно в реальном масштабе времени при наличии ветра на контролируемом пролете производит обнаружение появления отложений с малыми удельными плотностями на проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР №1173473, МПКН 02 07/16,1985.

2. Авт. свид. СССР №748615, МПК Н 02 G 7/16, 1980.

3. Авт. свид. СССР №603034, МПК Н 02 G 7/16, 1978.

4. Патент на изобретение РФ №2145758, МПК Н 02 G 7/16, 2000.

5. Патент на изобретение РФ №2212744, МПК Н 02 G 7/16, 2003.

6. Авт. свид. СССР №519806, МПК Н 02 G 7/16, 1976.

Формула изобретения

1. Аэродинамический способ обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линий электропередачи, заключающийся в том, что на промежуточном пролете линии одновременно измеряют относительное направление ветра, скорость ветра и величину фактической ветровой нагрузки на провод с отложениями или без них, создаваемой этим ветром, по измеренным скорости и относительному направлению ветра рассчитывают величину ожидаемой ветровой нагрузки на провод без отложений и сравнивают ее с величиной фактической ветровой нагрузки, если фактическая ветровая нагрузка больше ожидаемой, то принимают решение о наличии отложений на проводе, а если фактическая и ожидаемая ветровые нагрузки равны, то принимают решение об отсутствии отложений на проводе.

2. Устройство обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, содержащее канал телепередачи и два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов, нижние концы обеих гирлянд изоляторов соединены между собой шарнирно, образуя V-образную подвеску провода, 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, отличающееся тем, что дополнительно введены измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра, три канала телепередачи, четыре функциональных преобразователя, двухвходовой и управляемый трехвходовой компараторы, при этом измеритель относительного направления ветра через четвертый канал телепередачи подключен ко второму входу четвертого функционального преобразователя, измеритель скорости ветра через третий канал телепередачи подключен ко второму входу двухвходового компаратора и к первому входу четвертого функционального преобразователя, первый вход двухвходового компаратора соединен с шиной нулевого потенциала, к первому выходу двухвходового компаратора подключен управляющий вход трехвходового управляемого компаратора, второй выход двухвходового компаратора является третьим выходом устройства, первый и второй силоизмерительные датчики соответственно через первый и второй каналы телепередачи подключены параллельно к соответствующим входам первого и второго функциональных преобразователей, к выходу первого функционального преобразователя подключен первый вход третьего функционального преобразователя, на выход второго функционального преобразователя подключен второй вход третьего функционального преобразователя, выход которого соединен с первым сигнальным входом управляемого трехвходового компаратора, второй сигнальный вход управляемого трехвходового компаратора соединен с выходом четвертого функционального преобразователя, первый и второй выходы управляемого трехвходового компаратора являются соответственно первым и вторым выходами устройства.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что верхние концы датчиков крепятся к траверсе опоры на расстоянии друг от друга, не равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя с V-образной подвеской треугольник с двумя равными сторонами.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первый, второй, третий и четвертый каналы телепередачи выполнены в виде одного общего канала телепередачи с временным уплотнением, в котором вход и выход соединяются поочередно и соответственно: выход измерителя относительного направления ветра с первым выходом, выход измерителя скорости ветра со вторым выходом, выход первого силоизмерительного датчика с третьим выходом, выход второго силоизмерительного датчика с четвертым выходом общего канала передачи.

РИСУНКИ