способ контроля провиса провода линии электропередачи
Классы МПК: | H02G7/16 устройства для очистки проводов или кабелей от снега или льда |
Автор(ы): | Мустафин Рамиль Гамилович (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2012-04-27 публикация патента:
27.09.2013 |
Изобретение относится к электротехнике. Способ включает размещение на проводе подвесного датчика температуры, а под проводом - контрольного устройства. При помощи первого и второго ультразвуковых приемопередатчиков осуществляют посредством контрольного устройства совместно с подвесным датчиком температуры измерение провиса и отклонение провода по горизонтали поперек линии электропередачи. Осуществляют излучение ультразвукового импульса, принимают ультразвуковой импульс на ультразвуковые приемопередатчики и по времени распространения ультразвукового импульса от подвесного датчика температуры до первого и второго ультразвуковых приемопередатчиков вычисляют положение провода в плоскости. Техническим результатом является повышение точности определения провиса. 2 ил., 1 табл.
Формула изобретения
Способ контроля провиса провода линии электропередачи, включающий размещение на проводе подвесного датчика температуры, а под проводом - контрольного устройства, при этом посредством подвесного датчика передают в контрольное устройство измеренные значения температуры провода, а посредством контрольного устройства осуществляют передачу измеренных данных, отличающийся тем, что посредством контрольного устройства совместно с подвесным датчиком температуры осуществляют при помощи первого и второго ультразвуковых приемопередатчиков, расположенных в контрольном устройстве и разнесенных по горизонтали поперек линии электропередачи, измерение провиса и отклонение провода по горизонтали поперек линии электропередачи, для чего при помощи подвесного датчика температуры, выполненного с возможностью излучения ультразвукового импульса, по команде контрольного устройства осуществляют излучение ультразвукового импульса, принимают ультразвуковой импульс на первый и второй ультразвуковые приемопередатчики и по временам распространения ультразвукового импульса от подвесного датчика температуры до первого и второго ультразвуковых приемопередатчиков вычисляют положение провода в плоскости, поперечной линии электропередачи, при этом для определения скорости звука в воздухе измеряют время прохождения ультразвуковых импульсов от одного ультразвукового приемопередатчика к другому.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для контроля провиса провода высоковольтных воздушных линий электропередачи и для измерения температуры проводов линии.
Известны бесконтактные датчики гололеда [авт.св. СССР 1035708, МКИ Н02G 07/16, 1983]. Устройство содержит индукционный датчик магнитного поля (создаваемого током, текущим по проводам), располагаемый под проводами линии, и передающее устройство. Недостатком данного устройства является необходимость в высокой чувствительности элементов, регистрирующих магнитное поле, и зависимость от таких параметров, как величина тока в проводах, высота пролета, температура провода.
Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является сигнализатор массы гололедных отложений и окончания плавки гололеда (Патент РФ № RU 2220485, МПК Н02G 7/16, 03.06.2002). Отличием способа является то, что сигнализатор содержит передающее устройство, чувствительный элемент с жестко закрепленной в точке монтажа провода к гирлянде изоляторов осью вращения друг относительно друга двух его частей, каждая из которых снабжена штангой, жестко прикрепленной концом к проводу узлами крепления, датчик температуры провода, источник питания, соединительные провода, при помощи которых чувствительный элемент, датчик температуры и передающее устройство подключены к источнику питания. Сигнализатор работает следующим образом. При отсутствии гололедных отложений угол ос между штангами является исходным. При появлении гололедных отложений на проводах угол уменьшается (за счет увеличения провиса провода). По изменению угла и по измеренному значению температуры провода расчетным путем определяют массу гололедных отложений на проводах.
Недостатком данного сигнализатора является то, что изменение угла между штангами при изменении длины провода весьма мало, что требует большой точности измерения угла, и это приводит к малой надежности работы данного сигнализатора. Например: при длине пролета 230 м на воздушной ЛЭП 110 кВ, и при изменении провиса провода на 1 м (расчетная величина для провода АС-120 и гололеда толщиной 1,5 см), изменение угла между штангами будет равно: ~arctg(1/115)~0,5 градуса.
Задачей изобретения является повышение точности определения провиса провода за счет того, что в предлагаемом способе непосредственно измеряется сама величина провиса провода (расстояние по вертикали от низшей точки провода до точки подвеса провода).
Технический результат достигается тем, что в способе контроля провиса провода линии электропередачи, включающем размещение на проводе подвесного датчика температуры, а под проводом - контрольного устройства, при этом посредством подвесного датчика измеряют и передают в контрольное устройство измеренные значения температуры провода, а посредством контрольного устройства осуществляют передачу измеренных данных, согласно заявляемому изобретению, посредством контрольного устройства совместно с подвесным датчиком температуры, осуществляют, при помощи первого и второго ультразвуковых приемопередатчиков, расположенных в контрольном устройстве и разнесенных по горизонтали поперек линии электропередачи, измерение провиса и отклонения провода по горизонтали поперек линии электропередачи, для чего при помощи подвесного датчика температуры, выполненного с возможностью излучения ультразвукового импульса, по команде контрольного устройства осуществляют излучение ультразвукового импульса, принимают ультразвуковой импульс на первый и второй ультразвуковые приемопередатчики, и по временам распространения ультразвукового импульса от подвесного датчика температуры до первого и второго ультразвуковых приемопередатчиков вычисляют положение провода в плоскости, поперечной линии электропередачи, при этом для определения скорости звука в воздухе измеряют время прохождения ультразвуковых импульсов от одного ультразвукового приемопередатчика к другому.
Необходимость измерения провиса провода обусловлена тем, что провис провода является чувствительным параметром, который зависит от температуры провода, ветровой и гололедной нагрузок на провода ЛЭП.
При высокой температуре окружающей среды (летом), и при высокой токовой нагрузке на линию электропередачи, провода сильно нагреваются и, за счет температурного расширения металла проводов растягиваются, что приводит к большому провису проводов. Большой провис проводов уменьшает расстояние от провода до земли, что может приводить к пробою изоляционного промежутка (например: на проезжающий под линией электропередачи транспорт).
В зимнее время, гололедные отложения на линиях электропередачи приводят к дополнительной весовой нагрузке на провода линии, что растягивает провода линии и увеличивает провис провода, что может привести к обрыву проводов. Соответственно по измеренным значениям провиса провода и температуры провода - можно оценить величину гололедной нагрузки на провода линии, толщину гололедных отложений. Кроме этого, большой провис провода уменьшает расстояние провода до земли, что увеличивает угрозу пробоя изоляционного промежутка провод - земля.
При наличии сильного ветра, дующего поперек линии электропередачи, на провода действует дополнительная растягивающая сила (ветровая нагрузка), что растягивает провода линии и увеличивает провис провода, и это может создавать угрозу разрыва провода.
Рассмотрим провис провода при различных условиях (Крюков К.П., Новгородцев Б.П. «Конструкции и механический расчет линий электропередачи»).
Таблица 1. | ||
Величина провиса провода при различных условиях (провод АС-120, подвешенный на воздушной ЛЭП 110 кВ с пролетом 230 м) | ||
Температура, °C | Гололед, см (толщина стенки) | Провис провода, м |
+40 | - | 7,2 |
-5 | - | 6 |
-5 | 1,5 | 7,3 |
-40 | - | 5 |
Из таблицы 1 видно, что величина провиса провода изменяется в широких пределах: от 5 до 7,2 метра. Это связано с двумя причинами.
Во-первых, для линий электропередачи высокого напряжения длина пролета (расстояние между ближайшими опорами) довольно велика (сотни метров). При большой длине пролета, температурные изменения длины провода приводят к большому изменению провиса провода.
Во-вторых, сталеалюминевые провода, применяемые на данных ЛЭП, имеют величину модуля упругости порядка 8000 кгс/мм 2, что значительно меньше модуля упругости для стали, которая составляет величину 20000 кгс/мм. В результате, сталеалюминевые провода достаточно сильно растягиваются при появлении дополнительной весовой нагрузки на провод (при ветре и при гололеде).
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг 1 изображена линия электропередачи с располагаемым контрольным устройством и подвесным датчиком температуры на контролируемом проводе, а на фиг.2 показан вид А на фиг.1 (вид вдоль линии электропередачи, боковой ветер справа налево).
Цифрами на чертежах обозначены:
1 - провод линии электропередачи,
2 - опора линии электропередачи,
3 - провис провода линии электропередачи, (расстояние L1 от самой нижней точки провода до линии, соединяющей точки подвеса провода),
4 - подвесной датчик температуры,
5 - контрольное устройство,
6 - расстояние L2 от контрольного устройства до подвесного датчика,
7 - первый ультразвуковой приемопередатчик,
8 - второй ультразвуковой приемопередатчик,
9 - расстояние от подвесного датчика до первого ультразвукового приемопередатчика,
10 - расстояние от подвесного датчика до второго ультразвукового приемопередатчика,
11 - истинное значение провиса провода линии электропередачи,
12 - отклонение провода по горизонтали поперек линии электропередачи.
Способ контроля провиса провода линии электропередачи включает размещение на проводе 1 подвесного датчика 4 температуры, а под проводом 1 - контрольного устройства 5. Посредством подвесного датчика 4 измеряют и передают в контрольное устройство 5 измеренные значения температуры провода 1, а посредством контрольного устройства 5 осуществляют передачу измеренных данных.
Отличием предлагаемого способа контроля провиса провода линии электропередачи является то, что посредством контрольного устройства 5 совместно с подвесным датчиком 4 температуры, осуществляют, при помощи первого 7 и второго 8 ультразвуковых приемопередатчиков, расположенных в контрольном устройстве 5 и разнесенных по горизонтали поперек линии электропередачи, измерение провиса и отклонения провода 1 по горизонтали поперек линии электропередачи.
Для измерения провиса и отклонения провода 1 по горизонтали поперек линии электропередачи при помощи подвесного датчика 4 температуры, выполненного с возможностью излучения ультразвукового импульса, по команде контрольного устройства 5 осуществляют излучение ультразвукового импульса, а затем принимают ультразвуковой импульс на первый 7 и второй 8 ультразвуковые приемопередатчики.
По временам распространения ультразвукового импульса от подвесного датчика 4 температуры до первого 7 и второго 8 ультразвуковых приемопередатчиков вычисляют положение провода 1 в плоскости, поперечной линии электропередачи.
Для определения скорости С звука в воздухе измеряют время прохождения ультразвуковых импульсов от одного ультразвукового приемопередатчика к другому, например, от первого 7 к второму 8.
Пример конкретного осуществления способа контроля провиса провода линии электропередачи.
Провод 1 (фиг.1) линии электропередачи подвешен на опорах 2 с провисом 3 (расстояние L1 от самой нижней точки провода до линии, соединяющей точки подвеса провода). Для измерения температуры и провиса провода, в нижней точке провода 1 закреплен подвесной датчик 4, который измеряет температуру провода 1 и передает измеренное значение температуры в контрольное устройство 5.
Подвесной датчик 4 температуры и контрольное устройство 5 совместно измеряют расстояние 6 (расстояние L2) от контрольного устройства 5 до подвесного датчика 4.
Для измерения расстояния 6, по команде контрольного устройства 5, подвесной датчик 4 излучает ультразвуковой импульс. По времени t1, между командой контрольного устройства 5 и временем t2 приема ультразвукового импульса контрольным устройством 5, вычисляется расстояние 6 (расстояние L2): L2=C*(t2-t1), где С - скорость звука в воздухе.
Измерив расстояние 6 (расстояние L2), контрольное устройство 5 рассчитывает провис 3 (расстояние L1) провода 1 L1=(L-L2), где L - расстояние по вертикали от контрольного устройства 5 до точки подвеса 2 провода 1. Контрольное устройство 5 передает измеренные величины провиса 3 (расстояние L1) и температуру провода 1 в единый центр мониторинга.
Предлагаемый способ решает следующие две проблемы измерения провиса провода.
Во-первых, при наличии бокового (поперек линии электропередачи) ветра, провода отклоняются от вертикали.
Во-вторых, скорость С звука в воздухе зависит от многих параметров (например: температуры, влажности, давления воздуха).
Для решения этих проблем контрольное устройство 5 снабжено первым 7 и вторым 8 ультразвуковыми приемопередатчиками, разнесенными по горизонтали поперек линии электропередачи (фиг.2, вид вдоль линии электропередачи, боковой ветер с права налево). По времени распространения ультразвукового импульса от подвесного датчика 4 до каждого приемопередатчика 7 и 8 вычисляются расстояния 9 и 10 от подвесного датчика 4 до каждого приемопередатчика 7 и 8. По измеренным расстояниям 9 и 10, и по известному расстоянию L3 между приемопередатчиками 7 и 8, вычисляются истинное значение 11 провиса провода и отклонения 12 провода по горизонтали поперек линии электропередачи (решение треугольника по трем сторонам - по измеренным расстояниям 9 и 10, и по известному расстоянию L3).
Для определения скорости С звука передают ультразвуковой импульс от первого 7 ультразвукового приемопередатчика к второму 8 ультразвуковым приемопередатчикам, и по времени t3 прохождения ультразвуковых импульсов между ультразвуковыми приемопередатчиками 7 и 8 вычисляют скорость С звука в данный момент: C=L3/t3. В результате, при расчете истинного значения 11 провиса провода и отклонения 12 провода по горизонтали поперек линии электропередачи используется измеренное значение скорости звука С.
Таким образом, предлагаемый способ контроля провиса проводов линии электропередачи позволяет непрерывно контролировать условия работы линии электропередачи:
- своевременно обнаруживать угрожающий провис провода при высоких температурах воздуха и большой токовой нагрузке на линии,
- контролировать ветровую нагрузку на провода линии электропередачи,
- своевременно обнаруживать появление гололедной нагрузки на провода линии электропередачи,
- контролировать процесс плавки гололеда (температуру провода и уменьшение гололедной нагрузки).
Класс H02G7/16 устройства для очистки проводов или кабелей от снега или льда