طرق إزالة الجليد عن خطوط الكهرباء. طريقة منع تجمد أسلاك خطوط نقل الطاقة العلوية للتيار المتردد

كوفشينوف أ.أ. ، دكتوراه في العلوم التقنية ، جامعة ولاية تولياتي ؛
كرمانوف ، المدير العام ،
Akhmetzhanov NG ، كبير المتخصصين في شركة Energiya T (تولياتي) ذات المسؤولية المحدودة ؛
Shkuropat I.A، Ph.D.، CJSC "GK" Electroshield TM-Samara "، Samara؛
Galiev I.T. ، طالب دراسات عليا في قسم IIT ، NRU MPEI ،
Alexandrov N.M. ، طالب دراسات عليا من قسم NPP ، SamSTU ؛
Khrennikov A.Yu. ، دكتور في العلوم التقنية ، JSC "STC FGC UES"

مقدمة

أثناء تشغيل خطوط نقل الطاقة العلوية (OHL) في عدد من المناطق ، تنشأ مشكلة خطيرة تتعلق بتجمد الأسلاك في فترة الخريف والشتاء ، نظرًا لأن متوسط ​​الوقت اللازم للتخلص من حوادث الجليد يتجاوز متوسط ​​الوقت اللازم للتخلص من الحوادث الناجمة عن حوادث أخرى. الأسباب 10 مرات أو أكثر. تشير الدراسات إلى أن رواسب الجليد على الخطوط العلوية تحدث عند درجة حرارة هواء تبلغ حوالي 5 درجات مئوية تحت الصفر وسرعة رياح من 5-10 م / ث. يتراوح سمك الجدار المسموح به لغطاء الجليد من 5 إلى 20 مم للخطوط العلوية بجهد 3-330 كيلو فولت ، والموجودة في المناطق المناخية على الجليد من الفئات I - IV.

يمكن استخدام العديد من الأسلاك المقواة كإجراء سلبي مضاد للتجمد. على سبيل المثال ، سلك ACCC (قلب موصل الألمنيوم المركب هو سلك ألمنيوم مع لب مركب مصنوع من مواد مختلفة. قلب موصل ACCC مستقر الأبعاد ، حيث أن معامل التمدد الحراري (1.6.10-6 ° C-1) يكاد يكون ترتيب من حيث الحجم أقل من الفولاذ (11.5.10-6 ° C-1) لذلك ، يمكن أن تتحمل أسلاك ACCC درجات الحرارة العالية لفترة طويلة ، مما يمنع تكوين الجليد.

لاحظ أيضًا سلك Aero-Z® ، والذي يتكون من طبقة متحدة المركز واحدة أو أكثر من الأسلاك الدائرية (الطبقات الداخلية) والأسلاك "Z" (الطبقات الخارجية). يتم لف كل طبقة من الأسلاك بطولها ، مع درجة معينة. يقلل السطح الأملس من أحمال الرياح بنسبة 30-35٪ ويمنع التصاق الثلج والجليد. ومع ذلك ، فإن سلك Aero-Z® له قيود على ذوبان الجليد ، لأنه لا يسمح بارتفاع طويل في درجة الحرارة فوق 80 درجة مئوية.

بشكل عام ، لا يمكن التنفيذ العملي للطرق السلبية للتعامل مع الجليد إلا من خلال تصميم وتشغيل خطوط كهرباء جديدة. ترتبط إعادة بناء الخطوط العامة "القديمة" بتكاليف كبيرة.

لذلك ، فإن مهمة تطوير طرق فعالة للتعامل مع رواسب الجليد على الخطوط العلوية لا تفقد أهميتها. تشمل الطرق التقليدية إذابة الجليد على الخطوط العلوية مع التيار المتردد عن طريق إنشاء دوائر قصيرة بشكل مصطنع أو تيار مباشر باستخدام وحدات مقوم غير متحكم فيه أو متحكم فيه. ومع ذلك ، في الحالة الأولى ، من الممكن حدوث تلف في الخطوط العلوية ، وفي الحالة الثانية ، لا يتم استخدام وحدات المعدل باهظة الثمن في معظم السنة التقويمية. في الوقت نفسه ، تفتح الحالة الحالية لقاعدة عنصر إلكترونيات الطاقة ميزات إضافيةويحفز على تطوير طرق جديدة للتعامل مع رواسب الجليد ، خالية من هذه العيوب. تم تخصيص عدد كبير من المنشورات العلمية لدراسة تكوين الجليد والتحكم في رواسب الجليد. في هذا العمل ، تم طرح مهمة التنظيم والتحليل المقارن. الطرق الحاليةمكافحة رواسب الجليد ، التي سيسمح لك حلها باختيار أكثر الحلول عقلانية للظروف المحلية من مجموعة الحلول التقنية المتاحة.

تصنيف طرق مكافحة التجمد

تستخدم الأجهزة والأساليب المعروفة الأنواع التالية من التأثير المادي لإزالة رواسب الجليد والصقيع من أسلاك خطوط الكهرباء (الشكل 1):

• التأثير الحراري عن طريق تسخين السلك إلى درجة حرارة 120-130 درجة مئوية ، حيث يذوب غلاف الجليد ، أو عن طريق التسخين الوقائي للأسلاك بمقدار 10-20 درجة مئوية لمنع تكوين الجليد ؛
• التأثير الديناميكي الحراري من خلال التسخين الأولي حتى تكوين طبقة مغمورة بين السلك وغطاء الجليد ثم "اهتزاز الأسلاك بواسطة قوة الأمبير" ، والذي يحدث عندما يتم تمرير نبضة تيار قوية ؛
• العمل الكهروميكانيكي عن طريق تمرير نبضات التيار بشكل دوري ، مما يتسبب في اهتزازات ميكانيكية للأسلاك وتدمير القابض الجليدي ؛ يتم تعزيز كفاءة الإجراءات الكهروميكانيكية بمثل هذه المعلمات للنبضات الحالية التي تسبب الرنين الميكانيكي ؛
• العمل الميكانيكي عن طريق تحريك البراغي على طول السلك باستخدام طاقة الرياح ، وطاقة المجال الكهرومغناطيسي لتيار الطور للخطوط العلوية ، والمغناطيس الدائم ، والمحرك التحريضي الخطي ، أو خلق اهتزازات الأسلاك باستخدام مولد اهتزاز ميكانيكي (لم يتم النظر فيه بعد ذلك ، حيث لا يتم استخدامها عمليا).

الشكل 1 - تصنيف طرق إزالة رواسب الجليد من الخطوط العلوية:

مقوم متحكم فيه الأشعة فوق البنفسجية ؛

STK - معوض الثايرستور الثابت ؛

PCh - محول التردد

NPCH - محول التردد المباشر ؛

UPC - جهاز التعويض الطولي

تجدر الإشارة فقط إلى وجود عيب عام في الأنظمة الميكانيكية ، والذي يتمثل في الحاجة إلى التثبيت اليدوي على سلك ، والإزالة من السلك ، وكذلك زيادة الوزن من سلك إلى آخر. يتطلب ذلك معدات خاصة (منصة جوية) وموظفي صيانة ، مما يزيد من تكاليف التشغيل ويجعل من الصعب استخدامها في المناطق التي يصعب الوصول إليها.

التعرض الحراري للتيار المتردد

يتم استخدام ذوبان الجليد بالتيار المتردد في الخطوط العلوية بجهد أقل من 220 كيلو فولت مع أسلاك ذات مقطع عرضي أقل من 240 مم 2. عادة ما يكون مصدر الطاقة من 6-10 كيلو فولت من قضبان التوصيل للمحطات الفرعية أو محول منفصل. يجب اختيار دائرة ذوبان الجليد بطريقة تضمن تدفق التيار عبر أسلاك الخطوط العلوية 1.5-2 مرات أعلى من التيار المسموح به على المدى الطويل. يتم تبرير هذا الفائض من خلال قصر مدة عملية الذوبان (~ 1 ساعة) ، وكذلك عن طريق التبريد المكثف للسلك في الشتاء. بالنسبة للأسلاك المصنوعة من الصلب والألومنيوم من نوع التيار المتردد ذات المقطع العرضي 50-185 مم 2 ، فإن القيمة التقريبية لتيار ساعة واحدة لذوبان الجليد تقع في نطاق 270-600 أمبير ، والتيار الذي يمنع تكوين الجليد على الأسلاك ، في حدود 160-375 أ.

ومع ذلك ، غالبًا ما يكون من المستحيل تحديد القيمة الحالية لدائرة القصر المطلوبة فقط عن طريق اختيار نظام ذوبان الجليد. يمكن أن يؤدي تجاوز القيم المذكورة أعلاه لتيار الانصهار إلى تلدين الأسلاك مع فقدان القوة اللاحق الذي لا رجعة فيه. عند القيم المنخفضة للإرسال الفردي لتيار الدائرة القصيرة ، قد لا يكون ذلك كافيًا لإزالة الجليد تمامًا. ثم يجب تكرار الدوائر القصيرة عدة مرات ، مما يؤدي إلى تفاقم العواقب.

لتجنب هذه العواقب السلبية ، يسمح باستخدام منظم جهد التيار المتردد الثايرستور ، والذي تظهر دائرته في الشكل 2. في وضع ذوبان الجليد ، يكون المفتاح 7 مغلقًا والمفتاح 8 قيد التشغيل. السبل الممكنةتنظيم تيار الانصهار - مرحلة النبضة عن طريق تغيير زوايا تبديل الثايرستور للطاقة 1 و 2 و 3 أو عرض النبض - عن طريق تغيير عدد فترات إمداد الجهد.

الشكل 2 - التثبيت لتعويض الطاقة التفاعلية وذوبان الجليد

في وضع تعويض الطاقة التفاعلية ، يكون المفتاح 7 قيد التشغيل والمفتاح 8 مغلق. في هذه الحالة ، تشكل الثايرستورات الكهربية 1 ، 2 ، 3 والمفاعلات 4 ، 5 ، 6 مجموعة مفاعلات ثايرستور متصلة في مثلث ، وهو عنصر في معوض ثايرستور ثابت. يعترف المؤلفون أيضًا بإمكانية استخدام المكثفات بدلاً من المفاعلات. في هذه الحالة ، سيتم تنفيذ تعويض القدرة التفاعلية باستخدام بنك مكثف قابل للتعديل.

ومع ذلك ، بغض النظر عن طريقة التحكم ، يتم إجراء ذوبان الجليد بتيار متناوب من التردد الصناعي ويتطلب قدرات كبيرة لإمداد الطاقة (عشرات MB.A) ، نظرًا لأن المقاومة النشطة لأسلاك الخطوط العلوية أقل بكثير من المقاومة الاستقرائية . القوة الكاملةيزداد المصدر بسبب الحمل التفاعلي الكبير وغير المجدي لذوبان الجليد. من الممكن زيادة كفاءة الانصهار عن طريق التعويض السعوي الطولي للمقاومة الحثية في حالة استخدام المكثفات كجزء من التركيب المقترح. ومع ذلك ، فإن الكتاب لا يعتبر هذا الاحتمال.

وتجدر الإشارة إلى التركيب المشترك لتعويض الطاقة التفاعلية وذوبان الجليد ، ويظهر الرسم التخطيطي في الشكل 3. في وضع ذوبان الجليد ، يكون المفتاح 7 قيد التشغيل ، متجاوزًا المفاعل 6 ، والمفتاح 9 يقوم بإيقاف تشغيل بنك المكثف 8 ، والمفتاح 10 قيد التشغيل. في هذه الحالة ، يكون الذوبان ممكنًا في جميع أسلاك الخط العلوي في نفس الوقت.

الشكل 3 - التركيب المشترك لتعويض الطاقة التفاعلية وذوبان الجليد

في وضع تعويض الطاقة التفاعلية ، يتم إيقاف تشغيل المفتاحين 7 و 10 ، ويتم تشغيل المفتاح 9. نتيجة لذلك ، يتم تشكيل دائرة نموذجية للمعوض الثابت بناءً على وحدات الترانزستور 1 و 2 و 3 والمفاعلات 5 و 6 على جانب التيار المتردد وبنك مكثف 8 على جانب التيار المستمر. يمكن أن يعمل مثل هذا الهيكل في وضع التوليد وفي وضع استهلاك الطاقة التفاعلي.

عيب كبير في التثبيت الموضح في الشكل 3 هو الاستخدام غير الكامل لجزء الصمام في وضع الانصهار. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن تيار الانصهار يتدفق فقط من خلال المفاتيح "السفلية" للمراحل 1 و 2 و 3 من جسر المحول. سيتطلب تحويل دائرة الجسر إلى ثلاثة مفاتيح تيار متردد معدات تحويل إضافية وتعقيدًا كبيرًا لدائرة الطاقة.

التأثير الحراري مع التيار المباشر

لأول مرة ، لوحظ ذوبان الجليد بالتيار المباشر كإتجاه واعد لمكافحة رواسب الجليد على موصلات الطور للخطوط الهوائية في. محولات VUKN-16800-14000 المصنوعة وفقًا لمخطط لاريونوف على أساس صمامات السيليكون VK-200 غير المنضبط بجهد معدل 14 كيلو فولت وتيار معدل 1200 أمبير وقدرة خرج تبلغ 16800 كيلو وات من بين التركيبات التسلسلية الأولى لصهر الجليد باستخدام مباشر تيار. تمت مناقشة مخططات ذوبان الجليد بالتيار المعدل بالتفصيل.

تشمل عيوب الطريقة حقيقة أنه يجب إيقاف تشغيل الخط العلوي ، ولا يتم استخدام وحدة المعدل لمعظم السنة التقويمية ، لأن الحاجة إلى إذابة الجليد تحدث فقط في فصل الشتاء. من الممكن ملاحظة اقتراح ذوبان الجليد بتيار نابض دون إغلاق الخط العلوي. يتم تضمين وحدة المعدل في قطع السلك الساخن بحيث لا يتدفق التيار المباشر عبر لفات محولات الطاقة ومحولات التيار. يتم تسخين الأسلاك بواسطة تيار نابض يحتوي على مكون متناوب يحدده حمل الخط العلوي ومكون ثابت يحدده الجهد المعدل والمقاومة النشطة لدائرة الانصهار. ومع ذلك ، فإن مثل هذا الاقتراح لا يزيد من درجة استخدام وحدات المعدل ، و التنفيذ العمليتتطلب معدات تحويل إضافية.

في هذا الصدد ، محاولات للتوسع وظائفمن خلال الجمع في تركيب واحد بين وحدة مقوم لصهر الجليد وجهاز لتعويض القدرة التفاعلية. هذا يفتح إمكانية تشغيل المعدات على مدار العام ، مما يزيد بشكل كبير من كفاءتها الاقتصادية.

طور JSC NIIPT جهاز محول من نوع الحاوية لتركيب مشترك لصهر الجليد وتعويض الطاقة التفاعلية (الشكل 4).

الشكل 4 - رسم تخطيطي لجهاز محول من نوع الحاوية (أ) وتركيب مشترك (ب) لذوبان الجليد وتعويض القدرة التفاعلية

جهاز المحول (الشكل 4) يشمل:

• حاوية الشحن 1 ،
• وحدات الثايرستور 2 مع وحدات التحكم 3 ،
• نظام تبريد الهواء القسري 4،
• القاطع 5 بمحرك كهروميكانيكي 6 ،
• مخرجات الأنود 7 والكاثود 8 والمرحلة 9 لجسر المحول ،
• نظام التحكم والتنظيم والحماية والأتمتة 10 ،
• قطع الموصلات 11 و 12 والبنوك المكثفة 13.1 و 13.2 و 13.3.

تم تصميم معدات الطاقة للتشغيل في المناطق ذات المناخ المعتدل والبارد (إصدار UHL 1) ويتم وضعها في حاوية فولاذية مغلقة مثبتة على الجزء المفتوح من أساس المحطة الفرعية. يتم توفير مصدر الطاقة من ملف 10 كيلو فولت من محول مخصص. من أجهزة التحويل الموضحة في الشكل 4 أ ، يتم تجميع التثبيت المشترك ، ويظهر الرسم التخطيطي في الشكل 4 ب.

في وضع ذوبان الجليد ، تكون القاطعات 11 ، 12 مغلقة (الشكل 4 ب) ، القاطعات 5 (الشكل 4 أ) مفتوحة. يتم تجميع دائرة مقوم جسر ثلاثي الأطوار ، والتي توفر جهدًا اسميًا مصححًا يبلغ 14 كيلو فولت ، وتيار انصهار اسمي يبلغ 1400 أمبير ، وتنظيم تيار الانصهار في حدود 200-1400 أمبير.

في وضع تعويض الطاقة التفاعلية ، يكون الفاصلان 11 و 12 مفتوحين ، والمفصلات 5 مغلقة. يتم تجميع دائرة لبنك مكثف 13.1 و 13.2 و 13.3 ، ويتم التحكم فيها بواسطة وحدات الثايرستور 2 ، المتصلة بشكل مضاد موازٍ. ومع ذلك ، في وضع التعويض ، يكون التحكم التدريجي فقط في القدرة التفاعلية ممكنًا.

يمكن تجنب العيب الأخير في التثبيت المشترك لذوبان الجليد والتعويض عن الطاقة التفاعلية ، ويظهر الرسم التخطيطي في الشكل 5 (تم تطويره بواسطة JSC NIIPT).

الشكل 5 - التركيب المشترك لصهر الجليد وتعويض القدرة التفاعلية

يشتمل التركيب المشترك على محول إمداد 1 ، ومفصلات ثلاثية الطور 2 و 16 ، ومفاعلات ثلاثية الطور 3 و 15 ، ومحول جسر عالي الجهد 4 ، ومكثف تيار مستمر 5 ، ومفصلات أحادية الطور 6 و 7 ، ونظام تحكم 8 ، يجمع 9-14 من الأجهزة التي يتم التحكم فيها بالكامل مع الثنائيات ذات العجلات الحرة ومحول الرنين 17.

في وضع ذوبان الجليد ، تعمل الفواصل 6 و 7 و 16. يتم الذوبان بالتيار المباشر. يتم تنظيم تيار الانصهار بواسطة طريقة PWM عالية التردد. على سبيل المثال ، عندما يمر تيار الحمل عبر الثنائيات الخاصة بالتجميعات 13 و 10 ، يتم توصيل جهاز يتم التحكم فيه بالكامل من التجميعات 9 أو 14 في وضع PWM. في هذه الحالة ، يتم تشكيل دائرة قصر ذات مرحلتين 9-10 أو 13-14 لفترة قصيرة ، حيث يتم تحويل الحمل ، ويتم تنظيم تيار الانصهار. يتم تحديد معدل ارتفاع تيار الدائرة القصيرة بواسطة المفاعل 3. باختيار التردد ومعامل التعديل لـ PWM ، يتم إيقاف تشغيل الثايرستور قبل زيادة تيار الدائرة القصيرة إلى مستوى خطير. في هذه الحالة ، يكون الفاصل الزمني لتوصيل الثايرستور أقل مما هو عليه في وضع تعويض الطاقة التفاعلية. في وضع تعويض الطاقة التفاعلية ، يتم إيقاف تشغيل الفواصل 6 و 7 و 16. محول الجسر عالي الجهد 4 يعمل في وضع "STATCOM".

وفقًا لعدد من المؤلفين الذين يعتمدون على خبرتهم العملية ، فإن من 7 إلى 30٪ فقط من طول السلك المسخن أثناء الذوبان مغطى بالفعل بالجليد. هذا يرجع إلى حقيقة أن الأقسام الفردية للخط العلوي ، بسبب زوايا الدوران وعدم القدرة على التنبؤ باتجاه الرياح في وقت تكوين الجليد ، تجد نفسها في ظروف مناخية مختلفة. وعليه ، يهدر جزء كبير من الكهرباء. في هذا الصدد ، فمن المقترح وحدة متنقلة، والذي يسمح لك بالانتقال إلى أقسام الخطوط العلوية التي تم فيها اكتشاف تثليج الأسلاك.

مولد متنقللصهر الجليد على الخطوط العلوية ، يتم تنفيذه على منصة سيارات ، يتم تنفيذ الطاقة (0.4 كيلو فولت) لجسر المعدل ثلاثي الأطوار من مولدين ديزل ADV320 ، 320 كيلو واط لكل منهما. توجد موصلات ذات أطراف للتوصيل بالخطوط العلوية وحافلات كهربائية لتوصيل الأسلاك على المدى بين الدعامات وفقًا لنظام ذوبان الجليد. يوفر الحل التقني المدروس ذوبان الجليد على طول امتدادين من الخط العلوي على أسلاك الطور وكابل الحماية من الصواعق.

من العيوب الشائعة لجميع الأجهزة التي تنفذ التأثير الحراري بالتيار المباشر الحاجة إلى استخدام مخطط ذوبان الجليد "سلك سلكي" أو "سلكين من سلكين". على أي حال ، يزيد وقت الذوبان وبالتالي تكلفة الكهرباء. لتقليل وقت الانصهار ، يجب إعطاء الأفضلية لمخطط الصهر "ثلاثة أسلاك - أرضية" ، ومع ذلك ، لم يتم تصميم أجهزة التأريض للمحطات الفرعية ، كقاعدة عامة ، لتدفق طويل نسبيًا للتيار المباشر يصل إلى 2000 أمبير.

عمل حراري بتيار تردد منخفض للغاية

يتمثل المحتوى التقني لهذا النوع من التأثير في أن الانصهار يتم باستخدام تيار منخفض التردد يولده عاكس جهد ذاتي ثلاثي الأطوار ، ويتم ضبط القيمة الفعالة لتيار الانصهار والحفاظ عليها عند المستوى المطلوب عن طريق تغيير جهد الإمداد.

عندما يكون تردد جهد الخرج للعاكس المستقل بعشر هرتز وأقل ، فإن قيمة التيار في أسلاك الخط تكون محدودة عمليًا فقط بالمقاومة النشطة. نتيجة لذلك ، يزيد الطول المسموح به للخط العلوي مقارنة بالذوبان مع التيار المتناوب للتردد الصناعي ، ويتم تبسيط تنظيم الذوبان ، وتقليل مدة عملية ذوبان الجليد ، وتقليل عدد معدات التحويل الإضافية.

يوضح الشكل 6 مخططًا للتركيب المشترك لصهر الجليد وتعويض القدرة التفاعلية ، والذي ينفذ الطريقة المقترحة.

الشكل 6 - التركيب المشترك لصهر الجليد وتعويض القدرة التفاعلية

يشتمل التركيب المشترك على محولات جسر ثلاثية الطور على محولات أشباه الموصلات يمكن التحكم فيها بالكامل 1 و 7 ، ومفاتيح ثلاثية الأقطاب 2 ، 5 ، 8 ، 9 ، الإختناقات ثلاثية الطور 3 ، 4 ، مكثف بنك 6 ونظام التحكم 10.

في وضع صهر الجليد ، يكون المفتاحان 5 و 8 قيد التشغيل والمفتاح 9 مغلق. يعمل محول الجسر 1 في وضع المعدل المتحكم به ، ويعمل محول الجسر 7 في وضع عاكس الجهد المستقل ثلاثي الأطوار. يتم الصهر في وقت واحد على ثلاثة أسلاك للخط العلوي. في وضع تعويض الطاقة التفاعلية ، يتم إيقاف تشغيل المفتاحين 5 و 8 ، والمفتاح 9 قيد التشغيل. تعمل محولات الجسر 1 و 7 بالتوازي.

يتم اختيار زاوية التضمين أقل بقليل من 180 درجة. يتم استهلاك الطاقة النشطة من الشبكة ، وهو أمر ضروري للحفاظ على الجهد على بنك المكثف 6. على جانب محولات الجسر 1 و 7 ، يتم تشكيل التيار المتردد AC الجهد... يتم إزاحة مرحلة التوافقي الأول فيما يتعلق بجهود المرحلة لمصدر الطاقة بزاوية. إذا تجاوزت سعة التوافقي الأول للجهد المتولد سعة جهد إمداد الطاقة ، فإن محولات الجسر 1 و 7 تولد طاقة تفاعلية ، وإذا كانت أقل ، فإنها تستهلك طاقة تفاعلية. من خلال تغيير عامل التعديل لـ PWM عالي التردد ، يتم التحكم في سعة التوافقي الأول للجهد المتولد ، وبالتالي حجم واتجاه القدرة التفاعلية.

التأثير الحراري بواسطة تيار التردد العالي

تتكون الطريقة من حقيقة أنه بدون فصل الخط العلوي عن المستهلكين ، يتم توفير تيار بتردد 50-500 ميجاهرتز لأسلاك الطور من خلال الجهاز المطابق ومكثفات اقتران الجهد العالي من المولد. في الموصل المتجانس ، يتركز التيار المتردد في الطبقة السطحية ، حيث يؤدي ترققها مع زيادة التردد إلى زيادة مقاومة ذلك الجزء من الموصل الذي يتدفق من خلاله التيار. هذا يعني أنه مقابل نفس الكمية من التيار المتدفق عبر السلك ، كلما زادت قيمة تردد الإشارة ، زادت الطاقة الحرارية المشتتة على الموصل. على سبيل المثال ، عند MHz ، تزداد مقاومة أسلاك الألمنيوم 600 مرة أو أكثر.

يتضح أنه من خلال طاقة المولدات عالية التردد التي تصل إلى عدة عشرات من kW ، من الممكن تسخين السلك بمقدار 10-20 درجة مئوية ، مما يمنع تكوين رواسب الجليد. لإزالة الجليد المتشكل وإذابة الجليد ، يلزم التسخين إلى درجة حرارة 100-180 درجة مئوية. وفقًا لذلك ، ستكون هناك حاجة إلى تكاليف طاقة أعلى بشكل ملحوظ وعملية صهر أطول.

لذلك ، يُنصح بهذه الطريقة للأغراض الوقائية لمنع تكوين الجليد ، حيث يتم تنفيذها دون فصل المستهلكين. ومع ذلك ، فإن استخدام المولدات ذات المدى الترددي من 87.5-108 ميجا هرتز محفوف بخطر إحداث تداخل لاسلكي مكثف في نطاق الترددات المترية (VHF).

التأثيرات الديناميكية الحرارية

لا يمكن أن يؤدي تسخين السلك بتيار عالي التردد إلى منع تكوين رواسب الجليد فحسب ، بل يمكن استخدامه أيضًا لتسهيل إزالة القابض الجليدي المتشكل بالفعل. يستخدم هذا بشكل خاص في الجهاز ، حيث يظهر الرسم التخطيطي في الشكل 7.

الشكل 7 - جهاز لإزالة الجليد والغطاء الجليدي من أسلاك خطوط الكهرباء

تضمن محطة العمل الآلية AWP للمرسل 6 ووحدة التحكم 5 التشغيل المستمر للمحطة الفرعية مع عرض معلومات التشغيل على لوحة الإضاءة 7.

التأثير الكهروميكانيكي

من المعروف أنه عندما يتدفق التيار ، تنجذب الأسلاك المتوازية أو تنفر بواسطة قوة الأمبير الناشئة بينها. مع النقل الدوري للنبضات الحالية ، ستؤدي أسلاك الخط العلوي اهتزازات ميكانيكية تدمر رواسب الجليد. يجب أن يكون تردد النبضات الحالية قريبًا من الرنين الميكانيكي والسعة الكافية للتغلب على قوى الاحتكاك الخارجية والداخلية. يمكن أن يكون التغيير في التيار المرسل دوريًا بدقة ، وله تردد تأرجح ، والتغيير وفقًا للقانون التوافقي ، وله شكل قطارات نبضية مع قوانين معينة للتردد والسعة ودورة العمل. يوضح الشكل 8 أحد ملفات الخيارات الممكنةتطبيق النظام الآليإزالة الجليد ، والتي تنفذ الطريقة المقترحة.

الشكل 8 - نظام التأثير الكهروميكانيكي على أسلاك الخط العلوي لإزالة الجليد

يقوم محول الطاقة 1 بتحويل جهد الإمداد إلى القيمة المطلوبة. تقوم وحدة إلكترونيات الطاقة بتصحيح الجهد المتلقى من محول الطاقة 1 وتولد نبضات تيار بالحجم والشكل والتردد المطلوبين ، والتي تمر عبر الأسلاك 2 من الخط العلوي. يقوم نظام التحكم ، وهو وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة ، بمعالجة المعلومات من أجهزة الاستشعار الخارجية لأحمال الجليد والرياح 3 ، والرطوبة 4 ودرجة الحرارة 5 ، ويحدد الشكل المطلوب وتردد النبضات الحالية لوحدة إلكترونيات الطاقة ويتحكم في تشغيل النظام ككل.

في الاستخدام العملي هذه الطريقةمن الضروري إجراء حساب دقيق ودقيق لحجم وتواتر النبضات الحالية لاستبعاد النتائج السلبية المحتملة للرنين. لزيادة كفاءة تدمير الرواسب الجليدية ، يجب أن تمر النبضات الحالية عبر الأسلاك الموضوعة عليها مراحل مختلفة... وهذا يسمح باستخدام القصور الذاتي للجليد والجاذبية كعامل تدمر إضافي.

تتطلب هذه الطريقة ، مثل الذوبان ، إغلاق الخط العلوي. ومع ذلك ، فإن وقت التدمير الميكانيكي للجليد أقل بكثير من الوقت الذي يقضيه في الذوبان. لذلك ، سيكون استهلاك الكهرباء للتنظيف أقل مما هو عليه عند ذوبان رواسب الجليد.

الاستنتاجات

الاتجاه السائد في تطوير وسائل جديدة لمكافحة رواسب الجليد على الخطوط العلوية هو استخدام تركيبات المحولات المدمجة القادرة على إذابة الجليد عند الضرورة ، وتعويض الطاقة التفاعلية بقية الوقت.

أكثر الأشياء الواعدة هو ذوبان الجليد بتيار تردد منخفض للغاية ، والذي يجمع بين مزايا الذوبان مع التيار المتردد للتردد الصناعي (على ثلاثة أسلاك في نفس الوقت) والذوبان بالتيار المباشر (يقتصر فقط على المقاومة النشطة ، على نحو سلس تنظيم تيار الانصهار). ميزة إضافية هي أن وحدة صهر الجليد ذات التردد المنخفض للغاية يمكن تحويلها بسهولة إلى معوض طاقة تفاعلية ثابتة. هذا يجعل من الممكن تشغيل معدات التحويل باهظة الثمن خلال السنة التقويمية. ومع ذلك ، يبقى هذا العيب مثل الحاجة إلى إيقاف تشغيل الخط العلوي للتنظيف.

إن تقنية إرسالات طاقة التيار المتردد المرنة ، التي تستخدم معدات المحول ، قادرة نظريًا ، إذا لزم الأمر ، على توفير ، على سبيل المثال ، التسخين الوقائي للأسلاك ، الذي يمنع تكوين رواسب الجليد ، ويمكن التخلص تمامًا من العيب الأخير.

فهرس

الكتاب المرجعي الكهروتقني: في 3v. T.3. في 2kn. كتاب 1. إنتاج وتوزيع الطاقة الكهربائية (تحت رئاسة التحرير العامة لأساتذة MPEI: IN Orlova (رئيس التحرير) وآخرون). الطبعة السابعة ، القس. و أضف. - م: إنرجواتوميدات. - 1988-880 ص.

ألكسيف ب. التعزيز عرض النطاقخطوط الكهرباء العلوية واستخدام ماركات جديدة من الأسلاك // ELECTRO. - 2009. - رقم 3. - س 45-50.

RD 34.20.511 (MU 34-70-028-82) تعليمات منهجيةلإذابة الجليد بالتيار المتردد. الجزء الأول ، موسكو: Soyuztekhenergo ، 1983.

RD 34.20.511 (MU 34-70-028-82) إرشادات لإذابة الجليد بالتيار المباشر. الجزء الثاني ، موسكو: Soyuztekhenergo ، 1983.

براءة اختراع RF 2505898 MKI H02G7 / 16 ، H02J3.18. التثبيت لتعويض الطاقة التفاعلية وذوبان الجليد // Yu.P. Stashinov ، V.V. كونوبلكو. - سنة النشر. 01/27/2014.

براءة اختراع RF 2505903 MKI H02J3 / 18 ، H02G7 / 16. التركيب المشترك لتعويض الطاقة التفاعلية وذوبان الجليد // Yu.P. ستاشينوف ، في. كونوبلكو. - سنة النشر. 01/27/2014.

برجسدورف في. إذابة الجليد بالتيار المباشر بدون فصل الخط // محطات كهربائية. - 1945. - رقم 11.

مقوم الجهد العالي من النوع VUKN-16800-14000. قائمة مشروحة لأهم أعمال البحث والتطوير التي تم إجراؤها في معهد موردوفيان للبحث العلمي الكهروتقني (1965-1968). - Informelectro ، 1970.

Genrikh GA، Denisenko G.I.، Mishin V.V.، Striapan V.N. أوضاع تشغيل خاصة للمحولات الساكنة القوية لمنشآت صهر الجليد على خطوط الكهرباء. - جمعية النشر "فيششا شكولا". - 1975. - 242 ص.

براءة اختراع RF 2390895 MKI H02G7 / 16 ، H02J3 / 18. جهاز محول من نوع الحاوية لوحدة مشتركة لذوبان الجليد وتعويض الطاقة التفاعلية // M.K. جورفيتش ، م. كوزلوفا ، أ.ف. لوبانوف ، أ. ريبين ، يو. شيرشنيف. - سنة النشر. 2010/05/27.

براءة اختراع RF 2376692 MKI H02G7 / 16 ، H02J3 / 18. التركيب المشترك لذوبان الجليد وتعويض الطاقة التفاعلية // M.K. جورفيتش ، أ.ف. ريبين ، يو. شيرشنيف. - سنة النشر. 12/20/2009.

براءة اختراع RF 2522423 MKI H02G7 | 16. مولد تيار متحرك لإذابة الجليد على أسلاك خطوط الطاقة الهوائية // A.V. كوزلوف ، أ. تشولكوف ، أ.ف. شوروبوف ، أ. فينوغرادوف. - سنة النشر. 10.07.2014.

براءة اختراع RF 2505897 MKI H02G7 / 16. طريقة ذوبان الجليد المتحكم فيه على خطوط نقل الطاقة العلوية بتيار متناوب // Yu.P. ستاشينوف ، في. كونوبلكو. - سنة النشر. 31 مايو 2012.

براءة اختراع RF 2356148 MKI H02G7 / 16. طريقة وجهاز مكافحة الجليد على خطوط الكهرباء // V. كاجانوف. - سنة النشر. 20/05/2009.

براءة اختراع RF 2520581 MKI H02G7 / 16. جهاز لإزالة الغطاء الجليدي من أسلاك خطوط الكهرباء // N.D. شيلكوفنيكوف ، د. شيلكوفنيكوف. - سنة النشر. 2014/06/27.

براءة اختراع RF 2166826 MKI H02G7 / 16 ، B60M1 / 12. طريقة إزالة الجليد من الأسلاك العلوية وخطوط الكهرباء // A.V. إيفيموف ، أ. جالكين. - سنة النشر. 05/10/2001.

براءة اختراع RF 93184 MKI H02G7 / 16 لنموذج مفيد. جهاز تنظيف اسلاك خطوط الكهرباء // R.R. ساتاروف ، ف. إسماجيلوف ، ماجستير المايف. - سنة النشر. 20.04.2010.

V.I. Kochkin تقنيات جديدة لزيادة قدرة نقل خطوط الكهرباء. التحكم في نقل الطاقة // أخبار الهندسة الكهربائية. - 2007. - رقم 4 (46).

تشير مقالة "الطاقة العالية" ("PM" رقم 9 "2015) إلى إزالة الجليد عن خطوط نقل الطاقة. ولتسخين الأسلاك باستخدام التيار المتردد ، يلزم وجود تكاليف طاقة عالية ، وهي غير مربحة اقتصاديًا. لذلك ، لهذا الغرض ، يتم استخدام التيار الكهربائي المباشر.ومع ذلك ، بالنسبة لخطوط الطاقة ذات قيمة الجهد المنخفض (أقل من 220 كيلو فولت) ، مع مراعاة نظام الإمداد بالطاقة والخصائص التقنية ، فمن الممكن تمامًا استخدام التيار المتردد. يسمح بتسخين الأسلاك و يمنع تكون الجليد والشيء الرائع أنه لا يوجد انقطاع للتيار الكهربائي كما هو الحال مع التيار المستمر وبالتالي يتم ضمان التشغيل المستمر للشبكة. أليكسي جرونيف

محادثة على الأرض

في مقال "في الطريق إلى المايلوفون" ("PM" No. 8 "2015) ، كمثال على استخدام المغناطيس الحديدي ، يُعطى استخدامه لتبادل البيانات مع إلكترونيات" قذائف "الحفر. العمق أثناء الحفر ونقل المعلومات إلى السطح ، على سبيل المثال ، للتحكم في رأس الحفر ، وكذلك لاتخاذ قرار سريع لتغيير وضع الحفر. يمكن استخدام المغناطيسات المغناطيسية حقًا ، ولكن إذا كان من الممكن عزل إشارة مفيدة على خلفية مستوى ضوضاء مرتفع للغاية.في أنظمة القياس عن بعد ، يمكن أن يصل معدل نقل البيانات عبر قناة اتصال هيدروليكية على أساس موجة توافقية إلى 10 بت / ثانية ، على الرغم من أنها تقتصر في الغالب على 4 بت / ثانية للحفظ طاقة البطارية. ، والصوتية ، على الرغم من وجود عدد من القيود. كيريل تروخانوف

الملك ليس حقيقيا!

غلاف "PM" No. 9 "2015 يصور حاملة طائرات وطائرة T-50 ، ولكن في مقال" سفينة القيصر النووية "في صورة موقعة من PAK FA ، F-22 Raptor. هناك تفاصيل أساسية واحدة وهي أن يسمح لك بالتمييز بسرعة وسهولة بين الطائرتين. تقع محركات F-22 بالتوازي مع بعضها البعض وعلى مسافة قصيرة، في حين أن محركات T-50 تكون بزاوية كبيرة بالنسبة لبعضها البعض ، وبينها توجد نهاية الذيل - "ذيل القندس" ، حيث توجد مظلة الكبح. يفغيني كوناشوف

بات: نعتذر لجميع قرائنا عن خطأ فني أدى إلى وضع توضيح غير صحيح.

الروابط الأسرية

في مقال "أين في عجلة من أمره لرجل نبيل" ("PM" رقم 8 "2015) قيل أن التكنولوجيا ذهبت إلى حامل التقاليد الإنجليزية من" الأصل الألماني الحالي لسيارات BMW. "بشكل صحيح. جينادي دريجر

PM: حتى عام 1998 ، كانت Rolls-Royce Motors مملوكة لشركة Vickers. في عام 1998 ، باع القلق كل شيء لشركة فولكس فاجن باستثناء الحق في استخدام ماركة رولز رويس. تم نقل العلامة التجارية إلى BMW ، حيث طوروا سيارات جديدة وقاموا ببناء مصنع جديد. لذا فإن BMW هي الأم التي ورثت منها Rolls-Royce المحرك والإلكترونيات وأجزاء التعليق من السلسلة السابعة.

يتعلق الاختراع بالهندسة الكهربائية ، على وجه الخصوص الأجهزة التي تمنع تكوين الجليد على أسلاك خطوط الطاقة العالية الجهد (PTL) دون فصل المستهلكين. تتمثل النتيجة الفنية في البساطة والفعالية من حيث التكلفة للجهاز المطالب به ، وإذا أمكن ، إزالة التكوينات الجليدية الحالية دون فصل المستهلكين ودون تعقيد خط نقل الطاقة ، أي بدون إضافة أسلاك فائضة أو جانبية. يشتمل الجهاز على مصدر تيار خارجي فيما يتعلق بخط الطاقة ، مع إمكانية التوصيل بالأسلاك الحاملة للتيار لخط الطاقة ، بينما المصدر الحالي مصنوع على شكل مولد عالي التردد ، مصنوع من القدرة على توفير الطاقة المحسوبة بالصيغة P = q · A · ΔT ، حيث q هو معامل نقل الحرارة للطبقة الساخنة العلوية من السلك إلى الهواء ، A هي مساحة سطح الأسلاك ، ΔT هي التسخين درجة حرارة السلك بالنسبة لدرجة الحرارة المحيطة ؛ أثناء توصيل خرج المولد بالمدخل جهاز المطابقةنوع سعوي ، مصنوع بإمكانية مطابقة مقاومة خرج المولد عالي التردد مع مقاومة الإدخال لخط النقل وله عدد المخرجات المقابلة لعدد أسلاك خط النقل. 2 ن. و- لي ، 7 مريض.

يتعلق الاختراع بالهندسة الكهربائية ، على وجه الخصوص الأجهزة التي تمنع تكوين الجليد على أسلاك خطوط الطاقة العالية الجهد (PTL) دون فصل المستهلكين.

يرى مهندسو الطاقة أن الجليد على خط الطاقة هو أحد أخطر الكوارث. تتميز هذه الظاهرة بتكوين رواسب جليدية كثيفة أثناء تجميد قطرات المطر أو الرذاذ أو الضباب فائقة التبريد ، خاصة عند درجات حرارة تتراوح من 0 إلى -5 درجة مئوية على خطوط نقل الطاقة. يمكن أن يصل سمك الجليد على خطوط النقل ذات الجهد العالي إلى 60-70 مم ، مما يزيد بشكل كبير من وزن الأسلاك. تظهر الحسابات البسيطة ، على سبيل المثال ، أن كتلة السلك AC-185/43 بقطر 19.6 مم وطول 1 كم وكتلة 846 كجم تزداد 3.7 مرة بسمك جليدي 20 مم ، و 9 مرات مع بسمك 40 مم ، بسمك 60 مم - 17 مرة. في هذه الحالة ، تزداد الكتلة الإجمالية لخط نقل الطاقة المكون من 8 أسلاك بطول كيلومتر واحد ، على التوالي ، إلى 25 و 60 و 115 طنًا ، مما يؤدي إلى كسر الأسلاك وانهيار دعامات المحامل.

وتتسبب مثل هذه الحوادث في أضرار اقتصادية جسيمة ، وتعطل إمدادات الكهرباء للأعمال التجارية والمباني السكنية. يستغرق التخلص من عواقب مثل هذه الحوادث أحيانًا الكثير من الوقت ويتم إنفاق مبالغ ضخمة من المال. تقع مثل هذه الحوادث سنويًا في العديد من دول الممر الشمالي والمتوسط. فقط على أراضي روسيا ، حدثت حوادث كبرى بسبب الجليد خلال الفترة من 1971 إلى 2001 بشكل متكرر في 44 نظامًا للطاقة (انظر التشخيص وإعادة الإعمار وتشغيل خطوط الطاقة العلوية في المناطق الجليدية. / I.I. Levchenko ، A.S. Zasypkin ، AAAlliluev ، EI ساتسوك - م: دار نشر MPEI ، 2007). أدى حادث واحد فقط في شبكات الكهرباء في سوتشي في ديسمبر 2001 إلى إتلاف 2.5 ألف كيلومتر من خطوط نقل الطاقة العلوية بجهد يصل إلى 220 كيلو فولت وانقطاع التيار الكهربائي عن منطقة ضخمة (انظر).

تُعرف طرق عديدة لمكافحة هذه الظاهرة ، بناءً على العمل الميكانيكي أو الحراري على القشرة الجليدية. في هذه الحالة ، يتم إعطاء الأفضلية لـ طرق مختلفةذوبان الجليد ، حيث لا يمكن في كثير من الأحيان تطبيق وسائل العمل الميكانيكي في المناطق الجبلية والأشجار النائية. الصهر الكهربائي هو الطريقة الأكثر شيوعًا للتعامل مع الجليد على أسلاك خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي. يذوب الجليد عن طريق تسخين الناقل أو الأسلاك المساعدة بتيار مباشر أو متناوب بتردد 50 هرتز إلى درجة حرارة 100-130 درجة مئوية (انظر ، وكذلك Dyakov A.F. ، Zasypkin A.S. ، Levchenko I.I. حوادث الجليد في شبكات الكهرباء. - بياتيغورسك ، من RP "Yuzhenergotekhnadzor" ، 2000 و Rudakova RM ، Vavilova IV ، جامعة Golubkov IE ، 1995).

طريقة معروفة لإزالة الجليد عند تمرير تيار دائرة قصر عبر أسلاك طور الانقسام لخط الطاقة (انظر AS No. 587547). تيار الدائرة القصيرة هو وضع طارئ لخط نقل الطاقة ، ومع وجود درجة عالية من الاحتمال ، يمكن أن يؤدي إلى تلدين الأسلاك مع فقدان القوة اللاحق الذي لا رجعة فيه ، وهو أمر غير مقبول. تتفاقم المشكلة بسبب حقيقة أن ممرًا واحدًا لتيار ماس كهربائى قد لا يكون كافيًا لإزالة الجليد تمامًا ، وسيتعين تكرار الدوائر القصيرة عدة مرات ، مما سيزيد من تفاقم العواقب.

انصح اساس نظرىطريقة التعامل مع الجليد عن طريق قصر دائرة الأسلاك.

دع التيار المطلوب لذوبان الجليد بسبب تسخين السلك الذي تم تجميده هو I PL. ثم ، عند الذوبان بالتيار المباشر ، يكون الجهد المطلوب لمصدر الطاقة

حيث R PR هي المقاومة النشطة للأسلاك ، وعند الذوبان بالتيار المتردد من الشبكة

حيث X PR = 2πFL PR = 314L PR هي المفاعلة الناتجة عن محاثة الأسلاك L PR بتردد F = 50 هرتز. بالنسبة لنسبة هذين الفولتيتين في نفس تيارات الانصهار ، وفقًا لـ (1) و (2) ، نحصل على

نظرًا لأن قيمة К U في الخطوط ذات الطول الكبير والمقطع العرضي بسبب الحث الكبير نسبيًا للأسلاك يمكن أن تصل إلى 5-10 ، فمن المربح اقتصاديًا أن تذوب بالتيار المباشر ، حيث يكون جهد مصدر الطاقة ، و وفقًا لذلك ، تقل قوتها ، وفقًا لـ (3) ، بمقدار 5-10 مرات مقارنة بقوة التيار المتردد. صحيح أن هذا يتطلب استخدام وحدات مقوم قوية خاصة عالية الجهد. لذلك ، عادةً ما يتم استخدام الصهر بالتيار المتردد في خطوط الجهد العالي بجهد 110 كيلو فولت وأقل ، وبتيار ثابت - أعلى من 110 كيلو فولت. كمثال ، دعونا نشير إلى أن تيار الانصهار عند جهد 110 كيلو فولت يمكن أن يصل إلى 1000 أمبير ، والطاقة المطلوبة هي 190 مليون فولت أمبير ، ودرجة حرارة الانصهار 130 درجة مئوية (انظر و).

وبالتالي ، فإن ذوبان الجليد بالتيار هو عملية معقدة وخطيرة ومكلفة إلى حد ما مع فصل جميع المستهلكين أثناء ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، بعد إزالة الجليد من الأسلاك ، في ظل الظروف المناخية غير المتغيرة ، فإنها تتكاثر مرة أخرى بالجليد ، ويجب أن تذوب مرارًا وتكرارًا.

في بعض الأحيان يتم دمج تسخين الأسلاك مع الضغط الميكانيكي. لذلك ، على سبيل المثال ، في براءة اختراع الاتحاد الروسي رقم 2166826 ، تم اقتراح طريقة لإزالة الجليد من أسلاك شبكة الاتصال وخطوط الطاقة ، والتي تتكون من تمرير تيار متناوب أو نبضات تيار بتردد قريب من الرنين الميكانيكي وسعة كافية للتغلب على احتكاك القوى الخارجية والداخلية ، ويمكن أن يكون التغيير في التيار المتردد المرسل دوريًا بدقة ، وله تردد يتأرجح ، ويتغير وفقًا لقانون توافقي ، ويكون له شكل قطارات نبضية مع قوانين معينة للتردد والسعة ودورة العمل. يتم تحديد معلمات التيار الكهربائي التي تمر عبر أسلاك مزدوجة أو متعددة لشبكة الاتصال وخطوط الطاقة بحيث تتسبب في اهتزاز الأسلاك. كما تعلم ، تجذب الموصلات ذات التدفق الحالي أحادي الاتجاه. في الوقت نفسه ، عندما تصطدم الأسلاك ببعضها ، تتراكم الطاقة الكامنة في شكل تشوه مرن. وبالتالي ، يتم الحصول على نظام تذبذب ، والذي ، مع الاختيار المناسب للتردد والسعة ودورة العمل للنبضات الحالية ، يمكن أن يبدأ في التذبذب والدخول في الرنين. يتم تحقيق تسريع إزالة الجليد بسبب حقيقة أن تسخين الأسلاك سيكون مصحوبًا بصدمات ميكانيكية من الأسلاك ضد بعضها البعض. يتم تقليل استهلاك الطاقة عن طريق تقليل وقت إزالة الجليد من الأسلاك بشكل كبير وتقليل كمية التيارات المنقولة. يتم تحقيق المزيد من الأمان من خلال القضاء على أوضاع قصر الدائرة. الحد من التأثير على خطوط الاتصال ، ومنع أعطال المعدات الإلكترونية يحدث أيضًا بسبب رفض أوضاع ماس كهربائى. من الصعب جدًا تنفيذ هذه الطريقة ، بالإضافة إلى ذلك ، كما هو الحال في الطرق الأخرى المدروسة ، من الضروري فصل المستهلكين أثناء إجراء إزالة الجليد.

الأقرب إلى الجهاز المطالب به هو الحل التقني الموصوف في براءة اختراع الاتحاد الروسي رقم 2316866. يتميز النموذج الأولي بحقيقة أن الجهاز يتكون من مجموعتين منفصلتين من الأسلاك ، والتي ترتبط في أحد طرفيها مع بعضها البعض وبسلك القسم التالي من الخط العلوي ، وفي الطرف الآخر ، المجموعة الأولى من يتم توصيل الأسلاك بسلك القسم السابق من الخط العلوي ، وبين المجموعتين الأولى والثانية من الأسلاك يتم تشغيلهما بمصدر جهد مستقل.

يظهر نموذج أولي لجهاز لمنع تكوين الجليد على خط علوي في الشكل 1 ويتكون من أول مجموعة 1 وثانية 2 من الأسلاك المعزولة عن بعضها البعض ، والتي يتم توصيلها في أحد طرفيها وبسلك القسم التالي من خط نقل الطاقة 3 ، وفي المجموعة الأخرى - المجموعة الأولى ، يتم توصيل الأسلاك بسلك القسم السابق من خط النقل 4 ، ويتم توصيل مصدر جهد مستقل 5 بين المجموعتين الأولى والثانية من الأسلاك.

يمر التيار الرئيسي للخط من سلك القسم السابق من خط النقل 4 إلى المجموعة الأولى من الأسلاك 1 ثم إلى سلك القسم التالي من خط النقل 3. من مصدر مستقل 5 ، يكون الجهد مطبق بين المجموعة الأولى من الأسلاك 1 والمجموعة الثانية من الأسلاك 2.

من الحسابات النظرية التي قدمها مؤلفو النموذج الأولي ، يترتب على ذلك أنه لمنع تكوين الجليد ، على سبيل المثال ، على سلك ACS 95/16 ، يجب أن يكون ارتفاع درجة حرارة السلك بالنسبة للبيئة مساوياً لـ 5 درجات مئوية بسرعة رياح 3 م / ث. في هذه الحالة ، يجب تخصيص 36 كيلو واط / 10 كم على السلك. في التيار المقنن لهذا السلك ، تبلغ الخسائر النشطة على طول 10 كم 28 كيلو واط / 10 كم. لذلك ، يجب أن تكون القدرة من مصدر جهد مستقل 5 8 كيلو واط / 10 كم. إذا لم يكن هناك حمل على الخط ، فيجب أن تكون طاقة المصدر المستقل 5 36 كيلو واط / 10 كم.

إذا كانت المجموعة الثانية من الأسلاك عبارة عن سلك فولاذي معزول بقطر 4.5 مم ، فعند فقد الطاقة لهذا السلك 36 كيلو وات / 10 كم ، فإن جهد المصدر المستقل 5 سيكون 2.1 كيلو فولت والتيار 17 أ. الألمنيوم ، مع فقد طاقة قدره 36 كيلو واط / 10 كم ، سيكون جهد مصدر مستقل 0.8 كيلو فولت والتيار 45 أمبير.

يمكن أن يكون مصدر الجهد المستقل عبارة عن محول جهد يتم تشغيله من شبكة 0.38 كيلو فولت مع عزل 63 كيلو فولت بالنسبة إلى الأرض لمحطة فرعية بجهد 110 كيلو فولت ، أو محول بعيدًا عن المحطة الفرعية ، يتم تشغيله مباشرة من خطوط علوية 110 كيلو فولت.

الميزة الأكثر جاذبية لهذا الحل هي القدرة على استخدامه دون فصل المستهلكين. ومع ذلك ، فإن عيب هذه الطريقة هو تعقيد تصميم خط النقل بالكامل بسبب إنشاء مجموعات "الالتفافية" من الأسلاك التي تتحمل الحمل أثناء فترة إزالة الجليد من السلك الرئيسي.

تتمثل المشكلة التي يتعين حلها بواسطة الاختراع المطالب به في تطوير جهاز بسيط واقتصادي بدرجة كافية لمنع تكوين الجليد على خطوط نقل الجهد العالي ، وإذا أمكن ، إزالة التكوينات الجليدية الحالية دون فصل المستهلكين ودون تعقيد خط نقل الطاقة ، بمعنى آخر بدون إضافة أسلاك فائضة أو جانبية. علاوة على ذلك ، من أجل تحقيق مثل هذه النتائج ، من المستحسن أن يعتمد هذا الجهاز على جهاز جديد أكثر على نحو فعال... كنموذج أولي للطريقة ، من المنطقي الإشارة إلى حل يتم فيه تسخين السلك باستخدام مصدر تيار خارجي دون فصل المستهلكين.

يتم تحقيق النتيجة الفنية فيما يتعلق بالطريقة نظرًا لحقيقة أنه تم تطوير طريقة محسّنة لتسخين الأسلاك الحاملة للتيار لسلكين على الأقل من خلال تزويدهم بجهد عالي التردد ، وتتمثل الخاصية المميزة له في استخدام تأثير الجلد وتأثير الموجة المتنقلة لتسخين الأسلاك. في هذه الحالة ، تنص الطريقة المقترحة على العمليات التالية:

يتم تطبيق جهد عالي التردد في نطاق 50-500 ميجاهرتز بين سلكين من خط نقل الطاقة بطاقة P G = q A البيئة.

يتم تحقيق النتيجة الفنية فيما يتعلق بالجهاز بسبب حقيقة أن الجهاز المبتكر يشتمل على مولد عالي التردد بطاقة محسوبة بالصيغة: R G = q A ΔT ،

حيث q هي معامل نقل الحرارة للطبقة الساخنة العلوية من السلك إلى الهواء ، A هي مساحة سطح الأسلاك ، ΔT هي درجة حرارة تسخين السلك بالنسبة لدرجة الحرارة المحيطة ، بينما يتم توصيل خرج المولد بـ إدخال جهاز المطابقة السعوي المصنوع بإمكانية مطابقة مقاومة خرج المولد عالي التردد مع مقاومة الإدخال لخطوط الطاقة وله عدد من المخرجات المقابلة لعدد أسلاك خطوط الطاقة.

من أجل فهم أفضل لجوهر الاختراع المطالب به ، ما يلي هو تبريره النظري مع روابط للمواد الرسومية المقابلة.

رسم بياني 1. جهاز النموذج الأولي.

الصورة 2. الخط الكهربائي: 2.1) دائرة قصر في الخط ، 2.2) دائرة مكافئة في تيار مباشر ، 2.3) دائرة مكافئة في تيار متناوب بتردد 50 هرتز.

تين. 3. التوزيع الحالي على المقطع العرضي للموصل: 3.1) عند تيار ثابت وتردد منخفض ؛ 3.1) بتردد عالٍ.

الشكل 4. خط ذو سلكين: 4.1) مظهر خارجي، 4.2) رسم بياني لسعة الجهد لموجة متنقلة ، 4.3) لموجة متنقلة ومنعكسة.

الشكل 5. مخطط توصيل مولد عالي التردد بخط طاقة.

الشكل 6. الرسوم البيانية التبعية: 6.1) الطبقة السطحية لاختراق التيار في الموصل ، 6.2) المقاومة النسبية للأسلاك حسب التردد: 601 - الفولاذ ، 602 - الألومنيوم ، 603 - النحاس.

الشكل 7. اعتماد معامل تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية لموجة متنقلة إلى طاقة حرارية على طول الخط.

كما تعلم ، يأتي مصطلح "تأثير الجلد" من الكلمة الإنجليزية "الجلد" ، أي "جلد"؛ في الوقت نفسه ، في الهندسة الكهربائية ، هذا يعني أنه في ظل ظروف معينة يتركز التيار الكهربائي على "جلد" الموصل (انظر تأثير ru.wikipedia.org/wiki/Skin). لقد وجد أنه في موصل متجانس ، التيار المتردد ، على عكس التيار المباشر ، لا يتم توزيعه بشكل موحد على المقطع العرضي للموصل ، ولكنه يتركز على سطحه ، ويحتل طبقة رقيقة جدًا (انظر الشكل 3) ، يتم تحديد سمكها عند تردد تيار متناوب f> 10 kHz بواسطة الصيغة

حيث σ (أوم · مم 2 / م) هي المقاومة الكهربائية المحددة عند التيار المباشر ؛ µ حوالي = 1.257 · 10 6 (V · s / A · m) - ثابت مغناطيسي ؛ µ - النفاذية المغناطيسية النسبية (للمواد غير المغناطيسية µ = 1) f - التردد بالميغاهرتز.

قطع الدالة δ (و) طبقًا لـ (4) لثلاث مواد (فولاذ - 601 ، ألومنيوم - 602 ونحاس - 603) موضحة في الشكل 6.1. يؤدي ترقق الطبقة التي يتدفق من خلالها التيار المتردد إلى زيادة مقاومة الموصل بنصف قطر r (مم) ، محددًا عند (r / 2δ)> 10 بواسطة الصيغة

حيث R o = σ / πr 2 هي مقاومة نفس الموصل بطول متر واحد لتوجيه التيار.

الرسوم البيانية للوظيفة R f (f) // R o عند r = 10 مم ، توضح كيف تزداد مقاومة الموصل مع التردد لثلاث مواد (الصلب - 601 ، والألمنيوم - 602 والنحاس - 603) في الشكل 6.2. من بينها ، على سبيل المثال ، يترتب على ذلك أنه عند تردد 100 ميغا هرتز وأعلى ، تزداد مقاومة أسلاك الألمنيوم 600 مرة أو أكثر.

بالنسبة لتأثير "الموجة الكهرومغناطيسية المتنقلة" ، فمن المعروف (انظر ، على سبيل المثال ، izob.narod.rn / p0007.html) أن هناك طريقتين رئيسيتين لانتشار الموجات الكهرومغناطيسية: في الفضاء الحر عندما ينبعث من هوائي و بمساعدة الأدلة الموجية والمغذي أو ما يسمى بالخطوط الطويلة - المحورية والشريطية والسلكين - (انظر Kaganov V.I. التذبذبات والأمواج في الطبيعة والتكنولوجيا. الدورة المحوسبة. - M.: الخط الساخن- الاتصالات ، 2008). في الحالة الثانية ، تنزلق الموجة الكهرومغناطيسية ، كما لو كانت على القضبان ، على طول الخط. نظرًا لأنه يمكن اعتبار سلكين لخط نقل الطاقة كخط من سلكين (الشكل 4.1) ، فسوف نركز على تحليله. يتميز الخط نفسه بثلاث معلمات رئيسية: الممانعة المميزة ρ وثابت التخميد α وثابت الطور β. مقاومة الموجةخط ذو سلكين في الهواء

حيث a هي المسافة بين مراكز الأسلاك ، r هو نصف قطر السلك (انظر الشكل 4.1)

حيث R f هي مقاومة سلك واحد عند التردد العالي ، ويتم تحديدها وفقًا لـ (5).

ثابت المرحلة β = 2π / λ ، (1 / م) ، حيث λ (م) هو الطول الموجي المنتشر في الخط.

في خط السلكين نفسه ، كما هو الحال في خطوط التغذية الأخرى ، يمكن وضع طريقتين رئيسيتين للتشغيل: فقط مع موجة متنقلة في اتجاه واحد ومع موجتين - تنتقل وتنعكس من النهاية أو عائق في الخط. افترض أن الخط طويل بشكل غير محدود. عندئذٍ يكون وضع الموجة المتنقلة فقط ممكنًا فيه ، حيث يعتمد جهده على الوقت t والمسافة x من المولد (الشكل 4.2):

حيث U 0 هي سعة الجهد عند دخل الخط الذي يتصل به المولد بالتردد f.

وفقًا لـ (8) ، يتناقص اتساع موجة متنقلة تنتشر على طول خط بشكل كبير (الشكلان 6 و 7). وبالتالي ، فإن قوة الموجة الكهرومغناطيسية المتنقلة على مسافة L من المولد ستكون:

حيث Р Г = (U 0)) 2 / 2ρ هي طاقة الموجة في بداية السطر ، تساوي طاقة الخرج للمولد عالي التردد.

سيحدد الفرق بين قوة الموجة المتنقلة في بداية الخط وعلى مسافة L التسخين الحراري للخط الذي تنتشر فيه الموجة

سيكون معامل تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية لموجة متنقلة W إلى طاقة حرارية في خط طوله L (m) ، مع مراعاة (10) ، كما يلي:

يرسم الشكل 7 الرسوم البيانية للدالة η (L) بثلاث قيم لثابت التوهين α (1 / km). ويترتب على ذلك أنه كلما زادت مقاومة أسلاك الخط R f ، التي تحددها (5) ، وبالتالي ، ثابت التخميد α ، المحدد بواسطة (7) ، الجزء الأكبر من طاقة المجال الكهرومغناطيسي لـ يتم تحويل الموجة المتنقلة على طول الخط إلى حرارة. هذا هو تأثير تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة حرارية ، والتي تُستخدم لتسخين الأسلاك بتردد إشارة عالٍ ، وهي أساس الطريقة المقترحة لمنع تكون الجليد على خطوط الكهرباء.

في حالة حجم الخط المحدود أو بعض العوائق عالية التردد ، على سبيل المثال ، السعة ، بالإضافة إلى الموجة الساقطة ، تنتشر الموجة المنعكسة في الخط ، وسيتم تحويل طاقتها أيضًا إلى حرارة أثناء انتشارها من عقبة المولد. اتساع التغيير على طول خط كل من الموجتين - العارضة والمنعكسة - مبينة في الشكل 4.3.

لحساب انتقال الحرارة ، دعونا نحدد بواسطة مثال محددما القوة

ستكون RG لمولد تردد عالي التردد f ، متصل بخط طاقة ، مطلوبًا لتسخين سلكين بمقدار ΔT درجة. دعونا نأخذ في الاعتبار الظروف التالية. أولاً ، يتم تسخين الطبقة العليا الرقيقة من السلك تحت تأثير الموجة الكهرومغناطيسية على الفور تقريبًا عند قيمة عالية لإطلاق الحرارة الحجمي. ثانيًا ، يتم إنفاق هذه الحرارة على تسخين السلك بالكامل (O M) والهواء المحيط بالسلك بالحمل الحراري (Q B) (انظر الشكل 3.2).

لنأخذ البيانات الأولية التالية: مادة الأسلاك - الألومنيوم بقطر 10 مم ، المقطع العرضي S = 78.5 مم 2 ، الطول L = 5000 م ، الكثافة p = 2710 كجم / م 3 ، مقاومة التيار المباشر σ = 0.027 أوم مم 2 / م ، الحرارة النوعية ج = 896 جول / كجم · كلفن ، معامل انتقال الحرارة للطبقة الساخنة العلوية من السلك إلى الهواء q = 5 وات / م · ك.

وزن سلكين:

سطح سلكين:

كمية الحرارة المطلوبة لتسخين سلكين عند ΔТ = 13 درجة مئوية:

نقل الحرارة من سلكين إلى البيئة عند اختلاف درجة الحرارة ΔТ = 13 درجة مئوية:

أين تي هو الوقت بالثواني.

من التعبير الأخير ، نحصل على الطاقة المطلوبة للمولد عالي التردد R G = 20.4 كيلو واط ، أي 2 واط من قدرة التذبذب عالية التردد لكل متر واحد من السلك مع إطلاق حرارة حجمية في الطبقة العليا من السلك بمقدار 8 ميجاوات / م 3. بالمرور ، نلاحظ أنه مع نفس النوع من الأسلاك ، لتحريره من الجليد عن طريق الذوبان في دورة تصل إلى 40 دقيقة ، يلزم توفير طاقة تبلغ 100 فولت أمبير لكل متر واحد (انظر و).

معادلة تعبيرات الطاقة ، نجد الوقت اللازم لإنشاء وضع تسخين ثابت للأسلاك:

تم إجراء تجربة معملية للتحقق من الأحكام النظرية المذكورة أعلاه ولإثبات قابلية التطبيق الصناعي للطريقة والجهاز المقترحين.

من الحسابات الأولية ، تم التوصل إلى أن أجهزة الإرسال الراديوية القوية VHF FM التي تعمل في نطاق التردد 87.5 ... 108 ميجا هرتز يمكن استخدامها كمولد إشارة عالية التردد ، وتغيير فقط جهاز مطابقة الحمل فيها والاتصال بخط الطاقة وفقًا لمخطط الشكل .5.

في الإصدار التجريبي ، تم توصيل المولد 502 بقوة 30 واط وتردد 100 ميغا هرتز من خلال جهاز مطابق 501 إلى خط من سلكين بطول 50 مترًا ، مفتوحًا في النهاية ، بأسلاك قطرها 0.4 مم ومسافة بينهما 5 ملم. الممانعة المميزة لمثل هذا الخط وفقًا لـ (6):

تحت تأثير موجة كهرومغناطيسية متنقلة ، كانت درجة حرارة تسخين الخط المكون من سلكين 50-60 درجة مئوية عند درجة حرارة هواء محيطة تبلغ 20 درجة مئوية. تزامنت نتائج التجربة بدقة مرضية مع نتائج الحساب المنفذ وفقًا للتعبيرات الرياضية المعطاة.

في الوقت نفسه ، تمت صياغة الاستنتاجات التالية:

الطريقة المبتكرة لتسخين خطوط الطاقة عن طريق نشر موجة كهرومغناطيسية من خلالها ، والتي تنتقل طاقتها إلى حرارة أثناء انتشارها ، تسمح بتسخين الأسلاك بنسبة 10-20 درجة مئوية ، مما يمنع تكوين الجليد ؛

الأكثر ملاءمة هو استخدام الطريقة والجهاز المقترحين لمنع تكوين الجليد على الأسلاك ، حيث أن القضاء على "طبقة" الجليد المتكونة بالفعل سيتطلب استهلاكًا أعلى للطاقة بشكل ملحوظ وإجراء أطول ؛

مقارنة بالطريقة المستخدمة حاليًا لصهر الجليد ، فإن الطريقة المطالب بها لها عدد من المزايا ، على وجه الخصوص ، نظرًا لحقيقة أن الطريقة يتم تنفيذها دون فصل المستهلكين ، فمن الممكن لأغراض وقائية تسخين الخط حتى تتشكل رواسب جليدية كثيفة على الأسلاك ، مما يسمح بتسخينها حتى 10-20 درجة مئوية ، ولا تصل إلى درجة حرارة 100-130 درجة مئوية المطلوبة لذوبان الجليد ؛

تزداد مقاومة الأسلاك مع زيادة وتيرة التيار المتردد (في المثال المعطى ، عند تردد 100 ميجاهرتز ، تزداد المقاومة بثلاثة أوامر من حيث الحجم مقارنة بتردد 50 هرتز) مما يجعل من الممكن الحصول على ارتفاع معامل تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة وبالتالي تقليل طاقة المولد.

1. طريقة لمكافحة الجليد على خطوط الطاقة ، والتي تتمثل في حقيقة أنه بدون فصل المستهلكين ، يتم تزويد الأسلاك الحاملة للتيار من مصدر خارجي بتيار ، سلك تسخين ، يتميز بجهد عالي التردد في يتم توفير نطاق من 50-500 ميجاهرتز بين سلكين لخط الطاقة. الطاقة R Г = q · A · ΔT ، حيث q هو معامل نقل الحرارة للطبقة الساخنة العلوية من السلك إلى الهواء ، A هي مساحة السطح من الأسلاك ، ΔT هي درجة حرارة تسخين السلك بالنسبة لدرجة الحرارة المحيطة.

2. جهاز لمكافحة الجليد ، بما في ذلك مصدر تيار خارجي لخط الكهرباء ، مع القدرة على الاتصال بالأسلاك الحاملة الحالية لخط الكهرباء ، وتتميز في ذلك مصدر خارجييتكون التيار في شكل مولد عالي التردد ، مع القدرة على توفير الطاقة المحسوبة وفقًا للصيغة P G = q A البيئة ؛ يتم توصيل خرج المولد بإدخال جهاز المطابقة السعوي المصنوع مع إمكانية مطابقة مقاومة خرج المولد عالي التردد مع مقاومة الإدخال لخط النقل وله عدد من المخرجات المقابلة للرقم من أسلاك خط النقل.

يتعلق الاختراع بالهندسة الكهربائية ، ولا سيما الأجهزة التي تمنع تكوين الجليد على أسلاك خطوط الطاقة الكهربائية عالية الجهد دون فصل المستهلكين

دكتور في العلوم التقنية V. KAGANOV ، أستاذ MIREA.

على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية ، أصبح الجليد على خطوط الجهد العالي أكثر تواترًا. مع صقيع طفيف ، في شتاء معتدل ، تتساقط قطرات من الضباب أو المطر على الأسلاك ، وتغطيها بـ "معطف" جليدي كثيف يزن عدة أطنان على طول كيلومتر. نتيجة لذلك ، تنكسر الأسلاك ويدعم خط الكهرباء. يبدو أن الحوادث الأكثر تكرارًا في خطوط نقل الطاقة مرتبطة بالاحترار العام للمناخ وستتطلب الكثير من الجهد والمال لمنعها. تحتاج إلى الاستعداد لهم مسبقًا ، لكن الطريقة التقليدية لإذابة الجليد على الأسلاك غير فعالة وغير مريحة ومكلفة وخطيرة. لذلك ، تم تطوير معهد موسكو للإلكترونيات اللاسلكية والأتمتة (MIREA) تكنولوجيا جديدةليس فقط تدمير الجليد المتجمد بالفعل ، ولكن السماح بمنع تكوينه في وقت مبكر.

العلم والحياة // الرسوم التوضيحية

في بعض الأحيان ، يصل الجليد المتشقق على الأسلاك والعوازل والهياكل الداعمة إلى أبعاد ووزن كبير.

طبقات متعددة الأطنان من الجليد على الأسلاك تكسر دعائم الفولاذ والخرسانة المسلحة.

مولد تجريبي بتردد 100 ميجاهرتز بقوة 30 وات ، مُجمَّع في MIREA.

الجليد هو كارثة لخطوط الكهرباء

وفقًا لقاموس Dahl ، فإن للجليد أيضًا اسمًا آخر - ozeleed أو ozelenye. يتشكل الجليد ، أي قشرة جليدية كثيفة ، عندما تتجمد قطرات المطر فائقة البرودة أو الرذاذ أو الضباب عند درجات حرارة تتراوح من 0 إلى -5 درجة مئوية على سطح الأرض وأشياء مختلفة ، بما في ذلك أسلاك خطوط الطاقة عالية الجهد. يمكن أن يصل سمك الجليد عليها إلى 60-70 مم ، وهي ثقيلة الأسلاك بشكل ملحوظ. تظهر الحسابات البسيطة ، على سبيل المثال ، أن سلكًا من العلامة التجارية АС-185/43 يبلغ قطره 19.6 مم وطوله كيلومتر به كتلة 846 كجم ؛ بسمك جليد 20 مم ، يزيد 3.7 مرة ، بسمك 40 مم - 9 مرات ، بسمك 60 مم - 17 مرة. في الوقت نفسه ، تزداد الكتلة الإجمالية لخط نقل الطاقة المكون من ثمانية كيلومترات من الأسلاك إلى 25 و 60 و 115 طنًا على التوالي ، مما يؤدي إلى تكسر الأسلاك وكسر الدعامات المعدنية.

وتتسبب مثل هذه الحوادث في أضرار اقتصادية جسيمة ، ويستغرق القضاء عليها عدة أيام ويتم إنفاق مبالغ طائلة. لذلك ، وفقًا لمواد شركة "OGRES" ، وقعت حوادث كبيرة بسبب الجليد خلال الفترة من 1971 إلى 2001 عدة مرات في 44 نظامًا للطاقة في روسيا. أدى حادث واحد فقط في شبكات الكهرباء في سوتشي في ديسمبر 2001 إلى إتلاف 2500 كيلومتر من خطوط الكهرباء العلوية بجهد يصل إلى 220 كيلوفولت وانقطاع التيار الكهربائي عن منطقة شاسعة. كان هناك العديد من الحوادث من أصل جليدي الشتاء الماضي.

خطوط الكهرباء ذات الجهد العالي هي الأكثر عرضة للجليد في القوقاز (بما في ذلك منطقة الألعاب الأولمبية الشتوية القادمة في سوتشي في عام 2014) ، في باشكيريا ، كامتشاتكا ، في مناطق أخرى من روسيا وبلدان أخرى. إن التعامل مع هذه الآفة مكلف للغاية وغير مريح للغاية.

فتيل صدمة كهربائية

يتم التخلص من القشرة الجليدية على خطوط الجهد العالي عن طريق تسخين الأسلاك بتيار مباشر أو تيار متردد بتردد 50 هرتز إلى درجة حرارة 100-130 درجة مئوية. أسهل طريقة للقيام بذلك هي قص دائرة كهربائية لسلكين (في هذه الحالة ، يجب فصل جميع المستهلكين عن الشبكة). افترض أنه من أجل الذوبان الفعال لقشرة الجليد على الأسلاك ، يلزم وجود تيار I pl. ثم ، عند الذوبان بالتيار المباشر ، يكون جهد مصدر الطاقة

U 0 = I pl R pr ،

حيث R pr هي المقاومة النشطة للأسلاك ، ومع التيار المتردد من الشبكة -

حيث X pr = 2FL pr هي المفاعلة عند تردد F = 50 هرتز ، بسبب محاثة الأسلاك L pr.

في الخطوط ذات الطول الكبير والمقطع العرضي ، نظرًا لتحريضها الكبير نسبيًا ، فإن جهد مصدر التيار المتردد بتردد F = 50 هرتز ، وبالتالي ، يجب أن تكون قوته أكبر من 5-10 مرات من قوة a مصدر تيار مباشر من نفس القوة. لذلك ، من المربح اقتصاديًا إذابة الجليد بالتيار المباشر ، على الرغم من أن هذا يتطلب مقومات قوية عالية الجهد. عادةً ما يستخدم التيار المتردد في خطوط الجهد العالي بجهد 110 كيلو فولت وما دون ، ويستخدم التيار المباشر أعلى من 110 كيلو فولت. على سبيل المثال ، دعنا نشير إلى أنه عند جهد 110 كيلو فولت ، يمكن أن تصل قوة التيار إلى 1000 أمبير ، والطاقة المطلوبة هي 190 مليون فولت أمبير ، ودرجة حرارة السلك 130 درجة مئوية.

وبالتالي ، فإن ذوبان الجليد بالتيار الكهربائي هو مهمة غير مريحة وصعبة وخطيرة ومكلفة إلى حد ما. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأسلاك التي تم تنظيفها في نفس الظروف المناخية تصبح متضخمة بالجليد ، والذي يجب أن يذوب مرارًا وتكرارًا.

قبل شرح جوهر طريقتنا المقترحة للتعامل مع الجليد على أسلاك خطوط الطاقة عالية الجهد ، دعونا نتناول ظاهرتين فيزيائيتين ، الأولى مرتبطة بتأثير الجلد ، والثانية - بموجة كهرومغناطيسية متنقلة.

تأثير الجلد وموجات السفر

يأتي اسم التأثير من الكلمة الإنجليزية "الجلد" - الجلد. تأثير الجلد هو أن التيارات عالية التردد ، على عكس التيار المباشر ، لا يتم توزيعها بالتساوي على المقطع العرضي للموصل ، ولكنها تتركز في طبقة رقيقة جدًا من سطحها ، سمكها بتردد f > 10 كيلو هرتز هو بالفعل كسور من المليمتر ، ومقاومة الأسلاك تزداد مئات المرات.

يمكن أن تنتشر الاهتزازات الكهرومغناطيسية عالية التردد في الفضاء الحر (عند انبعاثها بواسطة هوائي) وفي موجهات الموجات ، على سبيل المثال ، في ما يسمى بالخطوط الطويلة ، والتي تنزلق على طولها الموجة الكهرومغناطيسية مثل القضبان. يمكن أن يكون هذا الخط الطويل زوجًا من الأسلاك في خط الكهرباء. كلما زادت مقاومة أسلاك الخط ، يتم تحويل طاقة المجال الكهرومغناطيسي للموجة التي تنتقل على طول الخط إلى حرارة. هذا هو التأثير الذي يشكل الأساس لطريقة جديدة لمنع الجليد على خطوط الكهرباء.

في حالة الأبعاد المحدودة للخط أو أي عائق عالي التردد ، على سبيل المثال ، السعة ، بالإضافة إلى الموجة الساقطة ، ستنتشر الموجة المنعكسة أيضًا في الخط ، وسيتم أيضًا تحويل طاقتها إلى حرارة مثل ينتشر من العائق أمام المولد.

تظهر الحسابات أنه من أجل حماية خطوط الطاقة من الجليد بطول حوالي 10 كيلومترات ، يلزم وجود مولد عالي التردد بقوة 20 كيلو واط ، أي يعطي 2 واط من الطاقة لكل متر من الأسلاك. في هذه الحالة ، يحدث الوضع الثابت لتسخين الأسلاك بعد 20 دقيقة. وبنفس النوع من الأسلاك ، يتطلب استخدام التيار المباشر طاقة 100 واط لكل متر ، تصل إلى الوضع في 40 دقيقة.

يتم إنشاء التيارات عالية التردد بواسطة أجهزة إرسال راديو VHF FM قوية تعمل في نطاق 87.5-108 ميجا هرتز. يمكن توصيلها بخطوط الطاقة من خلال جهاز مطابق للحمل - خط كهرباء.

لاختبار فعالية الطريقة المقترحة ، أجريت تجربة معملية في MIREA. تم توصيل مولد بقوة 30 واط بتردد 100 ميغا هرتز بخط من سلكين طوله 50 مترًا مفتوحًا في النهاية مع أسلاك قطرها 0.4 مم ومسافة 5 مم بينهما.

تحت تأثير موجة كهرومغناطيسية متنقلة ، كانت درجة حرارة تسخين الخط المكون من سلكين 50-60 درجة مئوية عند درجة حرارة هواء تبلغ 20 درجة مئوية. وتزامنت النتائج التجريبية مع النتائج المحسوبة بدقة مرضية.

الاستنتاجات

تتطلب الطريقة المقترحة ، بالطبع ، فحصًا شاملاً في الظروف الحقيقية لشبكة الطاقة الحالية مع تجارب واسعة النطاق ، لأن التجربة المعملية تسمح لك فقط بإعطاء تقييم أولي أولي لطريقة جديدة للتعامل مع الجليد. لكن لا يزال من الممكن استخلاص بعض الاستنتاجات من كل ما قيل:

1. إن تسخين خطوط الطاقة ذات التيارات عالية التردد سيمنع تكون الجليد على الأسلاك ، حيث يمكنك تسخينها حتى 10-20 درجة مئوية دون انتظار تكوين الجليد الكثيف. ليست هناك حاجة لفصل المستهلكين عن الشبكة الكهربائية - فالإشارة عالية التردد لن تخترقهم.

نؤكد: تسمح لك الطريقة بمنع ظهور الجليد على الأسلاك ، وعدم البدء في محاربتها بعد أن يلفها "معطف" الجليد.

2. نظرًا لأنه يمكن تسخين الأسلاك بنسبة 10-20 درجة مئوية فقط ، مقارنة بالذوبان ، الذي يتطلب تسخين الأسلاك إلى 100-130 درجة مئوية ، يتم تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير.

3. نظرًا لأن مقاومة الأسلاك للتيارات عالية التردد مقارنة بالمقاومة الصناعية (50 هرتز) تزداد بشكل حاد ، فإن معامل تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة كبير. وهذا بدوره يؤدي إلى انخفاض في الطاقة المطلوبة. في البداية ، على ما يبدو ، من الممكن الحد من تردد حوالي 100 ميغا هرتز لمولد بقوة 20-30 كيلو واط ، باستخدام أجهزة إرسال راديو البث الحالية.

المؤلفات

Dyakov A. F.، Zasypkin A. S.، Levchenko I. I. منع والقضاء على حوادث الجليد في الشبكات الكهربائية. - بياتيغورسك: دار النشر للمؤسسة الجمهورية "Yuzhenergotekhnadzor" 2000.

Kaganov V.I. التذبذبات والأمواج في الطبيعة والتكنولوجيا. دورة محوسبة. - م: الخط الساخن - اتصالات 2008.

Levchenko I. I.، Zasypkin A. S.، Alliluyev A. A.، Satsuk E. I. التشخيص وإعادة الإعمار وتشغيل خطوط الكهرباء العلوية في المناطق الجليدية. - م: دار النشر MEI ، 2007.

Rudakova R.M. ، Vavilova IV ، Golubkov I.E. - أوفا: يوفيمسك. حالة طيران تقنية. un-t ، 1995.

Yavourskiy BM ، دليل Detlaf AA للفيزياء. - م: العلوم ، 1974.