VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Одной из проблем при эксплуатации воздушных линий электропередач является проблема обледенения проводов в зимний период. Высокая влажность, ветры, резкие перепады температуры воздуха способствуют образованию наледи на проводах воздушных линий. И при значительных гололедных отложениях возможны их обрывы.

В результате энергокомпании и потребители несут крупные убытки, а восстановление оборванных проводов – дорогостоящий и трудоемкий процесс. Поэтому во всем мире активно ведутся исследования и разработки способов для борьбы со льдом на линиях электропередач.

Результатом исследования нами данной проблем стало создание комплексной системы, прогнозирующей климатическую ситуацию в окрестностях линии электропередачи и осуществляющей очистку проводов от намерзшего льда.

Различия в интенсивности обледенения проводов зависят не только от их диаметра, но и от условий процесса обледенения, т.е. от метеорологических параметров, определяющих вес, размеры, структуру и плотность образовавшегося отложения. Такими параметрами являются скорость ветра, температура воздуха, а также водность и микроструктура облака или тумана, в которой происходит гололедообразование.

Первая задача сводится к тому, чтобы, анализируя данные параметры, производить их сравнение с некоторой базой знаний с усредненными значениями этих параметров, при которых происходит появление инея, льда.

И в зависимости от результата сравнения будут формироваться определенные сигналы на устройство очистки.

В качестве данных для базы знаний можно принять температуру и водность воздуха, скорость ветра и толщину провода. Зная данные параметры, можно рассчитать нагрузку на провода и вес отложений по формуле: эмпирическая

P d =Ed⋅βd⋅d⋅W⋅ u⋅τ⋅10-3;

Где

Ed – полный интегральный коэффициент захвата для с провода радиусом d

βd – коэффициент намерзания

d – диаметр провода

W – водность облака

u – скорость ветра

τ – время намерзания

И тогда коэффициент для пересчета нагрузки, равный отношению нагрузки отложений на проводе произвольного диаметра к нагрузке на гололедном станке будет зависеть от параметров Ed и βd.

Обычно для практических целей сначала используют данные, полученные для гололедного станка с диаметром проводов 5 мм. Эти данные фиксируются в таблицы, и затем с помощью коэффициента пересчета находятся соответствующие параметры для проводов других диаметров.

Данные расчеты могут производиться на этапе, следующим после этапа сбора информации о состоянии окружающей среды. И может производиться как оценка состояния проводов, так и потенциальной нагрузки на них. Неопределенности при выявлении данных факторов вынуждают прибегать при разработке системы прогнозировании отложения гололеда к использованию аппарата нечетких множеств. Данная концепция ляжет в основу создания нечеткого устройства, которое сможет достоверно отслеживать величины ледовой нагрузки на проводах линии электропередач.

Вторая задача в нашем исследовании сводится к разработке электромеханического устройства, способного перемещаться по проводу линии электропередач и очищать провод ото льда с помощью специальных шнеков. Для перемещения устройства вдоль провода предлагается использовать цилиндрический линейный асинхронный двигатель, в качестве вторичного элемента которого используется сам провод. Питание устройства осуществляется от самой линии за счет тороидального трансформатора тока, поэтому отключение линии во время очистки не требуется. Функциональная схема устройства представлена на рисунке 2.

1 – корпус; 2 – провод; 3 – подпружиненные ролики;

4 – источник питания; 5 – система управления;6 – линейный двигатель;

7 – неподвижная часть поворотного механизма; 8 – подвижная часть

поворотного механизма;9 – средство фиксации; 10 – приводные двигатели шнеков; 11 – шнеки; 12 – датчик температуры; 13 – датчик влажности;

14 – антенна

Рисунок 2– Схема устройства для удаления льда с линии электропередачи.

На данном этапе нами были произведены оценочные расчеты параметров двигателя и теоретические усилия, необходимые для среза льда с заданной поверхности, в данном случае, с провода. Результаты показали, что развиваемое усилие более чем в два раза больше требуемого.

В рамках данного исследования предстоит более детальный анализ процессов гололёдообразования, разработки нечеткого подхода при обработке информации о внешней среде и потенциальной угрозе, потому что задача очистки будет носить скорее упреждающий характер. Дальнейшие работы будут посвящены созданию математической модели двигателя, процессов появления льда.

Литература.

1. Мазин И. П. Расчет отложения капель на круглых цилиндрических поверхностях. – Труды ЦАО, 1952, вып. 7.

2. Мазин И. П. – Физичекие основы обледенения самолетов. М., Гидрометеоиздат, 1957.

3. Бургсдорф В. В., Муретов Н. С. Расчетные климатические условия для линий электропередачи и связи. – Труды ВНИИЭ, 1960, вып. 10.

4. Хргиан А. Х. Физика атмосферы. Л., Гидрометеоиздат, 1969.

Код для цитирования: Скопировать