УДК 621.315.175
DOI 10.57112/E251-117
Богоутдинов Евгений Ринатович
Овсепян Ваник Алексанович
Девянин Александр Александрович
Малышев Лев Андреевич
Аннотация:
В статье рассматривается одна из основных проблем эксплуатации воздушных линий электропередачи – процесс образования гололёда на проводах. Анализируются факторы, влияющие на возникновение гололёдных образований на воздушных линиях. Рассматриваются существующие методы раннего обнаружения гололёдных образований на воздушных линиях электропередачи.
Ключевые слова: ЛЭП, гололёд, удаление гололёда, обледенение проводов.
В настоящее время для передачи электрической энергии на большие расстояния широко применяются высоковольтные воздушные линии электропередачи. Одной из важнейших проблем, связанных с эксплуатацией воздушных линий электропередачи является гололёд, образующийся преимущественно в осенне-зимний период на проводах и конструкциях линии.
На процесс образования гололёда, в основном, оказывают влияние следующие факторы: температуры воздуха и провода, скорость ветра, влажность воздуха и погодные условия (наличие и тип осадков, туман и т.д.).
Обледенения проводов можно разделить на четыре группы:
1) Обледенения, возникающие в результате сублимации водяного пара. К ним относятся иней и кристаллическая изморозь;
2) Обледенения, возникающие в результате осаждения и замерзания переохлажденной воды. К ним относятся зернистая изморозь и гололёд;
3) Обледенения, возникающие в результате отложения и замерзания мокрого снега;
4) сложное отложение гололеда: несколько слоев изморози и гололеда.
Основным фактором, обуславливающим возникновение гололёдных аварий, является образование гололёда на проводах и элементах конструкций ЛЭП, масса которого в несколько раз превышает предельно допустимые значения, определяемые прочностными характеристиками ЛЭП. К аварийным ситуациям на воздушных линиях также приводят различные виды колебаний проводов, наиболее распространёнными из которых являются вибрация и пляска проводов.
Пляска – один из наиболее опасных видов колебаний проводов воздушных линий, вызывается ветром при наличии гололеда на проводе.
Наиболее часто встречающейся и опасной по своим последствиям является пляска проводов с односторонним гололедом или изморозью при скорости ветра до 90 км/ч и амплитудой до значений равных стреле провеса провода. Поэтому снижение интенсивности пляски до безопасного значения и её устранение является в настоящее время одной из наиболее актуальных проблем при эксплуатации ВЛ.
Для предотвращения аварийных ситуаций по гололёдным причинам и обеспечения надёжного и бесперебойного электроснабжения потребителей, осуществляются контроль и своевременное удаление гололёдных образований с воздушных линий электропередачи [1].
Основными методами борьбы с гололёдными образованиями на проводах воздушных линий электропередачи являются:
1) Механический метод борьбы с гололедом – заключается в использовании специальных устройств для удаления гололедных образований с проводов ВЛ посредством приложения механической силы. Одним из самых простых способов механического удаления гололедных образований является сбивание, которое производится с помощью длинных шестов c земли или вышек, установленных на специальных механизмах и/или транспортных средствах. К недостаткам механического способа можно отнести значительные трудозатраты, большая длительность проводимых работ, невозможность применения в труднодоступных местах;
2) Электротермический метод заключается в повышении температуры проводов ВЛ электрическим током. Плавка гололеда – наиболее распространенный метод борьбы с гололедом на проводах ВЛ. Удаление гололеда осуществляется посредством нагрева проводов ВЛ постоянным или переменным током (частотой 50 Гц) до температуры 100-130 ºС. К недостаткам данного метода можно отнести следующее: реализация данного метода требует отключение ЛЭП от генерирующих источников на длительное время, токи, необходимые для плавки гололёда могу достигать значений, приводящих к необратимым пластическим деформациям проводов;
3) Физико-химический метод борьбы с гололёдом – заключается в нанесении на провода растворов специальных веществ, которые замерзают при температурах значительно более низких, чем вода;
4) Электромеханический метод удаления льда – по проводам линии пропускают импульс тока определенной частоты и формы, в процессе протекания этого тока по проводам возникает сила Ампера, вызывающая механические колебания проводов. Колебания предупреждают образование обледенения и разрушают корку льда.
Все способы, датчики и устройства обнаружения гололёда можно условно разделить на:
1) Механические – содержат датчик гололёдной нагрузки, реагирующий на изменение веса провода, механическую нагрузку от образовавшегося гололёда и ветровую нагрузку. Подвешивается между траверсой и гирляндой изоляторов и может быть выполнен в виде динамометра или с использованием упругого чувствительного элемента, преобразующего вес гололёда в выходной сигнал;
2) Магнитные – реагируют на изменение магнитного поля провода при образовании на нём гололёда;
3) Частотные – содержат высокочастотный генератор, датчики атмосферных осадков, выполненные в виде элементов колебательного контура высокочастотных генераторов и частотомер. В роли датчиков могут выступать катушки индуктивности, витки которых разделены воздушными промежутками, ёмкость цепи фаза-земля;
4) Оптические;
5) Оммические – содержат датчики гололёдной нагрузки, которые изменяют своё сопротивление под действием веса гололёда (тензорезисторный датчик силы, пьезоэлектрический преобразователь силы и др.);
6) Термические – содержат тензометрический датчик усилий. При приложении усилия и деформации термочувствительного элемента его электрическое сопротивление меняется пропорционально измеряемому усилию и деформации;
7) Радиационные – содержат источник бета-излучения, закрепляемый на проводе и приёмник, закреплённый на опоре, при образовании льда интенсивность излучения падает;
8) Комбинированные.
Существует множество устройств предупреждения гололёда, где перечисленные принципы реализуются. Большая часть таких устройств используют конструктивно-механическую часть воздушной линии в качестве элемента собственного датчика (введение в подвеску провода датчиков, сооружение контрольных пролётов вдоль ВЛ и т.п.). Это сдерживает развитие данного вида техники, т.к. переоборудование линии связано со значительными материальными затратами. Кроме того, все эти устройства предназначены лишь для предупредительной сигнализации о появлении гололёда и необходимости его удаления одним из традиционных способов (механическим, плавкой и т.д.) [2].
С появлением и широким распространением современной микропроцессорной вычислительной техники были разработаны устройства, представляющие собой интеллектуальный прогнозирующий модуль, способный помимо измерений осуществлять обработку результатов и на основе статистических данных прогнозировать образование гололёда. Применение таких устройств позволяет не только осуществлять своевременную борьбу с гололёдом, но и даёт возможность предотвращать его образование.
Таким образом, актуальным является исследование, направленное на разработку метода предотвращения образования гололёда на воздушных линиях электропередачи с использованием современных средств прогнозирования возникновения гололёдных образований.
Список используемой литературы
1. Максимов, С. П. Анализ существующих методов плавки гололедно-изморозевых отложений на проводах ВЛ-10(6) кв / С. П. Максимов, П. А. Кузнецов // Вопросы электротехнологии. – 2023. – № 1(38). – С. 47-56.
2. Козырева, А. Е. Защита линий электропередач от обледенения / А. Е. Козырева // Молодёжь XXI века: шаг в будущее : Материалы XXII региональной научно-практической конференции, Благовещенск, 20 мая 2021 года. – Благовещенск: Благовещенский государственный педагогический университет, 2021. – С. 866-867.
Информация об авторах
Богоутдинов Е. Р., Овсепян В. А., Девянин А. А., Малышев Л. А. – студенты группы 8Э-32, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.
Научный руководитель
Компанеец Б. С. – к. т. н., доцент, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.
Ссылка для цитирования
Богоутдинов, Е. Р. Анализ методов раннего предупреждения гололёдных отложений на проводах ЛЭП / Е. Р. Богоутдинов, В. А. Овсепян, А. А. Девянин, Л. А. Малышев // Энерджинет. 2025. № 1. URL: https://nopak.ru/251-117 (дата обращения: 16.06.2025).
