Жан-Луи Laforte*, Марк-Андре Аллер **, Дэниел Ганьон***

*Университет Квебека в Шикутими, Шикутими, Квебек, Канада, G7H 2B1

**Déglaçage экологии ДГИ Инк. Шикутими, Квебек, Г7 2V7

*** Институт электротехнических исследований в Квебеке IREQ, Варен, Квебек, Канада, J3X 3S1

 

Данная статья - об испытаниях на сброс льда на двух проводах по 200 метров ACSR и ACSS, после искусственного охлаждения и последующего повышения внешней температуры до 0°C. Два провода скручены из круглых проволок, 19 и 22 м внешним диаметром соответственно. Третий- компактированый провод с трапециевидным сечением проволок верхнего повива, 19 мм диаметром (ACST-TW). Все провода были оснащены нагрузочными весами. Это позволяло отслеживать реальные показатели самоочистки от льда с точными входящими данными тяжения. На этом этапе, компактированный провод с трапециевидной формой проволок верхнего повива показал, что лед начал с него опадать раньше других. Кроме того, очищение завершилось у него быстрее, 90% льда отвалилось в течение 1,5 часов, в то время как с проводников с круглыми проволоками лёд обвалился через 3 и 4 часа. Во всех случаях было проявлено два классических механизма «само очистки от льда»: испарение льда при температуре ниже 0, и таяние и отпадание льда при температуре выше 0°C. Интересно, что было проявлено также ранее не фиксированное очищение ото льда – когда лед «соскальзывал» с поверхности. Когда одни слои уже оттаявшего льда сдвигали вниз другие, способствуя отчистке. В этом случае падающие сверху куски дробили нижние, тем самым ускоряя их падение вниз (от большой части, крепко сидящей не проводе, отваливался мелкий кусок, падающий на землю). Это один из основных моментов, объясняющих, почему провод с гладкой поверхностью очищается быстрее других.

1. ВВЕДЕНИЕ

Довольно сложно изучить способности провода сбрасывать лед потому, что сами по себе явления обледенения не регулярные, и внутри самих событий имеют непостоянные условия, а также потому, что измерение этого свойства проводов с помощью нужного оборудования на месте эксплуатации провода требует больших финансовых расходов. При этом даже если лаборатория имела бы возможность имитировать ситуации с обледенением внутри, тем не менее, получить точный результат потребовало бы значительное количество тестов. С другой стороны, испытания на ВЛ, установленных внутри лаборатории, лишь приблизительно соответствуют реальным ВЛ, учитывая разные длины пролетов и т.п. …. Приближение к реально точному результату потребовало бы такого количества тестов, что собственно испытания заняли бы период лет 12 или около. По этой причине испытания от имени Deglaçage Industriel DGI Inc.были заказаны на собственном полигоне Institut de recherche en électricité du Québec (IREQ) (Институт Электротехнических Исследований в Квебеке) .

Темой данного отчета является эксперимент в условиях искусственного обледенения, 200 метровых участков проводника, самоочистки от снега, проведенного в 2003 году, с целью также понять причину нарастания количества повреждений проводов на ВЛ в процессе эксплуатации, связанных с прокручиванием провода при обледенении. Наибольшее прокручивание было зафиксировано при 30-35 радиусов (радиальный эквивалент?). Re – радиус рассчитывался, как если бы обледенение имело цилиндрическую форму и является соотношением между радиусами проводника и ледяной муфты. Эксперимент проводился дважды для двух разных условий самоочистки проводов: один – когда определялось изменение массы налипшего льда днем-ночью при изменении температуры; второе, когда отслеживалась зависимость очистки ото льда в зависимости от формы поверхности провода (гладкая-не гладкая).

2. ПРОВОДНИКИ, ОБЛЕДЕНЕНИЕ и связанные с этим измерения.

Проводники были подвергнуты искусственному обледенению, участками по 200 м, под номерами 2,3 и 4 (рис.1). Два стандартных (с круглыми проволоками) проводника , 19мм ACSS и 22мм ACSR были установлены на поз. 2 и 3. Третий провод, 19 мм ACSR/TW-AW с трапециевидными проволоками, был установлен в поз 4. Оборудование для обледенения состояло из ёмкости, металлической «пушки» на рампе с 24 гидравлическими распылителями в верхней части. Для нанесения обледенения пушка двигалась вдоль линий, распыляя сильно охлажденные капли (спрей) в сторону проводников. Направление распылителей постоянно менялось вверх-вниз, чтобы получить максимальное количество вариантов обледенения.

Все провода были оснащены нагрузочными весами, для более точного измерения роста нагрузки за счет массы льда, и снятие измерений производилось в реальном времени. Также на нагрузочных весах были установлены термопары, для измерения температуры окружающего воздуха в режиме реального времени. Во время испытаний направление и сила ветра также замерялись, но с интервалами. Изменение веса рассчитывалось с учетом изменения тяжения, учетом уже имеющегося нагрузочного веса, и вычислялось между тремя показателями как среднее арифметическое.

3. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ОПАДЕНИЕМ ЛЬДА

Событие А.

Первое опадение льда произошло во время искусственного обледенения выполненного в четверг, 27 февраля и пятницу 28 февраля. При искусственном обледенении, которое продолжалось 10 часов 15 минут, температура варьировалась между –15 и -1 °C. Это произошло, когда в 14:10 распыление льда было выключено, т.к. лед начал таять. В это время был создан северо-западный ветер со скоростью от 1 до 7 км\ч. В это время наледь была прозрачной и гладкой, с плотностью 0,90 на всех трех проводах. В этих условиях все три проводника оставались обледеневшими, только небольшая часть льда опадала. Часть льда еще опала при достижении температуры 0°C в выходные, затем в понедельник лед был счищен механически, для продолжения тестов с искусственным обледенением.

Фото 1

Данное состояние можно обозначить как «частичное очищение от льда». На фото 1 видно, как части льда опадают с провода после того, как они сломались по центру под собственным весом при отделении от провода . Фото два показывает состояние трех проводов в конечном итоге в послеобеденное время. после того как температура поднялась до 0°C ; некоторые провода оставались частично обледеневшими.

Фото 2

Это отчетливо иллюстрирует, что проводник c гладким сечением проводов содержит на себе меньше наледи, по сравнению с другими. По итогам измерений и расчетов оказалось, что потеря веса (тяжения) у гладкого провода составила 38%, а у двух других по 12 и 13% соответственно. (см схему 2)

Схема 2.

Событие Б.

Второе явление наблюдалось, когда искусcтвенное обледенение создавалось с 11 марта по 14 марта, 4 дня, и общее время обледенения составило 18 часов и 40 минут. Температура варьировалась между -12 и 0, в среднем 6°C в период создания искусственного обледенения. Ветер северо-западный и северо- восточный, со скоростью от 10 до 22 км \ч. В это время наледь была прозрачной и гладкой, с плотностью 0,90+\-0,02 на всех трех проводах. Такой лёд обычно образовывается во влажном воздухе. Отложения льда были в форме эксцентрика. При этом толщина (Re) составила 28+\- 4 мм.

Схема 3 показывает записи температуры и тяжения во время второго события. Они наблюдались в реальном времени начиная с 14 марта по 20 март, пока полностью не опал лед при повышении температуры до 0°C. Таким образом, можно отследить различные этапы опадания льда. Это три этапа.

Схема 3. Зависимость весовой нагрузки (тяжения?) от температуры.

Температура оставалась ниже нуля, поэтому опадание могло происходить только в процессе испарения льда, и день за днем, постепенное испарение льда снижало весовую нагрузку. Основная фаза таяния началась, когда температура поднялась выше 0°C, и тогда видно, что скорость снижения нагрузки у провода с гладкой поверхностью явно выше, чем у других проводов. (схема 4). Фактически, 90% веса льда потеряно за 1,5 часа, в то время, когда у двух других проводников в срок 3 и 4 часа соответственно.

Схема 4. Обнаруженные (зафиксированные) механизмы сброса льда.

4. МЕХАНИЗМЫ СБРОСА ЛЬДА

Таким образом есть два основных способа опадания льда с проводов.

  1. Испарение льда при температуре окружающего воздуха ниже 0С, и, как продолжение
  2. Таяние льда, когда температура выше 0С

При этом первая стадия не сопровождается опадением крупных кусков. А завершающая стадия – всегда таяние, при котором наличие прослойки воды с проводом, позволяет этим кускам провернуться относительно провода, смещаясь вниз, набрать критическую массу, и падать на землю.

При этом, именно свойство соскальзывания является сутью ускорения опадания льда. Получается, именно в тот момент, когда начинается таяние, то гладкая поверхность провода компактированного позволяет крупным кускам льда опадать быстрее, чем на круглых проволоках. Кроме того, крупные куски льда не просто соскальзывают вниз, но и соседние куски соскальзывают к центру тяжести на освободившееся место (см фото 3 и 4)

Фото 3.

Фото 4. – тоже, что и на фото 3, но несколько секунд спустя.

Это четко объясняет, почему провода с гладкой поверхностью освобождаются ото льда значительно быстрее, чем другие, с круглыми проволоками. И это поясняет , соответственно, почему провода с гладкой поверхностью значительно предпочтительны в сравнении с проводами из проволоки круглого сечения.

Эта работа была выполнена по заказу Institut de Recherche en Électricité du Québec (IREQ).



Скачать оригинал статьи на английском