Способ очистки от обледенения проводов контактной сети железной дороги посредством электромагнитного излучения

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу очистки от обледенения проводов контактной сети железной дороги посредством электромагнитного излучения. В способе используют группу микроволновых нагревателей, включающих магнетроны с частотой 2450 МГц и резонаторы открытого типа, которые размещают перед пантографом на крыше электровоза, при этом каждый из нагревателей состоит из двух сферических металлических отражателей, и осуществляют нагрев участка контактного провода, расположенного между отражателями, до температуры +(30…40)°C. В результате воздействия микроволнового излучения ледяная пленка, покрывающая контактный провод, нагревается и тает. Каждый электровоз самостоятельно очищает контактный провод от ледяной пленки, в результате чего обеспечиваются нормальные условия работы для пантографа и исключается быстрое изнашивание графитовых токоприемников. 5 ил.

 

Одной из серьезных причин нарушения нормального функционирования железнодорожного транспорта во всем мире является обледенение проводов контактной сети. Образование ледяной пленки разной толщины на проводах происходит при определенных метеорологических условиях (температуре и влажности воздуха, направлении и скорости ветра). В результате обледенения создаются дополнительные механические нагрузки, вызывающие обрыв проводов, а по причине ухудшения качества токосъема, сопровождающегося отрывами токоприемника от контактного провода, возникают дуговые разряды с большими токами, обусловливающие возможность пережога провода и повреждения дорогостоящих графитовых токоприемников и их частую замену. Подобные явления возникают даже при образовании на проводах тонкого ледяного слоя в виде инея.

Для очистки от обледенения провода контактной сети их нагревают, пропуская по ним электрический ток от тяговой подстанции. Указанную операцию выполняют в некоторых случаях с прекращением движения поездов на электрической тяге по данному участку.

Экспериментальные исследования, проведенные на высокоскоростной линии Париж - Лион, показали, что для испарения воды на контактном проводе последний следует нагревать до температуры +10°C в течение 15 минут. В процессе эксперимента от тяговой электростанции напряжением 26 кВ по контактному проводу пропускался ток более 600 А, а мощность потребления составила 16 МВт при удельной мощности 600 Вт/м. (см. «Система борьбы с обледенением проводов контактной сети »- ЖДМ-online»- 11-2002 [1]).

Другим способом защиты контактной сети от гололеда является применение специальной жидкости-атифриза в рамках системы ProFil (Швейцария). В сухую погоду такая антиобледенительная защита эффективна всего от 5 до 7 дней.

Наиболее близким к заявляемому способу по защите контактных линий электропередачи от гололеда является техническое решение, описанное в патенте РФ №2356148 «Устройство для плавки гололеда на проводах и тросах воздушных линий (варианты)» [2].

Прототип [2] характеризуется тем, что провода линий электропередачи замыкаются и по ним пропускается ток повышенной величины, плавящий гололед. Таким образом, при данном методе необходимо останавливать движение поездов, что в большинстве случаев является совершенно недопустимым.

Таким образом, можно констатировать, что эффективных методов и средств борьбы с обледенением проводов контактной сети, особенно на линиях с высокоскоростным движением, где обледенение приводит к наиболее серьезным последствиям, во всем мире не существует.

Обратимся к характеристике предлагаемого метода. Предположим, что каким-либо способом перед пантографом электровоза удавалось бы очистить контактную линию от ледяной пленки путем ее быстрого нагрева до температуры +30-40°С, что сопровождалось бы практически мгновенным таянием этой ледяной пленки (рис. 1).

Расчеты показывают, что такой нагреватель, двигаясь вдоль контактного провода впереди пантографа при скорости электровоза со скоростью 36 км/ч или 10 м/с, должен каждую секунду расходовать энергию в 20 кДж.

При этом нагреваемый участок контактного провода полностью освободится от ледяной пленки и графитовый токоприемник будет соприкасаться с проводом, свободным ото льда или жесткого инея. Требуемую энергию в сторону контактного провода для практически мгновенного уничтожения на нем тонкой ледяной пленки можно передать с помощью микроволнового излучения мощностью в 20 кВт.

Рассмотрим эту проблему более подробно. Обратимся сначала к устройству бытовой микроволновой печи, схематичное устройство которой показано на рис. 2, (см., например, Диденко А.Н., Зверев Б.В. СВЧ энергетика, Наука, 2000 г., [3]). В ней нагрев предметов осуществляется путем их размещения внутри камеры - прямоугольного резонатора, в котором возбуждается СВЧ электромагнитное поле с помощью магнетрона непрерывного излучения сигнала частотой 2450 МГц. Именно эта частота является резонансной для молекул воды, при которой происходит наиболее эффективное преобразование электромагнитной энергии в тепло, что и приводит к быстрому нагреву воды.

Заменим теперь прямоугольный резонатор открытым со сферическими металлическими отражателями (См., например, Л.А. Вайнштейн. Открытые резонаторы и открытые волноводы, Советское радио, 1961 г. [4]). Разместим резонаторы на крыше специально оборудованного локомотива впереди токоприемника таким образом, чтобы контактный провод все время находился между отражателями в центре электромагнитного поля. Магнетрон частотой 2450 МГц может находиться в специальном отсеке и быть связанным с одним из отражателей коаксиальным кабелем (рис. 3).

Примем во внимание, что провод по отношению к движущемуся локомотиву непрерывно меняет в некоторых пределах свое расположение в пространстве, что требует правильного выбора размещения отражателей, расстояние между которыми должно равняться целому числу полуволн (λ/2=6,12 см) для установления внутри резонатора режима стоячей волны.

Таким образом, с помощью модернизированного типа микроволнового нагревателя можно реализовать идею по практически мгновенному нагреву участка контактного провода и ликвидации на нем ледяной пленки.

Для увеличения времени нагрева каждого участка контактного провода с учетом скорости движения локомотива на его крыше следует расположить группу микроволновых нагревателей. Каждый из нагревателей включает магнетрон частотой 2450 МГц и резонатор открытого типа, состоящий из двух сферических металлических отражателей, между которыми перемещается нагреваемый контактный провод. Число таких нагревателей (магнетронов) частотой 2450 МГц мощностью до 8-10 кВт может равняться от 5 до 10 в зависимости от скорости движения электровоза и метеорологических условий (рис. 4).

В результате воздействия микроволнового излучения ледяная пленка, покрывающая контактный провод, быстро нагревается и тает. Таким образом, каждый электровоз самостоятельно очищает контактный провод от ледяной пленки, в результате чего обеспечиваются нормальные условия работы для пантографа и исключается быстрое изнашивание графитовых токоприемников.

Приведем результаты экспериментальной проверки предлагаемого метода уничтожения ледяной пленки на контактном проводе. Фотография лабораторной установки приведена на рис. 5. Установка включает магнетрон мощностью 800 Вт с блоком питания от серийно выпускаемой микроволновой печи и два рефлектора, в качестве которых применены наземные спутниковые сферические антенны диаметром 60 см. Банка с водой, помещенная в свободное пространство между рефлекторами, за 2 минуты при мощности магнетрона 800 Вт нагревается на 75°С, а при мощности 600 Вт - на 40°С, что примерно в два раза меньше, чем при нагреве того же количества воды при закрытом резонаторе. Следовательно, при открытом резонаторе половина излучаемой магнетроном мощности рассеивается в окружающее пространство, но вторая половина преобразуется в тепло, способствуя быстрому таянию ледяной пленки и обеспечению надежного контакта графитового токоприемника с медным контактным проводом.

Таким образом, экспериментально подтверждена возможность нагрева воды не только с помощью общепринятого закрытого резонатора, но и резонатора открытого типа, а, следовательно, подтвержден и принцип уничтожения ледяной пленки контактной сети с помощью микроволнового генератора (магнетрона) частотой 2450 МГц с резонатором открытого типа, располагаемого перед пантографом.

Для лучшего понимания существа заявляемого изобретения приводятся следующие графические материалы:

Фиг. 1. Структурная схема нагрева контактного провода с помощью нагревателя, располагаемого на крыше электровоза перед пантографом, где 1 - графитовый токоприемник пантографа, 2 - контактный провод с ледяной пленкой, 3 - нагреватель, 4 - испаряющаяся вода.

Фиг. 2. Структурная схема микроволновой печи, где 5 - магнетрон, 6 - закрытый прямоугольный резонатор.

Фиг. 3. Структурная схема микроволновой печи с резонатором открытого типа, где 7 - открытый резонатор с отражателями сферической формы, 8 - ВЧ-коаксиальный кабель, 9 - область перемещения контактного провода.

Фиг. 4. Структурная схема нагрева контактного провода с помощью группы микроволновых нагревателей, располагаемых на крыше электровоза перед пантографом, где 11 - группа открытых резонаторов, 12 - группа магнетронов.

Фиг. 5. Фотография лабораторной установки с магнетроном и двумя отражателями сферической формы.

Способ очистки от обледенения проводов контактной сети железной дороги посредством электромагнитного излучения, отличающийся тем, что используют группу микроволновых нагревателей, включающих магнетроны с частотой 2450 МГц и резонаторы открытого типа, которые размещают перед пантографом на крыше электровоза, при этом каждый из нагревателей состоит из двух сферических металлических отражателей, и осуществляют нагрев участка контактного провода, расположенного между отражателями, до температуры +(30…40)°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к гасителям вибрации для защиты проводов и молниезащитных тросов воздушных линий электропередачи, а также самонесущих волоконно-оптических кабелей связи.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности защиты.

Изобретение относится к области электротехнического оборудования. Технический результат заключается в расширении арсенала средств для защиты птиц от поражения электрическим током устройством контактного типа, конструкция которого обеспечивает эффективную электроизоляцию и отличается простотой изготовления и монтажа при высокой степени надежности крепления на проводах без механического на них воздействия.

Изобретение относится к области электротехнического оборудования. Технический результат заключается в расширении арсенала средств для защиты птиц от поражения электрическим током устройством контактного типа, конструкция которого унифицирована для монтажа на натяжных устройствах различной конструкции, надежно на них закрепляется, не требуя выполнения на элементах, на которых устанавливается, специальных креплений, не сползает и не поворачивается в ходе эксплуатации под действием ветра или иных динамических нагрузок, легко демонтируется, отличается простотой изготовления и монтажа.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат -повышение эффективности.
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для обнаружения гололеда на проводах линии электропередачи. .

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к натяжным клиновым зажимам для воздушных линий электропередачи. .

Изобретение относится к воздушным линиям электропередачи (ВЛ) и может быть использовано при сооружении, ремонте или реконструкции анкерных и концевых пролетов ВЛ. .

Изобретение относится к электроэнергетике и может использоваться на воздушных линиях электропередачи и волоконно-оптических линиях связи. Гаситель ветровых колебаний содержит демпферный трос, на котором закреплена пара грузов, и, как минимум, одну спиральную прядь, соединяющую демпферный трос с проводом так, что одна часть спиральной пряди или прядей смонтирована на проводе, а другая часть на демпферном тросе, при этом демпферный трос соединен с проводом в двух точках крепления посредством, как минимум, одной спиральной пряди с образованием силовой рамки, две противолежащие стороны которой образованы спиральной прядью или прядями, а две другие противолежащие стороны - частями провода и демпферного троса между точками крепления, при этом концевые части-ветви спиральной пряди или прядей, закрепленных на проводе, выполнены с гибом внутрь силовой рамки или наружу силовой рамки. Технический результат - повышение эффективности работы гасителя. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на воздушных линиях электропередачи с расположением на опорах верхних проводов по вертикали, а пара нижних - по горизонтали, с перекрытием верхних проводов в плане. Воздушная линия электропередачи содержит опоры 1, на которых посредством крюков с изоляторами (2) смонтированы провода (3), которые расположены на опорах по вертикали относительно друг друга. Ниже этих проводов (3) смонтированы провода (4 и 5) - посредством стировых изоляторов (6) на горизонтальных траверсах (7). Нижние провода (4 и 5) соединены между собой в пролетах как минимум одной перемычкой (8), имеющей электропроводящей как минимум свою поверхность; одним своим концом перемычка соединена гальванически с одним из этих парных проводов, а между вторым концом перемычки и вторым парным проводом установлена диэлектрическая вставка (9). Изобретением решается задача повышения электробезопасности воздушной линии электропередачи. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к способам транспорта электроэнергии, осуществляемого посредством воздушных ЛЭП с фазными высокотемпературными энергосберегающими электропроводами распределительных сетей электропередачи, включая способы их возведения и эксплуатации. Распределительная сеть электропередачи включает смонтированные на фундаментах высотные опоры с траверсами, изоляторами, натяжными и подвесными зажимами, неповреждающими оболочку и конструкцию закрепленных в них высокотемпературных композитных электропроводов, каждый из которых содержит сердечник не менее чем с одной композитной жилой и многожильный повив. Воздушные линии распределительной сети электропередачи монтируют при возведении, эксплуатационном ремонте или реконструкции по способу, обеспечивающему технологическую и эксплуатационную неповреждаемость указанных электропроводов за счет комплексно разработанного в изобретении монтажно-технологического оборудования, применяемого для прокладки линии электропроводов индивидуальной длины. Изобретение позволяет исключить дополнительные потери транспортируемой электроэнергии в стыках электропровода, количество которых сведено к минимуму. 6 н. и 15 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на воздушных линиях электропередачи с расположением на опорах верхних проводов по вертикали, а пара нижних - по горизонтали, с перекрытием верхних проводов в плане. Воздушная линия электропередачи содержит опоры (1) и смонтированные на них провода (3), расположенные на опорах по вертикали друг относительно друга, и пару нижних проводов (4 и 5), расположенных по горизонтали друг относительно друга и с перекрытием L всех вышерасположенных проводов в плане, причем в середине отдельного пролета между парой нижних проводов (4 и 5) укреплены две независимые друг от друга перемычки (8 и 9), имеющие токопроводящими, как минимум, свои поверхности; одна перемычка (8) одним своим концом укреплена (10) на одном из проводов этой пары (4) и гальванически соединена с этим проводом, вторым своим концом эта перемычка укреплена (10) на втором парном проводе и гальванически разъединена с ним посредством диэлектрической вставки 11, расположенной непосредственно у этого провода; вторая перемычка (9) укреплена в обратном порядке относительно первой. Изобретением решается задача повышения электробезопасности воздушной линии электропередачи. 2 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к устройствам защиты изолированных проводов, линейных изоляторов и оборудования 6-35 кВ от атмосферных перенапряжений. Устройство состоит из нелинейного ограничителя перенапряжений (1), рассчитываемого на номинальный разрядный ток не более 5 кА для напряжений 6-20 кВ и на номинальный разрядный ток не более 10 кА для напряжений 35 кВ. Искровой промежуток образуется между электродом (4), закрепляемым на фланце (6), и электродом (5), закрепляемым посредством прокалывающего изоляцию зажима (7) на проводе (8), или на изоляторе, или на натяжном зажиме, или на поддерживающем зажиме посредством крепежа. Электрод (5) располагается напротив электрода (4) на расстоянии 3-100 мм для напряжения 35 кВ и на расстоянии 101-140 мм для напряжений 6-20 кВ. Конструкция электродов (4,5) и способ крепления устройства позволяют сохранять величину искрового промежутка L постоянной в любых погодных условиях. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике к высоковольтным воздушным линиям и способу их возведения. Высоковольтная воздушная линия электропередачи включает смонтированные на фундаментах высотные опоры с траверсами, изоляторами, натяжными и подвесными зажимами, неповреждающими оболочку и комплект закрепленных в них высокотемпературных композитных электропроводов, каждый из которых содержит сердечник, не менее чем с одной композитной жилой и многожильный повив. ВВЛ монтируют в процессе возведения или эксплуатационного ремонта, реконструкции, восстановления по способу, обеспечивающему технологическую и эксплуатационную неповреждаемость указанных электропроводов посредством комплексно разработанного в изобретении монтажно-технологического оборудования и применения для прокладки линии электропроводов индивидуальной длины, равной полной анкерной строительной длине линии или ее строительно-монтажного участка, что исключает дополнительные потери транспортируемой электроэнергии в стыках электропровода, количество которых сведено к минимуму. К технологическим решениям, обеспечивающим указанный технический результат, относятся монтаж с раскаткой электропровода через тормозную машину и обеспечение технологического натяжения электропровода натяжной машиной, применение раскаточных роликов с неповреждающим ложем, например, снабженным прорезиненным слоем, а также четкая регламентация минимальных радиусов барабанов с заводской навивкой электропровода и барабанов тормозной машины из условия неповреждаемости высокоэффективных экономичных по расходу материала и пониженному сопротивлению на единицу транспортируемой электроэнергии. Изобретение позволяет возводить высоковольтные линии электропередач с улучшенным КПД. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх