Норец А.О.
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ СБОРА ИНФОРМАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ *
Аннотация:
в настоящее время диагностика воздушных высоковольтных линий электропередач осуществляется визуально службами линий, эксплуатирующими организациями. Одним из основных узлов в системе диагностики является источник автономной электроэнергии. Качество электроснабжения элементов системы диагностики, расположенных на опоре, или в непосредственной близости от опоры определяет надежность системы диагностики, достоверность передачи информации и качество работы всей системы в целом. Целью исследования является разработка источников электропитания малой мощности для питания системы диагностики элементов крепления, расположенных под землей от электрохимической коррозии. Одним из вариантов электропитания являются земляные батареи.
Ключевые слова:
линии электропередачи, автономный источник электропитания, земляные батареи
С увеличением энергопотребления и расширением промышленности в Казахстане происходит увеличение числа линий электропередач. Надежность этих линий существенно зависит от климатических условий и их изменчивости. Одной из важных проблем, влияющих на бесперебойную передачу электроэнергии, является электрохимическая коррозия, проявляющаяся на креплениях опор высоковольтных линий электропередач.Для решения этой проблемы предлагается разработка автоматизированных систем диагностики, которые будут установлены в верхней и нижней части опоры. Система диагностики включает себя локальные системы, расположенные на опоре, и системы сбора информации, расположенные в диспетчерском пункте. Локальные системы, расположенные на опоре, распределены по всей опоре, в верхней и нижней частях, поэтому необходим источник электропитания. Надежность этих систем обеспечивается устойчивой бесперебойной системой электропитания.Основным требованием к источнику электропитания является то, что он должен работать под землёй в непосредственной близости от опоры и генерировать мощность 50 Вт при напряжении на нагрузке 12 В, интервал времени между передачей файлов информации – 1 месяц, а время передачи информации не превышает 5 минут.Специалистами КарТУ проведены исследования, в промышленных условиях, влияние электрохимической коррозии на металлические элементы конструкции в непосредственной близости от опор ВВЛЭП – 500 кВ. В процессе экспериментальных исследований было установлено, что время передачи информации не превышало 5 минут. За это время происходит опрос датчиков, сбор информации, архивация, установление связи с диспетчерским пунктом, подтверждение установленной связи и пятикратная передача информации.Устойчивая работа системы диагностики является ключевым фактором для обеспечения надежности и качества транспортировки электроэнергии средствами воздушных высоковольтных линий электропередач (ВВЛЭП). Ресурс работы ВВЛЭП по проекту составляет не менее 50 лет, однако учитывая климатические условия, агрессивность грунтовых вод, блуждающих токов, наведенных в грунте, происходит значительное сокращение бесперебойного срока эксплуатации.Для питания в нижней части опоры необходима ЭДС=12 В, для этого нужно последовательно соединить 17 гальванических элементов Фиг 1. Зная внутренне сопротивление элементов, выявлены следующие требования:•Количество земляных батарей – 17 шт.,•pH=5-8,•Размер пластин – 90 x 150 мм,•Площадь пластин – 13500 мм2,•Сопротивление Zn Cu = 70 Ом,•Rобщ=1,2 кОм,•I = 0.01 А.Предлагается взять за основу конструкцию, которая представлена на рисунке 2.Конструктивно земляная батарея состоит из последовательно соединённых 17 гальванопар позиция 1 (Рис. 2), скобы 2, тросика 4, пластмассовой гильзы 5, электрических проводов 3, блока импульсного преобразователя 6, накопителя электроэнергии 7, импульсного стабилизатора напряжения 8.В процессе работы земляной батареи позиция 1 (Рис. 2) происходит снижение напряжения на её зажимах. С целью обеспечения требуемой стабильной величины напряжения к зажимам земляной батареи подключается блок импульсного преобразователя 6, обеспечивающего стабилизацию напряжения на зажимах накопителя электроэнергии 7, например, емкостного типа. На временном интервале работы системы сбора и передачи информации напряжение на зажимах накопителя снижается. Для обеспечения стабильного напряжения на нагрузке на выходе накопителя установлен импульсный стабилизатор напряжения позиция 8 (Рис. 2).На основании анализа энергопотребления приемо-передающей аппаратуры, контрольно-индикационных датчиков, временных интервалов опроса и передачи информации на диспетчерский пункт установлено, что система диагностики работает в кратковременном режиме. В режиме передачи энергии осуществляется энергопотребление напряжением 12 В. Время паузы при отсутствии энергопотребления составляет 1 месяцу. Время на сбор и передачу информации требуется 5 минут.Рис. 1. Реализация маломощного автономного источника электропитания. 1 – земляная батарея, 2 – петля, 3 – провод, 4 – трос, 5 – цилиндр.На рабочем интервале с марта по октябрь, работоспособность гальванопары зависит от температуры на глубине ее расположения, при отрицательной температуре раствор замерзает, соответственно земляная батарея не будет работать. В связи с этим рабочим временем для источника питания является период с марта месяца по октябрь, для данного период определен функционал работоспособности гальванической пары.Работу земляной батареи в грунте, можно описать уравнением энергетической характеристики, проанализировав ионные процессы и возмущающие факторы для работы гальванического элемента, получим уравнение:Главной отличительной особенностью является то, что если температура будет равна нулю, то соответственно и значение энергетической характеристики будет равно нулю [1].Энергетические показатели земляных батарей выражают высокую зависимость от уровня pH грунтовых вод. Присутствие в среде как алкалийных, так и кислотных компонентов приводит к возникновению миграции ионов, что существенно влияет на эффективность батарейных систем [2].Рис. 2. Зависимость pH от концентрации химических элементов.Проанализировав данную зависимость pH химических элементов, можно сделать вывод, что поскольку гальванический элемент состоит из чередующихся медно-цинковых пластин, pH для меди и цинках равен от 5.0 до 7.0, что соответствует среде установки земляных батарей. Апроксимировав графики значений меди и цинка, получим график функции sin(x).Энергетические показатели земляных батарей также зависят от периода окисления меди и цинка [3].Энергетические показатели земляных батарей выражают высокую зависимость от уровня pH грунтовых вод. Присутствие в среде как алкалийных, так и кислотных компонентов приводит к возникновению миграции ионов, что существенно влияет на эффективность батарейных систем.Рис. 3. Зависимость скорости коррозии от времени.Определив время и скорость окисления, можно выявить толщину пластин земляной батареи.Для пластин цинка, скорость окисления равна 13—17 мкм/год, соответственно, для работы сроком 5 лет, достаточной толщиной пластины является 65мкм. Для медных пластин скорость окисления равна 0,05 мм/год, соответственно достаточная толщина пластины 25 мкм [4].Рис. 4. Интервал времени работоспосбности источника электропитания.Помимо pH и окисления работа земляных батарей зависит от фактора окружающей среды – температуры, которая может принимать значения: ?tакт – температура больше 0, активна весной и летом, ?tпассив – пассивная температура, при которой не происходит разрушение электрохимической коррозии. Данный график является апроксимированной синусоидой.
Номер журнала Вестник науки №5 (74) том 3
Ссылка для цитирования:
Норец А.О. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ СБОРА ИНФОРМАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ // Вестник науки №5 (74) том 3. С. 1231 - 1238. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/14699 (дата обращения: 08.12.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+