防凝冰线缆及辅助设施.pdf

本发明涉及适用于冰雨恶劣气候下的防凝冰线缆以及配套使用的具有防凝冰特性的辅助设施。本发明的防凝冰线缆的特征是线缆套接防凝套，防凝套内表面与线缆表面之间有间隙，防凝套相对线缆可以转动。本发明的野外输电用绝缘瓶，是在绝缘瓶的易凝冰表面设置防凝套。本发明防凝冰的野外金属塔体，是在塔体的易凝冰部位表面设置防凝元件。本发明通过在线缆、绝缘瓶和塔体易凝冰部位设置防凝套或防凝元件的方法，有效防止其表面凝冰，大大减少其与外界的热交换，有效防止雨水与线缆、绝缘瓶或塔体直接接触后因热量被吸收而发生的凝冰现象。

1、  一种防凝冰线缆，其特征在于线缆套接防凝套，防凝套内表面与线缆表面之间有间隙，防凝套相对线缆可以转动。

2、  根据权利要求1所述的防凝冰线缆，其特征在于防凝套采用低风阻系数的外形，其横截面形状为中空的水滴形、椭圆形、梭形、双尖水滴形、圆形、C形或涡叶形。

3、  根据权利要求2所述的防凝冰线缆，其特征在于防凝套采用闭合结构、对开结构、单开结构、或螺旋结构与线缆套接在一起。

4、  根据权利要求1所述的防凝冰线缆，其特征在于防凝套内表面与线缆外表面之间的间隙中设置液体阻尼材料。

5、  根据权利要求1所述的防凝冰线缆，其特征在于防凝套由导热系数低的非金属无机材料或高分子材料构成。

6、  根据权利要求5所述的防凝冰线缆，其特征在于防凝套由发泡材料构成，且发泡材料采用由中心向两侧逐渐致密，或分层逐渐致密的结构形式。

7、  根据权利要求1所述的防凝冰线缆，其特征在于防凝套材料中融有拒水材料，或由拒水材料制成，或在防凝套基材表面设有拒水膜。

8、  根据权利要求1所述的防凝冰线缆，其特征在于通过壁厚变化、或设置配重、或采用不同比重的材料使防凝套横截面的重心偏离线缆中心。

9、  根据权利要求1-8任一权利要求所述的防凝冰线缆，其特征在于防凝套与线缆接触的内表面间隔设置凸起。

10、  一种防凝冰的野外输电用绝缘瓶，其特征在于绝缘瓶的易凝冰表面设置防凝套。

11、  根据权利要求10所述的野外输电用绝缘瓶，其特征在于绝缘瓶上设置的防凝套形状为圆锥形、圆环形、蘑菇形，或防凝套下表面与瓶体的对应表面形状相似，防凝套的外径等于或大于绝缘瓶的外径。

12、  根据权利要求10所述的野外输电用绝缘瓶，其特征在于防凝套的中心设有通孔，或设有径向开口，可以套搭在绝缘瓶的中心凸起处。

13、  根据权利要求10、11或12所述的野外输电用绝缘瓶，其特征在于防凝套由导热系数低的非金属无机材料或高分子材料构成，或材料中融有拒水材料，或在其外表面设有拒水膜。

14、  一种防凝冰的野外金属塔体，其特征在于塔体的易凝冰部位表面设置防凝元件。

15、  根据权利要求14所述的野外输电用塔体，其特征在于防凝元件在垂向带有分水尖劈，或/和在水平方向具有低风阻系数，其横截面为水滴形、椭圆形、梭形、双尖水滴形或圆形。

16、  根据权利要求14所述的野外输电用塔体，其特征在于防凝元件以扣接、套接、涂覆或粘接方式设置在组成塔体的杆、柱表面。

17、  根据权利要求14、15或16所述的野外输电用塔体，其特征在于防凝元件由导热系数低的非金属无机材料或高分子材料构成，或材料中融有拒水材料，或在其外表面设有拒水膜。

防凝冰线缆及辅助设施
技术领域
本发明涉及一种适用于冰雨恶劣气候下的防凝冰电线或缆线，以及与电线或缆线配套使用的具有防凝冰特性的辅助设施。
背景技术
由于中国国土面积辽阔，跨多个温区，因此各个省份气温差异较大，雨雪灾害时有发生。从2008年中国南方雨雪冰冻灾害情况来看，当地面附近空气温度低于零度，高空空气相对湿暖而下冻雨或雨雪时，雨滴或雨雪碰上冰冷的输电线、铁塔塔体或绝缘瓶时，由于这些物体是热的良导体，能够迅速将雨水中的热量传导开来，并释放到周围的冷空气中，或者说迅速将物体本身的冷和周围冷空气中的冷导向雨滴，所以可以瞬时将大部分雨滴凝结转化成冰，从而附着在这些物体表面。之后的雨滴陆续落于冰上，继续凝冰，致使冰层不断增厚，输电线上的冰柱不断加粗，冰层冰柱的重量不断增加，当这些附加重量导致输电塔先于输电线达到的其承载极限时，塔体将首先垮塌，导致供电中断；当输电线率先达到其承载极限时，输电线就会发生断裂，进而导致输电塔偏载过载，从而倒塌。由于南方空气潮湿，阳光长时间不能透过云层、融化冰层时，空气中的湿气会慢慢凝结在低于零度的冰层上，使凝冰现象更加严重。对于无线信号传输塔及其信号传输器，也同样存在凝冰问题，一旦发生凝冰，轻则影响信号传输，重则导致塔体倒塌。还有电气化铁路的输电线、输电杆及张紧线，也都存在凝冰问题，一旦出现凝冰，轻则影响供电，重则导致电线断裂。
这些自然灾害危及的都是国家生命线工程，不仅会造成巨大的经济损失，给人们的生活带来极大的不便，严重时甚至危及人们的生命安全。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种可以防止雨水或湿气在其表面结冰的防凝冰线缆。
本发明的另一个目地在于提供一种防凝冰绝缘瓶。
本发明还有一个目地在于提供一种防凝冰金属塔体。
本发明的防凝冰线缆是这样实现的，一种防凝冰线缆，其特征在于线缆套接防凝套，防凝套内表面与线缆表面之间有间隙，防凝套相对线缆可以转动。
防凝套采用低风阻系数的外形，其横截面形状为中空的水滴形、椭圆形、梭形、双尖水滴形、圆形、C形或涡叶形。其中梭形、双尖水滴形带有分水尖劈，可以将防凝套的迎雨垂直面减少至几乎为零，使雨滴迅速滑落；将防凝套设置成涡叶形状可以使防凝套在风力作用下不停绕线缆旋转，将落在线缆上的雨雪甩掉。防凝套采用闭合结构、对开结构、单开结构、或螺旋结构与线缆套接在一起。
所述防凝套由导热系数低的非金属无机材料或高分子材料构成。当防凝套由发泡材料构成时，优选的发泡材料采用由中心向两侧逐渐致密，或分层逐渐致密的结构形式，可以提高隔热效果、在节省材料的同时保证材料内外表面的强度。所述防凝套可以直接由拒水材料制成，可以在防凝套材料中融入拒水材料，也可以在防凝套表面设置拒水膜，其中柔性好的防凝套有利于已凝结成冰的冰滴冰块在防凝套颤动变形时脱落。
为了使防凝套保持最有利于雨雪滑落的状态，通过防凝套壁厚变化或设置配重或采用不同比重的材料使防凝套的重心偏离线缆中心。
由于线缆与外界物体接触后，会与接触物体产生热交换，有时甚至会影响到其传送电流或信号，为了减少防凝套与线缆接触的总面积，可以在防凝套与线缆接触的内表面间隔设置凸起。凸起应尽可能非连续设置，例如设置成颗粒状就可以有效降低与线缆的实际接触面积，从工艺角度和减少摆动阻力的角度来看，以环形凸起或螺旋形状凸起最为方便。
此外，为了防止在强风等外力作用下线缆舞动和防凝套颤摆，在防凝套内表面与线缆外表面之间的间隙中设置液体阻尼材料，当防凝套或线缆振动时，防凝套相对于线缆发生相对运动，强迫液体阻尼材料变形，阻尼材料的粘着阻尼力可以消耗有害振动能量，有效的保护线缆免于损坏。设置液体阻尼材料时，应在防凝套两端将阻尼材料柔性密封，或将防凝套分为多段，分段柔性密封；如果选择刚性较大的防凝套材料，可以提高阻尼耗能的效果。
本发明的防凝冰线缆，通过在线缆外部设置防凝套，通过活动设置的防凝套及其横截面形状，可以使防凝套自动调整最佳迎雨迎风角度，改善雨滴碰撞角度，减少雨雪滞留盲区或使其消失，并在大风天气时的风阻力也较小，减轻线缆的舞动；拒水材料的使用，可以减少雨雪与防凝套的微观接触面积，使雨雪落上后可以迅速滑落，减少滞留时间，因而可以有效防止在线缆表面凝冰；防凝套采用低导热材料，可大大减少雨滴与线揽接触凝冰时的潜热释放速度和冷量传导速度，大幅降低凝冰速度。此外，本发明中防凝套的外形设计、阻尼材料的使用也使线缆表面平时不容易积存雨雪灰尘，在大风天气时电线舞动和颤动得到有效抑制。
综上所述，本发明防凝冰线缆可以有效的防止线缆表面凝冰现象的产生，保证在雨雪冰冻等灾害天气下各种空架线缆的安全和正常使用，特别适用于户外空架设置的各种电线、信号线、光缆、电气化铁路的输电线及张紧线，也适用于斜拉桥的斜拉索，在一年四季各种气候条件下性能可靠，防凝冰效果好，抗恶劣气候能力强，可有效保证人们生产、生活的正常使用，降低意外损失的风险，具有极高的推广应用价值。
本发明的野外输电用绝缘瓶是这样实现的，在绝缘瓶的易凝冰表面设置防凝套。防凝套形状为圆锥形、圆环形、蘑菇形，或防凝套下表面与瓶体的对应表面形状相似，防凝套的外径等于或大于绝缘瓶的外径。防凝套的中心设有通孔，或设有径向开口，可以套搭在绝缘瓶的中心凸起处。防凝套由导热系数低的非金属无机材料或高分子材料构成，或材料中融有拒水材料，或在其外表面设有拒水膜。
通过在绝缘瓶的易凝冰表面，特别是伞裙上设置防凝套，防凝套由导热系数低的非金属无机材料或高分子材料构成，降低了导热速度，从而降低了凝冰速度，可防止雨水落上绝缘瓶后因热量传导而导致的瞬间凝冰，同时利用在防凝套材料中添加拒水材料或在防凝套表面增加拒水膜等技术措施，提高了防凝套的拒水性能，降低了防凝套与雨滴接触的微观面积和接触时间，使雨水落上后会迅速滑脱，避免积存，因而有效的防止绝缘瓶发生凝冰。特别适用于野外输变电用的绝缘瓶，有利于提高输变电系统的安全性能，降低维护成本，更好地保障人们的生产、生活需要。
本发明防凝冰的野外金属塔体是这样实现的，在塔体的易凝冰部位表面设置防凝元件。防凝元件在垂向带有分水尖劈，或/和在水平方向具有低风阻系数，其横截面为水滴形、椭圆形、梭形、双尖水滴形或圆形。防凝元件为套状、板状或片状，并以扣接、套接、涂覆或粘接方式设置在组成塔体的杆、柱表面。防凝元件由导热系数低的非金属无机材料或高分子材料构成，或材料中融有拒水材料，或在其外表面设有拒水膜。
通过在塔体的易凝冰部位表面设置防凝元件，防凝元件由导热系数低的非金属无机材料或高分子材料构成，降低了塔体易凝冰表面的导热速度，从而降低了凝冰速度，可防止雨水落上后因热量传导而导致的瞬间凝冰；并利用在防凝元件材料中添加拒水材料或在防凝元件表面增设拒水膜等技术措施，同时提高了塔体的拒水性能，可以减少雨滴与防凝元件的微观接触面积，使雨雪落上后会迅速滑脱，降低接触时间，并避免积存，因而有效的防止凝冰现象的发生；通过防凝元件的形状，可以减少防凝元件的迎雨表面，改善雨滴碰撞角度，减少雨雪滞留盲区或使其消失。
附图说明
图1为本发明防凝冰线缆的结构示意图之一。
图2为本发明防凝冰线缆的结构示意图之二。
图3为本发明防凝冰线缆的结构示意图之三。
图4为本发明防凝冰线缆的结构示意图之四。
图5为本发明防凝冰线缆的结构示意图之五。
图6为本发明防凝冰线缆的结构示意图之六。
图7为本发明防凝冰线缆的结构示意图之七。
图8为本发明野外输电用绝缘瓶的结构示意图之一。
图9为图8中防凝套的结构示意图。
图10为本发明野外输电用绝缘瓶的结构示意图之二。
图11为图10中防凝套的结构示意图。
图12为本发明防凝冰的野外金属塔体的结构示意图。
图13为图12的A-A部结构示意图之一。
图14为图12的B-B部结构示意图之一。
具体实施方式
实施例一
如图1所示本发明防凝冰线缆，包括线缆1及其表面设置的防凝套2，防凝套2内表面与线缆1外表面之间留有间隙，两者之间可以相对转动。其中，线缆1为户外空架的信号线，防凝套2由导热系数低、密度小的聚氨酯材料制成，其横截面为中空的闭合圆形结构。为了防止热交换，减少防凝套与线缆之间的实际接触面积，在防凝套与线缆接触的内表面间隔设置一些颗粒状凸起3。
由于设置了防凝套2，大大减少了线缆与外界的热量交换，避免了雨水直接落在线缆上时，因线缆迅速传导热量导致的雨水瞬间凝冰，有效的避免了线缆表面凝冰现象的发生。可以有效保障雨雪冰冻灾害气候下线缆的正常工作，防止因凝冰造成的线缆及其相关设施损坏，避免因此带来的经济损失和人员伤亡，具有良好的经济效益和社会效益。
实施例二
如图2所示本发明防凝冰线缆，与实施例一的不同在于线缆1为野外空架的高压电线，由多股金属线芯构成。防凝套2由导热系数低的发泡材料制成，并采用由中心向两侧逐渐致密的内部结构，以提高其隔热效果，保持表面光滑；为了提高产品的拒水能力，防凝套2表面还设有拒水膜4。由于防凝套的形状为光滑圆润的圆管，消除了多股线缆的储存雨雪的盲区；隔热材料和拒水材料的应用，降低了雨滴遇到防凝套的凝冰速度和释放潜热速度，减少了雨滴与防凝套的微观接触面积和滞留时间，从而大大降低了凝冰积存的可能和累积速度。
在强风等外力作用下，线缆和防凝套有可能舞动或颤动，为此在防凝套内表面与线缆外表面之间的间隙中设置液体阻尼材料5，液体阻尼材料为硅油，利用液体阻尼材料5进行耗能，可以有效的保护线缆免于损坏。
基于本实施例的原理，当线缆表面仅设置无隔热功能和拒水功能的防凝套时，在防凝套内表面与线缆外表面之间的间隙中设置液体阻尼材料，也可以实现减轻线缆颤动，保护线缆不受损害的效果。此外，发泡材料由中心向两侧分层逐渐致密的结构形式，可以提高防凝套的表面强度，节省材料。
实施例三
如图3所示本发明防凝冰线缆，包括线缆及其外部设置的防凝套。所述线缆1为野外空架的高压电线，由多股金属线芯构成。所述防凝套由PVC基材10及其表面设置的拒水膜4共同构成，拒水膜为特氟龙。为了有利于雨雪滑落，防凝套设置成横截面为中空的水滴形形状。为了保证在高温天气时线缆可以有效散热，在防凝套的下部设有多个通孔6。为防止防凝套带有通孔的一侧转至线缆的上方造成的防凝套内进水等不利现象发生，在防凝套的水滴形尖部设置配重7，配重7为金属丝，这样由于尖部重量较大，在自重的作用下可以保证有通孔的一侧始终处于线缆的下方。
由于线缆表面设置的防凝套采用了拒水膜和有利于雨雪脱落的水滴形结构，因此雨雪不易积存，可以有效防止凝冰现象的发生。当大风或狂风天气时，由于防凝套可以相对线缆转动(摆动)，防凝套会自动调整到最佳的迎风角度，并将风阻力降到最低，由于风通过雨滴形防凝套时前后不产生涡流，因此线缆不易舞动；即使防凝套没有隔热和拒水功能时，线缆也不易舞动。
实施例四
如图4所示本发明防凝冰线缆，与实施例三的区别在于，防凝套11直接利用拒水材料制成，并采用对开结构，装配时利用卡口8将防凝套拼合与线缆1套接在一起，这种装配结构可以方便在已有线缆上加装防凝套。为了使防凝冰线缆尽可能保持最有利于雨雪滑落的状态，将防凝套11的壁厚设置成不同厚度，使防凝套11横截面的重心偏离线缆中心，靠近其尖端，在自重作用下，本发明防凝冰线缆自然保持尖端朝下的最有利于雨雪滑落的姿态，并可以随着风力的增大自动调整迎风角度。
此外通过在防凝套上设置不同比重的材料来控制产品的重心，也可以实现自动调整防凝冰线缆姿态的效果。
实施例五
如图5所示本发明防凝冰线缆，包括线缆1及其表面设置的防凝套2，防凝套2内表面与线缆1外表面之间留有间隙，两者之间可以相对转动。其中，线缆1为电气化铁路的户外输电线，防凝套2由导热系数低、密度小的发泡橡胶制成，其横截面为中空的椭圆形结构，重心偏下；为了便于与线缆套接，在防凝套上设置一个开口9，即构成所述的单开结构。防凝套表面还喷涂了一层拒水膜4。
由于防凝套采用椭圆形的轮廓，并在表面增设拒水材料薄膜，十分有利于雨雪滑落，并可以防止雨雪与线缆之间发生热交换，因此可以有效防止凝冰现象的产生。
在使用本例所述技术方案时，选用的防凝套的材料具有一定的弹性，这样从开口9套装线缆以后，由于防凝套材料自身的弹性的作用，开口两端会自动贴合在一起，这样可以避免水或灰尘的进入。发泡橡胶柔性较好，有利于已凝冰的冰滴冰块在防凝套抖动变形时抖落。
由于本实施例中，防凝套采用单开结构，可以后期套装在线缆外面，因此可以用于现有线缆的防凝冰改造。当单开结构的开口较大时，既为C形，可以适用于某些特定场合的线缆。
实施例六
如图6所示本发明防凝冰线缆，包括线缆1和防凝套2。其中线缆为电气化铁路户外输电线的金属张紧线，防凝套2由导热系数低的非金属无机材料制成，非金属无机材料中添加有纳米拒水材料，因而兼具隔热性和拒水性。防凝套采用双尖水滴形结构，尖端构成分水尖劈，以防雨雪沉积；利用防凝套不同的壁厚自然形成配重，调整重心，以使防凝套始终自动保持有利于雨雪脱落的姿态和迎风姿态。
基于本发明的原理，防凝套还可以采用梭形的轮廓，也可以起到很好的效果。此类防凝套形状既有较好的分水效果，又有较小的风阻系数。
实施例七
如图7所示的本发明防凝冰线缆，包括线缆1和防凝套2，其中线缆1为户外输电线，防凝套2由导热系数低且比重轻的高分子材料构成。防凝套2上还设置有涡叶12，一侧的涡叶中设有空心，可以调整重心。当风力达到一定强度时，会驱动涡叶进而带动防凝套在线缆上连续旋转，将落在上面的雨雪甩掉。
这种结构的防凝冰线缆最适用于风雪交加的情况，此外，为了保证防凝套在线缆上顺利转动，防凝套的长度不易设置过长，可以采用分段设置的方式。涡叶可以在防凝套表面连续设置，也可以在防凝套表面分段设置。
以上就防凝套与线缆的几种典型配合方式进行了描述，除上述配合方式外，还可以利用条状材料制成螺旋状的防凝套，然后与线缆绕接套合在一起构成本发明的防凝冰线缆，也都可以实现同样的效果。
实施例八
如图8、图9所示本发明野外输电用绝缘瓶，在绝缘瓶伞裙18的上表面设置防凝套16。防凝套由导热系数低的高分子材料构成，形状为圆锥形，为缩短雨水在防凝套上停留的时间，在防凝套表面还设置有拒水膜17。防凝套的外径应略大于绝缘瓶伞裙的外径。防凝套的中心设有通孔19。
装配时可以将防凝套16套罩在伞裙18上，然后将两者通过中心通孔设置在芯棒15上构成本发明野外输电用绝缘瓶。
由于设置了带有拒水膜的防凝套16，大大降低了绝缘瓶伞裙表面的导热能力，防止了雨水落上后因热量被迅速传导开来而导致的瞬间凝冰，同时提高了绝缘瓶的拒水性能，使雨水等落上后会迅速滑脱，避免积存，因而有效的防止的绝缘瓶发生凝冰，特别适合野外输电使用。防凝套可以与绝缘瓶伞裙搭接或粘结，也可以在出厂前预先固定联结在一起。
实施例九
如图10、图11所示本发明野外输电用绝缘瓶，与实施例一的区别在于，对于伞裙18与芯棒15一体化设置的绝缘瓶，由于防凝套不方便与伞裙套接，因此防凝套采用弹性较好的隔热材料制成，并在防凝套16上设置径向开口，这样就可以顺利的实现将防凝套套搭在绝缘瓶的伞裙上。为了便于雨水滑落，在防凝套与伞裙边缘设置套接结构。为缩短雨水在防凝套上停留的时间，防凝套由导热系数低的高分子材料和拒水材料共构成。
基于本实施例的技术，可以很方便地对现有绝缘瓶进行防凝冰改造。
除圆锥形外，根据需要防凝套还可以设置成圆环形、蘑菇形或防凝套下表面与瓶体的对应表面形状相似。此外，防凝套也可以由导热系数低的非金属无机材料制成。
实施例十
如图12、图13所示本发明防凝冰的野外金属塔体，在构成塔体的钢柱20表面套接防凝元件21，防凝元件21主要由导热系数低的发泡材料构成，在防凝元件表面还设置有一层拒水膜22。
通过在构成塔体的钢柱表面设置防凝元件，并利用在防凝元件表面增设拒水膜，降低了塔体易凝冰表面的导热能力，防止雨水落上后因热量被迅速传导开来而导致的瞬间凝冰，同时提高了塔体的拒水性能，使雨雪等落上后会迅速滑脱，避免积存，因而可以有效的防止的凝冰现象发生。特别适用于野外使用的高压输电塔及信号塔。
实施例十一
如图12、图14所示本发明防凝冰的野外金属塔体，与实施例十的区别在于防凝元件21为粘贴在构成塔体的角钢23易凝冰表面的板材24和板材26，板材24上设分水尖劈25，该板材由导热系系低的发泡聚氨脂制成，表层材料中填加有拒水材料，中部设空腔，不但节省材料，减轻重量，更具弹性，且具隔热性和拒水性。
本发明防凝冰野外金属塔体的防凝元件在垂向带有分水尖劈，便于雨雪滑落不存留；在水平方向还可以设计成其它具有低风阻系数的形状，如水滴形、椭圆形、梭形、双尖水滴形或圆形，便于减少塔体的侧向受力。
本发明防凝冰野外金属塔体的易凝冰部位表面设置的防凝元件还可以是片状或其他形状，并以扣接、套接、共挤、涂覆或粘接方式设置在组成塔体的杆、柱表面。防凝元件可以选用导热系数低的非金属无机材料或高分子材料构成，都可以有效的起到防凝冰作用。