Традиционные методы борьбы с этим явлением недостаточно эффективны: пассивные способы (усиление конструкций, демпферы, защитные спирали) требуют значительных затрат, но не устраняют проблему, а активные (плавка льда током, механическая очистка) опасны и предполагают отключение энергии.
Перспективный подход — нанесение гидрофобных покрытий. Однако он не имеет технической реализации: существующие дроны не обеспечивают точное наведение распылителя на провода, что делает обработку протяженных линий практически невыполнимой задачей. Ученые Пермского Политеха впервые создали беспилотный летательный аппарат, который способен самостоятельно и с высокой точностью обрабатывать провода линий электропередач противообледенительной жидкостью. Предложенная система позиционирования для борьбы с обледенением не имеет аналогов.
На изобретение получен патент. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Обледенение проводов линий электропередачи — одна из главных причин масштабных аварий и отключений электричества в зимний период. Сетевое хозяйство Единой энергетической системы России насчитывает более 14 тысяч ЛЭП класса напряжения 110−750 кВ и общей протяженностью более 506 тыс. км. Эта сеть охватывает всю территорию страны, и ее надежная работа критически важна для национальной безопасности и повседневной жизни миллионов граждан.
Зимой налипающий на кабель лед может создавать колоссальную нагрузку, превышающую допустимые нормы. Результатом становятся обрывы проводов, поломки опор и цепная реакция аварийных отключений, что влечет за собой огромные экономические потери, в том числе из-за простоев.
Особую сложность представляет то, что традиционные методы борьбы с обледенением зачастую оказываются недостаточно эффективными или экономически невыгодными. Условно их можно заменить на пассивные и активные. К первым относятся усиление линий путем установки дополнительных опор и более прочных кабелей, использование специальных схем (особое крепление проводов для уменьшения вибраций) и демпферов (устройства-гасители колебаний), а также применение защитных спиралей и снегоотталкивающих колец (приспособления, мешающие льду и снегу плотно налипать на воздушные линии). Эти решения требуют значительных затрат, но не предотвращают саму проблему обледенения.
Активные подходы включают плавку льда электрическим током и механическую очистку, однако они опасны для персонала, требуют отключения энергии и сложного оборудования. Более современный подход — нанесение гидрофобных покрытий, создающих защитную пленку на проводах. Хотя такой способ известен, но до сих пор не существует устройств для его технического воплощения. Имеющиеся беспилотные аппараты, например, сельскохозяйственные дроны, не способны обеспечить необходимое позиционирование форсунки (распылителя жидкости) с точностью до сантиметров относительно линий электропередачи. Таким образом, на практике крайне сложно наносить специальные составы на протяженные высоковольтные линии, расположенные на большой высоте.
Ученые Пермского Политеха впервые создали беспилотный летательный аппарат, который способен самостоятельно и с высокой точностью обрабатывать провода линий электропередач противообледенительной жидкостью. Предложенная система позиционирования для борьбы с обледенением не имеет аналогов.
Внешне устройство напоминает обычный квадрокоптер с корпусом, разделенным на два отсека — верхний с системой управления, видеокамерой и насосом, и нижний, служащий резервуаром для жидкости. Главное отличие — интеллектуальная система позиционирования с метровым датчиком (длинный чувствительный стержень, определяющий точное расположение провода), выполняющим роль «искусственного зрения». Этот двухрежимный датчик работает как умная антенна: при наличии напряжения на линии регистрирует электромагнитное поле, а при его отсутствии переключается в емкостный режим, определяя приближение к кабелям.
«Процесс обработки начинается с получения метеопредупреждения об опасности обледенения. После заправки гидрофобным раствором оператор вручную подводит дрон к линии, ориентируя его с помощью видеокамеры так, чтобы датчик находился вблизи от линии. Затем система автоматически включает гидронасос и начинает движение вдоль линии, точно удерживая заданное расстояние. Распылительная форсунка, выведенная через боковую стенку корпуса, обеспечивает прицельное нанесение жидкости без потерь. При достижении следующей опоры аппарат останавливается и переключается в режим ручного управления для перехода на соседний провод», — рассказал Владимир Модорский, декан аэрокосмического факультета ПНИПУ, доктор технических наук.
Данная разработка открывает новые возможности для профилактического обслуживания ЛЭП, позволяя перейти от ликвидации последствий обледенения к их предотвращению. По сравнению с традиционными методами, такая обработка в разы экономичнее механической очистки и плавки льда током. При этом технология безопасна для работников и позволяет проводить обработку без прекращения подачи электроэнергии потребителям.
К тому же, в отличие от пассивных способов усиления конструкций, которые лишь повышают запас прочности, технология пермских ученых непосредственно предотвращает образование льда, обеспечивая более высокую эффективность защиты.