Vibrația și dansul firelor pe liniile electrice aeriene

Studiul la locul de muncă linii aeriene In conditii naturale, pe langa schimbarile obisnuite provocate in functionarea conductoarelor prin actiunea ghetii, vantului si a temperaturii, intereseaza fenomenele de vibratii si dansuri ale conductorilor.

Vibrația firelor în plan vertical se observă la viteze reduse ale vântului și constă în apariția în fire a undelor longitudinale (în picioare) și preponderent rătăcitoare cu o amplitudine de până la 50 mm și o frecvență de 5-50 Hz. Rezultatul vibrațiilor este ruperea conductoarelor firelor, autoslăbirea șuruburilor suporturilor, distrugerea părților armăturilor șirurilor izolatoare etc.

Pentru a combate vibrațiile, firele sunt întărite prin bobinaj în punctele de atașare, cleme auto-vibratoare și amortizoare (amortizoare).

În liniile aeriene, există, deși mai rar, un alt fenomen, mai puțin studiat - dansul conductorilor, adică oscilația conductorilor cu o amplitudine mare, care duce la ciocnirea conductorilor de diferite faze și, prin urmare, , linia drop-line nu funcționează.

Vibrația firului

Atunci când fluxul de aer din jurul conductorilor este direcționat prin axa liniei sau într-un unghi față de această axă, se formează vârtejuri pe partea sub vânt a conductorului. Vântul este separat periodic de sârmă și se formează vârtejuri în direcția opusă.

Separarea vârtejului în partea de jos determină apariția unui flux circular pe partea sub vânt, iar viteza de curgere v în punctul A devine mai mare decât în ​​punctul B. Ca urmare, apare o componentă verticală a presiunii vântului.

Când frecvența formării vortexului coincide cu una dintre frecvențele naturale ale firului întins, acesta din urmă începe să vibreze în plan vertical. În acest caz, unele puncte se abat în mare parte de la poziția de echilibru, formând antinodul undei, în timp ce altele rămân pe loc, formând așa-numitele noduri. La noduri apar doar deplasări unghiulare ale conductorului.

Acestea se numesc vibrații ale unui fir cu o amplitudine care nu depășește 0,005 lungime de jumătate de undă sau două diametre ale vibrației firului.

Figura 1. Formarea vortexului în spatele firului

Vibrațiile firului apar la o viteză a vântului de 0,6-0,8 m/s; pe măsură ce viteza vântului crește, crește frecvența vibrațiilor și numărul de valuri din interval; când viteza vântului depășește 5-8 m/s, amplitudinile vibrațiilor sunt atât de mici încât nu sunt periculoase pentru conductor.

Experiența operațională arată că vibrațiile firelor sunt cel mai adesea observate pe liniile care trec prin teren deschis și plat. Pe tronsoane de linii din pădure și terenuri denivelate, durata și intensitatea vibrațiilor sunt mult mai mici.

Vibrația firului se observă, de regulă, la distanțe mai mari de 120 m și crește odată cu creșterea distanțelor.Vibrațiile sunt deosebit de periculoase la traversarea râurilor și a zonelor de apă cu distanțe mai mari de 500 m.

Riscul de vibrație constă în ruperea firelor individuale în zonele în care ies din cleme. Aceste discontinuități se datorează faptului că tensiunile alternative de îndoire periodică a firelor ca urmare a vibrațiilor sunt suprapuse tensiunilor principale de întindere din firul suspendat. Dacă tensiunile din urmă sunt scăzute, atunci tensiunile totale nu ating limita la care conductoarele defectează din cauza oboselii.

Orez. 2. Unde de vibrație de-a lungul firului în zbor

Pe baza observațiilor și cercetărilor, s-a constatat că riscul ruperii firului depinde de așa-numita Tensiune medie de funcționare (tensiune la temperatura medie anuală și absența sarcinilor suplimentare).

Înregistrator de vibrații ALCOA „SCOLAR III” montat pe suport spiralat

Metode de control al vibrațiilor firelor

Conform PUE fire simple din aluminiu și oțel-aluminiu cu o secțiune transversală de până la 95 mm2 la distanțe mai mari de 80 m, secțiune transversală de 120 — 240 mm2 la distanțe mai mari de 100 m, secțiune transversală de 300 mm2 sau mai mult la distanțe mai mari peste 120 m, firele și cablurile de oțel de toate secțiunile transversale la distanțe de peste 120 m trebuie protejate de vibrații dacă tensiunea la temperatura medie anuală depășește: 3,5 daN / mm2 (kgf / mm2) în conductoarele de aluminiu, 4,0 daN / mm2 în conductoare oțel-aluminiu, 18,0 daN / mm2 în fire și cabluri de oțel.

La distanțe mai mici decât cele de mai sus, nu este necesară nicio protecție împotriva vibrațiilor.Protecția împotriva vibrațiilor nu este, de asemenea, necesară pe liniile cu două conductoare cu fază divizată dacă solicitarea la temperatura medie anuală nu depășește 4,0 daN / mm2 la aluminiu și 4,5 daN / mm2 la conductorii oțel-aluminiu.

Separarea fazelor cu trei și patru fire de obicei nu necesită protecție împotriva vibrațiilor. Secțiunile tuturor liniilor care sunt protejate de vânt transversal nu sunt supuse protecției la vibrații. La traversări mari de râuri și zone de apă, protecția este necesară indiferent de tensiunea din fire.

De regulă, este neprofitabilă din punct de vedere economic să se reducă tensiunile din conductorii de linie la valori în care nu este necesară protecția împotriva vibrațiilor. Prin urmare, pe liniile cu tensiunea de 35 — 330 kV, amortizoare de vibrații realizate sub formă de două greutăți suspendate pe un cablu de oțel.

Amortizoarele de vibrații absorb energia firelor vibrante și reduc amplitudinea vibrațiilor din jurul clemelor. Amortizoarele de vibrații trebuie instalate la anumite distanțe față de borne, determinate în funcție de marca și tensiunea firului.

Pe un număr de linii de protecție împotriva vibrațiilor, se folosesc bare de armare din același material ca și sârma și se înfășoară în jurul sârmei în punctul în care este fixat în suport pe o lungime de 1,5 - 3,0 m.

Diametrul barelor scade pe fiecare parte a centrului suportului. Barele de armare cresc rigiditatea firului și reduc probabilitatea deteriorării prin vibrații. Cu toate acestea, amortizoarele de vibrații sunt mijloacele cele mai eficiente de a face față vibrațiilor.

Orez. 3. Amortizor de vibrații pe fir

Pentru protecția la vibrații a firelor individuale de oțel-aluminiu cu o secțiune transversală de 25-70 mm2 și aluminiu cu o secțiune transversală de până la 95 mm2, amortizoare de tip buclă (bucle de amortizor) suspendate sub fir (sub suportul de susținere) sub forma unei bucle cu lungimea de 1,0 se recomanda -1,35 m de sarma de aceeasi sectiune.

În practica străină, amortizoarele cu una sau mai multe bucle consecutive sunt, de asemenea, utilizate pentru a proteja firele cu o secțiune transversală mare, inclusiv firele la tranziții mari.

Dansează pe fire

Dansul firelor, ca și vibrațiile, este excitat de vânt, dar diferă de vibrațiile cu o amplitudine mare, ajungând la 12-14 m și o lungime de undă mare. Pe liniile cu fire simple, se observă cel mai adesea un dans cu un val, adică cu două semi-valuri în gamă (Fig. 4), pe linii cu fire despicate - cu o jumătate de undă într-un interval.

Într-un plan perpendicular pe axa liniei, firul se mișcă atunci când dansează de-a lungul unei elipse alungite, a cărei axă principală este verticală sau deviată la un unghi ușor (până la 10 — 20 °) față de verticală.

Diametrele elipsei depind de săgeata săgeată: atunci când dansați cu o jumătate de val în interval, diametrul mare al elipsei poate ajunge la 60 - 90% din săgeata săgeată, în timp ce dansați cu două jumătăți de valuri - 30 - 45% din săgeata săgeată. Diametrul minor al elipsei este de obicei de 10 până la 50% din lungimea diametrului major.

De regulă, dansul de sârmă este observat în condiții de gheață. Gheața se depune pe fire în principal pe partea sub vânt, drept urmare firul capătă o formă neregulată.

Când vântul acționează asupra unui fir cu gheață unilaterală, viteza fluxului de aer în partea de sus crește și presiunea scade.Aceasta are ca rezultat o forță de ridicare Vy care determină să danseze firul.

Pericolul dansului constă în faptul că vibrațiile firelor fazelor individuale, precum și ale firelor și cablurilor, au loc asincron; sunt adesea cazuri în care firele rulează în direcții opuse și se apropie sau chiar se ciocnesc.

În acest caz, apar descărcări electrice, determinând topirea firelor individuale și, uneori, ruperea firelor. Au fost și cazuri când conductoarele liniilor de 500 kV s-au ridicat la nivelul cablurilor și s-au ciocnit de acestea.

Orez. 4: a — valuri dansând pe un fir în zbor, b — un fir acoperit cu gheață într-un curent de aer între ele.

Rezultatele satisfăcătoare din funcționarea liniilor experimentale cu amortizoare de dans nu sunt încă suficiente pentru a reduce distanța dintre fire.

Pe unele linii străine cu distanțe insuficiente între conductorii de diferite faze se instalează elemente de distanță izolatoare, care exclud posibilitatea de prindere a conductorilor în timpul dansului.