Drgania i taniec drutów na napowietrznych liniach elektroenergetycznych

Na studiach zawodowych linie lotnicze W warunkach naturalnych, oprócz zwykłych zmian, jakie w pracy przewodników wywołują działanie lodu, wiatru i temperatury, interesujące są zjawiska drgań i tańców przewodników.

Drgania drutów w płaszczyźnie pionowej obserwuje się przy małych prędkościach wiatru i polegają na pojawianiu się w drutach fal podłużnych (stojących) i głównie wędrujących o amplitudzie do 50 mm i częstotliwości 5-50 Hz. Skutkiem drgań są zerwania przewodów przewodów, samoczynne poluzowanie się śrub podpór, zniszczenie części okuć sznurków izolacyjnych itp.

Aby zwalczyć wibracje, druty są wzmocnione przez zwinięcie w punktach mocowania, obejmy autowibracyjne i tłumiki (amortyzatory).

W liniach napowietrznych występuje, choć rzadziej, inne, mniej zbadane zjawisko - taniec przewodów, czyli oscylacja przewodów o dużej amplitudzie, która prowadzi do zderzenia przewodów różnych faz, a zatem , linia zrzutu nie działa.

Wibracje drutu

Gdy strumień powietrza wokół przewodów jest kierowany przez oś linii lub pod kątem do tej osi, po zawietrznej stronie przewodu powstają wiry. Wiatr jest okresowo oddzielany od drutu i tworzą się wiry w przeciwnym kierunku.

Oderwanie się wiru na dnie powoduje pojawienie się przepływu okrężnego po stronie zawietrznej, a prędkość przepływu v w punkcie A staje się większa niż w punkcie B. W rezultacie pojawia się pionowa składowa naporu wiatru.

Kiedy częstotliwość powstawania wirów zbiega się z jedną z częstotliwości drgań własnych rozciągniętego drutu, ten ostatni zaczyna wibrować w płaszczyźnie pionowej. W tym przypadku niektóre punkty w większości odchylają się od położenia równowagi, tworząc antynodę fali, podczas gdy inne pozostają na miejscu, tworząc tzw. węzły. W węzłach występują tylko przemieszczenia kątowe przewodnika.

Takie drgania nazywane są drganiami drutu o amplitudzie nieprzekraczającej 0,005 półfali lub dwóch średnic drgań drutu.

Rysunek 1. Tworzenie się wirów za drutem

Wibracje drutu występują przy prędkości wiatru 0,6-0,8 m / s; wraz ze wzrostem prędkości wiatru wzrasta częstotliwość drgań i liczba fal w zasięgu; gdy prędkość wiatru przekracza 5-8 m/s, amplitudy drgań są na tyle małe, że nie są niebezpieczne dla przewodnika.

Z doświadczenia eksploatacyjnego wynika, że ​​drgania drutu najczęściej obserwuje się na liniach przechodzących przez teren otwarty i płaski. Na odcinkach linii w terenie leśnym i nierównym czas trwania i intensywność drgań są znacznie mniejsze.

Drgania drutu obserwuje się z reguły przy odległościach większych niż 120 m i wzrastają wraz ze wzrostem odległości.Wibracje są szczególnie niebezpieczne podczas przekraczania rzek i akwenów wodnych na odległość większą niż 500 m.

Ryzyko wibracji polega na pękaniu poszczególnych drutów w miejscach, w których wychodzą one z zacisków. Te nieciągłości wynikają z faktu, że zmienne naprężenia wynikające z okresowego zginania drutów w wyniku wibracji nakładają się na główne naprężenia rozciągające w zawieszonym drucie. Jeśli te ostatnie naprężenia są niskie, wówczas całkowite naprężenia nie osiągają granicy, przy której przewody ulegają uszkodzeniu z powodu zmęczenia.

Ryż. 2. Fale wibracyjne wzdłuż drutu w locie

Na podstawie obserwacji i badań stwierdzono, że ryzyko zerwania drutu zależy od tzw Średnie napięcie robocze (napięcie przy średniej temperaturze rocznej i braku dodatkowych obciążeń).

Rejestrator drgań ALCOA „SCOLAR III” montowany na uchwycie spiralnym

Metody kontroli drgań drutów

Według PUE pojedyncze druty aluminiowe i stalowo-aluminiowe o przekroju do 95 mm2 na odległościach większych niż 80 m, przekroju 120-240 mm2 na odległościach większych niż 100 m, przekroju poprzecznym 300 mm2 lub większym na odległościach większych niż 120 m, druty i kable stalowe wszystkich przekrojów na odcinkach powyżej 120 m należy chronić przed drganiami, jeżeli naprężenie w temperaturze średniorocznej przekracza: 3,5 daN/mm2 (kgf/mm2) w przewodach aluminiowych, 4,0 daN/mm2 w przewodach stalowo-aluminiowych, 18,0 daN/mm2 w drutach i kablach stalowych.

Przy odległościach mniejszych niż podane powyżej ochrona przed wibracjami nie jest wymagana.Ochrona przed drganiami nie jest również wymagana na dwuprzewodowych liniach rozdzielonych faz, jeżeli naprężenia w średniej rocznej temperaturze nie przekraczają 4,0 daN/mm2 dla przewodów aluminiowych i 4,5 daN/mm2 dla przewodów stalowo-aluminiowych.

Trój- i czteroprzewodowa separacja faz zwykle nie wymaga ochrony przed drganiami. Odcinki wszystkich linii, które są chronione przed wiatrem bocznym, nie podlegają ochronie wibracyjnej. Na dużych przeprawach przez rzeki i akweny wymagana jest ochrona niezależnie od napięcia w przewodach.

Z reguły nieopłacalne ekonomicznie jest obniżanie napięć w przewodach liniowych do wartości, przy których nie jest wymagana ochrona przed drganiami. Dlatego na liniach o napięciu 35 — 330 kV zastosowano tłumiki drgań wykonane w postaci dwóch obciążników zawieszonych na stalowej linie.

Tłumiki drgań pochłaniają energię wibrujących drutów i zmniejszają amplitudę drgań wokół zacisków. Tłumiki drgań należy montować w określonych odległościach od zacisków, określonych w zależności od marki i napięcia przewodu.

Na wielu liniach antywibracyjnych stosuje się pręty zbrojeniowe wykonane z tego samego materiału co drut, które są owinięte wokół drutu w miejscu jego zamocowania w uchwycie na długości 1,5 - 3,0 m.

Średnica prętów zmniejsza się po obu stronach środka wspornika. Pręty zbrojeniowe zwiększają sztywność drutu i zmniejszają prawdopodobieństwo uszkodzeń spowodowanych wibracjami. Jednak tłumiki drgań są najskuteczniejszym sposobem radzenia sobie z wibracjami.

Ryż. 3. Tłumik drgań na drucie

Do ochrony przed drganiami pojedynczych drutów stalowo-aluminiowych o przekroju 25-70 mm2 oraz aluminiowych o przekroju do 95 mm2, amortyzatory pętlowe (pętle tłumiące) zawieszane pod drutem (pod wspornikiem) w postaci pętli o długości 1,0 zaleca się -1,35 m drutu o tym samym przekroju.

W praktyce zagranicznej amortyzatory pętlowe jednej lub kilku kolejnych pętli stosuje się również do ochrony przewodów o dużym przekroju, w tym przewodów przy dużych przejściach.

Taniec na drutach

Taniec drutów, podobnie jak wibracje, jest wzbudzany przez wiatr, ale różni się od wibracji o dużej amplitudzie, sięgającej 12-14 m i dużej długości fali. Na liniach z pojedynczymi drutami najczęściej obserwuje się taniec z jedną falą, czyli z dwiema półfalami w przedziale (ryc. 4), na liniach z drutami rozszczepionymi - z jedną półfalą w przęśle.

W płaszczyźnie prostopadłej do osi linii drut porusza się, gdy tańczy wzdłuż wydłużonej elipsy, której główna oś jest pionowa lub odchylona pod niewielkim kątem (do 10-20 °) od pionu.

Średnice elipsy zależą od strzałki zwisu: podczas tańca z jedną połówką fali w zakresie, duża średnica elipsy może sięgać 60 - 90% strzałki zwisu, podczas tańca z dwiema półfalami - 30 - 45 % zwisająca strzała. Mniejsza średnica elipsy wynosi zwykle od 10 do 50% długości większej średnicy.

Z reguły taniec z drutu obserwuje się w warunkach oblodzenia. Lód osadza się na drutach głównie po stronie zawietrznej, w wyniku czego drut nabiera nieregularnego kształtu.

Kiedy wiatr działa na drut z jednostronnym lodem, prędkość przepływu powietrza na górze wzrasta, a ciśnienie maleje.Powoduje to powstanie siły podnoszącej Vy powodującej taniec drutu.

Niebezpieczeństwo tańca polega na tym, że drgania przewodów poszczególnych faz, a także przewodów i kabli zachodzą asynchronicznie; często zdarza się, że przewody biegną w przeciwnych kierunkach i zbliżają się lub nawet zderzają.

W takim przypadku dochodzi do wyładowań elektrycznych, które powodują stopienie poszczególnych drutów, a czasami pękanie drutów. Zdarzały się również przypadki, gdy przewody linii 500 kV wznosiły się do poziomu kabli i kolidowały z nimi.

Ryż. 4: a — fale tańczące na drucie w locie, b — drut pokryty lodem w strumieniu powietrza między nimi.

Satysfakcjonujące wyniki z eksploatacji linii eksperymentalnych z amortyzatorami tanecznymi to wciąż za mało, aby zmniejszyć odległość między przewodami.

Na niektórych obcych liniach o niewystarczających odstępach między przewodami różnych faz instaluje się dystanse izolujące, które wykluczają możliwość zaczepienia przewodów podczas tańca.