Vibracije in ples žic na nadzemnih električnih vodih

Študij na delovnem mestu zračne linije V naravnih razmerah so poleg običajnih sprememb v delovanju prevodnikov zaradi delovanja ledu, vetra in temperature zanimivi pojavi tresljajev in plesov prevodnikov.

Vibracije žic v navpični ravnini opazimo pri nizkih hitrostih vetra in so sestavljene iz pojava v žicah vzdolžnih (stoječih) in predvsem tavajočih valov z amplitudo do 50 mm in frekvenco 5-50 Hz. Posledica tresljajev so prelomi vodnikov žic, samorahljanje vijakov nosilcev, uničenje delov okovja izolacijskih vrvic itd.

Za boj proti vibracijam so žice ojačane z navijanjem v pritrdilnih točkah, samovibracijskimi sponkami in dušilci (amortizerji).

V nadzemnih vodih je, čeprav redkeje, še en, manj raziskan pojav - ples vodnikov, to je nihanje vodnikov z veliko amplitudo, ki vodi do trka vodnikov različnih faz in zato , spustna linija ne deluje.

Vibracija žice

Ko je zračni tok okoli vodnikov usmerjen skozi os črte ali pod kotom na to os, nastanejo vrtinci na zavetrni strani vodnika. Veter se občasno loči od žice in nastanejo vrtinci v nasprotni smeri.

Ločitev vrtinca na dnu povzroči pojav krožnega toka na zavetrni strani, hitrost toka v v točki A pa postane večja kot v točki B. Posledično se pojavi navpična komponenta vetrnega tlaka.

Ko frekvenca nastanka vrtinca sovpada z eno od lastnih frekvenc napete žice, le-ta začne vibrirati v navpični ravnini. Pri tem nekatere točke večinoma odstopajo od ravnotežnega položaja in tvorijo antinod valovanja, medtem ko druge ostanejo na mestu in tvorijo tako imenovana vozlišča. Na vozliščih se pojavijo samo kotni premiki prevodnika.

Takšne imenujemo nihanja žice z amplitudo, ki ne presega 0,005 polvalovne dolžine ali dveh premerov nihanja žice.

Slika 1. Oblikovanje vrtinca za žico

Vibracije žice se pojavijo pri hitrosti vetra 0,6-0,8 m / s; ko se hitrost vetra poveča, se frekvenca vibracij in število valov v območju povečata; ko hitrost vetra presega 5-8 m / s, so amplitude vibracij tako majhne, ​​da niso nevarne za vodnik.

Obratovalne izkušnje kažejo, da se tresljaji žice najpogosteje pojavljajo na vodih, ki potekajo po odprtem in ravnem terenu. Na odsekih prog v gozdu in na neravnem terenu sta trajanje in intenzivnost tresljajev veliko manjša.

Vibracije žice se praviloma opazijo na razdaljah, daljših od 120 m, in se z naraščajočo razdaljo povečujejo.Tresljaji so še posebej nevarni pri prečkanju rek in vodnih površin z razdaljami, večjimi od 500 m.

Nevarnost tresljajev je v zlomu posameznih žic na mestih, kjer izstopajo iz sponk. Te prekinitve so posledica dejstva, da se izmenične napetosti zaradi periodičnega upogibanja žic kot posledica vibracij prekrivajo z glavnimi nateznimi napetostmi v obešeni žici. Če so slednje napetosti majhne, ​​potem skupne napetosti ne dosežejo meje, pri kateri vodniki odpovedo zaradi utrujenosti.

riž. 2. Vibracijski valovi vzdolž žice med letom

Na podlagi opazovanj in raziskav je bilo ugotovljeno, da je nevarnost preloma žice odvisna od t.i Povprečna delovna napetost (napetost pri povprečni letni temperaturi in odsotnosti dodatnih bremen).

Snemalnik vibracij ALCOA "SCOLAR III", nameščen na spiralnem nosilcu

Metode nadzora vibracij žic

Po navedbah PUE enojne aluminijaste in jekleno-aluminijeve žice s presekom do 95 mm2 na razdaljah večjih od 80 m, presekom 120–240 mm2 na razdaljah večjih od 100 m, presekom 300 mm2 ali več na razdaljah več nad 120 m, jeklenice in kabli vseh prerezov na razdaljah nad 120 m morajo biti zaščiteni pred tresljaji, če napetost pri povprečni letni temperaturi presega: 3,5 daN / mm2 (kgf / mm2) v aluminijastih vodnikih, 4,0 daN / mm2 v jekleno-aluminijastih vodnikih, 18,0 daN / mm2 v jeklenih žicah in kablih.

Pri razdaljah, manjših od zgornjih, zaščita pred tresljaji ni potrebna.Zaščita pred tresljaji tudi ni potrebna na dvožilnih razcepljenih faznih vodih, če napetost pri povprečni letni temperaturi ne presega 4,0 daN/mm2 v aluminiju in 4,5 daN/mm2 v jekleno-aluminijevih vodnikih.

Tri- in štirižična ločitev faz običajno ne zahteva zaščite pred vibracijami. Odseki vseh prog, ki so zaščiteni pred bočnim vetrom, niso predmet zaščite pred vibracijami. Pri večjih prehodih rek in vodnih površin je potrebna zaščita ne glede na napetost v žicah.

Praviloma je ekonomsko nedonosno znižati napetosti v vodnikih na vrednosti, pri katerih zaščita pred vibracijami ni potrebna. Zato so na progah z napetostjo 35-330 kV blažilniki vibracij izdelani v obliki dveh uteži, obešenih na jekleni kabel.

Dušilniki tresljajev absorbirajo energijo vibrirajočih žic in zmanjšajo amplitudo tresljajev okoli sponk. Dušilniki vibracij morajo biti nameščeni na določenih razdaljah od sponk, ki se določijo glede na znamko in napetost žice.

Na številnih linijah za zaščito pred vibracijami se uporabljajo armaturne palice iz istega materiala kot žica, ki so navite okoli žice na mestu, kjer je pritrjena v nosilcu v dolžini 1,5–3,0 m.

Premer palic se zmanjša na obeh straneh središča nosilca. Ojačitvene palice povečajo togost žice in zmanjšajo verjetnost poškodb zaradi vibracij. Vendar so blažilniki tresljajev najučinkovitejše sredstvo za spopadanje z tresljaji.

riž. 3. Dušilnik vibracij na žici

Za zaščito pred vibracijami enojnih jekleno-aluminijastih žic s prerezom 25-70 mm2 in aluminija s prerezom do 95 mm2 so pod žico (pod nosilnim kotom) obešeni dušilci (blažilne zanke) v obliki zanke z dolžino 1,0 priporočamo -1,35 m žice istega preseka.

V tuji praksi se za zaščito žic z velikim prerezom, vključno z žicami na velikih prehodih, uporabljajo tudi dušilci zank ene ali več zaporednih zank.

Ples na žicah

Ples žic, tako kot vibracije, vzbuja veter, vendar se razlikuje od vibracij z veliko amplitudo, ki doseže 12-14 m in dolgo valovno dolžino. Na linijah z enojnimi žicami se najpogosteje opazi ples z enim valom, to je z dvema polvaloma v območju (slika 4), na linijah z razcepljenimi žicami - z enim polvalom v razponu.

V ravnini, ki je pravokotna na os črte, se žica premika, ko pleše po podolgovati elipsi, katere glavna os je navpična ali pod rahlim kotom (do 10-20 °) odklonjena od navpičnice.

Premeri elipse so odvisni od povešene puščice: pri plesu z enim polovičnim valom v območju lahko velik premer elipse doseže 60–90 % povešene puščice, pri plesu z dvema polovičnima valoma pa 30–45 % povešena puščica. Manjši premer elipse je običajno od 10 do 50 % dolžine velikega premera.

Praviloma je žični ples opazen v ledenih razmerah. Led se na žice nalaga predvsem na zavetrni strani, zaradi česar dobi žica nepravilno obliko.

Ko veter deluje na žico z enostranskim ledom, se hitrost zračnega toka na vrhu poveča in tlak zmanjša.Posledica tega je dvižna sila Vy, ki povzroči ples žice.

Nevarnost plesa je v tem, da se tresljaji žic posameznih faz, pa tudi žic in kablov pojavljajo asinhrono; pogosto pride do primerov, ko žice potekajo v nasprotnih smereh in se približajo ali celo trčijo.

V tem primeru pride do električnih razelektritev, ki povzročijo taljenje posameznih žic, včasih pa tudi pretrganje žic. Bili so tudi primeri, ko so se vodniki 500 kV vodov dvignili na nivo kablov in trčili vanje.

riž. 4: a — plešoči valovi na žici med letom, b — žica, prekrita z ledom, v zračnem toku med njima.

Zadovoljivi rezultati delovanja eksperimentalnih linij s plesnimi dušilci še vedno niso dovolj za zmanjšanje razdalje med žicami.

Na nekaterih tujih vodih z nezadostnimi razdaljami med vodniki različnih faz so nameščeni izolacijski distančni elementi, ki izključujejo možnost ujetja vodnikov med plesom.