Trillingen en dansen van draden op bovengrondse hoogspanningslijnen
Op de werkvloer lucht leidingen Onder natuurlijke omstandigheden zijn, naast de gebruikelijke veranderingen die worden veroorzaakt in de werking van geleiders door de werking van ijs, wind en temperatuur, de verschijnselen van trillingen en dansen van geleiders van belang.
De trilling van de draden in het verticale vlak wordt waargenomen bij lage windsnelheden en bestaat uit het verschijnen in de draden van longitudinale (staande) en voornamelijk zwervende golven met een amplitude tot 50 mm en een frequentie van 5-50 Hz. Het resultaat van de trillingen zijn de breuken van de geleiders van de draden, het zelflossen van de bouten van de steunen, de vernietiging van de delen van de fittingen van de isolerende strengen, enz.
Om trillingen tegen te gaan zijn de draden verstevigd door oprollen in de bevestigingspunten, auto-vibratieklemmen en geluiddempers (schokdempers).
In bovenleidingen is er, hoewel minder vaak, een ander, minder bestudeerd fenomeen - de dans van de geleiders, dat wil zeggen de trilling van de geleiders met een grote amplitude, wat leidt tot de botsing van de geleiders van verschillende fasen, en daarom , de drop-line werkt niet.
Draad trillingen
Wanneer de luchtstroom rond de geleiders door de as van de lijn of onder een hoek met deze as wordt gericht, ontstaan aan de lijzijde van de geleider wervelingen. De wind wordt periodiek gescheiden van de draad en wervels worden gevormd in de tegenovergestelde richting.
De scheiding van de vortex aan de onderkant veroorzaakt het verschijnen van een cirkelvormige stroming aan de lijzijde, en de stroomsnelheid v op punt A wordt groter dan op punt B. Als gevolg hiervan verschijnt een verticale component van winddruk.
Wanneer de frequentie van vortexvorming samenvalt met een van de natuurlijke frequenties van de uitgerekte draad, begint deze te trillen in het verticale vlak. In dit geval wijken sommige punten meestal af van de evenwichtspositie en vormen ze de antinode van de golf, terwijl andere op hun plaats blijven en de zogenaamde knooppunten vormen. Alleen hoekverplaatsingen van de geleider treden op bij de knooppunten.
Dit worden trillingen van een draad genoemd met een amplitude van niet meer dan 0,005 halve golflengte of twee diameters van de draadtrilling.
Figuur 1. Vortexvorming achter de draad
Draadtrillingen treden op bij een windsnelheid van 0,6-0,8 m/s; naarmate de windsnelheid toeneemt, nemen de trillingsfrequentie en het aantal golven in het bereik toe; wanneer de windsnelheid hoger is dan 5-8 m / s, zijn de trillingsamplituden zo klein dat ze niet gevaarlijk zijn voor de geleider.
Uit operationele ervaring blijkt dat draadtrillingen het vaakst worden waargenomen op lijnen die door open en vlak terrein lopen. Op baanvakken in het bos en oneffen terrein zijn de duur en intensiteit van trillingen veel minder.
Draadtrillingen worden in de regel waargenomen op afstanden van meer dan 120 m en nemen toe met toenemende afstanden.Trillingen zijn vooral gevaarlijk bij het oversteken van rivieren en watergebieden met afstanden van meer dan 500 m.
Het risico van trillingen ligt in het breken van individuele draden in de gebieden waar ze de klemmen verlaten. Deze discontinuïteiten zijn het gevolg van het feit dat wisselende spanningen door periodieke buiging van de draden als gevolg van trillingen worden gesuperponeerd op de hoofdtrekspanningen in de opgehangen draad. Als de laatste spanningen laag zijn, bereiken de totale spanningen niet de limiet waarbij de geleiders bezwijken als gevolg van vermoeidheid.
Rijst. 2. Trillingsgolven langs de draad tijdens de vlucht
Op basis van observaties en onderzoek is gebleken dat het risico op draadbreuk afhangt van de zgn Gemiddelde bedrijfsspanning (spanning bij gemiddelde jaartemperatuur en afwezigheid van extra belastingen).
ALCOA "SCOLAR III" vibratierecorder gemonteerd op spiraalvormige houder
Methoden om de trilling van draden te beheersen
Volgens PUE enkele aluminium en staal-aluminium draden met een doorsnede tot 95 mm2 bij afstanden van meer dan 80 m, doorsnede van 120 — 240 mm2 bij afstanden van meer dan 100 m, doorsnede van 300 mm2 of meer bij afstanden van meer dan 120 m moeten staaldraden en kabels van alle doorsneden op afstanden van meer dan 120 m worden beschermd tegen trillingen als de spanning bij de gemiddelde jaartemperatuur hoger is dan: 3,5 daN / mm2 (kgf / mm2) in aluminium geleiders, 4,0 daN / mm2 in staal-aluminium geleiders, 18,0 daN / mm2 in staaldraden en kabels.
Bij kleinere afstanden dan hierboven is geen trillingsbescherming vereist.Trillingsbescherming is ook niet vereist op tweeaderige gesplitste faselijnen als de spanning bij de gemiddelde jaartemperatuur niet hoger is dan 4,0 daN / mm2 in aluminium en 4,5 daN / mm2 in staal-aluminium geleiders.
Drie- en vierdraads fasescheiding vereist meestal geen trillingsbescherming. Delen van alle lijnen die tegen zijwind zijn beschermd, zijn niet onderworpen aan trillingsbeveiliging. Bij grote kruisingen van rivieren en watergebieden is beveiliging vereist, ongeacht de spanning in de draden.
In de regel is het economisch onrendabel om de spanningen in lijngeleiders te verlagen tot waarden waarbij geen trillingsbescherming vereist is. Daarom worden op lijnen met een spanning van 35 — 330 kV trillingsdempers gemaakt in de vorm van twee gewichten opgehangen aan een staalkabel.
Trillingsdempers absorberen de energie van de trillende draden en verminderen de amplitude van de trillingen rond de klemmen. Trillingsdempers moeten op bepaalde afstanden van de klemmen worden geïnstalleerd, bepaald afhankelijk van het merk en de spanning van de draad.
Bij een aantal trillingsbeschermingslijnen worden wapeningsstaven van hetzelfde materiaal als de draad gebruikt en op de plaats waar deze in de beugel wordt bevestigd om de draad gewikkeld over een lengte van 1,5 - 3,0 m.
De diameter van de staven neemt af aan weerszijden van het midden van de beugel. Wapeningsstaven verhogen de stijfheid van de draad en verkleinen de kans op schade door trillingen. Trillingsdempers zijn echter het meest effectieve middel om trillingen op te vangen.
Rijst. 3. Trillingsdemper op de draad
Voor trillingsbescherming van enkele staal-aluminium draden met een doorsnede van 25-70 mm2 en aluminium met een doorsnede tot 95 mm2, lusvormige dempers (demperlussen) opgehangen onder de draad (onder de draagbeugel) in de vorm van een lus met een lengte van 1,0 wordt aanbevolen -1,35 m draad van dezelfde sectie.
In de buitenlandse praktijk worden lusdempers van één of meerdere opeenvolgende lussen ook gebruikt om draden met een grote doorsnede te beschermen, ook draden bij grote overgangen.
Dans op de draden
De dans van draden wordt, net als trillingen, opgewekt door de wind, maar verschilt van trillingen met een grote amplitude, die 12-14 m bereiken en een lange golflengte. Op lijnen met enkele draden wordt meestal een dans met één golf waargenomen, dat wil zeggen met twee halve golven in het bereik (Fig. 4), op lijnen met gesplitste draden - met één halve golf in een overspanning.
In een vlak loodrecht op de as van de lijn beweegt de draad wanneer deze langs een langwerpige ellips danst, waarvan de hoofdas verticaal is of onder een kleine hoek (tot 10 - 20 °) van de verticaal afwijkt.
De diameters van de ellips zijn afhankelijk van de doorbuigpijl: bij het dansen met een halve golf in het bereik kan de grote diameter van de ellips 60 - 90% van de doorbuigpijl bereiken, terwijl dansen met twee halve golven - 30 - 45% van de doorbuigpijl. De kleine diameter van de ellips is gewoonlijk 10 tot 50% van de lengte van de grote diameter.
In de regel wordt draaddansen waargenomen in ijzige omstandigheden. Op de draden zet zich vooral aan de lijzijde ijs af, waardoor de draad een onregelmatige vorm krijgt.
Wanneer de wind op een draad met eenzijdig ijs werkt, neemt de snelheid van de luchtstroom aan de bovenkant toe en neemt de druk af.Dit resulteert in een hefkracht Vy waardoor de draad gaat dansen.
Het gevaar van dansen ligt in het feit dat de trillingen van de draden van afzonderlijke fasen, evenals van draden en kabels, asynchroon optreden; er zijn vaak gevallen waarin draden in tegengestelde richting lopen en dichtbij komen of zelfs botsen.
In dit geval treden elektrische ontladingen op, waardoor afzonderlijke draden smelten en soms draden breken. Er waren ook gevallen waarin de geleiders van de 500 kV-lijnen tot het niveau van de kabels rezen en ermee in botsing kwamen.
Rijst. 4: a - dansende golven op een draad tijdens de vlucht, b - een draad bedekt met ijs in een luchtstroom ertussen.
Bevredigende resultaten van de werking van experimentele lijnen met dansdempers zijn nog steeds niet voldoende om de afstand tussen de draden te verkleinen.
Op sommige buitenlandse lijnen met onvoldoende afstand tussen geleiders van verschillende fasen, zijn isolerende afstandselementen geïnstalleerd, die de mogelijkheid uitsluiten dat de geleiders vast komen te zitten tijdens het dansen.