Що таке вібрація і пляска проводів, від чого залежать ці явища

На проводах і грозозахисних тросах високовольтних ліній електропередач виникають різні механічні навантаження і напруги. Наприклад, при вітрі спостерігається таке явище як вібрація або танець проводів. Що це таке, які можуть бути наслідки і методи боротьби ви дізнаєтеся з цієї статті.

Визначення

Вібрацією проводів називаються періодичні коливання проводу або троса в прольоті між опорами ЛЕП. Коливання відбуваються з частотою від 3 до 150 Гц у вертикальній площині під впливом ламинарного повітряного потоку. В результаті утворюються стоячі хвилі, подвійна амплітуда яких може бути більше діаметра дроту або троса, але при цьому не перевищує 0,005 довжини хвилі.

Танцем називаються стійкі періодичні коливання, з більшою ніж в попередньому випадку амплітудою і меншою частотою - від 0,2 до 2 Гц. Таким чином утворюються стоячі хвилі амплітудою від 0,3 до 5 метрів, а в деяких випадках і більше.

Явище спостерігається на лініях електропередач, проводах контактної мережі і грозозахисних тросах. До контактної мережі також застосовується поняття «автоколебания», хоча по суті це одне і теж. Ще одна назва - еолові вібрації.

Так головною відмінністю вібрації від танцю є частота. Вібрація ледь помітна оку через високу частоти, меншої амплітуди і числа напівхвиль, а танець - це сильні коливання з більшою довжиною хвилі і амплітудою.

Причини виникнення

Вібрація проводів і тросів повітряних ЛЕП виникає при ламінарному потоці повітря (при вітрі швидкістю 0.5-7 м / с, при більшій швидкості потік стає турбулентним), напрямок якого перпендикулярно або знаходиться під деяким кутом до них.

Тоді потоки повітря обтікають циліндричну поверхню дроти і виникає круговий потік, при цьому у верхній його частині (на малюнку нижче точка А) швидкість цього потоку більше ніж у нижній (точка В). Відбувається це через зриви вихорів повітря з верхньої і нижньої сторони, в результаті чого з'являється дисбаланс тисків.

Звідси виникає не тільки горизонтальна, а й вертикальна складова тиску потоків повітря (вітру). Якщо частота утворення вихорів співпаде з частотою (однієї з) власних коливань дроти, то почнуться його коливання у вертикальній площині.

Власними називаються коливання, що виникають в системі при відсутності змінних зовнішніх впливів, в результаті початкового відхилення. Як відбувається з гітарної струною.

У певних точках виникнуть пучности хвиль, в них амплітуда буде максимальною. Ті точки, які будуть залишатися нерухомими, називаються вузлами. У них будуть відбуватися кутові переміщення дроти, простою мовою - він буде згинатися і обертатися. Виникають стоячі хвилі, коли довжина хвилі дорівнює або кратна відстані між опорами (довжині прольоту).

Частота вібрацій прямо пропорційна швидкості вітру і може бути обчислена за формулою:

f = (0,185V) / d,

де f - частота коливань, V - швидкість вітру, d - діаметр, 0,185 - характерне в цьому випадку число Струхаля.

З формули видно і те, що чим тонше провід, тим з більшою частотою він вібрує. При цьому особливо небезпечні швидкості вітру 06-08 м / с, оскільки при швидкості вітру більше 5-8 м / с амплітуди малі і не є небезпечними. Як правило, явище виникає в прольотах довжиною понад 120 метрів, при збільшенні відстані лише посилюється. Особливо це важливо при протяжності перетину ПЛ більш ніж 500м, наприклад, через річки і водойми.

Відмінністю танці від вібрації в першу чергу є амплітуда - вона більше і може досягати 12-14 метрів, а також більшою довжиною хвилі. Характер і траєкторія руху при танці повторює форму витягнутого еліпса, з відхиленою віссю на 10-20 градусів від вертикальної лінії.

При ожеледі (наледях і обмерзання лінії) діаметр проводу збільшується виходячи з формули, наведеної вище - зменшується частота коливань і збільшується довжина хвилі вібрацій.

Ожеледь з'являється не рівномірно, а з підвітряного боку. В результаті проведення й троси стають не циліндричними, а неправильної форми. При такій формі під час вітру виникає підйомна сила, на малюнку нижче Vy.

Вона і викликає танець. Зліва зображені хвилі танці в прольоті між опорами, а з права - обледенів трос і огинає його повітряний потік.

Танець виникає при більшій швидкості вітру, ніж вібрації, а саме 5-20 м / с, під кутом до лінії в 30-70 градусів. Коливання відбуваються не так часто і більшою амплітудою.

Зовнішні відмінності явищ цих двох явищ ви можете побачити на порівнявши наступні два відео:

Небезпека

Давайте розберемося чим небезпечна танець і вібрація на ВЛЕП. Танець небезпечна тим, що дроти коливаються несинхронно, а амплітуда може досягти такої величини, що може статися перехлест з тросом грозозахисту, або між собою. Через що відбуваються електричні розряди, з усіма наслідками, що випливають. Для запобігання схлестиваній в деяких випадках встановлюються ізолюючі розпірки між провідними частинами ліній.

Вібрація в свою чергу несе руйнують впливу на жили провідників, також можливі обриви лінії на з'єднаннях і затискачах або виходах із затискачів.

Методи боротьби

Оскільки небезпека вібрації і танці полягає у виході з ладу ВЛ, обривах і замиканнях, ми розглянемо основний метод захисту від неї.

Установка віброгасителів є основним методом усунення розглянутих явищ. Вони бувають різних типів. Спільною рисою є те, що виконані у вигляді стрижня з грузилами на кінцях, який підвішується за середню частину на тросах і проводах. Тип віброгасителя підбирається відповідно до довжини прольоту і діаметром провідника, згідно з таблицею 2.5.9. ПУЕ, п. 2.5.85 (Глава 2.5 ПУЕ).

Для визначення кліматичних умов і розрахунків навантаження механічних напряженностях при вібраціях також користуються інформацією, викладеною в пунктах ПУЕ 2.5.38-2.5.74, в них наведено по районам вітрове тиск, товщина стінки ожеледі, середньорічна тривалість гроз та інші дані. Якщо хочете дізнатися більше - можете ознайомиться з РД 34.20.182-90 «Методичні вказівки за типовою захисту від вібрації і субколебаній проводів і грозозахисних тросів повітряних ліній електропередачі напругою 35-750 кВ».

Матеріали по темі: