Was ist Vibration und Tanz von Drähten, wovon hängen diese Phänomene ab?
Definition
Vibrationen von Drähten werden als periodische Schwingungen eines Drahtes oder Kabels in der Spanne zwischen den Trägern von Stromleitungen bezeichnet. Schwingungen treten mit einer Frequenz von 3 bis 150 Hz in einer vertikalen Ebene unter dem Einfluss des laminaren Luftstroms auf. Infolgedessen werden stehende Wellen gebildet, deren doppelte Amplitude größer sein kann als der Durchmesser des Drahtes oder Kabels, aber gleichzeitig die Wellenlänge von 0,005 nicht überschreitet.
Stabile periodische Schwingungen werden als Tanz bezeichnet, mit einer größeren Amplitude als im vorherigen Fall und einer niedrigeren Frequenz - von 0,2 bis 2 Hz. So werden stehende Wellen mit einer Amplitude von 0,3 bis 5 Metern und in einigen Fällen mehr gebildet.
Das Phänomen wird an Stromleitungen, Drähten des Kontaktnetzwerks und Blitzschutzkabeln beobachtet. Das Konzept der „automatischen Schwingung“ wird auch auf das Kontaktnetzwerk angewendet, obwohl es im Wesentlichen ein und dasselbe ist. Ein anderer Name ist Äolische Schwingung.
Der Hauptunterschied zwischen Vibration und Tanz ist also die Frequenz. Vibrationen sind für das Auge aufgrund der hohen Frequenz, der geringeren Amplitude und der Anzahl der Halbwellen kaum wahrnehmbar, und Tanzen ist eine starke Vibration mit einer längeren Wellenlänge und Amplitude.
Ursachen
Vibrationen von Drähten und Kabeln von Freileitungen treten bei einer laminaren Luftströmung auf (bei einer Windgeschwindigkeit von 0,5 bis 7 m / s wird die Strömung bei einer höheren Geschwindigkeit turbulent), deren Richtung senkrecht oder in einem Winkel zu ihnen ist.
Dann strömen Luftströme um die zylindrische Oberfläche des Drahtes und es tritt eine kreisförmige Strömung auf, während in seinem oberen Teil (Punkt A in der folgenden Abbildung) die Geschwindigkeit dieser Strömung größer ist als in dem unteren (Punkt B). Dies geschieht aufgrund von Störungen der Luftwirbel von der Ober- und Unterseite, wodurch ein Druckungleichgewicht auftritt.
Somit entsteht nicht nur die horizontale, sondern auch die vertikale Komponente des Drucks der Luft- (Wind-) Strömungen. Wenn die Frequenz der Wirbelbildung mit der Frequenz (einer) der natürlichen Schwingungen des Drahtes übereinstimmt, beginnen seine Schwingungen in der vertikalen Ebene.
Richtig werden Vibrationen genannt, die im System ohne variable äußere Einflüsse infolge der anfänglichen Abweichung auftreten. Wie bei einer Gitarrensaite.
An bestimmten Stellen entstehen Antinoden von Wellen, in denen die Amplitude maximal ist. Die Punkte, die bewegungslos bleiben, werden als Knoten bezeichnet. In ihnen treten die Winkelbewegungen des Drahtes in einfacher Sprache auf - er wird sich biegen und drehen. Stehende Wellen treten auf, wenn die Wellenlänge gleich oder ein Vielfaches des Abstands zwischen den Trägern ist (Spannweitenlänge).
Die Schwingungsfrequenz ist direkt proportional zur Windgeschwindigkeit und kann nach folgender Formel berechnet werden:
f = (0,185 V) / d,
Dabei ist f die Schwingungsfrequenz, V die Windgeschwindigkeit, d der Durchmesser und 0,185 die Strouhal-Zahl, die in diesem Fall charakteristisch ist.
Die Formel zeigt auch, dass der Draht umso stärker vibriert, je dünner er ist. In diesem Fall sind Windgeschwindigkeiten von 0,6 bis 0,8 m / s besonders gefährlich, da bei einer Windgeschwindigkeit von mehr als 5 bis 8 m / s die Amplituden klein und nicht gefährlich sind. In der Regel tritt das Phänomen bei Flügen auf, die länger als 120 Meter sind, und mit zunehmender Entfernung nimmt es nur zu. Dies ist besonders wichtig, wenn die Länge der OHL-Kreuzung mehr als 500 m beträgt, beispielsweise durch Flüsse und Stauseen.
Der Unterschied zwischen Tanzen und Vibration besteht in erster Linie in der Amplitude - sie ist größer und kann 12 bis 14 Meter sowie eine längere Wellenlänge erreichen. Die Art und Flugbahn des Tanzes folgt der Form einer länglichen Ellipse, wobei die Achse 10 bis 20 Grad von der vertikalen Linie abgelenkt ist.
Mit Eis (Vereisung und Vereisung der Leitung) nimmt der Durchmesser des Drahtes gemäß der obigen Formel zu - die Schwingungsfrequenz nimmt ab und die Wellenlänge der Schwingungen nimmt zu.
Eis erscheint nicht gleichmäßig, sondern auf der Leeseite. Infolgedessen werden die Drähte und Kabel nicht zylindrisch, sondern unregelmäßig geformt. Bei dieser Form gibt es während des Windes eine Auftriebskraft in der Abbildung unter Vy.
Sie verursacht Tanz. Links sind die tanzenden Wellen in der Spanne zwischen den Stützen und rechts das eisige Kabel und der Luftstrom, der es umhüllt.
Der Tanz findet mit einer höheren Windgeschwindigkeit als Vibration statt, nämlich 5-20 m / s, in einem Winkel zur Linie von 30-70 Grad. Schwingungen treten mit einer niedrigeren Frequenz und einer größeren Amplitude auf.
Sie können die äußeren Unterschiede zwischen den Phänomenen dieser beiden Phänomene erkennen, indem Sie die folgenden zwei Videos vergleichen:
Gefahr
Mal sehen, was gefährlicher Tanz und Vibration auf der Hochspannungsleitung ist. Der Tanz ist gefährlich, weil die Drähte nicht synchron schwingen und die Amplitude eine solche Größe erreichen kann, dass eine Überlappung mit einem Blitzschutzkabel oder untereinander auftreten kann. Aufgrund dessen treten elektrische Entladungen mit allen daraus resultierenden Konsequenzen auf. Um ein Auspeitschen zu verhindern, werden in einigen Fällen isolierende Abstandshalter zwischen den leitenden Teilen der Leitungen installiert.
Vibrationen sind wiederum zerstörerisch für die Leiter der Leiter, Leitungsbrüche sind auch an den Anschlüssen und Klemmen oder Ausgängen der Klemmen möglich.
Methoden des Kampfes
Da die Gefahr von Vibrationen und Tänzen im Ausfall von Freileitungen, Unterbrechungen und Kurzschlüssen liegt, werden wir die Hauptschutzmethode in Betracht ziehen.
Die Installation von Schwingungsdämpfern ist die Hauptmethode zur Beseitigung der betrachteten Phänomene. Sie kommen in verschiedenen Arten. Ein gemeinsames Merkmal ist, dass sie in Form einer Stange mit Platinen an den Enden hergestellt sind, die am Mittelteil an Kabeln und Drähten aufgehängt sind. Die Art des Schwingungsdämpfers wird gemäß der Spannweite und dem Durchmesser des Leiters gemäß Tabelle 2.5.9 ausgewählt. PUE, S. 2.5.85 (Kapitel 2.5 PUE).
Um die klimatischen Bedingungen zu bestimmen und die Belastung durch mechanische Beanspruchungen während Vibrationen zu berechnen, verwenden sie auch die Informationen in den Abschnitten PUE 2.5.38-2.5.74, die den Winddruck, die Eiswanddicke, die durchschnittliche jährliche Dauer von Gewittern und andere Daten anzeigen. Wenn Sie mehr wissen möchten, können Sie sich mit RD 34.20.182-90 „Methodische Richtlinien für den typischen Schutz vor Vibrationen und Vibrationen von Drähten und Blitzschutzkabeln von Freileitungen mit einer Spannung von 35-750 kV“ vertraut machen.
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