¿Qué es la vibración y la danza de los cables? ¿De qué dependen estos fenómenos?
Definición
La vibración de los cables se llama oscilaciones periódicas de un cable o cable en el tramo entre los soportes de las líneas eléctricas. Las oscilaciones ocurren con una frecuencia de 3 a 150 Hz en un plano vertical bajo la influencia del flujo de aire laminar. Como resultado, se forman ondas estacionarias, cuya amplitud doble puede ser mayor que el diámetro del alambre o cable, pero al mismo tiempo no excede la longitud de onda de 0.005.
Las oscilaciones periódicas estables se llaman danza, con una amplitud mayor que el caso anterior y una frecuencia más baja, de 0.2 a 2 Hz. Por lo tanto, las ondas estacionarias se forman con una amplitud de 0.3 a 5 metros, y en algunos casos más.
El fenómeno se observa en líneas eléctricas, cables de la red de contacto y cables de protección contra rayos. El concepto de "auto-oscilación" también se aplica a la red de contactos, aunque en esencia es el mismo. Otro nombre es vibración eólica.
Entonces, la principal diferencia entre vibración y danza es la frecuencia. La vibración apenas se nota en el ojo debido a la alta frecuencia, la amplitud más baja y la cantidad de medias ondas, y el baile es una vibración fuerte con una longitud de onda y amplitud más largas.
Causas
La vibración de los alambres y cables de las líneas eléctricas aéreas se produce con un flujo de aire laminar (con una velocidad del viento de 0.5-7 m / s, a una velocidad mayor, el flujo se vuelve turbulento), cuya dirección es perpendicular o en ángulo con respecto a ellos.
Luego, los flujos de aire fluyen alrededor de la superficie cilíndrica del cable y se produce un flujo circular, mientras que en su parte superior (punto A en la figura siguiente) la velocidad de este flujo es mayor que en la inferior (punto B). Esto ocurre debido a interrupciones de los vórtices de aire de los lados superior e inferior, como resultado de lo cual aparece un desequilibrio de presión.
Por lo tanto, no solo surge el componente horizontal, sino también el componente vertical de la presión de los flujos de aire (viento). Si la frecuencia de formación de vórtices coincide con la frecuencia de (una de) las vibraciones naturales del cable, entonces comenzarán sus vibraciones en el plano vertical.
Las apropiadas se llaman vibraciones que ocurren en el sistema en ausencia de influencias externas variables, como resultado de la desviación inicial. Como sucede con una cuerda de guitarra.
En ciertos puntos, surgirán antinodos de ondas, en ellos la amplitud será máxima. Los puntos que permanecerán inmóviles se denominan nodos. En ellos, los movimientos angulares del alambre ocurrirán, en un lenguaje simple: se doblará y rotará. Las ondas estacionarias ocurren cuando la longitud de onda es igual o un múltiplo de la distancia entre los soportes (longitud del tramo).
La frecuencia de vibración es directamente proporcional a la velocidad del viento y puede calcularse mediante la fórmula:
f = (0.185V) / d,
donde f es la frecuencia de oscilación, V es la velocidad del viento, d es el diámetro, 0.185 es la característica del número de Strouhal en este caso.
La fórmula también muestra que cuanto más delgado es el cable, más vibra. En este caso, las velocidades del viento de 0.6-0.8 m / s son especialmente peligrosas, ya que a una velocidad del viento de más de 5-8 m / s, las amplitudes son pequeñas y no peligrosas. Como regla general, el fenómeno ocurre en vuelos de más de 120 metros, con el aumento de la distancia solo se intensifica. Esto es especialmente importante cuando la longitud del cruce OHL es superior a 500 m, por ejemplo, a través de ríos y embalses.
La diferencia entre el baile y la vibración en primer lugar es la amplitud: es más grande y puede alcanzar los 12-14 metros, así como una longitud de onda más larga. La naturaleza y la trayectoria de la danza sigue la forma de una elipse alargada, con el eje desviado 10-20 grados de la línea vertical.
Con hielo (formación de hielo y hielo de la línea), el diámetro del cable aumenta según la fórmula anterior: la frecuencia de vibración disminuye y la longitud de onda de las vibraciones aumenta.
El hielo no aparece de manera uniforme, sino en el lado de sotavento. Como resultado, los alambres y cables se vuelven no cilíndricos, sino de forma irregular. Con esta forma, durante el viento hay una fuerza de elevación, en la figura debajo de Vy.
Ella causa baile. A la izquierda están las olas danzantes en el lapso entre los soportes, y a la derecha están el cable helado y la corriente de aire que lo envuelve.
La danza ocurre a una velocidad del viento más alta que la vibración, es decir, 5-20 m / s, en un ángulo de la línea de 30-70 grados. Las oscilaciones ocurren con menor frecuencia y mayor amplitud.
Puede ver las diferencias externas entre los fenómenos de estos dos fenómenos comparando los dos videos siguientes:
Peligro
Veamos qué es peligroso baile y vibración en la línea de alto voltaje. El baile es peligroso porque los cables no oscilan sincrónicamente, y la amplitud puede alcanzar tal magnitud que puede haber una superposición con el cable de protección contra rayos, o entre sí. Por eso, se producen descargas eléctricas, con todas las consecuencias resultantes. Para evitar azotes, en algunos casos, se instalan separadores aislantes entre las partes conductoras de las líneas.
La vibración, a su vez, tiene un efecto destructivo en los conductores, y también es posible que se produzcan saltos de línea en las uniones y abrazaderas o salidas de las abrazaderas.
Métodos de lucha
Dado que el peligro de vibración y baile radica en la falla de las líneas aéreas, los cortes y los cortocircuitos, consideraremos el principal método de protección contra él.
La instalación de amortiguadores de vibraciones es el método principal para eliminar los fenómenos considerados. Vienen en varios tipos. Una característica común es que están hechos en forma de varilla con plomadas en los extremos, que está suspendida por la parte central de los cables y alambres. El tipo de amortiguador de vibraciones se selecciona de acuerdo con el tramo y el diámetro del conductor, de acuerdo con la tabla 2.5.9. PUE, p. 2.5.85 (Capítulo 2.5 PUE).
Para determinar las condiciones climáticas y calcular la carga de tensiones mecánicas durante las vibraciones, también utilizan la información establecida en las cláusulas PUE 2.5.38-2.5.74, que muestran la presión del viento, el espesor de la pared de hielo, la duración anual promedio de las tormentas eléctricas y otros datos. Si desea saber más, puede familiarizarse con el RD 34.20.182-90 "Directrices metodológicas para la protección típica contra vibraciones y vibraciones de cables y cables de protección contra rayos de líneas de transmisión de energía aérea con un voltaje de 35-750 kV".
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