Czym jest wibracja i taniec drutów, od czego zależą te zjawiska
Definicja
Drgania drutów nazywane są okresowymi oscylacjami drutu lub kabla w rozpiętości między podporami linii energetycznych. Oscylacje występują z częstotliwością od 3 do 150 Hz w płaszczyźnie pionowej pod wpływem laminarnego przepływu powietrza. W rezultacie powstają fale stojące, których podwójna amplituda może być większa niż średnica drutu lub kabla, ale jednocześnie nie przekracza 0,005 długości fali.
Stabilne okresowe oscylacje nazywane są tańcem, z większą amplitudą niż w poprzednim przypadku i niższą częstotliwością - od 0,2 do 2 Hz. W ten sposób powstają fale stojące o amplitudzie od 0,3 do 5 metrów, a w niektórych przypadkach więcej.
Zjawisko to obserwuje się na liniach energetycznych, przewodach sieci stykowej i kablach odgromowych. Pojęcie „auto-oscylacji” stosuje się również do sieci kontaktów, chociaż w gruncie rzeczy jest to jedno i to samo. Inną nazwą jest wibracja eoliczna.
Główną różnicą między wibracjami a tańcem jest częstotliwość. Wibracje są ledwo zauważalne dla oka ze względu na wysoką częstotliwość, niższą amplitudę i liczbę półfal, a taniec jest silną wibracją o większej długości fali i amplitudzie.
Przyczyny
Drgania drutów i kabli napowietrznych linii energetycznych zachodzą przy laminarnym przepływie powietrza (przy prędkości wiatru 0,5-7 m / s, przy wyższej prędkości przepływ staje się turbulentny), którego kierunek jest do nich prostopadły lub pod kątem.
Następnie strumienie powietrza przepływają wokół cylindrycznej powierzchni drutu i występuje przepływ kołowy, natomiast w jego górnej części (punkt A na poniższym rysunku) prędkość tego przepływu jest większa niż w dolnej (punkt B). Dzieje się tak z powodu zakłóceń wirów powietrznych od górnej i dolnej strony, co powoduje nierównowagę ciśnienia.
Stąd powstaje nie tylko pozioma, ale także pionowa składowa ciśnienia przepływającego powietrza (wiatru). Jeśli częstotliwość powstawania wirów pokrywa się z częstotliwością (jednego z) drgań naturalnych drutu, wówczas zaczną się jego drgania w płaszczyźnie pionowej.
Właściwe nazywane są wibracjami występującymi w układzie przy braku zmiennych wpływów zewnętrznych w wyniku początkowego odchylenia. Jak to się dzieje z struną gitary.
W niektórych punktach pojawią się antynody fal, w nich amplituda będzie maksymalna. Te punkty, które pozostaną nieruchome, nazywane są węzłami. W nich wystąpią ruchy kątowe drutu, w prostym języku - zginają się i obracają. Fale stojące występują, gdy długość fali jest równa lub wielokrotność odległości między podporami (długość rozpiętości).
Częstotliwość wibracji jest wprost proporcjonalna do prędkości wiatru i można ją obliczyć ze wzoru:
f = (0,185 V) / d,
gdzie f to częstotliwość oscylacji, V to prędkość wiatru, d to średnica, 0,185 to liczba Strouhala charakterystyczna w tym przypadku.
Wzór pokazuje również, że im cieńszy drut, tym bardziej wibruje. W tym przypadku prędkości wiatru 0,6-0,8 m / s są szczególnie niebezpieczne, ponieważ przy prędkości wiatru większej niż 5-8 m / s amplitudy są małe i nie są niebezpieczne. Z reguły zjawisko to występuje w lotach dłuższych niż 120 metrów, a wraz ze wzrostem odległości tylko się nasila. Jest to szczególnie ważne, gdy długość przejścia OHL przekracza 500 m, na przykład przez rzeki i zbiorniki wodne.
Różnica między tańcem a wibracjami to przede wszystkim amplituda - jest większa i może osiągnąć 12-14 metrów, a także dłuższą długość fali. Charakter i trajektoria tańca ma kształt wydłużonej elipsy, a oś jest odchylona o 10-20 stopni od linii pionowej.
W przypadku lodu (oblodzenie i oblodzenie linii) średnica drutu wzrasta zgodnie z powyższym wzorem - częstotliwość wibracji zmniejsza się, a długość fali drgań wzrasta.
Lód nie pojawia się równomiernie, ale po zawietrznej. W rezultacie druty i kable nie stają się cylindryczne, ale mają nieregularny kształt. W tej formie podczas wiatru występuje siła podnoszenia, na rysunku poniżej Vy.
Ona powoduje taniec. Po lewej stronie znajdują się tańczące fale w rozpiętości między podporami, a po prawej lodowaty kabel i otaczający go strumień powietrza.
Taniec odbywa się przy wyższej prędkości wiatru niż wibracje, a mianowicie 5-20 m / s, pod kątem do linii 30-70 stopni. Oscylacje występują z niższą częstotliwością i większą amplitudą.
Możesz zobaczyć zewnętrzne różnice między zjawiskami tych dwóch zjawisk, porównując następujące dwa filmy:
Niebezpieczeństwo
Zobaczmy, co jest niebezpiecznym tańcem i wibracjami na linii wysokiego napięcia. Taniec jest niebezpieczny, ponieważ druty nie oscylują synchronicznie, a amplituda może osiągnąć taką wielkość, że mogą zachodzić na siebie kable odgromowe lub między sobą. Z tego powodu dochodzi do wyładowań elektrycznych ze wszystkimi wynikającymi z tego konsekwencjami. Aby zapobiec biczowaniu, w niektórych przypadkach pomiędzy przewodzącymi częściami linii instalowane są przekładki izolacyjne.
Drgania z kolei niszczą przewody przewodzące, możliwe są także przerwy linii na połączeniach i zaciskach lub wyjściach z zacisków.
Metody walki
Ponieważ niebezpieczeństwo wibracji i tańca polega na awarii linii napowietrznych, przerwach i zwarciach, rozważymy główną metodę ochrony przed nim.
Montaż tłumików drgań jest główną metodą eliminacji rozważanych zjawisk. Występują w różnych typach. Wspólną cechą jest to, że są wykonane w postaci pręta z obciążnikami na końcach, który jest zawieszony przez środkową część na kablach i drutach. Rodzaj tłumika drgań dobiera się zgodnie z rozpiętością i średnicą przewodu, zgodnie z tabelą 2.5.9. PUE, s. 2.5.85 (Rozdział 2.5 PUE).
Aby określić warunki klimatyczne i obliczyć obciążenie naprężeniami mechanicznymi podczas wibracji, wykorzystują również informacje określone w klauzulach PUE 2.5.38-2.5.74, które pokazują ciśnienie wiatru, grubość ścianki lodu, średni roczny czas trwania burzy i inne dane. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z RD 34.20.182-90 „Wytyczne metodyczne dla typowej ochrony przed drganiami i wibracjami przewodów i kabli odgromowych napowietrznych linii elektroenergetycznych o napięciu 35–750 kV”.
Powiązane materiały:
Ładowanie...
