Что такое вибрация и пляска проводов, от чего зависят эти явления

Приобтекании проводов потоком воздуха, направленным поперек оси линии илипод некоторым углом к этой оси, с подветренной стороны проводавозникают завихрения. Периодически происходят отрывы ве

Что такое вибрация и пляска проводов, от чего зависят эти явления

Вибрация и пляска проводов на воздушных линиях электропередачи

При изучении работы проводов воздушных линий в естественных условиях, помимо обычных изменений, вызываемых в работе проводов проводов действием гололеда, ветра и температуры, представляет интерес явления вибраций и пляски проводов.

Вибрация проводов в вертикальной плоскости наблюдается при малых скоростях ветра и заключается в появлении в проводах продольных (стоячих) и преимущественно блуждающих волн с амплитудой до 50 мм и частотой 5 — 50 гц. Следствием вибрации являются изломы проволок проводов, самоотвертывание болтов опор, расстройство частей арматуры гирлянд изоляторов и т. п.

Для борьбы с вибрацией применяют усиление проводов при помощи обмотки их в местах закрепления, автовибрационные зажимы и глушители (демпферы).

В воздушных линиях встречается, хотя и более редко, другое, менее изученное явление — пляска проводов, т. е. колебание проводов с большой амплитудой, вызывающее схлестывание проводов различных фаз, а следовательно, и выпадение линии из работы.

При обтекании проводов потоком воздуха, направленным поперек оси линии или под некоторым углом к этой оси, с подветренной стороны провода возникают завихрения. Периодически происходят отрывы ветра от провода и образование вихрей противоположного направления.

Отрыв вихря в нижней части вызывает появление кругового потока с подветренной стороны, причем скорость потока v в точке А становится больше, чем в точке В. В результате появляется вертикальная составляющая давления ветра.

При совпадении частоты образования вихрей с одной из частот собственных колебании натянутого провода последний начинает колебаться в вертикальной плоскости. При этом одни точки больше всего отклоняются от положения равновесия, образуя пучность волны, а другие — остаются на месте, образуя так называемые узлы. В узлах происходят только угловые перемещения провода.

Такие колебания провода с амплитудой, не превышающей 0,005 длины полуволны или двух диаметров провода, называются вибрацией .

Рис 1. Образование вихря за проводом

Вибрация проводов возникает при скоростях ветра 0,6—0,8 м/с; при увеличении скорости ветра увеличиваются частота вибрации и число волн в пролете, при скорости ветра свыше 5—8 м/с амплитуды вибрации настолько малы, что не опасны для провода.

Опыт эксплуатации показывает, что вибрация проводов наблюдается чаще всего на линиях, проходящих по открытой и ровной местности. На участках линий в лесной и пересеченной местности продолжительность и интенсивность вибраций значительно меньше.

Вибрация проводов наблюдается, как правило, в пролетах длиной более 120 м и усиливается с увеличением пролетов. Особенно опасна вибрация на переходах через реки и водные пространства с пролетами длиной более 500 м.

Опасность вибрации заключается в обрывах отдельных проволок на участках их выхода из зажимов. Эти обрывы происходят вследствие того, что переменные напряжения от периодических изгибов проволок в результате вибрации накладываются на основные растягивающие напряжения в подвешенном проводе. Если последние напряжения невелики, то суммарные напряжения не достигают предела, при котором происходит разрушение проволок от усталости.

Рис. 2. Волны вибрации на проводе в пролете

На основании наблюдений и исследований установлено, что опасность разрушения проводов зависит от так называемого средне-эксплуатационного напряжения (напряжения при среднегодовой температуре и отсутствии дополнительных нагрузок).

Регистратор вибраций ALCOA “SCOLAR III”, смонтированный на спиральном поддерживающем зажиме

Методы борьбы с вибрацией проводов

Согласно ПУЭ одиночные алюминиевые и сталеалюминиевые провода сечением до 95 мм2 в пролетах длиной более 80 м, сечением 120 — 240 мм2 в пролетах более 100 м, сечением 300 мм2 и более в пролетах более 120 м, стальные провода и тросы всех сечений в пролетах более 120 м должны быть защищены от вибрации, если напряжение при среднегодовой температуре превышает: 3,5 даН/мм2 (кгс/мм2) в алюминиевых проводах, 4,0 даН/мм2 в сталеалюминиевых проводах, 18,0 даН/мм2 в стальных проводах и тросах.

В пролетах меньше указанных выше защита от вибрации не требуется. Защита от вибрации не нужна также на линиях с расщеплением фазы на два провода, если напряжение при среднегодовой температуре не превышает 4,0 даН/мм2 в алюминиевых и, 4,5 даН/мм2 в сталеалюминиевых проводах.

Фаза с расщеплением на три и четыре провода, как правило, не требует защиты от вибрации. Участки любых линий, защищенные от поперечных ветров, не подлежат защите от вибрации. На больших переходах рек и водных пространств защита необходима независимо от напряжения в проводах.

Как правило, снижение напряжений в проводах линий до значений, при которых не требуется защиты от вибрации, экономически невыгодно. Поэтому на линиях напряжением 35 — 330 кВ обычно устанавливаются виброгасители, выполненные в виде двух грузов, подвешенных на стальном тросе .

Виброгасители поглощают энергию вибрирующих проводов и уменьшают амплитуду вибрации около зажимов. Виброгасители должны быть установлены на определенных расстояниях от зажимов, определяемых в зависимости от марки и напряжения провода.

На ряде линий для защиты от вибрации применяются армирующие прутки, выполненные из того же материала, что и провод, и наматываемые на провод в месте его закрепления в зажиме на длине 1,5 — 3,0 м.

Диаметр прутков уменьшается в обе стороны от середины зажима. Армирующие прутки увеличивают жесткость провода и уменьшают вероятность его повреждения от вибрации. Однако наиболее эффективным средством борьбы с вибрацией являются виброгасители.

Для защиты от вибрации одиночных сталеалюминиевых проводов сечением 25—70 мм2 и алюминиевых сечением до 95 мм2 рекомендуются гасители петлевого типа (демпфирующие петли) , подвешиваемые под проводом (под поддерживающим зажимом) в виде петли длиной 1,0—1,35 м из провода того же сечения.

В зарубежной практике петлевые гасители из одной или нескольких последовательных петель применяются также для защиты проводов больших сечений, в том числе и проводов на больших переходах.

Пляска проводов, так же как и вибрация, возбуждается ветром, но отличается от вибрации большой амплитудой, достигающей 12 — 14 м, и большой длиной волны. На линиях с одиночными проводами чаще всего наблюдается пляска с одной волной, т. е. с двумя полуволнами в пролете (рис. 4), на линиях с расщепленными проводами — с одной полуволной в пролете.

В плоскости, перпендикулярной оси линии, провод движется при пляске по вытянутому эллипсу, большая ось которого вертикальна или отклонена под небольшим углом (до 10 — 20°) от вертикали.

Диаметры эллипса зависят от стрелы провеса: при пляске с одной полуволной в пролете большой диаметр эллипса может достигать 60 — 90% стрелы провеса, при пляске с двумя полуволнами — 30 — 45% стрелы провеса. Малый диаметр эллипса обычно составляет 10 — 50% длины большого диаметра.

Как правило, пляска проводов наблюдается при гололеде. Гололед отлагается на проводах преимущественно с подветренной стороны, вследствие чего провод получает неправильную форму.

При воздействии ветра на провод с односторонним гололедом скорость воздушного потока в верхней части увеличивается, а давление уменьшается. В результате возникает подъемная сила Vy, вызывающая пляску провода.

Опасность пляски заключается в том, что колебания проводов отдельных фаз, а также проводов и тросов происходят несинхронно; часто наблюдаются случаи, когда провода перемещаются в противоположных направлениях и сближаются или даже схлестываются.

При этом происходят электрические разряды, вызывающие оплавление отдельных проволок, а иногда и обрывы проводов. Наблюдались также случаи, когда провода линий 500 кВ поднимались до уровня тросов и схлестывались с ними.

Рис. 4: а — волны пляски на проводе в пролете, б — провод, покрытый гололедом, в воздушном потоке друг с другом.

Удовлетворительные результаты эксплуатации опытных линий с гасителями пляски пока недостаточны для уменьшения расстояний между проводами.

На некоторых зарубежных линиях с недостаточными расстояниями между проводами разных фаз установлены изолирующие распорки, исключающие возможность схлестывания проводов при пляске.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что такое вибрация и пляска проводов, от чего зависят эти явления

Определение

Вибрацией проводов называются периодические колебания провода или троса в пролете между опорами ЛЭП. Колебания происходят с частотой от 3 до 150 Гц в вертикальной плоскости под воздействием ламинарного воздушного потока. В результате образуются стоячие волны, двойная амплитуда которых может быть больше диаметра провода или троса, но при этом не превышает 0,005 длины волны.

Пляской называются устойчивые периодические колебания, с большей чем в предыдущем случае амплитудой и меньшей частотой — от 0,2 до 2 Гц. Таким образом образуются стоячие волны амплитудой от 0,3 до 5 метров, а в некоторых случаях и больше.
Явление наблюдается на линиях электропередач, проводах контактной сети и грозозащитных тросах. К контактной сети также применяется понятие «автоколебания», хотя в сущности это одно и тоже. Еще одно название — Эоловы вибрации.
Так главным отличием вибрации от пляски является частота. Вибрация едва заметна глазу из-за высокой частоты, меньшей амплитуды и числа полуволн, а пляска — это сильные колебания с большей длиной волны и амплитудой.

Причины возникновения

Вибрация проводов и тросов воздушных ЛЭП возникает при ламинарном потоке воздуха (при ветре скоростью 0.5-7 м/с, при большей скорости поток становится турбулентным), направление которого перпендикулярно или находится под некоторым углом к ним.

Тогда потоки воздуха обтекают цилиндрическую поверхность провода и возникает круговой поток, при этом в верхней его части (на рисунке ниже точка А) скорость этого потока больше чем в нижней (точка В). Происходит это из-за срывов вихрей воздуха с верхней и нижней стороны, в результате чего появляется дисбаланс давлений.
Отсюда возникает не только горизонтальная, но и вертикальная составляющая давления потоков воздуха (ветра). Если частота образования вихрей совпадет с частотой (одной из) собственных колебаний провода, то начнутся его колебания в вертикальной плоскости.

Собственными называются колебания, возникающие в системе при отсутствии переменных внешних воздействий, в результате начального отклонения. Как происходит с гитарной струной.

В определенных точках возникнут пучности волн, в них амплитуда будет максимальной. Те точки, которые будут оставаться неподвижными, называются узлами. В них будут происходить угловые перемещения провода, простым языком – он будет изгибаться и вращаться. Возникают стоячие волны, когда длина волны равна или кратна расстоянию между опорами (длине пролёта).

Частота вибраций прямо пропорциональна скорости ветра и может быть вычислена по формуле:

f=(0,185V)/d,

где f – частота колебаний, V – скорость ветра, d – диаметр, 0,185 – характерное в этом случае число Струхаля.

Читайте также  Какой провод выбрать для подключения точечных светильников

Из формулы видно и то, что чем тоньше провод, тем с большей частотой он вибрирует. При этом особо опасны скорости ветра 0,6-0,8 м/с, поскольку при скорости ветра больше 5-8 м/с амплитуды малы и не опасны. Как правило, явление возникает в пролётах длиной более 120 метров, при увеличении расстояния только усиливается. Особенно это важно при протяженности пересечения ВЛ более чем 500м, например, через реки и водоёмы.

Отличием пляски от вибрации в первую очередь является амплитуда – она больше и может достигать 12-14 метров, а также большей длинной волны. Характер и траектория движения при пляске повторяет форму вытянутого эллипса, с отклоненной осью на 10-20 градусов от вертикальной линии.

При гололеде (наледях и обледенении линии) диаметр провода увеличивается исходя из формулы, приведенной выше – уменьшается частота колебаний и увеличивается длина волны вибраций.

Гололед появляется не равномерно, а с подветренной стороны. В результате провода и тросы становятся не цилиндрическими, а неправильной формы. При такой форме во время ветра возникает подъёмная сила, на рисунке ниже Vy.

Она и вызывает пляску. Слева изображены волны пляски в пролёте между опорами, а с права – обледеневший трос и огибающий его воздушный поток.

Пляска возникает при большей скорости ветра, чем вибрации, а именно 5-20 м/с, под углом к линии в 30-70 градусов. Колебания происходят с меньшей частотой и большей амплитудой.

Внешние отличия явлений этих двух явлений вы можете увидеть на сравнив следующие два видео:

Опасность

Давайте разберемся чем опасна пляска и вибрация на ВЛЭП. Пляска опасна тем, что провода колеблются не синхронно, а амплитуда может достичь такой величины, что может произойти перехлест с тросом грозозащиты, или между собой. Из-за чего происходят электрические разряды, со всеми вытекающими последствиями. Для предотвращения схлестываний в некоторых случаях устанавливаются изолирующие распорки между проводящими частями линий.

Вибрация в свою очередь несёт разрушающие воздействия на жилы проводников, также возможны обрывы линии на соединениях и зажимах или выходах из зажимов.

Методы борьбы

Поскольку опасность вибрации и пляски заключается в выходе из строя ВЛ, обрывах и замыканиях, мы рассмотрим основной метод защиты от неё.

Установка виброгасителей является основным методом устранения рассмотренных явлений. Они бывают различных типов. Общей чертой является то, что выполнены в виде стержня с грузилами на концах, который подвешивается за среднюю часть на тросах и проводах. Тип виброгасителя подбирается в соответствии с длиной пролёта и диаметром проводника, согласно таблице 2.5.9. ПУЭ, п. 2.5.85 (Глава 2.5 ПУЭ).

Для определения климатических условий и расчетов нагрузки механических напряженностях при вибрациях также пользуются информацией, изложенной в пунктах ПУЭ 2.5.38-2.5.74, в них приведено по районам ветровое давление, толщина стенки гололеда, среднегодовая продолжительность гроз и прочие данные. Если хотите узнать больше – можете ознакомится с РД 34.20.182-90 «Методические указания по типовой защите от вибрации и субколебаний проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ».

Вибрация и пляска проводов на воздушных ЛЭП

Для передачи электрического тока на большие расстояния используются воздушные и кабельные линии высокого напряжения. Протяженность таких линий электропередач может достигать нескольких километров, на которых установлены высоковольтные опоры для отделения проводов от земли. В местах крепления обеспечивается достаточно жесткая фиксация, но в пролетах опор провода могут свободно колебаться. При воздействии определенных внешних факторов на воздушных линиях возникает вибрация и пляска проводов, способная как повредить сами устройства, так и нарушить нормальный режим работы энергосистемы.

Определение

Под вибрацией следует понимать перемещения провода в вертикальной плоскости, которые характеризуются сравнительно небольшой амплитудой движения – в пределах нескольких сантиметров, но не более диаметра провода для двойной амплитуды или 0,005 от длины волны вибрации. При этом частота таких перемещений в вертикальной плоскости может достигать от 3 до 150 Гц. Наибольший вред интенсивной вибрации – быстрое изнашивание металла в местах частого перегиба.

Как видите на рисунке 1, в точке 1 происходит частый излом, который приводит к усталости металла с дальнейшим отпуском, что и обуславливает потерю жесткости проводов, и обрывы отдельных жил.

Под пляской проводов подразумевается вертикальное перемещение с частотой от 0,2 до 2Гц. Амплитуда колебаний во время пляски может достигать от 0,3 до 5м, а при расстоянии между опорами в 200 — 500м амплитуда пляски достигает 10 – 14м. Такому явлению могут подвергаться любые ЛЭП и их элементы (фазные провода, грозозащитные троса и т.д.). Но в низковольтных линиях до 6-10кВ за счет малого расстояния между опорами явление незначительно.

Отличие вибрации от пляски проводов.

Физически и вибрация, и пляска проводов представляют собой перемещение в вертикальной плоскости. Их основное отличие в размере возникающей при колебаниях волны и в ее частоте. Так вибрация характеризуется значительно большей частотой колебания проводов, в сравнении с пляской. Но вибрация имеет несоизмеримо меньшую амплитуду, чем пляска, благодаря чему она не несет такой угрозы для линии.

Причины возникновения

Все причины возникновения и пляски, и вибрации можно разделить на:

  • воздействие воздушного потока – наиболее частая и опасная причина, поскольку имеет продолжительное воздействие и приводит к нарастанию амплитуды и частоты;
  • коммутационные процессы – при подаче напряжения в сеть или при подключении нагрузки переходные процессы обуславливают скачек электромагнитного поля, приводящего провода в движение;
  • механическая нагрузка – обуславливается всевозможными ударами или движением предметов, к примеру, токоприемником электроподвижного состава по контактной сети.

Следует отметить, что движение линий во время переходного процесса носит разовый характер, и дальнейшие собственные колебания постепенно угасают. То же происходит и с механической нагрузкой, в отличии от воздуха, который не только может дуть в течении продолжительного времени, но и менять свой угол и интенсивность. Поэтому наиболее значимой причиной для всех типов линий является воздушный поток.

Возникновение вибрации и пляски от воздушного потока

Воздействие ветра происходит при любом направлении потока, как в горизонтальной плоскости, так и под каким-то углом. Основной причиной колебаний является неравномерная скорость, с которой воздух огибает провод, из-за чего в верхней и нижней точке возникает разность давления.

Рис. 2: воздействие воздуха на провод

Посмотрите на рисунок 2, здесь приведен пример, когда воздух огибает окружность из точки А в точку Б. Воздушный поток в этом месте закручивается, и возникают завихрения. Это приводит к возникновению сил, давящих не только со стороны ветра, но и в вертикальной плоскости. В нижней точке давление становится меньшим, чем в верхней и при совпадении вихрей с собственными колебаниями возникают горизонтальные перемещения провода.

Следует отметить, что такая ситуация возможна лишь при относительно небольших скоростях воздушных потоков – от 0,5 до 7м/с, так как при увеличении скорости потоки движутся иначе. Но прекращение ветра, увы, не означает окончание вибрации, так как из-за большой протяженности линий в них возникают собственные колебания, которые уже не требуют поддержания, а продолжаются за счет резонансных явлений. И, если вибрация носит незаметный характер, то при пляске, волны станут куда более значительными и опасными.

Физика процесса

Во время пляски в местах подвешивания к опоре линия крепится жестко, поэтому в таких узлах не возникает никаких колебаний. А в местах провеса проводов амплитуда колебаний становиться максимальной.

Рис. 3: функция колебания проводов в пролете

При достижении максимума пляски в пиковой точке провиса возникает, так называемая, стоячая волна. Данное явление характеризуется величиной амплитуды кратной или равной длине пролета. Наиболее опасные перемещения возникают на скоростях в 0,6 – 0,8 м/с, а при нарастании скорости воздушного потока более 5 – 8 м/с динамические нагрузки слишком малы из-за незначительной амплитуды.

Но, помимо амплитуды вибрации вторым по значимости параметром является их частота, которую можно определить по формуле:

f = (0,185×V)/d, где

  • f – это частота колебаний;
  • 0,185 – постоянная Струхаля;
  • V – скорость аэродинамического потока;
  • d – диаметр провода.

Как видите из формулы, чем меньшего сечения торсы применяются в ЛЭП, тем с большей частотой они будут колебаться. На практике, частота колебаний обуславливает и интенсивность пляски, из-за чего диапазон наиболее опасных частот для линии составляет от 0,2 до 2 Гц.

Следует отметить, что ситуация может значительно ухудшаться за счет погодных факторов, которые влияют не только на воздушные потоки, но и на состояние провода. Наиболее значимым из них является гололед, так как он возникает с подветренной стороны и характеризуется искажением формы провода. При этом вибрирующие провода подвергаются воздействию поднимающей силы Vy, приложенной к отложениям гололеда. Она дополнительно усугубляет ситуацию при вибрации и пляске.

Рис. 4: влияние гололеда на колебания

Провод совершает не только горизонтальные колебания, но и вращательные движения, а в узлах и точках фиксации из-за обледенения происходит повреждение металла.

Опасность

Пляска и вибрация имеют схожую природу, но отличаются по интенсивности. Тем не менее, оба явления могут нести такие виды опасности для ЛЭП:

  • Распушивание — повреждение проводов, при котором медные, алюминиевые или стальные тросы теряют утяжку и механическую прочность;
  • Перекрытие воздушного промежутка – в случае движения смежных фаз с различной амплитудой, волны могут приближаться достаточно близко друг к другу, из-за чего произойдет пробой и возникновение дуги;
  • Схлестывание проводов – являются более опасным развитием предыдущей ситуации, когда параллельные линии касаются друг друга и создают электрический контакт с протеканием токов короткого замыкания и оплавлением металла;
  • Обрыв проводов – может возникать как результат короткого замыкания, так и множественных обрывов отдельных проволок, разрушенных многократными вибрациями или пляской.

Как видите, все потенциальные опасности могут запросто привести к нарушению нормального электроснабжения и материальным затратам на восстановление. Также не забывайте, что любая аварийная ситуация потенциально несет угрозу человеку, как выполняющему работу в электроустановках, так и находящемуся поблизости. Поэтому для предотвращения опасных воздействий разработаны методы борьбы с вибрацией и пляской, направленные на гашение колебаний.

Методы борьбы

Условия, при которых следует применять защитные меры для гашения амплитуды вибрации, оговаривает п.2.5.85 ПУЭ. При этом учитываются такие параметры, как:

  • Длина пролета;
  • Материал проводника и его сечение;
  • Механическое напряжение в расщепленных и одиночных проводах.

Конкретные методы борьбы регламентируются методическими указаниями РД 34.20.182-90. Для гашения вибрации и пляски устанавливаются специальные устройства.

Рис. 5: пример установки гасителей вибрации

По типу и конструктивным особенностям гасители пляски и вибрации подразделяются на три типа:

  • Петлевые гасители — применяются для проводов напряжением в 6 – 10 кВ и выполняются в виде гибкой распорки. В зависимости от числа петель и конструкции распорок может быть одно- или трехпетлевым. В качестве петлевого зажима используется проволока или крепежные детали.
  • Спиральные – самые эффективные, но и самые дорогие модели для борьбы с высоко- и низкочастотной вибрацией. Из-за дороговизны их редко применяют, хотя они и дают равномерное распределение нагрузки по всей длине гасителя.
  • Мостовые – имеют специальные грузы, которым передается вибрация от раскачивающегося провода и ими же поглощается. Отличаются простотой монтажа и дальнейшего обслуживания.
Читайте также  Требования пожарной безопасности к внутреннему противопожарному водопроводу

В линиях от 330 до 750 кВ применяется расщепление фазы, при котором все провода соединяются распорками. Несмотря на то, что такое соединение само может выступать в роли гасителя вибрации, на практике этого не достаточно. Поэтому в главе 5 РД 34.20.182-90 приведены способы борьбы с вибрацией и пляской для различных линий и условий, в которых они могут эксплуатироваться.

Вибрация и пляска проводов: механизм возникновения и чем грозит это явление

Очень часто мы можем наблюдать напряжения и механические нагрузки на грозозащитных тросах и проводах. Проявляются они как довольно заметная вибрация или пляска проводов.

Из этой статьи мы можем узнать что они из себя представляют, какие могут возникнуть последствия и что в этом случае нужно предпринимать.

Учёные пришли к выводу, что нужно сделать для определения вибрации. С какой периодичностью двигаются провода и трос ЛЭП. Движения происходят в вертикальной форме на которую влияет поток воздуха (его определяют как ламинарный).

За счёт вибрации троса возникают волны, которые при своей амплитуде бывают больше диаметра троса или провода, но при этом не должны превышает установленной длины волны.

Стабильная частота колебаний имеет определённые значения, вибрация может быть с минимальной частотой и с большей амплитудой. Как уже говорилось выше, за счёт этого возникают стоячие волны — мы можем наблюдать действия, когда амплитуда вибрации гораздо больше предыдущей.

В электрических линиях, тросах которые защищают от грозы, на каждой из них мы можем наблюдать подобные проявления. Есть еще одно не менее интересное название, которое употребляется — Эоловы вибрации.

Из вышеперечисленных понятий и обозначений мы можем сделать вывод, какое имеет отличие частота от вибрации. Мы можем вибрацию проводов и не заметить за счёт явно большей высоты, а вот пляска по сравнению с ней — это большие движения с сильной амплитудой.

Как же возникают эти я вления? За данными исследований возникновения происходит за счёт плоского потока воздуха за наличием определенной скорости ветра. Мы наблюдаем турбулентный поток и направления порыва происходит под прямым углом.

Тогда формируется возникновения потоков воздуха, что окружают с обеих сторон и несут нарушения его воздействия, поэтому прямоугольный кабель, окружают сплошные потоки. В одной части скорость данного потока больше чем в предыдущей (изображена точка В).

Следующие обозначения можно сравнить с гитарой, а точнее с ее струной. Потому что собственными колебаниями называют вибрации в системе при отсутствии изменчивых видимых воздействий, в следствии первых отклонений.

В обозначенных точках могут возникать максимальные волны, в которых амплитуда будет предельно велика. Также есть точки которые не двигаются их, называют узлами. Поэтому мы наблюдаем движения провода (он будет изменять свою форму и вращаться).

Есть случаи при которых волны бывают равны или кратны, и промежуток между ними отличается — мы наблюдаем стоячие волны.

Частота вибраций проводов зависит от скорости ветра. Учёные используют данную формулу для его вычисления:

Анализируя данную формулу, мы делаем вывод, что чем меньше диаметр провода, тем больше частота вибрации. Бывает ветер скоростью опасной для функционирования, вот если скорость ветра больше 5-8 с меньшей амплитудой, он не принесёт вреда.

Если у нас пролёты 120 м. длинной, мы и можем наблюдать подобные явления, при быстром увеличении-расстояния только станет больше. Если протяжённость ВЛ при пересечении более чем 500м — это имеет особое значение, к примеру реки, водоёмы.

Одна из характерных особенностей пляски является амплитуда — она больше и может достигать 12-14 метров, длинна волны здесь на порядок больше. Не все мы знаем, что такое эллипс. Эллипс — это геометрическая фигура, которая ограничена кривой, заданной уравнением.

Так вот особенность и направления движения при пляске не имеют свойство повторять его тип (при отклонении оси стоячих линий).

Частота колебаний уменьшается и увеличивается длина волны вибраций — это тоже один из вариантов. Это происходит при уже нам известном гололёде — объем провода становится больше, как было сказано в формуле (обледенения линий электропередач).

За частую, подобное явления мы может наблюдать с подветренной стороны (гололед). Кабеля в этом случае становятся неправильной формы, хотя изначально имеют цилиндрическую фигуру.

Если скорость ветра находится в промежутке 5-20 м/с, под углом к линии в 30-70 градусов наблюдается такое явление как пляска.

Чем же внешне отличаются эти два явления (о которых мы с вами прочитали со статьи)? Для этого мы представляем два видео к примеру:

Знаете ли вы, какую угрозу представляет пляска и вибрация проводов? Возможно в повседневной жизни вы видели подобное?

При первой — провода движутся не одновременно и диапазон достигает запредельной величины, за счёт которой происходит столкновения с тросом грозозащиты, или между собой.

Что же делать, чтобы предотвратит захлестывания при вибрации проводов? Один из способов это установить разделяющие распорки между проводящими частями линий.

Мы должны понимать, вибрация проводов может привести к неожиданным последствиям, ее воздействия на схему проводников приводит к тому, что линии могут обрываться на тех местах, где соединяются и между собою.

Мы сделали вывод, что такие понятия как вибрация и пляска проводов, которые взаимодействуют между собой, несут в себя опасность при нарушении работы ВЛ. Существует один метод защиты от нее. Этот прибор даёт возможность устранить изучаемые явления.

Что же такое виброгаситель — устройство, снижающее величину и амплитуду механических колебаний бурильной колонны и гидравлических импульсов давления жидкости внутри труб при бурении скважин. Существуют различные его типы.

Черта которая их объединяет: это стержень с отвесом на каждом конце, он поднимает за основную часть предмета. Для определения вида виброгасителя нужно определить: протяжность проема и протяжения самого проводника для соответствующих определений.

При изучении климата, влияния механической напряжённости должно рассчитываться при возникновении вибрации проводов. При исследовании данной темы используют также информацию, которую можно просмотреть в текстах ПУЭ 2.5.38-2.5.74.

Информация, что предоставлена обозначает: влияния ветра на определённую территорию. Уточняет диаметр стенки гололеда, статистика гроз за весь год. Если наша статья вас заинтересовала и вы узнали много нового – изучите материалами, что предоставлены в ней.

Вибрация и пляска проводов воздушных ЛЭП — что это такое, методы борьбы

Одним из методов борьбы с пляской проводов являются предложения по изменению конструктивных параметров линий с целью устранения опасных сближений проводов такие как: чередование пролетов различной длины; сокращение длины пролета; повышенная разноска проводов; междуфазные распорки.

Определение

Под вибрацией следует понимать перемещения провода в вертикальной плоскости, которые характеризуются сравнительно небольшой амплитудой движения – в пределах нескольких сантиметров, но не более диаметра провода для двойной амплитуды или 0,005 от длины волны вибрации. При этом частота таких перемещений в вертикальной плоскости может достигать от 3 до 150 Гц. Наибольший вред интенсивной вибрации – быстрое изнашивание металла в местах частого перегиба.

Рис. 1: вибрация в пролете

Как видите на рисунке 1, в точке 1 происходит частый излом, который приводит к усталости металла с дальнейшим отпуском, что и обуславливает потерю жесткости проводов, и обрывы отдельных жил.

Под пляской проводов подразумевается вертикальное перемещение с частотой от 0,2 до 2Гц. Амплитуда колебаний во время пляски может достигать от 0,3 до 5м, а при расстоянии между опорами в 200 — 500м амплитуда пляски достигает 10 – 14м. Такому явлению могут подвергаться любые ЛЭП и их элементы (фазные провода, грозозащитные троса и т.д.). Но в низковольтных линиях до 6-10кВ за счет малого расстояния между опорами явление незначительно.

Отличие вибрации от пляски проводов.

Физически и вибрация, и пляска проводов представляют собой перемещение в вертикальной плоскости. Их основное отличие в размере возникающей при колебаниях волны и в ее частоте. Так вибрация характеризуется значительно большей частотой колебания проводов, в сравнении с пляской. Но вибрация имеет несоизмеримо меньшую амплитуду, чем пляска, благодаря чему она не несет такой угрозы для линии.

Чередование пролетов различной длины

Известно, что частота колебания при пляске зависит от длины пролета, числа полуволн, тяжения и линейной плотности провода. Для конкретной линии частоту можно изменить сокращением или увеличением длины пролета. При этом в соседних пролетах колебания будут происходить с разной частотой, и в результате взаимного влияния через подвесные гирлянды изоляторов можно ожидать снижения интенсивности колебаний. Эффективность этого мероприятия была проверена на электрифицированной железной дороге. Пролеты нормальной длины чередовались с пролетами, сокращенными на 7-10 %.

Причины возникновения

Все причины возникновения и пляски, и вибрации можно разделить на:

  • воздействие воздушного потока – наиболее частая и опасная причина, поскольку имеет продолжительное воздействие и приводит к нарастанию амплитуды и частоты;
  • коммутационные процессы – при подаче напряжения в сеть или при подключении нагрузки переходные процессы обуславливают скачек электромагнитного поля, приводящего провода в движение;
  • механическая нагрузка – обуславливается всевозможными ударами или движением предметов, к примеру, токоприемником электроподвижного состава по контактной сети.

Следует отметить, что движение линий во время переходного процесса носит разовый характер, и дальнейшие собственные колебания постепенно угасают. То же происходит и с механической нагрузкой, в отличии от воздуха, который не только может дуть в течении продолжительного времени, но и менять свой угол и интенсивность. Поэтому наиболее значимой причиной для всех типов линий является воздушный поток.

Возникновение вибрации и пляски от воздушного потока

Воздействие ветра происходит при любом направлении потока, как в горизонтальной плоскости, так и под каким-то углом. Основной причиной колебаний является неравномерная скорость, с которой воздух огибает провод, из-за чего в верхней и нижней точке возникает разность давления.

Рис. 2: воздействие воздуха на провод

Посмотрите на рисунок 2, здесь приведен пример, когда воздух огибает окружность из точки А в точку Б. Воздушный поток в этом месте закручивается, и возникают завихрения. Это приводит к возникновению сил, давящих не только со стороны ветра, но и в вертикальной плоскости. В нижней точке давление становится меньшим, чем в верхней и при совпадении вихрей с собственными колебаниями возникают горизонтальные перемещения провода.

Читайте также  Характеристики водопогружного провода ВПП

Следует отметить, что такая ситуация возможна лишь при относительно небольших скоростях воздушных потоков – от 0,5 до 7м/с, так как при увеличении скорости потоки движутся иначе. Но прекращение ветра, увы, не означает окончание вибрации, так как из-за большой протяженности линий в них возникают собственные колебания, которые уже не требуют поддержания, а продолжаются за счет резонансных явлений. И, если вибрация носит незаметный характер, то при пляске, волны станут куда более значительными и опасными.

Сокращение длины пролета

Сокращение длины пролета приводит к уменьшению амплитуды колебаний и может быть использовано на некоторых участках линии, где часто наблюдается пляска, путем установки дополнительных опор. Для одновременной реализации эффекта от чередования пролетов дополнительные опоры необходимо устанавливать не в серединах пролетов, а с некоторым смещением. Это мероприятие является дорогостоящим и может иметь практическое значение при решении общей задачи по усилению прочности линий для повышения надежности при ветровых и гололедных воздействиях.

Физика процесса

Во время пляски в местах подвешивания к опоре линия крепится жестко, поэтому в таких узлах не возникает никаких колебаний. А в местах провеса проводов амплитуда колебаний становиться максимальной.

Рис. 3: функция колебания проводов в пролете

При достижении максимума пляски в пиковой точке провиса возникает, так называемая, стоячая волна. Данное явление характеризуется величиной амплитуды кратной или равной длине пролета. Наиболее опасные перемещения возникают на скоростях в 0,6 – 0,8 м/с, а при нарастании скорости воздушного потока более 5 – 8 м/с динамические нагрузки слишком малы из-за незначительной амплитуды.

Но, помимо амплитуды вибрации вторым по значимости параметром является их частота, которую можно определить по формуле:

f = (0,185×V)/d, где

  • f – это частота колебаний;
  • 0,185 – постоянная Струхаля;
  • V – скорость аэродинамического потока;
  • d – диаметр провода.

Как видите из формулы, чем меньшего сечения торсы применяются в ЛЭП, тем с большей частотой они будут колебаться. На практике, частота колебаний обуславливает и интенсивность пляски, из-за чего диапазон наиболее опасных частот для линии составляет от 0,2 до 2 Гц.

Следует отметить, что ситуация может значительно ухудшаться за счет погодных факторов, которые влияют не только на воздушные потоки, но и на состояние провода. Наиболее значимым из них является гололед, так как он возникает с подветренной стороны и характеризуется искажением формы провода. При этом вибрирующие провода подвергаются воздействию поднимающей силы Vy, приложенной к отложениям гололеда. Она дополнительно усугубляет ситуацию при вибрации и пляске.

Рис. 4: влияние гололеда на колебания

Провод совершает не только горизонтальные колебания, но и вращательные движения, а в узлах и точках фиксации из-за обледенения происходит повреждение металла.

Повышенная разноска проводов

Повышенная разноска проводов предусмотрена ПУЭ как средство устранения опасных сближений проводов. Для ее реализации требуются опоры повышенной прочности с удлиненными траверсами. Для предотвращения схлестывания при пляске рекомендуется, чтобы вертикальное расстояние между фазами равнялось стреле провеса.

Опасность

Пляска и вибрация имеют схожую природу, но отличаются по интенсивности. Тем не менее, оба явления могут нести такие виды опасности для ЛЭП:

  • Распушивание — повреждение проводов, при котором медные, алюминиевые или стальные тросы теряют утяжку и механическую прочность;
  • Перекрытие воздушного промежутка – в случае движения смежных фаз с различной амплитудой, волны могут приближаться достаточно близко друг к другу, из-за чего произойдет пробой и возникновение дуги;
  • Схлестывание проводов – являются более опасным развитием предыдущей ситуации, когда параллельные линии касаются друг друга и создают электрический контакт с протеканием токов короткого замыкания и оплавлением металла;
  • Обрыв проводов – может возникать как результат короткого замыкания, так и множественных обрывов отдельных проволок, разрушенных многократными вибрациями или пляской.

Как видите, все потенциальные опасности могут запросто привести к нарушению нормального электроснабжения и материальным затратам на восстановление. Также не забывайте, что любая аварийная ситуация потенциально несет угрозу человеку, как выполняющему работу в электроустановках, так и находящемуся поблизости. Поэтому для предотвращения опасных воздействий разработаны методы борьбы с вибрацией и пляской, направленные на гашение колебаний.

Междуфазные распорки

Междуфазные распорки предполагают установку изолирующих связующих элементов между проводами в пролете (рис. 1а). Наличие таких связей не устраняет пляски, но может приводить к синхронным колебаниям всех проводов как единой колебательной системы. Возможность междуфазных замыканий практически исключается. Это предложение может рассматриваться как одна из реальных мер борьбы с пляской, однако необходимо провести детальные исследования для оценки необходимого количества и мест установки распорок в пролете, а также для установления достаточности прочности существующих конструкций опор для восприятия увеличенных динамических нагрузок.

Представленные способы борьбы с пляской проводов, за исключением установки междуфазных распорок, носят пассивный характер, не направлены непосредственно на подавление колебательного процесса, и их реализация связана с существенным удорожанием линии.

Проектирование механической части ВЛ — Вибрация, пляска

Содержание материала

  • Проектирование механической части ВЛ
  • Вибрация, пляска
  • Нагрузки на провода и тросы
  • Построение кривой провисания и определение стрел провисания
  • Определение длины провода в пролёте
  • Расчет сталеалюминиевого провода на прочность
  • Критический пролёт
  • Критическая температура
  • Габаритный пролёт
  • Типы изоляторов
  • Эксплуатационные характеристики изоляторов, выбор при проектировании
  • Типы линейной арматуры
  • Расстановка опор по профилю трассы
  • Продольный профиль трассы
  • Особые случаи расстановки опор по профилю трассы
  • Установка переходных опор
  • Расположение проводов на опорах воздушных линий
  • Расчет грозозащитного троса
  • Выбор и расчет железобетонных опор
  • Выбор и расчет металлических опор
  • Метод расчета металлических опор
  • Фундаменты опор
  • Основные конструкции фундаментов опор
  • Специальные способы закрепления опор
  • Расчет фундаментов под опоры
  • Расчет анкерных плит для крепления оттяжек
  • Расчет железобетонных грибовидных фундаментов-подножников
  • Расчет фундаментов из свай
  • Расчет закрепления свободностоящих одностоечных одноствольных опор
  • Строительно-монтажные работы при сооружении ВЛ
  • Особенности монтажа воздушных линий на тяжелых трассах
  • Строительно-монтажные работы при сооружении КТП
  • Монтаж силовых трансформаторов
  • Монтаж сборных шин, коммутационных аппаратов ТП
  • Монтаж комплектных распределительных устройств
  • Расчет тяжения провода при обрыве в одном из пролётов
  • Зависимость тяжения провода от горизонтального перемещения одной его точки подвеса

Возникновение вибрации и пляски проводов

Все вышерассмотренные нагрузки от гололеда и ветра принято называть статическими, но при некоторых условиях, ветер может вызывать колебательные движения проводов и тросов, создающие динамические усилия. К таким процессам относят вибрацию и пляску проводов [3, 6, 11].

Вибрация проводов

Вибрацией провода называют периодические колебания провода в вертикальной плоскости с большой частотой и малой амплитудой. Такие колебания обычно наблюдаются при относительно слабом ветре — от 0,5-0,8 до 3 -8 м/с и отсутствии на проводах гололедно-изморозевых отложений. Направление ветра при вибрации по отношению к оси линии может быть различным. По данным наблюдений, устойчивая вибрация бывает при направлениях ветра под углом 45 — 90° к оси линии. Опыт эксплуатации показывает, что вибрации наиболее подвержены провода, расположенные высоко над землей и в открытой ровной местности, когда равномерное движение воздушного потока не нарушается рельефом или наземными препятствиями. Кроме того, вероятность возникновения вибрации увеличивается с увеличением длины пролёта (для пролётов более 120 м). Особенно опасна вибрация проводов при переходах через реки и водные пространства с пролётами более 500 м. Опасность вибрации заключается в обрывах отдельных проволок на участках их выходов из зажимов, однако разрушение наступает лишь в том случае, когда результирующие механические напряжения в проводе (статические и динамические) оказываются больше предела усталости металла. Вибрацию можно сгладить двумя путями: без специальных мер защиты и с применением специальных средств.

Для исключения опасности вибрации без специальных мер защиты необходимо соблюсти условия, при которых величина напряжения в проводе при вибрации не превзойдет предела усталости материала в проводе при длительной работе линии электропередачи при среднеэксплуатационных условиях.
Для защиты проводов от повреждений, вызываемых вибрацией, существуют различные средства, которые применяют наряду с ограничением напряжения. Основные способы борьбы следующие:
Усиление провода в местах подвески в поддерживающих зажимах путем обмотки армирующими прутками. Обмотанный такими прутками провод получает конусообразную форму и его сопротивление изгибу увеличивается по мере приближения к зажиму.
Установка на проводах гасителей вибрации (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Виброгасители
Виброгаситель обладает свойством противодействовать колебаниям, вызываемым вибрацией и уменьшать амплитуду колебаний до безопасных пределов, поэтому данный способ защиты является наиболее эффективным. Виброгасители устанавливают на проводах с двух концов пролёта. В пролётах больших переходов в случае подвески провода с применением роликовых зажимов устанавливают виброгасители особой конструкции (гасители сбрасывающегося типа), которые в случае
обрыва провода сбрасываются и дают возможность проводу свободно проскользнуть по роликам.
Установка гасителей петлевого типа — демпфирующих петель, которые подвешиваются под зажимом в виде петли длиной 1,0 — 1,35 м и изготавливаются из провода того же сечения.

Пляска проводов

Пляска проводов является вторым опасным для воздушных линий электропередачи явлением, связанным с колебательным процессом. Пляска проводов возникает при сочетании порывистого ветра со скоростью 5 — 20 м/с под углом 30 — 70° к оси линии. В отличие от вибрации пляска проводов характеризуется малой частотой, но большой амплитудой колебаний.
Пляска проводов приводит к схлестыванию проводов, вызывает значительные динамические усилия в линейной арматуре и в траверсах опор, иногда наблюдается повреждение линейной арматуры, изоляторов, перекос или сброс распорок, а также заброс подвесных гирлянд на траверсы. Последствия пляски проводов могут вывести воздушную линию из работы на длительное время.
Меры борьбы с пляской могут быть направлены на ее ослабление или предотвращение — активные меры, а также на уменьшение вероятности схестывания проводов или касания проводами частей опор — пассивные меры.
К активным мерам относятся устройства, способствующие успокоению колебаний (установка демпферов) и плавка гололеда электрическим током.
К пассивным мерам относится конструктивное выполнение опор с большим разносом проводов по вертикали, с увеличенным горизонтальным смещением проводов разных ярусов.

Алексей Бартош/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Gk-Rosenergo.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: