Вибрация проводов

При обтекании проводов потоком воздуха, направленным поперек оси полосы либо под неким углом к этой оси, с подветренной стороны провода появляются завихрения. Временами происходят отрывы ветра от провода и образование вихрей обратного

направления.

Отрыв вихря в нижней
части вызывает возникновение
радиального потока с подветренной стороны, при этом скорость потока v в точке А становится больше, чем в
точке В. В итоге возникает
вертикальная составляющая давления
ветра. При совпадении частоты образования вихрей с одной из частот собственных колебании натянутого
провода последний начинает колебаться в вертикальной плоскости. При всем этом одни точки больше всего отклоняются от положения равновесия, образуя пучность волны, а другие — остаются на месте, образуя так именуемые узлы. В узлах происходят только угловые перемещения провода. Такие колебания провода с амплитудой, не превосходящей 0,005 длины полуволны либо 2-ух поперечников провода, именуются
вибрацией.

Рис 1. Образование вихря за проводом

Вибрация проводов появляется при скоростях ветра 0,6—0,8 м/с; при увеличении скорости ветра растут частота вибрации и число волн в просвете, при скорости ветра выше 5—8
м/с амплитуды вибрации так малы, что безобидны для провода. 

Опыт эксплуатации указывает, что вибрация проводов наблюдается в большинстве случаев на линиях, проходящих по открытой и ровненькой местности. На участках линий в лесной и пересеченной местности длительность и интенсивность вибраций существенно меньше. Вибрация проводов наблюдается, обычно, в просветах длиной более 120 м и усиливается с повышением пролетов.
В особенности небезопасна вибрация на переходах через реки и водные места с просветами 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
повторяющихся извивов проволок в итоге вибрации накладываются на главные
растягивающие напряжения в подвешенном проводе. Если последние напряжения
невелики, то суммарные напряжения не добиваются предела, при котором происходит
разрушение проволок от вялости.

Рис. 2. Волны вибрации на проводе в просвете

На основании наблюдений и исследовательских работ установлено, что опасность разрушения проводов находится в зависимости от так именуемого средне-эксплуатационного напряжения (напряжения при среднегодовой температуре и отсутствии дополнительных нагрузок).

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

Способы борьбы с вибрацией проводов

Согласно ПУЭ одиночные дюралевые и сталеалюминиевые провода сечением до 95 мм2 в просветах длиной более 80 м, сечением 120
— 240 мм2 в просветах более 100 м, сечением 300 мм2 и поболее в просветах более 120 м, железные провода и тросы всех сечений в просветах более 120 м должны быть защищены от вибрации, если напряжение при среднегодовой температуре превосходит: 3,5 даН/мм2 (кгс/мм2) в дюралевых проводах, 4,0 даН/мм2 в сталеалюминиевых проводах, 18,0 даН/мм2
в железных проводах и тросах.

В просветах меньше обозначенных 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 превосходит 4,0 даН/мм2 в дюралевых и, 4,5 даН/мм2 в сталеалюминиевых проводах. Фаза с расщеплением на три и четыре провода, обычно, не просит защиты от вибрации. Участки всех линий, защищенные от поперечных ветров, не подлежат защите от вибрации. На огромных переходах рек и

аква пространств защита нужна независимо от напряжения в проводах.

Обычно, понижение напряжений в проводах линий до значений, при которых не требуется защиты от вибрации, экономически нерентабельно. Потому на линиях напряжением 35
— 330 кВ обычно инсталлируются виброгасители, выполненные в виде 2-ух грузов, подвешенных на железном тросе.

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

На ряде линий для защиты от вибрации используются армирующие прутья, выполненные из такого же материала, что и провод, и наматываемые на провод в месте его закрепления в зажиме на длине 1,5
— 3,0 м. Поперечник прутьев миниатюризируется в обе стороны от середины зажима. Армирующие прутья наращивают твердость провода и уменьшают возможность его повреждения от вибрации.

Но более действенным средством борьбы с вибрацией являются виброгасители.

Для защиты от вибрации одиночных сталеалюминиевых проводов сечением 25—70 мм2 и дюралевых 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 такого же сечения. В забугорной практике петлевые гасители из одной либо нескольких поочередных петель используются также для защиты проводов огромных сечений, в том числе и проводов на огромных переходах.

Пляска проводов

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 в большинстве случаев наблюдается пляска с одной волной, т. е. с 2-мя полуволнами в просвете (рис.
4), на линиях с расщепленными проводами — с одной полуволной в просвете. В плоскости, перпендикулярной оси полосы, провод движется при пляске по вытянутому эллипсу, большая ось которого вертикальна либо отклонена под маленьким углом (до 10
— 20°) от вертикали. Поперечникы эллипса зависят от стрелы провеса: при пляске с одной полуволной в просвете большой поперечник эллипса может достигать 60
— 90% стрелы провеса,

при пляске с 2-мя полуволнами — 30 — 45% стрелы провеса. Малый поперечник эллипса обычно составляет 10
— 50% длины огромного поперечника.

Обычно, пляска проводов наблюдается при гололеде.
Гололед отлагается на проводах в большей степени с подветренной стороны,
вследствие чего провод получает некорректную форму. При воздействии ветра на провод с однобоким гололедом скорость воздушного потока в высшей части возрастает, а давление миниатюризируется. В итоге появляется подъемная сила Vy, вызывающая пляску провода.

Опасность пляски состоит в том, что колебания проводов отдельных фаз, также проводов и тросов происходят несинхронно; нередко наблюдаются случаи, когда провода передвигаются в обратных направлениях и сближаются либо даже схлестываются. При всем этом происходят электронные разряды, вызывающие оплавление отдельных проволок, а время от времени и обрывы проводов. Наблюдались также случаи, когда провода линий 500 кВ подымалиь до уровня тросов и схлестывались с ними.

Рис. 4: а —  волны пляски на проводе в просвете, б
— провод, покрытый гололедом, в воздушном потоке

вместе.

Удовлетворительные результаты эксплуатации опытнейших линий с гасителями пляски пока недостаточны для уменьшения расстояний меж проводами.

На неких забугорных линиях с недостающими расстояниями меж проводами различных фаз установлены изолирующие распорки, исключающие возможность схлестывания проводов при пляске.