Vibrace a tanec drátů na nadzemním elektrickém vedení

Při studiu zaměstnání letecké linky V přírodních podmínkách jsou kromě obvyklých změn způsobených v činnosti vodičů působením ledu, větru a teploty zajímavé jevy vibrací a tanců vodičů.

Vibrace drátů ve vertikální rovině je pozorována při nízkých rychlostech větru a spočívá ve výskytu podélných (stojících) a hlavně putujících vln v drátech s amplitudou do 50 mm a frekvencí 5-50 Hz. Důsledkem vibrací jsou přetržení vodičů drátů, samovolné uvolnění šroubů podpěr, zničení částí armatur izolačních strun atd.

Pro potlačení vibrací jsou dráty vyztuženy navinutím v upevňovacích bodech, autovibračními svorkami a tlumiči (tlumiče nárazů).

V trolejových vedeních dochází, i když méně často, k dalšímu, méně probádanému jevu — tanci vodičů, tedy kmitání vodičů s velkou amplitudou, které vede ke srážce vodičů různých fází, a proto , linka přetažení nefunguje.

Vibrace drátu

Když je proudění vzduchu kolem vodičů směrováno přes osu vedení nebo pod úhlem k této ose, vznikají na závětrné straně vodiče víry. Vítr se periodicky odděluje od drátu a tvoří se víry v opačném směru.

Oddělení víru na dně způsobuje vzhled kruhového proudění na závětrné straně a rychlost proudění v v bodě A je větší než v bodě B. V důsledku toho se objevuje vertikální složka tlaku větru.

Když se frekvence tvorby víru shoduje s jednou z přirozených frekvencí nataženého drátu, tento začne vibrovat ve vertikální rovině. Některé body se v tomto případě většinou odchylují od rovnovážné polohy, tvoří antinodu vlny, zatímco jiné zůstávají na místě a tvoří tzv. uzly. V uzlech dochází pouze k úhlovým posunům vodiče.

Takové se nazývají vibrace drátu s amplitudou nepřesahující 0,005 půlvlny délky nebo dvou průměrů vibrací drátu.

Obrázek 1. Tvorba víru za drátem

Vibrace drátu se vyskytují při rychlosti větru 0,6-0,8 m / s; s rostoucí rychlostí větru se zvyšuje frekvence vibrací a počet vln v dosahu; když rychlost větru překročí 5-8 m / s, jsou amplitudy vibrací tak malé, že nejsou pro vodič nebezpečné.

Provozní zkušenosti ukazují, že vibrace drátu jsou nejčastěji pozorovány na vedeních procházejících otevřeným a rovným terénem. Na úsecích vedení v lese a nerovném terénu je trvání a intenzita vibrací mnohem menší.

Vibrace drátu jsou zpravidla pozorovány na vzdálenostech delších než 120 m a zvyšují se s rostoucí vzdáleností.Vibrace jsou nebezpečné zejména při překračování řek a vodních ploch na vzdálenost větší než 500 m.

Riziko vibrací spočívá v přetržení jednotlivých drátů v místech, kde vycházejí ze svorek. Tyto nespojitosti jsou způsobeny skutečností, že střídavá napětí z periodického ohýbání drátů v důsledku vibrací jsou superponována na hlavní tahová napětí v zavěšeném drátu. Pokud jsou tato napětí nízká, pak celková napětí nedosahují limitu, při kterém vodiče selhávají v důsledku únavy.

Rýže. 2. Vibrační vlny podél drátu za letu

Na základě pozorování a výzkumu bylo zjištěno, že riziko přetržení drátu závisí na tzv Průměrné provozní napětí (napětí při průměrné roční teplotě a nepřítomnosti přídavných zátěží).

Záznamník vibrací ALCOA "SCOLAR III" namontovaný na spirálovém držáku

Způsoby řízení vibrací drátů

Podle PUE jednoduché hliníkové a ocelo-hliníkové dráty o průřezu do 95 mm2 při vzdálenostech větších než 80 m, průřezu 120 – 240 mm2 při vzdálenostech větších než 100 m, průřezu 300 mm2 nebo větším při vzdálenostech větších než 120 m, musí být ocelové dráty a kabely všech průřezů ve vzdálenostech nad 120 m chráněny před vibracemi, pokud napětí při průměrné roční teplotě překročí: 3,5 daN / mm2 (kgf / mm2) v hliníkových vodičích, 4,0 daN / mm2 v ocelo-hliníkových vodičích, 18,0 daN / mm2 v ocelových drátech a kabelech.

Při vzdálenostech menších, než jsou výše uvedené, není vyžadována žádná ochrana proti vibracím.Ochrana proti vibracím není vyžadována ani na dvouvodičových dělených fázích, pokud namáhání při průměrné roční teplotě nepřesahuje 4,0 daN / mm2 u hliníku a 4,5 daN / mm2 u ocelo-hliníkových vodičů.

Tří- a čtyřvodičové oddělení fází obvykle nevyžaduje ochranu proti vibracím. Úseky všech vedení, které jsou chráněny před bočním větrem, nepodléhají ochraně proti vibracím. Při velkých přechodech řek a vodních ploch je nutná ochrana bez ohledu na napětí v drátech.

Zpravidla je ekonomicky nerentabilní snižovat napětí v linkových vodičích na hodnoty, kde není vyžadována ochrana proti vibracím. Proto se na tratích s napětím 35 — 330 kV vyrábějí tlumiče vibrací ve formě dvou závaží zavěšených na ocelovém lanku.

Tlumiče vibrací absorbují energii vibrujících drátů a snižují amplitudu vibrací kolem svorek. Tlumiče vibrací musí být instalovány v určitých vzdálenostech od svorek, určených v závislosti na značce a napětí vodiče.

Na řadě ochranných linek proti vibracím se používají výztuže vyrobené ze stejného materiálu jako drát a navinuté kolem drátu v místě, kde je upevněn v konzole v délce 1,5 – 3,0 m.

Průměr tyčí se zmenšuje na obou stranách středu konzoly. Výztužné tyče zvyšují tuhost drátu a snižují pravděpodobnost poškození vibracemi. Tlumiče vibrací jsou však nejúčinnějším prostředkem, jak se s vibracemi vypořádat.

Rýže. 3. Tlumič vibrací na drátu

Pro ochranu proti vibracím jednotlivých ocelovo-hliníkových drátů o průřezu 25-70 mm2 a hliníku s průřezem do 95 mm2, smyčkové tlumiče (tlumicí smyčky) zavěšené pod drátem (pod nosnou konzolou) ve formě smyčky o délce 1,0 se doporučuje -1,35 m drátu stejného úseku.

V zahraniční praxi se také používají smyčkové tlumiče jedné nebo více po sobě jdoucích smyček k ochraně vodičů s velkým průřezem, včetně vodičů na velkých přechodech.

Tanec na drátech

Tanec drátů, stejně jako vibrace, je buzen větrem, ale liší se od vibrací s velkou amplitudou, dosahující 12-14 ma dlouhé vlnové délky. Na šňůrách s jednoduchými dráty je nejčastěji pozorován tanec s jednou vlnou, tedy se dvěma půlvlnami v rozsahu (obr. 4), na šňůrách s dělenými dráty - s jednou půlvlnou v rozpětí.

V rovině kolmé k ose čáry se drát pohybuje, když tančí podél protáhlé elipsy, jejíž hlavní osa je svislá nebo vychýlená pod mírným úhlem (do 10 — 20°) od svislice.

Průměry elipsy závisí na prověšené šipce: při tanci s jednou půlvlnou v rozsahu může velký průměr elipsy dosahovat 60 - 90 % prověšené šipky, při tanci se dvěma polovičními vlnami - 30 - 45 % prověšená šipka. Menší průměr elipsy je obvykle 10 až 50 % délky hlavního průměru.

Tanec na drátě je zpravidla pozorován v ledových podmínkách. Led se na drátech ukládá především na závětrné straně, čímž drát získává nepravidelný tvar.

Při působení větru na drát s jednostranným ledem se rychlost proudění vzduchu nahoře zvyšuje a tlak klesá.To má za následek zvedací sílu Vy, která způsobí tančení drátu.

Nebezpečí tance spočívá v tom, že kmitání vodičů jednotlivých fází, jakož i vodičů a kabelů, probíhají asynchronně; často dochází k případům, kdy dráty běží v opačných směrech a přibližují se nebo dokonce kolidují.

V tomto případě dochází k elektrickým výbojům, které způsobují roztavení jednotlivých drátů a někdy i přetržení drátů. Byly i případy, kdy se vodiče vedení 500 kV zvedly na úroveň kabelů a narážely do nich.

Rýže. 4: a — tančící vlny na drátě za letu, b — drát pokrytý ledem v proudu vzduchu mezi nimi.

Uspokojivé výsledky z provozu experimentálních linek s tanečními tlumiči stále nestačí ke snížení vzdálenosti mezi dráty.

Na některých zahraničních vedeních s nedostatečnými vzdálenostmi mezi vodiči různých fází jsou instalovány izolační distanční prvky, které vylučují možnost zachycení vodičů při tanci.