Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Для передачі електричного струму на великі відстані використовуються повітряні і кабельні лінії високої напруги. Протяжність таких ліній електропередач може досягати декількох кілометрів, на яких встановлені високовольтні опори для відділення проводів від землі. У місцях кріплення забезпечується досить жорстка фіксація, але в прольотах опор дроти можуть вільно коливатися. При впливі певних зовнішніх чинників на повітряних лініях виникає вібрація і танець проводів, здатна як пошкодити самі пристрої, так і порушити нормальний режим роботи енергосистеми.
визначення
Під вібрацією слід розуміти переміщення дроти у вертикальній площині, які характеризуються порівняно невеликою амплітудою руху - в межах декількох сантиметрів, але не більше діаметра дроту для подвійний амплітуди або 0, 005 від довжини хвилі вібрації. При цьому частота таких переміщень у вертикальній площині може досягати від 3 до 150 Гц. Найбільшої шкоди інтенсивної вібрації - швидке зношування металу в місцях частого перегину.
Як бачите на малюнку 1, в точці 1 відбувається частий злам, який призводить до втоми металу з подальшим відпуском, що й обумовлює втрату жорсткості проводів, і обриви окремих жив.
Під танцем проводів мається на увазі вертикальне переміщення з частотою від 0, 2 до 2Гц. Амплітуда коливань під час танцю може досягати від 0, 3 до 5м, а при відстані між опорами в 200 - 500м амплітуда танці досягає 10 - 14м. Такому явищу можуть піддаватися будь-які ЛЕП і їх елементи (фазні дроти, грозозащітние.Подвесние троса і т.д.). Але в низьковольтних лініях до 6-10кВ за рахунок малого відстані між опорами явище незначно.
Відмінність вібрації від танці проводів.
Фізично і вібрація, і танець проводів є переміщення у вертикальній площині. Їх основна відмінність в розмірі виникає при коливаннях хвилі і в її частоті. Так вібрація характеризується значно більшою частотою коливання проводів, в порівнянні з танцем. Але вібрація має незрівнянно меншу амплітуду, ніж танець, завдяки чому вона не несе такої загрози для лінії.
Причини виникнення
Всі причини виникнення та танці, і вібрації можна розділити на:
- вплив повітряного потік а - найбільш часта і небезпечна причина, оскільки має тривалий вплив і призводить до наростання амплітуди і частоти;
- комутаційні процеси - при подачі напруги в мережу або при підключенні навантаження перехідні процеси зумовлюють скачок електромагнітного поля, що приводить дроти в рух;
- механічне навантаження - обумовлюється всілякими ударами або рухом предметів, наприклад, струмоприймачем електрорухомого складу по контактної мережі.
Слід зазначити, що рух ліній під час перехідного процесу має разовий характер, і подальші власні коливання поступово згасають. Те ж відбувається і з механічним навантаженням, на відміну від повітря, який не тільки може дути в перебігу тривалого часу, але і міняти свій кут і інтенсивність. Тому найбільш значущою причиною для всіх типів ліній є повітряний потік.
Виникнення вібрації і танці від повітряного потоку
Вплив вітру відбувається при будь-якому напрямку потоку, як в горизонтальній площині, так і під якимось кутом. Основною причиною коливань є нерівномірна швидкість, з якою повітря огинає провід, через що у верхній і нижній точці виникає різниця тиску.
Подивіться на малюнок 2, тут наведено приклад, коли повітря огинає окружність з точки А в точку Б. Повітряний потік в цьому місці закручується, і виникають завихрення. Це призводить до виникнення сил, які давили не тільки з боку вітру, але і у вертикальній площині. У нижній точці тиск стає меншим, ніж у верхній і при збігу вихорів з власними коливаннями виникають горизонтальні переміщення дроти.
Слід зазначити, що така ситуація можлива лише при відносно невеликих швидкостях повітряних потоків - від 0, 5 до 7 м / с, так як при збільшенні швидкості потоки рухаються інакше. Але припинення вітру, на жаль, не означає закінчення вібрації, так як через велику протяжності ліній в них виникають власні коливання, які вже не потребують підтримки, а тривають за рахунок резонансних явищ. І, якщо вібрація носить непомітний характер, то при танці, хвилі стануть набагато більш значущі й небезпечними.
фізика процесу
Під час танцю в місцях підвішування до опори лінія кріпиться жорстко, тому в таких вузлах не виникає жодних сумнівів. А в місцях провисання проводів амплітуда коливань ставати максимальною.
При досягненні максимуму танці в піковій точці провиса виникає, так звана, стояча хвиля. Дане явище характеризується величиною амплітуди кратної або дорівнює довжині прольоту. Найбільш небезпечні переміщення виникають на швидкостях в 0, 6 - 0, 8 м / с, а при наростанні швидкості повітряного потоку більше 5 - 8 м / с динамічні навантаження занадто малі через незначну амплітуди.
Але, крім амплітуди вібрації другим за значимістю параметром є їх частота, яку можна визначити за формулою:
f = (0, 185 × V) / d, де
- f - це частота коливань;
- 0, 185 - постійна Струхаля;
- V - швидкість аеродинамічного потоку;
- d - діаметр проводу.
Як бачите з формули, ніж меншого перетину торси застосовуються в ЛЕП, тим з більшою частотою вони будуть коливатися. На практиці, частота коливань обумовлює і інтенсивність танці, через що діапазон найбільш небезпечних частот для лінії становить від 0, 2 до 2 Гц.
Слід зазначити, що ситуація може значно погіршуватися за рахунок погодних факторів, які впливають не тільки на повітряні потоки, а й на стан проводу. Найбільш значущим з них є ожеледь, так як він виникає з підвітряного боку і характеризується спотворенням форми дроти. При цьому вібруючі дроти піддаються впливу піднімає сили V y, яка додається до відкладень ожеледі. Вона додатково погіршує ситуацію при вібрації і танці.
Провід робить не тільки горизонтальні коливання, але і обертальні рухи, а в вузлах і точках фіксації через обмерзання відбувається пошкодження металу.
небезпека
Танець і вібрація мають схожу природу, але відрізняються за інтенсивністю. Проте, обидва явища можуть нести такі види небезпеки для ЛЕП:
- Розпушування - пошкодження проводів, при якому мідні, алюмінієві або сталеві троси втрачають Утяжка і механічну міцність;
- Перекриття повітряного проміжку - в разі руху суміжних фаз з різною амплітудою, хвилі можуть наближатися досить близько один до одного, через що відбудеться пробій і виникнення дуги;
- Схлестиваніе проводів - є більш небезпечним розвитком попередньої ситуації, коли паралельні лінії торкаються один одного і створюють електричний контакт з протіканням струмів короткого замикання і опалювальному металу;
- Обрив проводів - може виникати як результат короткого замикання, так і множинних обривів окремих дротів, зруйнованих багаторазовими вібраціями або танцем.
Як бачите, всі потенційні небезпеки можуть запросто призвести до порушення нормального електропостачання і матеріальних витрат на відновлення. Також не забувайте, що будь-яка аварійна ситуація потенційно несе загрозу людині, як виконує роботу в електроустановках, так і знаходиться поблизу. Тому, щоб уникнути небезпеки впливів розроблені методи боротьби з вібрацією і танцем, спрямовані на гасіння коливань.
методи боротьби
Умови, при яких слід застосовувати захисні заходи для гасіння амплітуди вібрації, обумовлює п.2.5.85 ПУЕ. При цьому враховуються такі параметри, як:
- Довжина прольоту;
- Матеріал провідника і його перетин;
- Механічне напруження в розщеплених і одиночних проводах.
Конкретні методи боротьби регламентуються методичними вказівками РД 34.20.182-90. Для гасіння вібрації і танці встановлюються спеціальні пристрої.
За типом і конструктивними особливостями гасителі танці і вібрації поділяються на три типи:
- Петльові гасителі - застосовуються для проводів напругою в 6 - 10 кВ і виконуються у вигляді гнучкої розпірки. Залежно від числа петель і конструкції розпірок може бути одно- або трехпетлевим. Як петлевого затиску використовується дріт або кріпильні деталі.
- Спіральні - найефективніші, але і найдорожчі моделі для боротьби з високо- і низькочастотної вібрацією. Через дорожнечу їх рідко застосовують, хоча вони і дають рівномірний розподіл навантаження по всій довжині гасителя.
- Мостові - мають спеціальні вантажі, яким передається вібрація від розгойдується дроти і ними ж поглинається. Відрізняються простотою монтажу і подальшого обслуговування.
У лініях від 330 до 750 кВ застосовується розщеплення фази, при якому всі дроти з'єднуються розпірками. Незважаючи на те, що таке з'єднання саме може виступати в ролі гасителя вібрації, на практиці цього не достатньо. Тому в розділі 5 РД 34.20.182-90 наведені способи боротьби з вібрацією і танцем для різних ліній і умов, в яких вони можуть експлуатуватися.