Vibració i ball de cables a les línies elèctriques aèries

Estudi de la feina línies aèries En condicions naturals, a més dels canvis habituals provocats en el funcionament dels conductors per l'acció del gel, el vent i la temperatura, són interessants els fenòmens de vibracions i danses dels conductors.

La vibració dels cables en el pla vertical s'observa a velocitats de vent baixes i consisteix en l'aparició en els cables d'ones longitudinals (dempeus) i principalment errants amb una amplitud de fins a 50 mm i una freqüència de 5-50 Hz. El resultat de les vibracions són les ruptures dels conductors dels cables, l'autoafluixament dels cargols dels suports, la destrucció de les parts dels accessoris de les cordes aïllants, etc.

Per combatre les vibracions, els cables es reforcen mitjançant l'enrotllament als punts de fixació, pinces autovibratòries i silenciadors (amortidors).

A les línies aèries, hi ha, encara que amb menys freqüència, un altre fenomen menys estudiat: la dansa dels conductors, és a dir, l'oscil·lació dels conductors amb una gran amplitud, que condueix a la col·lisió dels conductors de diferents fases i, per tant, , la línia de descens no funciona.

Vibració del cable

Quan el flux d'aire al voltant dels conductors es dirigeix ​​a través de l'eix de la línia o en un angle amb aquest eix, sorgeixen vòrtexs al costat de sotavent del conductor. El vent es separa periòdicament del fil i es formen vòrtexs en sentit contrari.

La separació del vòrtex a la part inferior provoca l'aparició d'un flux circular al costat de sotavent, i la velocitat del flux v al punt A es fa més gran que al punt B. Com a resultat, apareix una component vertical de la pressió del vent.

Quan la freqüència de formació del vòrtex coincideix amb una de les freqüències naturals del cable estirat, aquest comença a vibrar en el pla vertical. En aquest cas, alguns punts es desvien majoritàriament de la posició d'equilibri, formant l'antinode de l'ona, mentre que altres es mantenen al seu lloc, formant els anomenats nodes. Només es produeixen desplaçaments angulars del conductor als nodes.

S'anomenen vibracions d'un cable amb una amplitud no superior a 0,005 de longitud de mitja ona o dos diàmetres de vibració del cable.

Figura 1. Formació de vòrtex darrere del cable

Les vibracions del cable es produeixen a una velocitat del vent de 0,6-0,8 m / s; a mesura que augmenta la velocitat del vent, augmenta la freqüència de vibració i el nombre d'ones en el rang; quan la velocitat del vent supera els 5-8 m / s, les amplituds de vibració són tan petites que no són perilloses per al conductor.

L'experiència operativa mostra que les vibracions dels cables s'observen amb més freqüència a les línies que passen per terreny obert i pla. En trams de línies al bosc i terrenys irregulars, la durada i la intensitat de les vibracions són molt menors.

La vibració del cable s'observa, per regla general, a distàncies superiors a 120 m i augmenta amb les distàncies creixents.Les vibracions són especialment perilloses en creuar rius i zones d'aigua amb distàncies de més de 500 m.

El risc de vibració rau en el trencament de cables individuals a les zones per on surten de les pinces. Aquestes discontinuïtats es deuen al fet que les tensions alternes de la flexió periòdica dels cables com a resultat de la vibració es superposen a les tensions de tracció principals del cable suspès. Si aquestes últimes tensions són baixes, aleshores les tensions totals no arriben al límit en què els conductors fallen a causa de la fatiga.

Arròs. 2. Ones de vibració al llarg del cable en vol

A partir d'observacions i investigacions, es va trobar que el risc de trencament del cable depèn de l'anomenat Tensió mitjana de funcionament (tensió a temperatura mitjana anual i absència de càrregues addicionals).

Enregistrador de vibracions ALCOA "SCOLAR III" muntat en espiral

Mètodes de control de la vibració dels cables

D'acord amb PUE cables senzills d'alumini i acer-alumini amb una secció de fins a 95 mm2 a distàncies de més de 80 m, secció transversal de 120 a 240 mm2 a distàncies de més de 100 m, secció transversal de 300 mm2 o més a distàncies de més de superior a 120 m, els filferros i cables d'acer de totes les seccions transversals a distàncies superiors a 120 m s'han de protegir de les vibracions si la tensió a la temperatura mitjana anual supera: 3,5 daN / mm2 (kgf / mm2) en conductors d'alumini, 4,0 daN / mm2 en conductors d'acer-alumini, 18,0 daN/mm2 en fils i cables d'acer.

A distàncies inferiors a les anteriors, no es requereix protecció contra vibracions.Tampoc es requereix protecció contra vibracions a les línies de fase dividida de dos conductors si la tensió a la temperatura mitjana anual no supera els 4,0 daN / mm2 en alumini i 4,5 daN / mm2 en conductors d'acer-alumini.

La separació de fases de tres i quatre fils normalment no requereix protecció contra vibracions. Les seccions de totes les línies que estan protegides de vents creuats no estan subjectes a protecció contra vibracions. En els grans encreuaments de rius i zones d'aigua, la protecció és necessària independentment de la tensió dels cables.

Com a regla general, no és rendible econòmicament reduir les tensions dels conductors de línia a valors on no es requereixi protecció contra les vibracions. Per tant, a les línies amb una tensió de 35 — 330 kV, es fabriquen amortidors de vibracions en forma de dos pesos suspesos sobre un cable d'acer.

Els amortidors de vibracions absorbeixen l'energia dels cables vibrants i redueixen l'amplitud de les vibracions al voltant de les pinces. Els amortidors de vibracions s'han d'instal·lar a determinades distàncies dels terminals, determinades en funció de la marca i la tensió del cable.

En diverses línies de protecció contra vibracions, s'utilitzen barres d'armadura fetes del mateix material que el cable i s'enrotllen al voltant del cable en el punt on es fixa al suport per a una longitud d'1,5 a 3,0 m.

El diàmetre de les barres disminueix a banda i banda del centre del suport. Les barres de reforç augmenten la rigidesa del cable i redueixen la probabilitat de danys per vibracions. Tanmateix, els amortidors de vibracions són el mitjà més eficaç per fer front a les vibracions.

Arròs. 3. Amortidor de vibracions al cable

Per a la protecció contra vibracions de cables d'acer-alumini individuals amb una secció transversal de 25-70 mm2 i alumini amb una secció transversal de fins a 95 mm2, amortidors de tipus bucle (bucles d'amortidor) suspesos sota el cable (sota el suport de suport) en forma de bucle amb una longitud d'1,0 es recomana -1,35 m de cable de la mateixa secció.

En la pràctica estrangera, també s'utilitzen amortidors de bucles d'un o diversos bucles consecutius per protegir cables amb una gran secció transversal, inclosos els cables a grans transicions.

Balla als cables

La dansa dels cables, com les vibracions, és excitada pel vent, però difereix de les vibracions amb una gran amplitud, que arriba als 12-14 m i una llarga longitud d'ona. En línies amb cables únics, s'observa més sovint una dansa amb una ona, és a dir, amb dues mitges ones al rang (Fig. 4), en línies amb cables dividits, amb una mitja ona en un vano.

En un pla perpendicular a l'eix de la línia, el filferro es mou quan balla al llarg d'una el·lipse allargada, l'eix principal de la qual és vertical o desviat en un angle lleuger (fins a 10-20 °) de la vertical.

Els diàmetres de l'el·lipse depenen de la fletxa de caiguda: quan es balla amb una mitja ona en el rang, el gran diàmetre de l'el·lipse pot arribar al 60-90% de la fletxa de caiguda, mentre que es balla amb dues mitges ones - 30-45% de la fletxa de caiguda. El diàmetre menor de l'el·lipse sol ser del 10 al 50% de la longitud del diàmetre principal.

Per regla general, el ball de filferro s'observa en condicions de gel. El gel es diposita als cables principalment al costat de sotavent, de manera que el cable adquireix una forma irregular.

Quan el vent actua sobre un cable amb gel unilateral, la velocitat del flux d'aire a la part superior augmenta i la pressió disminueix.Això resulta en una força d'elevació Vy que fa que balli el cable.

El perill de ballar rau en el fet que les vibracions dels cables de fases individuals, així com de cables i cables, es produeixen de manera asíncrona; sovint hi ha casos en què els cables circulen en direccions oposades i s'acosten o fins i tot xoquen.

En aquest cas, es produeixen descàrregues elèctriques que fan que els cables individuals es fonguin i, de vegades, es trenquin. També hi va haver casos en què els conductors de les línies de 500 kV s'elevaven al nivell dels cables i xocaven amb ells.

Arròs. 4: a — ones que ballen sobre un cable en vol, b — un cable cobert de gel en un corrent d'aire entre ells.

Els resultats satisfactoris del funcionament de línies experimentals amb amortidors de ball encara no són suficients per reduir la distància entre els cables.

En algunes línies exteriors amb distàncies insuficients entre conductors de diferents fases, s'instal·len elements de distància aïllants, que exclouen la possibilitat que els conductors s'enganxin durant el ball.