Защита проводов воздушных линий электропередачи от вибрации

Вибрация проводов

Вибрация проводов — это вызванные ветром колебания провода в вертикальной плоскости, характеризующиеся небольшим размахом и большой частотой.

Вибрирующий провод в пролете имеет волнообразную форму. Колебания провода при вибрации представляют собой стоячие волны, когда точки провода с наибольшим размахом колебаний (пучности) и точки провода, остающиеся неподвижными в процессе колебаний (узлы), не меняют своего положения по длине провода. Длина волны вибрации равна удвоенному расстоянию между двумя соседними узлами (или пучностями). Наибольший размах колебаний называется амплитудой вибрации.

Вероятность возникновения вибрации возрастает с увеличением длины пролета линии, диаметра и высоты подвески провода. Чаще всего вибрация возникает на линиях, проходящих по открытой местности. Кустарники, постройки и деревья на трассе влияют на возникновение вибрации, так как они меняют направление и скорость воздушного потока. На линиях, проходящих по лесным массивам с высотой деревьев, близкой к высоте подвески провода, вибрация проводов практически не наблюдается.

Последствия вибрации проводов и тросов

В результате вибрации в месте крепления провода в поддерживающем или натяжном зажиме возникают перегибы. Количество их в процессе эксплуатации быстро достигает очень больших величин и вызывает усталость металла провода. Происходит разрушение отдельных проволок провода, а затем и обрыв провода при нормальном тяжения. Провод до разрушения выдерживают от полумиллиона до нескольких десятков миллионов перегибов.

С увеличением тяжения по проводу усталость металла наступает при меньшем числе перегибов. Повреждения проводов от вибрации чаще всего возникают вблизи поддерживающих зажимов. Чем сильнее изгибается провод в зажиме и чем острее края плашек, зажимающих провод, тем скорее наступает разрушение провода от вибрации.

При вибрации обычно в первую очередь происходит разрушение проволок наружного повива провода, так как они испытывают наибольшие перегибы. Проволоки в месте излома имеют мелкозернистую структуру, края излома — гладкие. Шейки, характерные для разрыва проволок под действием тяжения, отсутствуют. Разрушение провода от вибрации развивается очень быстро, так как увеличиваются напряжения в оставшихся проволоках за счет уменьшения суммарного сечения провода.

Подробнее о причинах вибрации и ее последствиях смотрите здесь: Вибрация и пляска проводов на воздушных линиях электропередачи

Как выполняется защита проводов и тросов от вибрации

Защита проводов от вибрации осуществляется двумя способами. Первый из них заключается в искусственном усилении провода в местах подвески с помощью специальных армирующих прутков, второй — в гашении вибрации с помощью специальных гасителей.

Энергия вибрации проводов при установке петлевого гасителя вибрации поглощается за счет упругости петли и трения между собой проволок в отрезке провода, составляющего петлю.

Для гашения вибрации проводов больших сечений — алюминиевых сечением 120 мм2 и более и сталеалюминиевых сечением 95 мм2 и более, а также стальных проводов и тросов сечением 50 мм2 и более — применяются типовые гасители вибрации, состоящие из двух чугунных грузов, закрепленных на отрезке стального троса. Размеры такого гасителя вибрации зависят от марки провода, для гашения вибрации которого рассчитан гаситель.

Гашение вибрации происходит за счет поглощения энергии вибрации колебанием грузов и трением между собой проволок стального троса, к которому прикреплены грузы.

Стандартные гасители вибрации устанавливают на проводе вблизи натяжного или поддерживающего зажима. Количество устанавливаемых гасителей зависит от характера местности, по которой проходит линия, среднеэксплуатационного напряжения в проводе и длины пролета.

Для обычных пролетов (длиной до 500 м) устанавливается не более одного гасителя вибрации с каждой стороны поддерживающего или у каждого натяжного зажима на каждой опоре при длине пролетов 80 м и болеее.

Гасители вибрации значительно сокращают амплитуду и продолжительность вибрации проводов, благодаря чему срок службы проводов увеличивается.

Гашение вибрации и субколебаний проводов на линиях электропередачи с расщепленными проводами

При применении на линиях электропередачи расщепления проводов в фазе дистанционные распорки, устанавливаемые на проводах, в значительной степени обеспечивают гашение вибрации проводов. Особенно эффективно гасят вибрацию парные распорки. В этих условиях установка дополнительных гасителей вибрации, как правило, не требуется, если расстояние между «кустами» распорок не превышает 60—75 м.

На линиях с расщеплением фазы только на два провода виброгасящее действие дистанционных распорок несколько слабее и может потребоваться установка дополнительных гасителей вибрации, хотя количество их на каждом проводе обычно меньше, чем на линиях с нерасщепленными проводами, проходящими в таких же условиях.

Так, на линиях с расщепленной фазой из двух проводов, соединенных распорками, защита от вибрации необходима при длинах пролетов более 150 м и среднеэксплуатационных напряжениях в сталеалюминиевых проводах, превышающих 40—45 МПа, в зависимости от марки провода и характера местности, по которой проходит линия.

На линиях с расщепленными фазами наряду с вибрацией наблюдается еще один вид колебаний проводов — это колебания проводов на участках между дистанционными распорками, связанные с экранированием одного из проводов другим при воздействии ветра на провода, расположенные в одной горизонтальной плоскости. Такой вид колебаний получил название субколебаний.

Экранирование одного провода другим при ветре поперек линии и сравнительно небольшом расстоянии между проводами (0,3 — 0,4 м) приводит к тому, что экранируемый провод попадает в зону завихрений воздушного потока и возникают его колебания в основном в горизонтальной плоскости. Амплитуда субколебаний от 5—6 см до нескольких десятков сантиметров, а период колебаний составляет от 0,2 — 0,5 до 1 с.

Субколебания проводов возникают при до­ статочно больших скоростях ветра и могут приводить к соударениям и повреждениям проводов в результате соударений. Большую опасность субколебания представляют для дистанционных распорок, детали которых могут истираться и разрушаться от длительного воздействия субколебаний проводов. По зарубежным данным отношение расстояния между проводами расщепленной фазы к диаметру проводов, уменьшающее вероятность появления субколебаний должно быть не менее 20.

Требования к установки гасителей вибрации

Установка гасителей не требуется, если линия проходит по лесному массиву с высотой деревьев, превышающей высоту подвеса проводов, вдоль горных долин и т. п. препятствий, защищающих линию от поперечных ветров.

В соответствии с действующими «Методическими указаниями по типовой защите от вибрации проводов и тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35 — 750 кВ» защита от вибрации одиночных проводов и тросов не требуется, если среднеэксплуатационные напряжения в них оказываются меньше 35—40 МПа для алюминиевых проводов и проводов из сплава АН, 40—45 МПа для сталеалюминиевых проводов и проводов из сплава АЖ, 100 — 110 МПа для медных проводов и 180 — 200 МПа для стальных проводов и тросов.

Более точно эти величины определяются в зависимости от сечения проводов, длины пролетов и характера местности, по которой проходит линия. Открытая, ровная местность без древесной растительности, сильно пересеченная или застроенная местность или наличие редкого или низкорослого леса.

В зависимости от условий прохождения трассы линии, конструктивных особенностей линий и тяжения по проводам и тросам гасители вибрации устанавливают либо с обеих сторон пролета, либо только с одной стороны, при этом рекомендуется устанавливать гасители вибрации через одну опору, т. е. по обе стороны от одной опоры и пропуская следующую.

Установка гасителей с одной стороны пролета допускается в условиях пониженной опасности вибрации в пролетах длиной менее 200 м, а также в пролетах длиной 200—320 м, если среднеэксплуатационное напряжение в проводах незначительно (на 5—10%) превышает указанные ранее безопасные для вибрации значения.

Установка гасителей вибрации обязательна как для одиночных проводов, так и для расщепленных независимо от среднеэксплуатационных напряжений в проводах при пересечении больших рек, водоемов, открытых горных долин, если длина пролета пересечения превышает 500 м для больших рек и водоемов и 800 м для горных долин, где вибрация проявляется несколько в меньшей степени, чем при пересечении рек и водоемов.

В переходных пролетах через реки и водоемы длиной 500—1500 м, а также через горные долины длиной 800— 1500 м рекомендуется установка с каждой стороны пролета по два гасителя вибрации. Защита от вибрации проводов и тросов в переходных пролетах длиной более 1500 м, а также независимо от длины пролета для проводов диаметром более 38 мм и проводов со среднеэксплуатационным тяжением более 180 кН должна производиться по специальному проекту. 

При подгтовке статьи использованы материалы сайта Школа для электрика