Vibrationen und Tanzen von Drähten an Freileitungen
Studium am Arbeitsplatz Luftleitungen Unter natürlichen Bedingungen sind neben den üblichen Veränderungen im Betrieb von Leitern durch die Einwirkung von Eis, Wind und Temperatur auch die Phänomene der Vibrationen und Tänze von Leitern von Interesse.
Die Vibration der Drähte in der vertikalen Ebene wird bei geringen Windgeschwindigkeiten beobachtet und besteht im Auftreten von Längswellen (stehend) und hauptsächlich Wanderwellen mit einer Amplitude von bis zu 50 mm und einer Frequenz von 5 bis 50 Hz in den Drähten. Die Folge der Vibrationen sind Brüche der Leiter der Drähte, Selbstlockerung der Bolzen der Stützen, Zerstörung der Teile der Beschläge der Isolierstränge usw.
Um Vibrationen entgegenzuwirken, werden die Drähte durch Aufwickeln der Befestigungspunkte, Autovibrationsklemmen und Schalldämpfer (Stoßdämpfer) verstärkt.
In Freileitungen gibt es, wenn auch seltener, ein anderes, weniger untersuchtes Phänomen – den Tanz der Leiter, also die Schwingung der Leiter mit großer Amplitude, die zur Kollision der Leiter verschiedener Phasen und damit führt , die Drop-Line funktioniert nicht.
Drahtvibration
Wenn die Luftströmung um die Leiter durch die Achse der Leitung oder in einem Winkel zu dieser Achse gerichtet ist, entstehen Wirbel auf der Leeseite des Leiters. Der Wind löst sich periodisch vom Draht und es bilden sich Wirbel in die entgegengesetzte Richtung.
Durch die Ablösung des Wirbels am Boden entsteht auf der Leeseite eine Kreisströmung, und die Strömungsgeschwindigkeit v am Punkt A wird größer als am Punkt B. Dadurch entsteht eine vertikale Komponente des Winddrucks.
Wenn die Frequenz der Wirbelbildung mit einer der Eigenfrequenzen des gespannten Drahtes übereinstimmt, beginnt dieser in der vertikalen Ebene zu schwingen. Dabei weichen einige Punkte größtenteils von der Gleichgewichtslage ab und bilden den Schwingungsbauch der Welle, während andere an Ort und Stelle bleiben und die sogenannten Knoten bilden. An den Knotenpunkten treten lediglich Winkelverschiebungen des Leiters auf.
Dies nennt man Schwingungen eines Drahtes mit einer Amplitude von nicht mehr als 0,005 Halbwellenlängen oder zwei Durchmessern der Drahtschwingung.
Abbildung 1. Wirbelbildung hinter dem Draht
Drahtvibrationen treten bei einer Windgeschwindigkeit von 0,6-0,8 m/s auf; mit zunehmender Windgeschwindigkeit nehmen die Schwingungsfrequenz und die Anzahl der Wellen im Wirkungsbereich zu; Bei Windgeschwindigkeiten über 5-8 m/s sind die Schwingungsamplituden so gering, dass sie für den Leiter ungefährlich sind.
Betriebserfahrungen zeigen, dass Drahtvibrationen am häufigsten bei Leitungen beobachtet werden, die durch offenes und flaches Gelände verlaufen. Auf Leitungsabschnitten im Wald und in unebenem Gelände ist die Dauer und Intensität der Vibrationen deutlich geringer.
Drahtvibrationen werden in der Regel bei Entfernungen über 120 m beobachtet und nehmen mit zunehmender Entfernung zu.Besonders gefährlich sind Erschütterungen beim Durchqueren von Flüssen und Wasserflächen mit Entfernungen von mehr als 500 m.
Die Gefahr von Vibrationen besteht darin, dass einzelne Drähte an den Austrittsstellen aus den Klemmen brechen. Diese Diskontinuitäten sind darauf zurückzuführen, dass den Hauptzugspannungen im aufgehängten Draht Wechselspannungen durch periodische Biegung der Drähte infolge von Vibrationen überlagert sind. Sind die letztgenannten Spannungen gering, erreichen die Gesamtspannungen nicht die Grenze, bei der die Leiter aufgrund von Ermüdung versagen.
Reis. 2. Vibrationswellen entlang des Drahtes im Flug
Aufgrund von Beobachtungen und Untersuchungen wurde festgestellt, dass die Gefahr eines Drahtbruchs von der sogenannten abhängt Durchschnittliche Betriebsspannung (Spannung bei durchschnittlicher Jahrestemperatur und ohne zusätzliche Lasten).
ALCOA „SCOLAR III“ Vibrationsrekorder montiert auf Spiralhalterung
Methoden zur Kontrolle der Vibration von Drähten
Entsprechend PUE Einzelne Aluminium- und Stahl-Aluminium-Drähte mit einem Querschnitt von bis zu 95 mm2 bei Entfernungen von mehr als 80 m, einem Querschnitt von 120 – 240 mm2 bei Entfernungen von mehr als 100 m, einem Querschnitt von 300 mm2 oder mehr bei Entfernungen von mehr Als 120 m müssen Stahldrähte und -kabel aller Querschnitte in Entfernungen über 120 m vor Vibrationen geschützt werden, wenn die Spannung bei der durchschnittlichen Jahrestemperatur übersteigt: 3,5 daN/mm2 (kgf/mm2) bei Aluminiumleitern 4,0 daN/mm2 in Stahl-Aluminium-Leitern, 18,0 daN/mm2 in Stahldrähten und -kabeln.
Bei kleineren Abständen als oben ist kein Vibrationsschutz erforderlich.Auch bei zweiadrigen Split-Phase-Leitungen ist ein Vibrationsschutz nicht erforderlich, wenn die Beanspruchung bei der Jahresdurchschnittstemperatur 4,0 daN/mm2 bei Aluminium- und 4,5 daN/mm2 bei Stahl-Aluminium-Leitern nicht überschreitet.
Bei der Drei- und Vierleiter-Phasentrennung ist in der Regel kein Vibrationsschutz erforderlich. Abschnitte aller Leitungen, die vor Seitenwind geschützt sind, unterliegen keinem Erschütterungsschutz. Bei großen Überquerungen von Flüssen und Wasserflächen ist unabhängig von der Spannung in den Leitungen ein Schutz erforderlich.
In der Regel ist es wirtschaftlich unrentabel, die Spannungen in Außenleitern auf Werte zu reduzieren, bei denen kein Vibrationsschutz erforderlich ist. Daher werden auf Leitungen mit einer Spannung von 35 bis 330 kV Schwingungsdämpfer in Form von zwei Gewichten verwendet, die an einem Stahlseil aufgehängt sind.
Vibrationsdämpfer absorbieren die Energie der vibrierenden Drähte und reduzieren die Amplitude der Vibrationen um die Klemmen herum. Schwingungsdämpfer müssen in bestimmten Abständen von den Klemmen installiert werden, die von der Marke und der Spannung des Kabels abhängen.
Bei einigen Erschütterungsschutzleitungen werden Bewehrungsstäbe aus dem gleichen Material wie der Draht verwendet und auf einer Länge von 1,5 – 3,0 m um den Draht an der Befestigungsstelle in der Halterung gewickelt.
Der Durchmesser der Stäbe verringert sich auf beiden Seiten der Mitte der Halterung. Verstärkungsstäbe erhöhen die Steifigkeit des Drahtes und verringern die Wahrscheinlichkeit von Vibrationsschäden. Schwingungsdämpfer sind jedoch das wirksamste Mittel gegen Schwingungen.
Reis. 3. Vibrationsdämpfer am Draht
Zum Vibrationsschutz einzelner Stahl-Aluminium-Drähte mit einem Querschnitt von 25–70 mm2 und Aluminium mit einem Querschnitt bis 95 mm2 werden unter dem Draht (unter der Traghalterung) Schlaufendämpfer (Dämpferschlaufen) aufgehängt. In Form einer Schleife mit einer Länge von 1,0 werden empfohlen -1,35 m Draht des gleichen Querschnitts.
In der ausländischen Praxis werden Schleifendämpfer einer oder mehrerer aufeinanderfolgender Schleifen auch zum Schutz von Drähten mit großem Querschnitt, einschließlich Drähten an großen Übergängen, eingesetzt.
Tanzen Sie auf den Drähten
Der Tanz der Drähte wird wie Vibrationen durch den Wind angeregt, unterscheidet sich jedoch von Vibrationen mit großer Amplitude, die 12–14 m und eine lange Wellenlänge erreichen. Auf Leitungen mit Einzeldrähten wird am häufigsten ein Tanz mit einer Welle beobachtet, also mit zwei Halbwellen im Bereich (Abb. 4), auf Leitungen mit geteilten Drähten – mit einer Halbwelle pro Spanne.
In einer Ebene senkrecht zur Achse der Linie bewegt sich der Draht, wenn er entlang einer länglichen Ellipse tanzt, deren Hauptachse vertikal ist oder in einem leichten Winkel (bis zu 10–20 °) von der Vertikalen abweicht.
Die Durchmesser der Ellipse hängen vom Durchhangpfeil ab: Beim Tanzen mit einer Halbwelle im Bereich kann der große Durchmesser der Ellipse 60 - 90 % des Durchhangpfeils erreichen, beim Tanzen mit zwei Halbwellen - 30 - 45 % der Durchhangpfeil. Der kleinere Durchmesser der Ellipse beträgt normalerweise 10 bis 50 % der Länge des großen Durchmessers.
Bei eisigen Bedingungen wird in der Regel Drahttanz beobachtet. Auf den Drähten lagert sich hauptsächlich auf der Leeseite Eis ab, wodurch der Draht eine unregelmäßige Form erhält.
Wenn der Wind auf einen Draht mit einseitigem Eis einwirkt, erhöht sich die Geschwindigkeit des Luftstroms an der Oberseite und der Druck nimmt ab.Dadurch entsteht eine Auftriebskraft Vy, die den Draht zum Tanzen bringt.
Die Gefahr des Tanzens liegt darin, dass die Schwingungen der Drähte einzelner Phasen sowie von Drähten und Kabeln asynchron erfolgen; Es kommt häufig vor, dass Drähte in entgegengesetzte Richtungen verlaufen und sich annähern oder sogar kollidieren.
Dabei kommt es zu elektrischen Entladungen, die zum Schmelzen einzelner Drähte und teilweise auch zum Bruch von Drähten führen. Es kam auch vor, dass die Leiter der 500-kV-Leitungen auf Kabelniveau aufstiegen und mit diesen kollidierten.
Reis. 4: a – tanzende Wellen auf einem Draht im Flug, b – ein mit Eis bedeckter Draht in einem Luftstrom dazwischen.
Zufriedenstellende Ergebnisse beim Betrieb von Versuchsleitungen mit Tanzdämpfern reichen noch nicht aus, um den Abstand zwischen den Drähten zu verringern.
Auf einigen ausländischen Leitungen mit unzureichenden Abständen zwischen Leitern verschiedener Phasen werden isolierende Distanzelemente installiert, die ein Verhaken der Leiter beim Tanzen ausschließen.