Vibrace a tanec drátů nadzemního elektrického vedení: co to je, metody boje

Na vodičích a kabelech ochrany před bleskem vysokonapěťových elektrických vedení vznikají různá mechanická zatížení a napětí. Například, když je vítr, je pozorován takový jev jako vibrace nebo tanec drátů. Co to je, jaké mohou být důsledky a způsoby boje, se dozvíte z tohoto článku.

Definice

Vibrace drátů se nazývají periodické vibrace drátu nebo kabelu v rozpětí mezi podpěrami vedení pro přenos energie. Ke kmitům dochází s frekvencí 3 až 150 Hz ve vertikální rovině vlivem laminárního proudění vzduchu. V důsledku toho se tvoří stojaté vlny, jejichž dvojnásobná amplituda může být větší než průměr drátu nebo kabelu, ale zároveň nepřesahuje 0,005 vlnové délky.

Tanec se nazývá stabilní periodické kmitání s větší amplitudou než v předchozím případě a nižší frekvencí - od 0,2 do 2 Hz. Vznikají tak stojaté vlny s amplitudou 0,3 až 5 metrů, v některých případech i více.
Tento jev je pozorován na elektrických vedeních, venkovních vedeních a kabelech ochrany před bleskem. Pojem „samooscilace“ je aplikován i na kontaktní síť, i když v podstatě jde o totéž. Dalším názvem jsou Liparské vibrace.

Takže hlavní rozdíl mezi vibracemi a tancem je frekvence. Vibrace jsou kvůli vysoké frekvenci, nižší amplitudě a počtu půlvln okem sotva postřehnutelné a tanec jsou silné vibrace s delší vlnovou délkou a amplitudou.

Příčiny výskytu

K vibracím drátů a kabelů vzduchových elektrických vedení dochází při laminárním proudění vzduchu (s rychlostí větru 0,5-7 m/s, s vyšší rychlostí se proudění stává turbulentním), jehož směr je kolmý nebo pod určitým úhlem k mu.

Poté proudy vzduchu obtékají válcovou plochu drátu a vzniká kruhové proudění, přičemž v jeho horní části (bod A na obrázku níže) je rychlost tohoto proudění větší než ve spodní (bod B). K tomu dochází v důsledku narušení vzduchových vírů z horní a spodní strany, v důsledku čehož se objeví tlaková nerovnováha.
Vzniká tak nejen horizontální, ale i vertikální složka tlaku proudění vzduchu (vítr). Pokud se frekvence tvorby víru shoduje s frekvencí (jedné z) přirozených vibrací drátu, začnou jeho vibrace ve vertikální rovině.

Kmity, které v systému vznikají za nepřítomnosti proměnných vnějších vlivů v důsledku počáteční odchylky, se nazývají vlastní oscilace. Stejně jako u kytarové struny.

V určitých bodech se objeví antinody vln, ve kterých bude amplituda maximální. Body, které zůstanou nehybné, se nazývají uzly. V nich bude docházet k úhlovým pohybům drátu, zjednodušeně řečeno - bude se ohýbat a rotovat. Stojaté vlny se objevují, když je vlnová délka rovna nebo násobku vzdálenosti mezi podpěrami (délka rozpětí).

Frekvence vibrací je přímo úměrná rychlosti větru a lze ji vypočítat pomocí vzorce:

f = (0,185 V) / d,

kde f je frekvence kmitání, V je rychlost větru, d je průměr, 0,185 je v tomto případě charakteristika Strouhalova čísla.

Vzorec také ukazuje, že čím tenčí drát, tím větší frekvence vibruje. Zároveň jsou obzvláště nebezpečné rychlosti větru 0,6-0,8 m / s, protože při rychlosti větru vyšší než 5-8 m / s jsou amplitudy malé a nejsou nebezpečné. Zpravidla se jev vyskytuje v rozpětí delších než 120 metrů, s rostoucí vzdáleností jen zesiluje. To je zvláště důležité, když je délka křižovatky venkovních vedení větší než 500 m, například přes řeky a nádrže.

Rozdíl mezi tancem a vibrací je především v amplitudě - je větší a může dosáhnout 12-14 metrů, stejně jako delší vlnová délka. Charakter a trajektorie pohybu při tanci opakuje tvar protáhlé elipsy, s osou vychýlenou o 10-20 stupňů od svislé čáry.

S ledem (led a námraza na vedení) se průměr drátu zvětšuje na základě výše uvedeného vzorce - frekvence vibrací se snižuje a vlnová délka vibrací se zvyšuje.

Led se neobjevuje rovnoměrně, ale ze závětrné strany. V důsledku toho se dráty a kabely stávají spíše nepravidelnými než válcovými. U tohoto tvaru dochází při větru ke zvedací síle, na obrázku níže Vy.

To také způsobuje tanec. Vlevo jsou v rozpětí mezi podpěrami tančící vlny a vpravo ho obklopuje ledový kabel a proud vzduchu.

K tanci dochází při vyšší rychlosti větru než vibrace, konkrétně 5-20 m/s, pod úhlem k čáře 30-70 stupňů. Oscilace se vyskytují s nižší frekvencí a větší amplitudou.

Vnější rozdíly mezi jevy těchto dvou jevů můžete vidět porovnáním následujících dvou videí:

Nebezpečí

Podívejme se, jaké je nebezpečí tance a vibrací na nadzemním elektrickém vedení. Tanec je nebezpečný, protože dráty nekmitají synchronně a amplituda může dosáhnout takové hodnoty, že může dojít k překrytí s kabelem ochrany před bleskem nebo mezi sebou navzájem. Kvůli tomu, k jakým elektrickým výbojům dochází, se všemi z toho vyplývajícími důsledky. Aby se předešlo kolizím, jsou v některých případech mezi vodivé části vedení instalovány izolační rozpěrky.

Vibrace mají zase destruktivní vliv na jádra vodičů a přerušení vedení je možné i na spojích a svorkách nebo výstupech ze svorek.

Kontrolní metody

Vzhledem k tomu, že nebezpečí vibrací a tance spočívá v selhání trolejového vedení, přerušení a zkratu, zvážíme hlavní způsob ochrany proti němu.

Instalace tlumičů vibrací je hlavní metodou eliminace uvažovaných jevů. Přicházejí v různých typech. Společným znakem je, že jsou vyrobeny ve formě tyče se závažím na koncích, která je zavěšena na střední části na lanech a drátech. Typ tlumiče vibrací se volí podle délky rozpětí a průměru vodiče podle tabulky 2.5.9. PUE, str. 2.5.85 (Kapitola 2.5 PUE).

K určení klimatických podmínek a výpočtu zatížení mechanickým namáháním při vibracích využívají také informace uvedené v body PUE 2.5.38-2.5.74, ukazují tlak větru, tloušťku ledové stěny, průměrnou roční dobu trvání bouřek a další data. Pokud se chcete dozvědět více, můžete si přečíst RD 34.20.182-90 „Pokyny pro typickou ochranu proti vibrace a podvibrace vodičů a kabelů ochrany před bleskem nadzemních elektrických vedení s napětím 35-750 kV".

Související materiály:

• Přenos síly na velké vzdálenosti bez drátů
• Co dělat, když na dráty spadne strom
• Ochranná pásma elektrického vedení