Vibrazione e danza dei fili sulle linee elettriche aeree

Sullo studio del lavoro linee aeree In condizioni naturali, oltre ai soliti cambiamenti causati nel funzionamento dei conduttori dall'azione del ghiaccio, del vento e della temperatura, sono interessanti i fenomeni di vibrazioni e danze dei conduttori.

La vibrazione dei fili nel piano verticale si osserva a basse velocità del vento e consiste nella comparsa nei fili di onde longitudinali (stazionarie) e principalmente vaganti con un'ampiezza fino a 50 mm e una frequenza di 5-50 Hz. Il risultato delle vibrazioni sono le rotture dei conduttori dei fili, l'autoallentamento dei bulloni dei supporti, la distruzione delle parti dei raccordi delle stringhe isolanti, ecc.

Per combattere le vibrazioni, i fili sono rinforzati mediante avvolgimento nei punti di attacco, morsetti autovibranti e silenziatori (ammortizzatori).

Nelle linee aeree esiste, sebbene meno spesso, un altro fenomeno meno studiato: la danza dei conduttori, cioè l'oscillazione dei conduttori con una grande ampiezza, che porta alla collisione dei conduttori di diverse fasi, e quindi , la linea di discesa non funziona.

Vibrazione del filo

Quando il flusso d'aria attorno ai conduttori è diretto attraverso l'asse della linea o ad angolo rispetto a questo asse, si formano dei vortici sul lato sottovento del conduttore. Il vento viene periodicamente separato dal filo e si formano vortici nella direzione opposta.

La separazione del vortice sul fondo provoca la comparsa di un flusso circolare sul lato sottovento e la velocità del flusso v nel punto A diventa maggiore che nel punto B. Di conseguenza, appare una componente verticale della pressione del vento.

Quando la frequenza di formazione del vortice coincide con una delle frequenze naturali del filo teso, quest'ultimo inizia a vibrare nel piano verticale. In questo caso alcuni punti si discostano per lo più dalla posizione di equilibrio, formando l'antinodo dell'onda, mentre altri rimangono fermi, formando i cosiddetti nodi. Ai nodi si verificano solo spostamenti angolari del conduttore.

Tali sono chiamate vibrazioni di un filo con un'ampiezza non superiore a 0,005 semionda o due diametri della vibrazione del filo.

Figura 1. Formazione di vortici dietro il filo

Le vibrazioni del filo si verificano a una velocità del vento di 0,6-0,8 m / s; all'aumentare della velocità del vento, aumentano la frequenza di vibrazione e il numero di onde nella gamma; quando la velocità del vento supera i 5-8 m/s, le ampiezze di vibrazione sono così piccole da non essere pericolose per il conduttore.

L'esperienza operativa mostra che le vibrazioni del filo si osservano più spesso su linee che attraversano terreni aperti e pianeggianti. Su sezioni di linee nella foresta e su terreno irregolare, la durata e l'intensità delle vibrazioni sono molto inferiori.

La vibrazione del filo si osserva, di norma, a distanze superiori a 120 me aumenta con l'aumentare delle distanze.Le vibrazioni sono particolarmente pericolose quando si attraversano fiumi e zone d'acqua con distanze superiori a 500 m.

Il rischio di vibrazione risiede nella rottura dei singoli fili nelle zone in cui escono dai morsetti. Queste discontinuità sono dovute al fatto che alle sollecitazioni di trazione principali nel filo sospeso si sovrappongono le sollecitazioni alternate dovute alla flessione periodica dei fili per effetto delle vibrazioni. Se queste ultime sollecitazioni sono basse, allora le sollecitazioni totali non raggiungono il limite al quale i conduttori si rompono per fatica.

Riso. 2. Onde di vibrazione lungo il filo in volo

Sulla base di osservazioni e ricerche, è emerso che il rischio di rottura del filo dipende dal cosiddetto Tensione media di esercizio (tensione a temperatura media annua e assenza di carichi aggiuntivi).

Registratore di vibrazioni ALCOA "SCOLAR III" montato su supporto a spirale

Metodi di controllo della vibrazione dei fili

Secondo PUE fili singoli in alluminio e acciaio-alluminio con una sezione trasversale fino a 95 mm2 a distanze superiori a 80 m, sezione trasversale di 120 — 240 mm2 a distanze superiori a 100 m, sezione trasversale di 300 mm2 o superiore a distanze superiori superiore a 120 m, i fili e i cavi di acciaio di tutte le sezioni a distanze superiori a 120 m devono essere protetti dalle vibrazioni se la tensione alla temperatura media annuale supera: 3,5 daN/mm2 (kgf/mm2) nei conduttori in alluminio, 4,0 daN/mm2 in conduttori acciaio-alluminio, 18,0 daN/mm2 in fili e cavi in ​​acciaio.

A distanze inferiori a quelle sopra indicate non è necessaria alcuna protezione dalle vibrazioni.La protezione dalle vibrazioni non è inoltre richiesta su linee a due conduttori bifase se la sollecitazione alla temperatura media annuale non supera 4,0 daN/mm2 in alluminio e 4,5 daN/mm2 in conduttori acciaio-alluminio.

La separazione di fase a tre e quattro fili di solito non richiede protezione dalle vibrazioni. Le sezioni di tutte le linee protette dai venti trasversali non sono soggette a protezione dalle vibrazioni. In caso di grandi attraversamenti di fiumi e zone d'acqua, è necessaria la protezione indipendentemente dalla tensione nei cavi.

Di norma, non è economicamente redditizio ridurre le tensioni nei conduttori di linea a valori in cui non è richiesta alcuna protezione dalle vibrazioni. Pertanto, su linee con una tensione di 35 - 330 kV, antivibranti realizzati sotto forma di due pesi sospesi su un cavo d'acciaio.

Gli smorzatori di vibrazioni assorbono l'energia dei fili vibranti e riducono l'ampiezza delle vibrazioni attorno ai morsetti. Gli smorzatori di vibrazioni devono essere installati a determinate distanze dai terminali, determinate in base alla marca e alla tensione del cavo.

Su un certo numero di linee di protezione dalle vibrazioni, vengono utilizzate armature realizzate con lo stesso materiale del filo e avvolte attorno al filo nel punto in cui è fissato nella staffa per una lunghezza di 1,5 - 3,0 m.

Il diametro delle barre diminuisce su entrambi i lati del centro della staffa. Le barre di rinforzo aumentano la rigidità del filo e riducono la probabilità di danni causati dalle vibrazioni. Tuttavia, gli smorzatori di vibrazioni sono il mezzo più efficace per gestire le vibrazioni.

Riso. 3. Smorzatore di vibrazioni sul filo

Per la protezione dalle vibrazioni di cavi singoli in acciaio-alluminio con una sezione trasversale di 25-70 mm2 e alluminio con una sezione trasversale fino a 95 mm2, smorzatori ad anello (anelli di smorzamento) sospesi sotto il cavo (sotto la staffa di supporto) sotto forma di un anello con una lunghezza di 1,0 sono consigliati -1,35 m di filo della stessa sezione.

Nella pratica straniera, gli ammortizzatori ad anello di uno o più anelli consecutivi vengono utilizzati anche per proteggere i cavi con una grande sezione trasversale, compresi i cavi a grandi transizioni.

Danza sui fili

La danza dei fili, come le vibrazioni, è eccitata dal vento, ma differisce dalle vibrazioni di grande ampiezza, raggiungendo i 12-14 me una lunga lunghezza d'onda. Sulle linee con fili singoli, si osserva più spesso una danza con un'onda, cioè con due semionde nell'intervallo (Fig. 4), su linee con fili divisi - con una semionda in un arco.

In un piano perpendicolare all'asse della linea, il filo si muove quando danza lungo un'ellisse allungata, il cui asse principale è verticale o deviato di un leggero angolo (fino a 10 - 20 °) dalla verticale.

I diametri dell'ellisse dipendono dalla freccia dell'abbassamento: quando si balla con una mezza onda nell'intervallo, il grande diametro dell'ellisse può raggiungere il 60 - 90% della freccia dell'abbassamento, mentre si balla con due mezze onde - 30 - 45 % di la freccia dell'abbassamento. Il diametro minore dell'ellisse è solitamente dal 10 al 50% della lunghezza del diametro maggiore.

Di norma, la danza del filo si osserva in condizioni ghiacciate. Il ghiaccio si deposita sui fili principalmente sul lato sottovento, per cui il filo assume una forma irregolare.

Quando il vento agisce su un filo con ghiaccio unilaterale, la velocità del flusso d'aria in alto aumenta e la pressione diminuisce.Ciò si traduce in una forza di sollevamento Vy che fa danzare il filo.

Il pericolo di ballare sta nel fatto che le vibrazioni dei fili delle singole fasi, così come di fili e cavi, avvengono in modo asincrono; ci sono spesso casi in cui i fili scorrono in direzioni opposte e si avvicinano o addirittura si scontrano.

In questo caso, si verificano scariche elettriche, che provocano la fusione dei singoli fili e talvolta la rottura dei fili. Ci sono stati anche casi in cui i conduttori delle linee a 500 kV sono saliti al livello dei cavi e si sono scontrati con essi.

Riso. 4: a - onde danzanti su un filo in volo, b - un filo coperto di ghiaccio in un flusso d'aria tra di loro.

I risultati soddisfacenti del funzionamento di linee sperimentali con smorzatori di danza non sono ancora sufficienti per ridurre la distanza tra i fili.

Su alcune linee straniere con distanze insufficienti tra conduttori di fasi diverse, sono installati elementi distanziatori isolanti, che escludono la possibilità che i conduttori si impiglino durante la danza.