Методические указания по типовой защите от вибрации и субколебаний проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35-1110 кВ (стр. 11 )

Таблица П1.3 – Основные технические характеристики регистраторов

Параметр	Требования к разрабатываемым регистраторам	Регистратор «ВИБРЕК-300»	Регистратор «АРВК-01»
Рабочий диапазон частот	0,1 – 150	0,1 – 200	0,2 – 100
Максимальная амплитуда колебаний, мм	1,0	1,0	1,0
Число поддиапазонов частот	18	16	13
Амплитудно-частотная емкость ячейки	1,0 млрд событий	1,0 млрд событий	15 млн событий
Рабочий диапазон температур, °С	-60 – +40	-40 – +80	-20 – +40
Продолжительность автономной работы, мес.	3	3	1

3. Порядок установки гасителей вибрации в больших
переходных пролетах

3.1. Проверить наличие всех типов гасителей, предназначенных для установки на данном переходе.

3.2. Проверить комплектность деталей каждого гасителя; наличие болтов, гаек, шайб, замков, предохранителей и соответствие типа и основных размеров гасителя (размер грузов, диаметр тросика, длина гасителя, размер губок зажима) данным чертежей.

3.3. Проверить, свободно ли навинчиваются гайки на болт, не прогнуты ли тросики гасителей; при необходимости - выправить.

3.4. Проверить сбрасывающий механизм гасителей сбрасывающегося типа, для этого:

а) установить гаситель с вынутым предохранителем на горизонтальном отрезке провода (или стержне) соответствующего диаметра, слегка (рукой) затянув болт, стягивающий щеки гасителя.

При этом отверстия для предохранителя в щеках и распорной втулке совпадают и предохранитель из медной проволоки диаметром 2-2,5 мм свободно проходит в отверстие;

в) установив гаситель, как указано выше (без предохранителя), толкая рукой в торец груза, проверить, как сходят нижние выступы щек с распорной втулки, свободно ли поворачиваются щеки на болте, освобождая провод, и как сбрасывается гаситель с провода.

3.5. При применении сбрасывающихся гасителей заготовить с необходимым запасом предохранители из медной мягкой (отожженной) проволоки диаметром 2,0-2,5 мм; длина предохранимм.

3.6. Проверить наличие и правильность установки отбойных щитов на роликовых поддерживающих устройствах промежуточных переходных опор согласно монтажным чертежам. Обратить внимание на крепление щитов и правильное расположение прорези щита относительно провода.

Ширина прорези в доске щита должна быть для проводов диаметром:

до 13 мм – 30 мм;

14-30 мм – 40 мм;

31-40 мм – 50 мм.

3.7. Установка гасителей на проводах и тросах переходных пролетов производится на расстояниях, указанных в монтажных чертежах.

3.8. В местах подвеса проводов двух гасителей сначала устанавливается второй, а затем первый от опоры гаситель. При этом обеспечивают такое расположение гасителей, при котором они будут располагаться строго под проводом и будут надежно закреплены.

3.9. Установка гасителей вибрации сбрасывающегося типа производится в следующей последовательности:

а) вынуть предохранитель, провернуть тросик с грузами на болте, так, чтобы нижние концы щек сошли с распорки. Удерживая гаситель в таком положении, раздвинуть губки зажима и ввести между ними провод, после чего, поворачивая тросик с грузами на болте, ввести распорку между нижними концами щек.

Придерживая гаситель рукой, завернуть от руки гайку и вставить предохранитель в сквозное отверстие щек и распорки;

б) установить гаситель точно на указанном в монтажном чертеже расстоянии (от точки схода провода с ролика либо от края защитной муфты до середины зажима гасителя).

Проверив правильность расположения гасителя на проводе, загнуть выступающие концы предохранителя и затянуть ключом до отказа гайку болта, так чтобы гаситель надежно был закреплен на проводе; при применении пластинчатых замков (стопорных шайб) отогнуть их на грани головки болта и гайки.

4. Определение амплитуды колебаний проводов и тросов

В соответствии с ростом амплитуды уровень вибрации прово­дов будет возрастать до тех пор, пока энергия ветра не уравнове­сится энергией, рассеиваемой за счет гасителей, установленных на них, а также самодемпфирования провода. В этом параграфе использованы материалы, опубликованные в последних издани­ях [11, 12], в которых определены входная энергия ветра и энергия рассеивания.

При определении амплитуды колебаний пролеты ВЛ рассмат­риваются закрепленными на концах так, что энергия не переда­ется через концевую арматуру. Такой вариант конструкции про­лета является наихудшим, так как в реальном пролете только часть энергии задерживается в концевых устройствах пролета.

Входная энергия ветра зависит от размера провода, частоты срыва вихрей и амплитуды вибрации. Кроме того, на нее влияет турбулентность ветрового потока. Из-за такого большого разбро­са исходных данных очень трудно подобрать математическую модель, отражающую все эти зависимости. На основе результа­тов работ, проведенных Дианой, Фалько, Тавано и других авто­ров, можно представить входную энергию ветра, Вт/м, в виде кривой, представленной на рисунке П1.2, отражающей зависимость вибрации провода от амплитуды, выраженную в следующем виде

, (П1.10)

где: f – частота вибрации, Гц;

D – диаметр провода, м.

Функция F(y/D), аппроксимирующая среднюю кривую всех известных из различных источников результатов испытаний в аэродинамической трубе, имеет вид

, (П1.10.1)

где у – двойная амплитуда, т. е. размах, м.

Провода высоковольтных линий обладают свойством самодемпфирования вследствие межповивного трения. Самодемпфирование зависит от таких факторов, как амплитуда, частота колебаний, тяжение в проводе и ряда других факторов.

С учетом указанных факторов получено следующее выражение для определения энергии самодемпфирования за один цикл, Вт

, (П1.11)

где: а и b – постоянные;

кл – коэффициент демпфирования, Н · м;

у – двойная амплитуда в пучности, м;

– длин волны, м.

1 – Диана Фалько (1971 г.); 2 – средняя линия; 3 – Каролл (1936 г.).

Рисунок П1.5 – Зависимость получаемой энергии при вибрации провода от амплитуд колебания

Как показывают испытания на опытных станциях, постоянные а и b можно принять равными соответственно 3 и 2 м.

Тогда уравнение

. (П1.12)

Уравнение (5.1) может быть переписано с использованием со­отношения между частотой и длиной волны

, (П1.13)

в более приемлемый для вычислений вид

, (П1.14)

где Т – тяжение в проводе, Н;

m – масса провода на единицу длины, кг/м.

Коэффициент демпфирования КД может быть принят ориен­тировочно равным 14700 Н·м, но должен быть уточнен при ис­пытаниях с различными марками проводов.

Энергия, поглощенная гасителями, обычно определяется в лабораторных условиях в пролетах, имеющих длину 30 м. Однако результаты этих испытаний применять для расчета затруднитель­но, так как гасители вибрации являются нелинейными устройст­вами. Это означает, что эффективность гасителя учиты­вается отдельно для каждого интервала, в котором работа гасите­ля линейна.

При опытных пролетах 30 м резонансная частота возникает примерно через 2,5 Гц и поэтому баланс энергии будет получен в этих интервалах. Для обычных ВЛ длина пролетов составляет около 400 м и при этом интервал частот составляет приблизите­льно 0,25 Гц. Принимая во внимание эти сложности, австралий­ским исследователем Роушаном был найден более простой метод линейной аппроксимации, в котором рассеиваемая гасителем вибрации энергия Рд, Вт, может быть найдена из уравнения ин­версионной стоячей волны, т. е. отношения амплитуды колебаний в узле к амплитуде колебаний в пучности в петлях стоячих волн

, (П1.14.1)

или

, (П1.15)

где: – отношение инверсионной стоячей волны (коэффициент стоячей волны);

v – скорость провода в пучности, м/с.

Определение энергии, рассеиваемой гасителем вибрации, по коэффициенту стоячей волны в первой степени не совсем корректно. Для количественной оценки нужно использовать коэффициент бегучести из выражения

. (П1.15.1)

Энергию демпфирования поперечных волн можно представить в виде

. (П1.16)

Заменяя круговую частоту ω на частоту f, Гц (ω = 2·π·f), получим

. (П1.17)

Необходимо отметить, что энергия рассеивания, найденная из уравнения (П1.15) или (П1.17), соответствует случаю, когда в одном конце защищаемого пролета установлен только один гаситель.

Если в пролете используется два гасителя, т. е. по одному гасителю в каждом конце, тогда энергия Рд должна быт удвоена.

Используя соотношения для входной энергии ветра Pw, самодемпфирования провода Ps и рассеивания энергии гасителем Рд в зависимости от амплитуды частоты вибрации, решение может быть найдено для каждой частоты, при которой достигается баланс энергии

. (П1.18)

Поскольку Pw и Ps измеряется в ваттах на метр, а Рд в ваттах, ре­шение находится для определенной длины пролета.

В качестве примера произведено решение уравнения (П1.18) при частотах вибрации от 5 до 50 Гц для пролета 400 м при тяжении 20; 22,5 и 25 % номинальной разрушающей нагрузки провода.

Результаты этих решений представлены на рисунке П1.6 без гасите­лей вибрации, а при тяжении 25 % предельной несущей способ­ности провода при одном и двух гасителях вибрации.

Результаты расчета без гасителей вибрации указывают на тен­денцию уменьшения амплитуды вибрации при увеличении час­тоты и увеличении амплитуды вибрации при возрастании тяжения. Это находится в соответствии с результатами полевых испы­таний, в которых мы имеем меньшие значения по амплитуде при высокой частоте и получаем большие проблемы с усталостью проводов при более высоких тяжениях.

При использовании гасителей максимальная амплитуда полу­чается на средних частотах от 15 до 35 Гц. В дальнейшем эффек­тивность гасителя уменьшается, поскольку энергия, рассеивае­мая гасителем, растет пропорционально квадрату частоты, а энергия ветра увеличивается пропорционально кубу частоты. На средних частотах энергия, рассеиваемая при самодемпфирова­нии, сравнима с энергией, которая рассеивается гасителями. При высоких частотах амплитуда вибрации ограничивается са­модемпфированием, которое возрастает пропорционально час­тоте в четвертой степени.

Анализируя представленные решения, можно отметить следу­ющие возможные ошибки:

- энергия ветра примерно пропорциональна у1,4, а самодемп­фирование пропорционально у2, поэтому изменение в 5 % лю­бой из вышеназванных величин дает изменение амплитуды виб­рации до 25 %;

- формула (38) воспроизводит наибольшую входную энергию ветра, т. е. реальные уровни вибрации будут во многих случаях ниже расчетных. Условия, понижающие интенсивность вибрации, расчетами не учтены;

- самодемпфирование проводов и тросов учитывается при од ном значении декремента затухания. Для различных марок проводов он имеет различные значения, что приводит к разбросу определяемых при расчетах амплитуд;

- не учитывается в расчетах турбулентность ветрового поток при повышенных скоростях ветра, что сказывается на величин определяемых амплитуд при высоких частотах;