Методические указания по типовой защите от вибрации и субколебаний проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35-1110 кВ (стр. 3 )

4.2. Способы защиты одиночных проводов и грозозащитных тросов ВЛ от вибрации

Повреждения проводов от вибрации можно устранить двумя способами[10]:

- пассив­ной защитой - уменьшением результирующего механического напряжения провода при вибрации до безопас­ного значения, меньшего предела усталости материала провода;

- активной защитой - устранением или уменьшением до безопасного значения вибрации во всем пролете с помощью специальных гасителей вибра­ции (демпферов).

4.2.1. Методы пассивной зашиты от вибрации

Уменьшение тяжения проводов с целью ослабления опасности повреждения их вибра­цией является наиболее эффективным методом пассивной за­щиты вибрации.

Провода, подвешиваемые с тяжением 15 % разрывной проч­ности и менее, не восприимчивы к усталостным вибрационным повреждениям. На линиях, имеющих тяжение от 15 до 25 % нор­мативной прочности, провода требуют установки гасителей виб­рации, но при этом достаточно использовать типовые гасители вибрации обычной эффективности. При тяжении от 25 до 30 % разрывной прочности и более для поддержания нормального эк­сплуатационного уровня требуются гасители вибрации с повы­шенной эффективностью. Результаты, представленные СИГРЭ и другими организациями, показали, что усталостные поврежде­ния от вибрации при высоких тяжениях (выше 30 % норматив­ной прочности) неизбежны, даже если на линиях применены эф­фективные защитные меры.

В практике часто встречаются линии, которые были спроекти­рованы с пониженной высотой опор и уменьшенной стрелой провеса, что соответственно привело к значительному сниже­нию затрат на строительство. В то же время ущербы, возникаю­щие из-за отключения линий в результате обрыва провода из-за износа от вибрации, слишком велики. Повышенные тяжения практически не используются. Указанные факты выработали у многих энергетиков позицию осторожности в решении вопросов о тяжении проводов. Правда, некоторые исследователи считают, что гасители улучшенной конструкции могут решить вопрос об использовании на линиях более высокого тяжения.

Пассивная защита проводов от вибрации за счет уменьшения дополнительных статических напряжений, возникающих от за­жатия провода в зажиме, сил опорной реакции и перегиба прово­да в зажиме может быть эффективной только в том случае, если результирующее напряжение при вибрации незначительно пре­вышает предел усталости провода. В противном случае уменьше­ние дополнительных напряжений в тех пределах, какие позволя­ет конструкция крепления провода, может лишь несколько уве­личить срок службы провода, но полностью не устраняет опасности его повреждения.

Уменьшение до безопасного значения возникающих при виб­рации дополнительных динамических напряжений от периоди­ческих перегибов и ударов провода об устье зажима может быть достигнуто:

а) созданием условий, при которых провод во время вибрации будет совершать колебания вместе с зажимом, не испытывая перегиба в месте выхода из зажима и динамических ударов об устье зажима;

б) усилением провода в месте выхода из зажима, что уменьшает кривизну перегибов провода и возникающие при этом дополнительные напряжения, а также сводит к минимуму динамические удары.

Первый путь в известной степени применим к натяжным зажимам. В этом случае масса зажима, момент инерции его относительно оси качания в вертикальной плоскости и трение в шарнире должны быть минимальны с тем, чтобы при вибрации зажим колебался в фазе с проводом, не вызывая перегибов последнего.

Применение этого же принципа к поддерживающим зажимам осложняется тем обстоятельством, что колебания в смежных пролетах могут происходить с любым сдвигом по фазе и отлича­ться по частоте. При таких несинхронных колебаниях провода по обе стороны от поддерживающего зажима (со сдвигом по фазе, не равным 180°) даже при применении зажимов с легко качаю­щимися лодочками нельзя избежать вызываемых вибрацией пе­риодических перегибов провода в местах выхода его на зажиме.

Опыт эксплуатации применяемых на линиях качающихся за­жимов показал, что эти зажимы не предохраняют провод от вы­зываемых вибрацией повреждений и их нельзя рассматривать как средство защиты от вибрации.

Защита проводов от разрушения их вибрацией в поддержива­ющих зажимах путем усиления провода является достаточно эф­фективной, но не всегда реализуемой в условиях эксплуатации ВЛ.

Для усиления провода против действия динамического изги­ба, вызываемого вибрацией, во многих случаях используются ар­мирующие прутки или протекторы, которые устанавливаются на проводе в местах крепления провода к поддерживающему зажи­му. Исследования, проведенные в лабораторных условиях с про­водами, защищенными протекторами, показали, что сопротив­ление провода износу повышается в основном за счет снижения амплитуды вибрации из-за демпфирующего действия протекто­ра и снижения изгибных напряжений.

Установлено, что небольшие поверхностные изъяны отрицательно влияют на усталостный срок службы проводов. Первой стадией в установленном процес­се является образование трещин из-за разрушения поверхности повивов в результате срезки материала с двух трущихся частей, находящихся в зоне действия высокого давления. В этот процесс входят механические и химические воздействия, в результате ко­торых отделяются мелкие частицы, при наличии воздушного по­тока они быстро окисляются и превращаются в очень твердые ча­стицы, способствующие износу. Коррозионные следы выступа­ют в виде ржавчины. Снижение влияния коррозии на усталостную прочность проводов достигается за счет смазки про­водов. Такой способ пассивной защиты не находит широкого применения из-за своей трудоемкости.

Пассивные методы борьбы, которые в том или ином объеме использовались на высоковольтных линиях показывают, что полная защита от вибрации не всегда может быть осуществима. Поэтому в настоящее время наиболее приемлемым являются ак­тивные методы защиты от вибрации или сочетание активных и пассивных методов.

4.2.2. Методы активной защиты от вибрации

Активная защита от вибрации осуществляется при помощи динамических гасителей вибрации, устанавливаемых на проводах. При возникновении вибрации такой гаситель вызывает динамические усилия, проти­воположные по фазе колебаниям провода и противодействую­щие им. Вследствие этого, вибрация не может достигнуть сколь­ко-нибудь значительной величины.

Для защиты линий от вибрации применяются динамические гасители вибрации разного типа:

4.2.2.1 .Гасители вибрации петлевого типа

Гаситель вибрации петлевого типа (рисунок 4.1) представляет собой отрезок провода той же марки и сечения, что и провод защищаемой линии. Гаситель устанавливается под проводом вертикально в виде петли в местах подвески на поддерживающих гирляндах симметрично относительно поддерживающего зажима. Концы петли прикрепляются к проводу линии болтовыми зажимами. По эффективности гашения вибрации гаситель вибрации с одной петлей уступает гасителю Стокбриджа.

Значительно более эффективными являются гасители вибрации петлевого типа с тремя петлями. Центральная петля такого гасителя крепится к проводу линии также как у гасителя с одной петлей. Две другие петли (рисунок 3.2) крепятся одним концом к центральной петле, а другим - к проводу линии. Трехпетлевые гасители не только не уступают, но несколько превосходят по эффективности гашения гасителя Стокбриджа при их установке по одному с каждой стороны пролета.

Гасители вибрации петлевого типа применяются для алюминиевых, сталеалюминевых и проводов из алюминиевого сплава АН и АЖ общим сечением до 142 мм2, а также для медных проводов и стальных тросов сечением 25-70 мм2.

Для защиты от вибрации алюминиевых проводов и проводов из алюминиевого сплава АН сечением 35-95 мм2, сталеалюминевых проводов и проводов из алюминиевого сплава АЖ сечением 25-70 мм2, медных и стальных проводов и тросов сечением 25-35 мм2 рекомендуется применение гасителей вибрации петлевого типа. Основные размеры петлевых гасителей для указанных проводов приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4 – Основные размеры петлевых гасителей

Марка провода	Размеры петлевого гасителя, м
а	b
М25, М35	0,75	0,12
АН35, АН50, А35, А50, АС25, АС35, АЖ25, АЖ35, С25, С35	1,0	0,15
А70, АН70, АС50, АЖ50	1,15	0,15
А95, АН95, АЖ70	1,35	0,20

Конструкция и расположение петлевого гасителя у поддерживающего зажима показаны на рисунке 4.1. Петлевой гаситель выполняется из отрезка провода той же марки, что и защищаемый провод. Гаситель крепится к основному проводу петлевыми плашечными зажимами (например, типа ПА, ПАБ, ПС).

Геометрические размеры петлевых гасителей для проводов, не вошедших в таблицу 4.4, могут быть определены по формулам [3]

, (4,1)

, (4.2)

где: b – ширина провеса петли, м;

а – длина петли, м;

К = 10-3 – коэффициент размерности, с/мм;

D – диаметр провода, мм;

Tэ – тяжение проводов при среднегодовой температуре, Н;

m – масса провода, кг/м.

Для защиты от вибрации алюминиевых проводов сечением 120-300 мм2, проводов из алюминиевых сплавов АН и АЖ и других сечением 120-185 мм2, сталеалюминевых проводов сечением 120300 мм2, стальных тросов сечением 50120 мм2 могут применяться гасители вибрации петлевого типа из трех петель, конструкция и размеры которых показаны на рисунке 4.2. Петлевые гасители этого типа также выполняются из отрезков провода той же марки, что и защищаемый провод. Крепление петель производится трехболтовыми, плашечными, петлевыми зажимами типа ПА. Размеры петель определяются по формулам (4.1), (4.2). Трехпетлевой гаситель по эффективности гашения вибрации не уступает гасителям Стокбриджа.

Рисунок 4.1 – Петлевой гаситель вибрации

Рисунок 4.2 – Трехпетлевой гаситель вибрации

а)

б)

а – установка гасителей с обеих сторон пролета; б – установка гасителей с одной стороны пролета.

Рисунок 4.3 – Схема установки гасителей вибрации на ВЛ

Применение трехпетлевых гасителей рекомендуется в районах с частой пляской проводов, поскольку при возникновении пляски полностью отсутствует опасность повреждения защищаемого провода гасителем. В случае же применения гасителей Стокбриджа при возникновении пляски существует опасность повреждения провода в местах установки гасителей типа ГВН или ГПГ (ГПС), разрушения самих гасителей.

4.2.2.2. Спиральные гасители вибрации

Для защиты проводов диаметром от 7 до 20 мм находят приме­нение спиральные гасители вибрации. Они выполняются из пла­стика или алюминиевых сплавов в виде спирали с увеличиваю­щимся шагом в сторону середины пролета (рисунокУ подвесно­го зажима спираль вплотную примыкает к проводу и имеет раструб в смежную сторону. Во время вибрации происходят соу­дарения провода со спиралью гасителя в раструбной его части, и энергия вибрации рассеивается на ударную энергию. Размеры спирального зажима, изготавливаемого фирмой «APRES», при­ведены в таблице 4.5. По эффективности гашения вибрации спиральные гасители работают лучше по сравнению с однопетлевыми гасителями и немного уступают трехпетлевым гасителям вибрации.

Таблица 4.5 – Размеры спиральных зажимов

Тип гасителя	Диаметр провода, мм	Длина гасителя, мм	Масса гасителя, кг
мин.	макс.
124-РАЕ	6,35	8,3	990	0,275
130-РАЕ	8,31	11,72	1040	0,297
135-РАЕ	11,73	14,32	1065	0,370
155-РАЕ	14,33	19,32	1170	0,927

Рисунок 4.4 – Спиральный гаситель вибрации

4.2.2.3. Гасители вибрации Стокбриджа

Для защиты одиночных проводов и грозозащитных тросов от повреждений вибрацией наибольшее распространение получили гасители вибрации Стокбриджа и различные их модификации, сочетающие высокую эффективность защитного действия с конструктивной простотой и невысокой стоимостью.

Применяемый гаситель вибрации Стокбриджа представляет собой отрезок многопроволочного оцинкованного стального каната с укрепленным посередине зажимом для установки его на проводе (тросе) и двумя отлитыми из чугуна грузами стаканообразной формы, закрепленными по концам каната. Динамические характеристики и эффективность таких гасителей зависят от формы и массы грузов, марки и длины рабочей части стального каната и его упругих свойств.

Выпускаемые промышленностью гасители вибрации типа ГВН применяются для защиты алюминиевых, сталеалюминиевых и проводов из алюминиевых сплавов АН и АЖ сечением 70-905 мм2, стальных тросов сечением 35-120 мм2 и применяемых в отдельных случаях медных проводов сечением 50-400 мм2 в обычных пролетах.

Гасители вибрации типа ГПГ применяются как в обычных пролетах ВЛ, так и для больших переходных пролетов длиной до 1500 м с проводами сечением до 1645 мм2. Гасители вибрации сбрасывающегося типа ГПС применяются только для больших переходных пролетов при подвеске проводов сечением от 01.01.01 мм2 в роликовых подвесных устройствах.