Методические указания по типовой защите от вибрации и субколебаний проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35 - 1150 кВ (стр. 10 )

1 – ламинарный поток; 2 – It = 5%; 3 – It = 10%; 4 – It = 15%.

Рисунок П 1.1 – Зависимость угла вибрации провода от

интенсивности турбулентности воздушного потока (It)

1 – sстат = 0,15sв (где sв – предел прочности провода на разрыв);

2 – sстат = 0,2sв; 3 – sстат = 0,25sв; 4 – sстат = 0,3sв.

Рисунок П 1.2 – Зависимость влияния тяжения на амплитуды в

пучности полуволн колебаний провода марки АС 240/40

1 – sстат = 0,15sв; 2 – sстат = 0,2sв; 3 – sстат = 0,25sв; 4 – sстат = 0,3sв.

Рисунок П 1.3 - Зависимость влияния тяжения на угол вибрации

провода марки АС 240/40:

Исключения делаются при оценке вибрации проводов ВЛ, сооружаемых и эксплуатируемых в северных районах, где длительное действие низких температур сочетается с частыми и продолжительными ветрами. Применительно к этим районам опасность повреждения проводов вибрацией оценивается при напряжениях, обусловленных втяжением провода, соответствующим среднемесячным температурам самого холодного месяца года.

Опасность повреждения вибрацией проводов из разных материалов возникает при среднеэксплуатационных напряжениях (среднемесячных напряжениях самого холодного месяца года для северных районов), превышающих значения, приведенные в таблице 3.3.

Интенсивность вибрации возрастает с увеличением длины пролетов. Например, провода сечением 70 - 95 мм2 в пролетах до 80 м, а также провода сечением 120 - 240 мм2 в пролетах до 100 - 120 м слабо подвержены вибрации, которая обычно не представляет опасности.

В больших пролетах, длиной свыше 500 - 600 м, сооружаемых в местах пересечения больших рек и водоемов, наблюдается особо интенсивная вибрация с относительной продолжительностью до 35 – 50 %.

Рост интенсивности вибрации наблюдается также с увеличением высоты расположения проводов над землей, что обусловлено снижением турбулентности воздушного потока.

Влияние условий прохождения трассы, длин пролетов и интенсивности турбулентности воздушного потока на уровни и относительную продолжительность вибрации в качестве примера может быть охарактеризовано опытными данными, приведенными в таблице П 1.2.

Таблица П 1.2 – Влияние параметров ВЛ на уровни и продолжительность вибрации

Категория местности по табл. П1.1	Длина пролетов, м	Интенсивность турбулентности (It), %	Максимальные углы вибрации a, угл. мин.	Относительная продолжительность вибрации (t) при (a>5¢), %
1	800-1500	2-5	40-50	35-50
2	200-500	6-10	35-40	30-35
3	200-400	10-15	25-35	20-35
4	150-300	16-25	15-20	10-15
5	150-300	30-45	5-10	2-5

2. Измерения вибрации, проверка эффективности защиты от нее,

оценка срока службы проводов

Эксплуатационная надежность проводов и грозозащитных тросов в основном зависит от амплитуды вибрации, которая вызывает знакопеременные деформации в них и при определенном уровне амплитуд приводит к постепенному старению проводов и тросов из-за накопления усталостных явлений.

Используемый в стране метод оценки опасности вибрации базируется на выявлении обобщенных данных в зависимости от условий прохождения трассы линии, длин пролетов, значения среднеэксплуатационного тяжения и т. д. Этот метод по своей сути носит приближенный характер и не дает возможность объективно оценить достаточность выбранных методов и устройств по защите линий от вибраций.

Наиболее эффективным методом оценки опасности вибрации является непосредственное измерение амплитуд и частот вибрации с последующей систематической оценкой по их временному распределению. Этот метод в настоящее время широко распространен и опробован за рубежом, и, как показал опыт его применения, позволяет одновременно определить состояние проводов и тросов на время проводимого обследования ВЛ и рассчитать срок службы до выхода провода из строя.

Задача оценки состояния проводов и тросов на ВЛ с измерениями параметров вибрации является для большинства линий весьма актуальной и необходимой для обеспечения их безопасной эксплуатации. Полученные при этом экспериментальные материалы по измерению параметров вибрации позволяют надежно прогнозировать срок службы проводов и тросов при проектировании как новых линий, так и ВЛ, находящихся в эксплуатации.

Для определения подверженности того или иного участка линии опасной вибрации выбираются пролеты, являющиеся характерными для данного участка линии по длине и по характеру местности. Для выявления участков, наиболее подверженных вибрации, следует выбирать пролеты, не защищенные от ветра окружающим рельефом, древесной растительностью, постройками и т. п.

Для получения данных, отображающих относительную продолжительность, максимальные амплитуды вибрации, характерный диапазон частот вибрации, рекомендуется от 1 до 3 месяцев измерений. В течение такого срока, как правило, имеют место все характерные частоты и амплитуды вибрации.

Для измерений вибрации применяются различные устройства и аппаратура. Наиболее простыми и дешевыми являются механические самопишущие вибрографы (продолжительность записи 7 суток), фиксирующие время возникновения, продолжительность и амплитуду вибрации провода. На основании полученных виброграмм определяются максимальные двойные амплитуды вибрации в месте установки вибрографа (обычно в пределах от 0,35 до 1 м от места выхода провода из поддерживающего зажима), и относительная продолжительность вибрации, равная отношению суммарного числа часов, в течение которого зафиксирована вибрация, к числу часов работы вибрографа.

Для достоверной оценки по прогнозу срока службы проводов и тросов большое значение имеет правильный выбор средств и способов определения напряжений изгиба. Оценка вибрации по максимальной амплитуде Ymax или по углу вибрации b не является надежной для определения напряжений в проводе у выхода из зажима, возникающих из-за различий в динамической реакции качающихся зажимов. Более предпочтительными являются следующие способы:

- измерение амплитуды деформаций провода s с помощью тензодатчиков, установленных непосредственно у зажимов, с последующим вычислением по их показаниям напряжений, которые определяются по формуле

, (П 1.2.1)

где: – напряжение «нуль - пик», H/мм2;

Еа – модуль упругости алюминиевых проволок провода, Н/мм2;

εь – деформация провода у зажима;

- измерение амплитуды Yb на расстоянии около 89 мм от зажима с последующим переводом этой амплитуды в напряжение, которое определяется по формуле

, (П 1.3)

где: , Н/мм3; , 1/мм2;

Yb – амплитуда «пик - пик», мм;

d – диаметр отдельной проволоки, мм, в которой вычисляется напряжение

(da – алюминиевых; dc – стальных);

Т – тяжение в проводе, Н;

EJ – изгибная жесткость провода, Н·мм2;

, (П 1.4)

где: Na, Nc – количество алюминиевых и стальных проволок;

Еа, Ес – модуль упругости алюминиевых и стальных проволок;

х – расстояние от места измерения амплитуды до точки касания провода с зажимом, мм.

Наибольшее распространение за рубежом нашел способ определения напряжений в проводе путем замера изгибной амплитуды, хотя перевод изгибной амплитуды в напряжение в проводе зависит от правильного выбора изгибной жесткости. Как показывает опыт применения, этот способ является наиболее надежным.

Применяемые регистрирующие средства при измерении изгибной амплитуды позволяют получить информацию о числе циклов колебаний провода, накопленных за период измерений. Эта информация может быть использована для оценки срока службы проводов до появления усталостных повреждений, для чего используется гипотеза линейного накопления повреждений. В соответствии с этой гипотезой доля повреждений для определенного уровня циклических напряжений σ находится в зависимости от отношения числа циклов ni напряжений данного уровня, накапливаемых за год эксплуатации, к числу Ni циклов колебаний с этим же уровнем напряжений до появления повреждений – ni / Ni.

При этом число циклов Ni может быть установлено путем использования пограничной кривой безопасных напряжений (рисунок П 1.4), которая описывается уравнением

, (П 1.5)

где: σF – амплитуда динамических напряжений, Н/мм2;

N – число циклов с напряжением σF.

Нижняя огибающая вероятных точек кривой безопасности напряжений описывается следующими параметрами и соответствует многослойным проводам:

С = 450; z = – 0,2 для N ≤ 2 ·107;

С = 263; z = – 0,17 для N ≥ 2 ·107.

1 – верхняя огибающая вероятных точек кривой для однослойных проводов;

2 – нижняя огибающая вероятных точек кривой для многослойных проводов.

Рисунок П 1.4 – Границы безопасных напряжений для

сталеалюминевых проводов

Верхняя огибающая соответственно имеет параметры и соответствует однослойным проводам: