Методические указания по типовой защите от вибрации и субколебаний проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35 - 1150 кВ (стр. 12 )

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

Рисунок П 1.5 – 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

. (П 1.12)

Уравнение (4.1) может быть переписано с использованием соотношения между частотой и длиной волны

, (П 1.13)

в более приемлемый для вычислений вид

, (П 1.14)

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

, (П 1.13.1)

или

, (П 1.15)

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

. (П 1.15.1)

Энергию демпфирования поперечных волн можно представить в виде

. (П 1.16)

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

. (П 1.17)

Необходимо отметить, что энергия рассеивания, найденная из уравнения (П 1.15) или (П 1.17), 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 быть 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

. (П 1.18)

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 (П 1.18) 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, учитывают 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 одном 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;

- на результаты расчета может оказать влияние нелинейная характеристика гасителей вибрации и концевых устройств (подвесок) пролета ВЛ.

1 – 25% Тразр; 2 – 22,5 % Тразр; 3 – 20 % Тразр, с одним гасителем;
4 – 22,5 Тразр, с двумя гасителями: 5 – 22,5 % Тразр.

Рисунок П 1.6 – Расчетные амплитуды вибрации для пролета 400 м с проводом

d = 32 мм без гасителя

Несмотря на ряд указанных здесь недостатков, приведенный метод расчета дает возможность проведения с достаточной для практических целей точностью оценки уровня вибрации проводов и тросов на высоковольтных линиях.

5. Рекомендации по защите проводов и тросов

от вибрации гасителями вибрации ГВП и ГВУ

Гасители вибрации ГВП (рисунок 3.8) с количеством основных частот три и более получили название многочастотных. Гасители ГВП имеют одинаковую массу грузов и длину плеч гибкого элемента (L1 = L2; m1 = m2). Марки и технические параметры гасителей ГВП приведены в таблице П 1.3. За счет улучшенных динамических показателей количество типоразмеров таких гасителей доведено до 18.

Неоправданное многообразие устройств по защите проводов и тросов ВЛ от вибрации, которое усложнило вопросы эксплуатации и увеличило стоимость их применения, потребовало приведения конструкций к единообразию за счет создания унифицированного ряда. Это было достигнуто при использовании грузов вида «пешка» (разных по массе при разных плечах гибкого элемента).

Таблица П 1.4 – Марки и технические параметры гасителей вибрации ГВП

Марка гасителя	Диаметр тросика, мм	Длина гасителя, мм	Масса груза, кг	Расчетная частота, Гц
1-я	2-я	3-я
ГВП-0,8-9,1-350	9,1	350	0,8	12,4	45,2	91,2
ГВП-0,8-9,1-400	9,1	400	0,8	9,2	40,1	81,6
ГВП-1,6-11-400	11	400	1,6	11,2	30,6	65,0
ГВП-1,6-11-450	11	450	1,6	8,1	29,3	60,1
ГВП-1,6-11-500	11	500	1,6	6,3	31,0	56,2
ГВП-2,4-11-400	11	400	2,4	9,8	30,1	57,1
ГВП-2,4-11-450	11	450	2,4	6,9	28,0	48,3
ГВП-2,4-11-500	11	500	2,4	6,0	25,6	43,4
ГВП-2,4-11-550	11	550	2,4	5,4	26,0	40,1
ГВП-2,4-13-500	13	500	2,4	8,9	31,0	60,8
ГВП-2,4-13-550	13	550	2,4	6,2	29,5	50,5
ГВП-2,4-13-600	13	600	2,4	5,4	26,3	49,8
ГВП-3,2-13-500	13	500	3,2	6,8	33,2	58,5
ГВП-3,2-13-550	13	550	3,2	6,1	31,4	55,2
ГВП-3,2-13-600	13	600	3,2	5,9	31,0	53,4
ГВП-4,0-13-500	13	500	4,0	6,3	20,8	44,5
ГВП-4,0-13-550	13	550	4,0	5,2	19,3	41,4
ГВП-4,0-13-600	13	600	4,0	4,7	19,0	40,1

Унифицированные гасители вибрации ГВУ (рисунок 3.8) обеспечивают равномерное распределение энергии рассеивания во всех диапазонах рабочих частот проводов и тросов, что позволило уменьшить количество типоразмеров гасителей до 5. Марки и основные параметры унифицированных гасителей (ГВУ) приведены в таблице П 1.5.