Методические указания по типовой защите от вибрации и субколебаний проводов и грозозащитных тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35 - 1150 кВ (стр. 11 )

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 β 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;

еь – 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 у 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:  уF – амплитуда динамических напряжений, Н/мм2;

N – число циклов с напряжением уF.

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:

С = 730; z = – 0,2 для N ≤ 2 ·107;

С = 430; z = – 0,17 для N ≥ 2 ·107.

Для оценки степени опасности вибрации также определяются создаваемые вибрацией угловые отклонения провода в местах подвеса, которые могут быть приближенно вычислены по формуле

       ,        (П 1.6)

где:        α – угол вибрации, мин. (′);

2А – двойная амплитуда вибрации в месте установки вибрографа, мм;

u – расстояние от места установки вибрографа до места выхода провода из зажима, м.

Опасной считается вибрация, создающая угловые отклонения провода у мест его подвеса более 5 - 10′.

Информация о числе циклов колебаний провода, накопленная за период измерений, может быть использована для оценки срока службы проводов до появления усталостных повреждений. При этом используется гипотеза линейного накопления повреждений [3]. В соответствии с этой гипотезой доля повреждений для определенного уровня циклических напряжений σi находится по отношению – числа циклов ni напряжений данного уровня, накапливаемых за 1 год эксплуатации, к числу Ni циклов колебаний с этим же уровнем напряжений до появления повреждений. При этом число циклов Ni может быть установлено в результате усталостных испытаний провода (построения кривой Веллера) либо с использованием пограничной кривой безопасных напряжений, описываемой уравнением (3.3).

Предполагается, что накопление повреждений происходит линейно и на процесс накопления не влияет последовательность возникновения напряжений разного уровня.

Суммарное накопленное повреждение за 1 год при этом составит

       .        (П 1.7)

Срок службы провода до появления усталостных повреждений определяется выражением:

       .        (П 1.8)

Остаточный срок службы составит:

       ,        (П 1.9)

где: – срок эксплуатации провода к моменту проведения оценки, лет.

Проверка эффективности действия гасителей вибрации осуществляется путем одновременной установки не менее, чем двух приборов измерения вибрации: одного - на проводе, защищенном гасителями, а другого - на проводе без гасителей, и сравнении результатов измерений. Показателем эффективной работы гасителя является отсутствие зарегистрированной прибором опасной вибрации на защищенном проводе. Хорошей работой гасителя следует считать уменьшение максимальной амплитуды вибрации более чем в 10 раз, удовлетворительной - более чем в 5 раз.