Vibración y baile de cables en líneas eléctricas aéreas

en el estudio de trabajo aerolíneas En condiciones naturales, además de los cambios habituales provocados en el funcionamiento de los conductores por la acción del hielo, el viento y la temperatura, son de interés los fenómenos de vibraciones y danzas de los conductores.

La vibración de los cables en el plano vertical se observa a bajas velocidades del viento y consiste en la aparición en los cables de ondas longitudinales (estacionarias) y principalmente errantes con una amplitud de hasta 50 mm y una frecuencia de 5-50 Hz. El resultado de las vibraciones son las roturas de los conductores de los hilos, el autoaflojamiento de los pernos de los soportes, la destrucción de partes de los herrajes de los hilos aislantes, etc.

Para combatir las vibraciones, los cables se refuerzan mediante enrollamiento en los puntos de enganche, abrazaderas autovibratorias y silenciadores (amortiguadores).

En las líneas aéreas, aunque con menos frecuencia, existe otro fenómeno menos estudiado: la danza de los conductores, es decir, la oscilación de los conductores con una gran amplitud, que conduce a la colisión de los conductores de diferentes fases y, por lo tanto, , la línea de caída no funciona.

Vibración de alambre

Cuando el flujo de aire alrededor de los conductores se dirige a través del eje de la línea o formando un ángulo con este eje, surgen vórtices en el lado de sotavento del conductor. El viento se separa periódicamente del alambre y se forman vórtices en la dirección opuesta.

La separación del vórtice en el fondo provoca la aparición de un flujo circular en el lado de sotavento, y la velocidad del flujo v en el punto A se vuelve mayor que en el punto B. Como resultado, aparece una componente vertical de la presión del viento.

Cuando la frecuencia de formación de vórtices coincide con una de las frecuencias naturales del alambre estirado, éste comienza a vibrar en el plano vertical. En este caso, algunos puntos se desvían en su mayoría de la posición de equilibrio, formando el antinodo de la onda, mientras que otros permanecen en su lugar, formando los llamados nodos. Solo se producen desplazamientos angulares del conductor en los nodos.

Tales son llamadas vibraciones de un alambre con una amplitud que no exceda 0.005 longitud de media onda o dos diámetros de la vibración del alambre.

Figura 1. Formación de vórtices detrás del cable

Las vibraciones del cable se producen a una velocidad del viento de 0,6-0,8 m/s; a medida que aumenta la velocidad del viento, aumenta la frecuencia de vibración y el número de olas en el rango; cuando la velocidad del viento supera los 5-8 m/s, las amplitudes de vibración son tan pequeñas que no son peligrosas para el conductor.

La experiencia operativa muestra que las vibraciones de los cables se observan con mayor frecuencia en líneas que pasan por terreno abierto y plano. En tramos de líneas en el bosque y terrenos irregulares, la duración e intensidad de las vibraciones es mucho menor.

La vibración del cable se observa, por regla general, a distancias mayores de 120 my aumenta con distancias crecientes.Las vibraciones son especialmente peligrosas al atravesar ríos y zonas de agua con distancias superiores a los 500 m.

El riesgo de vibración radica en la rotura de hilos individuales en las zonas de salida de las abrazaderas. Estas discontinuidades se deben al hecho de que los esfuerzos alternos de la flexión periódica de los alambres como resultado de la vibración se superponen a los esfuerzos de tracción principales en el alambre suspendido. Si estos últimos esfuerzos son bajos, entonces los esfuerzos totales no alcanzan el límite en el que los conductores fallan por fatiga.

Arroz. 2. Ondas de vibración a lo largo del cable en vuelo

Con base en observaciones e investigaciones, se encontró que el riesgo de rotura de cables depende del llamado Tensión media de funcionamiento (tensión a temperatura media anual y ausencia de cargas adicionales).

Registrador de Vibraciones ALCOA "SCOLAR III" Montado en Montaje en Espiral

Métodos para controlar la vibración de los cables.

De acuerdo a PUE alambres simples de aluminio y acero-aluminio con una sección transversal de hasta 95 mm2 a distancias de más de 80 m, sección transversal de 120 — 240 mm2 a distancias de más de 100 m, sección transversal de 300 mm2 o más a distancias de más de 120 m, los alambres y cables de acero de todas las secciones a distancias superiores a 120 m deben protegerse de vibraciones si la tensión a la temperatura media anual supera: 3,5 daN/mm2 (kgf/mm2) en conductores de aluminio, 4,0 daN/mm2 en conductores de acero-aluminio, 18,0 daN/mm2 en alambres y cables de acero.

A distancias más pequeñas que las anteriores, no se requiere protección contra vibraciones.Tampoco se requiere protección contra vibraciones en líneas de fase dividida de dos conductores si la tensión a la temperatura media anual no supera los 4,0 daN/mm2 en los conductores de aluminio y los 4,5 daN/mm2 en los conductores de acero-aluminio.

La separación de fases de tres y cuatro hilos generalmente no requiere protección contra vibraciones. Las secciones de todas las líneas que están protegidas contra vientos cruzados no están sujetas a protección contra vibraciones. En grandes cruces de ríos y áreas de agua, se requiere protección independientemente del voltaje en los cables.

Como regla general, no es económicamente rentable reducir los voltajes en los conductores de línea a valores en los que no se requiere protección contra vibraciones. Por lo tanto, en líneas con un voltaje de 35 — 330 kV, amortiguadores de vibraciones hechos en forma de dos pesos suspendidos en un cable de acero.

Los amortiguadores de vibraciones absorben la energía de las cuerdas vibrantes y reducen la amplitud de las vibraciones alrededor de las abrazaderas. Los amortiguadores de vibraciones deben instalarse a ciertas distancias de los terminales, determinadas según la marca y el voltaje del cable.

En una serie de líneas de protección contra vibraciones, se utilizan barras de refuerzo del mismo material que el cable y se enrollan alrededor del cable en el punto donde se fija en el soporte en una longitud de 1,5 a 3,0 m.

El diámetro de las barras disminuye a cada lado del centro del soporte. Las barras de refuerzo aumentan la rigidez del alambre y reducen la probabilidad de daños por vibración. Sin embargo, los amortiguadores de vibraciones son los medios más eficaces para hacer frente a las vibraciones.

Arroz. 3. Amortiguador de vibraciones en el cable.

Para la protección contra vibraciones de alambres individuales de acero y aluminio con una sección transversal de 25-70 mm2 y aluminio con una sección transversal de hasta 95 mm2, amortiguadores de tipo bucle (bucles amortiguadores) suspendidos debajo del cable (debajo del soporte de soporte) en forma de bucle con una longitud de 1,0 se recomiendan -1,35 m de cable de la misma sección.

En la práctica extranjera, los amortiguadores de bucle de uno o varios bucles consecutivos también se utilizan para proteger cables con una sección transversal grande, incluidos cables en transiciones grandes.

Baila en los cables

La danza de los cables, como las vibraciones, es excitada por el viento, pero difiere de las vibraciones con una gran amplitud, alcanzando los 12-14 m y una longitud de onda larga. En líneas con cables individuales, se observa con mayor frecuencia un baile con una onda, es decir, con dos medias ondas en el rango (Fig. 4), en líneas con cables divididos, con una media onda en un tramo.

En un plano perpendicular al eje de la línea, el cable se mueve cuando baila a lo largo de una elipse alargada, cuyo eje principal es vertical o se desvía en un ligero ángulo (hasta 10 - 20 °) de la vertical.

Los diámetros de la elipse dependen de la flecha de hundimiento: cuando se baila con una media onda en el rango, el diámetro grande de la elipse puede alcanzar el 60 - 90 % de la flecha de hundimiento, mientras se baila con dos medias ondas - 30 - 45 % de la flecha del hundimiento. El diámetro menor de la elipse suele ser del 10 al 50% de la longitud del diámetro mayor.

Como regla general, el baile de alambre se observa en condiciones de hielo. El hielo se deposita sobre los cables principalmente en el lado de sotavento, como resultado de lo cual el cable adquiere una forma irregular.

Cuando el viento actúa sobre un alambre con hielo en un solo lado, la velocidad del flujo de aire en la parte superior aumenta y la presión disminuye.Esto da como resultado una fuerza de elevación Vy que hace que el cable baile.

El peligro de bailar radica en el hecho de que las vibraciones de los hilos de las fases individuales, así como las de los hilos y cables, se producen de forma asíncrona; a menudo hay casos en los que los cables van en direcciones opuestas y se acercan o incluso chocan.

En este caso, se producen descargas eléctricas que hacen que los cables individuales se derritan y, a veces, se rompen. También hubo casos en que los conductores de las líneas de 500 kV subieron al nivel de los cables y chocaron con ellos.

Arroz. 4: a — ondas que bailan sobre un cable en vuelo, b — un cable cubierto de hielo en una corriente de aire entre ellos.

Los resultados satisfactorios de la operación de líneas experimentales con amortiguadores de baile aún no son suficientes para reducir la distancia entre los cables.

En algunas líneas exteriores con distancias insuficientes entre conductores de diferentes fases, se instalan elementos de aislamiento de distancia, que excluyen la posibilidad de que los conductores se enganchen durante el baile.