Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пляска проводов причины

«Пляска» проводов: причины и особенности явления

«Пляска» проводов — словосочетание, звучящее довольно весело. Однако оно способно доставить массу неприятностей: при этом явлении провода совершают колебания с амплитудой 12-14 метров! В таком случае могут пострадать сами электротехнические изделия (возможны обрывы и сцепления), опоры, полимерные изоляторы. Что же является причиной опасной «пляски»?

Искромётные движения

Как правило, «галопирование» линий происходит вследствие обледенения проводов. Замерзшая вода отлагается на подветренной стороне электротехнического изделия, поэтому оно приобретает неправильную форму, провисает, набирает лишний вес. В таком случае резкие порывы ветра довольно легко могут раскачать провода. Если на линии имеется одинарное электротехническое изделие, оно (с наибольшей степенью вероятности) станет «плясать» в одну волну. А вот на линии с расщепленными проводами обычно возникают полуволны в каждом пролете. При этом раскачивание одинарного изделия гораздо чаще приводит к его разрыву, поскольку амплитуда движения в данном случае намного выше. А вот «пляска» в 2-4 волны нередко становится причиной пережога на линии. При этом довольно большая нагрузка ложится на подвесные изоляторы (например, ЛК-70/14-А4) и опоры. Конструкция может не выдержать серию динамических колебаний и рухнуть.

Как правило, раскачивание проводов происходит в вертикальной плоскости с наклоном по направлению ветра. Кстати, наиболее опасны воздушные порывы, которые направлены под углом 30-90° к линии. При этом «пляска» проводов происходит асинхронно. Следовательно, если изделия расположены рядом, они очень легко могут «встретиться» или даже схлестнуться. В таком случае возникнут электрические разряды, которые приведут к оплавлению проводов или их обрыву. Известны случаи, когда электротехнические изделия схлестывались с металлическими тросами.

Полноценных гасителей «пляски» пока не существует. Одним из действенных методов борьбы с опасными колебаниями считается установка распорок. Они, конечно, не защищают провода от раскачивания, однако предотвращают их схлестывание.

Вибрация и пляска проводов на воздушных ЛЭП

Для передачи электрического тока на большие расстояния используются воздушные и кабельные линии высокого напряжения. Протяженность таких линий электропередач может достигать нескольких километров, на которых установлены высоковольтные опоры для отделения проводов от земли. В местах крепления обеспечивается достаточно жесткая фиксация, но в пролетах опор провода могут свободно колебаться. При воздействии определенных внешних факторов на воздушных линиях возникает вибрация и пляска проводов, способная как повредить сами устройства, так и нарушить нормальный режим работы энергосистемы.

Определение

Под вибрацией следует понимать перемещения провода в вертикальной плоскости, которые характеризуются сравнительно небольшой амплитудой движения – в пределах нескольких сантиметров, но не более диаметра провода для двойной амплитуды или 0,005 от длины волны вибрации. При этом частота таких перемещений в вертикальной плоскости может достигать от 3 до 150 Гц. Наибольший вред интенсивной вибрации – быстрое изнашивание металла в местах частого перегиба.

Как видите на рисунке 1, в точке 1 происходит частый излом, который приводит к усталости металла с дальнейшим отпуском, что и обуславливает потерю жесткости проводов, и обрывы отдельных жил.

Под пляской проводов подразумевается вертикальное перемещение с частотой от 0,2 до 2Гц. Амплитуда колебаний во время пляски может достигать от 0,3 до 5м, а при расстоянии между опорами в 200 — 500м амплитуда пляски достигает 10 – 14м. Такому явлению могут подвергаться любые ЛЭП и их элементы (фазные провода, грозозащитные троса и т.д.). Но в низковольтных линиях до 6-10кВ за счет малого расстояния между опорами явление незначительно.

Отличие вибрации от пляски проводов.

Физически и вибрация, и пляска проводов представляют собой перемещение в вертикальной плоскости. Их основное отличие в размере возникающей при колебаниях волны и в ее частоте. Так вибрация характеризуется значительно большей частотой колебания проводов, в сравнении с пляской. Но вибрация имеет несоизмеримо меньшую амплитуду, чем пляска, благодаря чему она не несет такой угрозы для линии.

Причины возникновения

Все причины возникновения и пляски, и вибрации можно разделить на:

  • воздействие воздушного потока – наиболее частая и опасная причина, поскольку имеет продолжительное воздействие и приводит к нарастанию амплитуды и частоты;
  • коммутационные процессы – при подаче напряжения в сеть или при подключении нагрузки переходные процессы обуславливают скачек электромагнитного поля, приводящего провода в движение;
  • механическая нагрузка – обуславливается всевозможными ударами или движением предметов, к примеру, токоприемником электроподвижного состава по контактной сети.

Следует отметить, что движение линий во время переходного процесса носит разовый характер, и дальнейшие собственные колебания постепенно угасают. То же происходит и с механической нагрузкой, в отличии от воздуха, который не только может дуть в течении продолжительного времени, но и менять свой угол и интенсивность. Поэтому наиболее значимой причиной для всех типов линий является воздушный поток.

Возникновение вибрации и пляски от воздушного потока

Воздействие ветра происходит при любом направлении потока, как в горизонтальной плоскости, так и под каким-то углом. Основной причиной колебаний является неравномерная скорость, с которой воздух огибает провод, из-за чего в верхней и нижней точке возникает разность давления.

Рис. 2: воздействие воздуха на провод

Посмотрите на рисунок 2, здесь приведен пример, когда воздух огибает окружность из точки А в точку Б. Воздушный поток в этом месте закручивается, и возникают завихрения. Это приводит к возникновению сил, давящих не только со стороны ветра, но и в вертикальной плоскости. В нижней точке давление становится меньшим, чем в верхней и при совпадении вихрей с собственными колебаниями возникают горизонтальные перемещения провода.

Следует отметить, что такая ситуация возможна лишь при относительно небольших скоростях воздушных потоков – от 0,5 до 7м/с, так как при увеличении скорости потоки движутся иначе. Но прекращение ветра, увы, не означает окончание вибрации, так как из-за большой протяженности линий в них возникают собственные колебания, которые уже не требуют поддержания, а продолжаются за счет резонансных явлений. И, если вибрация носит незаметный характер, то при пляске, волны станут куда более значительными и опасными.

Физика процесса

Во время пляски в местах подвешивания к опоре линия крепится жестко, поэтому в таких узлах не возникает никаких колебаний. А в местах провеса проводов амплитуда колебаний становиться максимальной.

Рис. 3: функция колебания проводов в пролете

При достижении максимума пляски в пиковой точке провиса возникает, так называемая, стоячая волна. Данное явление характеризуется величиной амплитуды кратной или равной длине пролета. Наиболее опасные перемещения возникают на скоростях в 0,6 – 0,8 м/с, а при нарастании скорости воздушного потока более 5 – 8 м/с динамические нагрузки слишком малы из-за незначительной амплитуды.

Но, помимо амплитуды вибрации вторым по значимости параметром является их частота, которую можно определить по формуле:

f = (0,185×V)/d, где

  • f – это частота колебаний;
  • 0,185 – постоянная Струхаля;
  • V – скорость аэродинамического потока;
  • d – диаметр провода.

Как видите из формулы, чем меньшего сечения торсы применяются в ЛЭП, тем с большей частотой они будут колебаться. На практике, частота колебаний обуславливает и интенсивность пляски, из-за чего диапазон наиболее опасных частот для линии составляет от 0,2 до 2 Гц.

Следует отметить, что ситуация может значительно ухудшаться за счет погодных факторов, которые влияют не только на воздушные потоки, но и на состояние провода. Наиболее значимым из них является гололед, так как он возникает с подветренной стороны и характеризуется искажением формы провода. При этом вибрирующие провода подвергаются воздействию поднимающей силы Vy, приложенной к отложениям гололеда. Она дополнительно усугубляет ситуацию при вибрации и пляске.

Рис. 4: влияние гололеда на колебания

Провод совершает не только горизонтальные колебания, но и вращательные движения, а в узлах и точках фиксации из-за обледенения происходит повреждение металла.

Опасность

Пляска и вибрация имеют схожую природу, но отличаются по интенсивности. Тем не менее, оба явления могут нести такие виды опасности для ЛЭП:

  • Распушивание — повреждение проводов, при котором медные, алюминиевые или стальные тросы теряют утяжку и механическую прочность;
  • Перекрытие воздушного промежутка – в случае движения смежных фаз с различной амплитудой, волны могут приближаться достаточно близко друг к другу, из-за чего произойдет пробой и возникновение дуги;
  • Схлестывание проводов – являются более опасным развитием предыдущей ситуации, когда параллельные линии касаются друг друга и создают электрический контакт с протеканием токов короткого замыкания и оплавлением металла;
  • Обрыв проводов – может возникать как результат короткого замыкания, так и множественных обрывов отдельных проволок, разрушенных многократными вибрациями или пляской.

Как видите, все потенциальные опасности могут запросто привести к нарушению нормального электроснабжения и материальным затратам на восстановление. Также не забывайте, что любая аварийная ситуация потенциально несет угрозу человеку, как выполняющему работу в электроустановках, так и находящемуся поблизости. Поэтому для предотвращения опасных воздействий разработаны методы борьбы с вибрацией и пляской, направленные на гашение колебаний.

Методы борьбы

Условия, при которых следует применять защитные меры для гашения амплитуды вибрации, оговаривает п.2.5.85 ПУЭ. При этом учитываются такие параметры, как:

  • Длина пролета;
  • Материал проводника и его сечение;
  • Механическое напряжение в расщепленных и одиночных проводах.
Читать еще:  Как делают и чем заливают столешницу из среза дерева

Конкретные методы борьбы регламентируются методическими указаниями РД 34.20.182-90. Для гашения вибрации и пляски устанавливаются специальные устройства.

Рис. 5: пример установки гасителей вибрации

По типу и конструктивным особенностям гасители пляски и вибрации подразделяются на три типа:

  • Петлевые гасители — применяются для проводов напряжением в 6 – 10 кВ и выполняются в виде гибкой распорки. В зависимости от числа петель и конструкции распорок может быть одно- или трехпетлевым. В качестве петлевого зажима используется проволока или крепежные детали.
  • Спиральные – самые эффективные, но и самые дорогие модели для борьбы с высоко- и низкочастотной вибрацией. Из-за дороговизны их редко применяют, хотя они и дают равномерное распределение нагрузки по всей длине гасителя.
  • Мостовые – имеют специальные грузы, которым передается вибрация от раскачивающегося провода и ими же поглощается. Отличаются простотой монтажа и дальнейшего обслуживания.

В линиях от 330 до 750 кВ применяется расщепление фазы, при котором все провода соединяются распорками. Несмотря на то, что такое соединение само может выступать в роли гасителя вибрации, на практике этого не достаточно. Поэтому в главе 5 РД 34.20.182-90 приведены способы борьбы с вибрацией и пляской для различных линий и условий, в которых они могут эксплуатироваться.

Вибрация и пляска проводов воздушных ЛЭП — что это такое, методы борьбы

Одним из методов борьбы с пляской проводов являются предложения по изменению конструктивных параметров линий с целью устранения опасных сближений проводов такие как: чередование пролетов различной длины; сокращение длины пролета; повышенная разноска проводов; междуфазные распорки.

Определение

Под вибрацией следует понимать перемещения провода в вертикальной плоскости, которые характеризуются сравнительно небольшой амплитудой движения – в пределах нескольких сантиметров, но не более диаметра провода для двойной амплитуды или 0,005 от длины волны вибрации. При этом частота таких перемещений в вертикальной плоскости может достигать от 3 до 150 Гц. Наибольший вред интенсивной вибрации – быстрое изнашивание металла в местах частого перегиба.

Рис. 1: вибрация в пролете

Как видите на рисунке 1, в точке 1 происходит частый излом, который приводит к усталости металла с дальнейшим отпуском, что и обуславливает потерю жесткости проводов, и обрывы отдельных жил.

Под пляской проводов подразумевается вертикальное перемещение с частотой от 0,2 до 2Гц. Амплитуда колебаний во время пляски может достигать от 0,3 до 5м, а при расстоянии между опорами в 200 — 500м амплитуда пляски достигает 10 – 14м. Такому явлению могут подвергаться любые ЛЭП и их элементы (фазные провода, грозозащитные троса и т.д.). Но в низковольтных линиях до 6-10кВ за счет малого расстояния между опорами явление незначительно.

Отличие вибрации от пляски проводов.

Физически и вибрация, и пляска проводов представляют собой перемещение в вертикальной плоскости. Их основное отличие в размере возникающей при колебаниях волны и в ее частоте. Так вибрация характеризуется значительно большей частотой колебания проводов, в сравнении с пляской. Но вибрация имеет несоизмеримо меньшую амплитуду, чем пляска, благодаря чему она не несет такой угрозы для линии.

Чередование пролетов различной длины

Известно, что частота колебания при пляске зависит от длины пролета, числа полуволн, тяжения и линейной плотности провода. Для конкретной линии частоту можно изменить сокращением или увеличением длины пролета. При этом в соседних пролетах колебания будут происходить с разной частотой, и в результате взаимного влияния через подвесные гирлянды изоляторов можно ожидать снижения интенсивности колебаний. Эффективность этого мероприятия была проверена на электрифицированной железной дороге. Пролеты нормальной длины чередовались с пролетами, сокращенными на 7-10 %.

Причины возникновения

Все причины возникновения и пляски, и вибрации можно разделить на:

  • воздействие воздушного потока – наиболее частая и опасная причина, поскольку имеет продолжительное воздействие и приводит к нарастанию амплитуды и частоты;
  • коммутационные процессы – при подаче напряжения в сеть или при подключении нагрузки переходные процессы обуславливают скачек электромагнитного поля, приводящего провода в движение;
  • механическая нагрузка – обуславливается всевозможными ударами или движением предметов, к примеру, токоприемником электроподвижного состава по контактной сети.

Следует отметить, что движение линий во время переходного процесса носит разовый характер, и дальнейшие собственные колебания постепенно угасают. То же происходит и с механической нагрузкой, в отличии от воздуха, который не только может дуть в течении продолжительного времени, но и менять свой угол и интенсивность. Поэтому наиболее значимой причиной для всех типов линий является воздушный поток.

Возникновение вибрации и пляски от воздушного потока

Воздействие ветра происходит при любом направлении потока, как в горизонтальной плоскости, так и под каким-то углом. Основной причиной колебаний является неравномерная скорость, с которой воздух огибает провод, из-за чего в верхней и нижней точке возникает разность давления.

Рис. 2: воздействие воздуха на провод

Посмотрите на рисунок 2, здесь приведен пример, когда воздух огибает окружность из точки А в точку Б. Воздушный поток в этом месте закручивается, и возникают завихрения. Это приводит к возникновению сил, давящих не только со стороны ветра, но и в вертикальной плоскости. В нижней точке давление становится меньшим, чем в верхней и при совпадении вихрей с собственными колебаниями возникают горизонтальные перемещения провода.

Следует отметить, что такая ситуация возможна лишь при относительно небольших скоростях воздушных потоков – от 0,5 до 7м/с, так как при увеличении скорости потоки движутся иначе. Но прекращение ветра, увы, не означает окончание вибрации, так как из-за большой протяженности линий в них возникают собственные колебания, которые уже не требуют поддержания, а продолжаются за счет резонансных явлений. И, если вибрация носит незаметный характер, то при пляске, волны станут куда более значительными и опасными.

Сокращение длины пролета

Сокращение длины пролета приводит к уменьшению амплитуды колебаний и может быть использовано на некоторых участках линии, где часто наблюдается пляска, путем установки дополнительных опор. Для одновременной реализации эффекта от чередования пролетов дополнительные опоры необходимо устанавливать не в серединах пролетов, а с некоторым смещением. Это мероприятие является дорогостоящим и может иметь практическое значение при решении общей задачи по усилению прочности линий для повышения надежности при ветровых и гололедных воздействиях.

Физика процесса

Во время пляски в местах подвешивания к опоре линия крепится жестко, поэтому в таких узлах не возникает никаких колебаний. А в местах провеса проводов амплитуда колебаний становиться максимальной.

Рис. 3: функция колебания проводов в пролете

При достижении максимума пляски в пиковой точке провиса возникает, так называемая, стоячая волна. Данное явление характеризуется величиной амплитуды кратной или равной длине пролета. Наиболее опасные перемещения возникают на скоростях в 0,6 – 0,8 м/с, а при нарастании скорости воздушного потока более 5 – 8 м/с динамические нагрузки слишком малы из-за незначительной амплитуды.

Но, помимо амплитуды вибрации вторым по значимости параметром является их частота, которую можно определить по формуле:

f = (0,185×V)/d, где

  • f – это частота колебаний;
  • 0,185 – постоянная Струхаля;
  • V – скорость аэродинамического потока;
  • d – диаметр провода.

Как видите из формулы, чем меньшего сечения торсы применяются в ЛЭП, тем с большей частотой они будут колебаться. На практике, частота колебаний обуславливает и интенсивность пляски, из-за чего диапазон наиболее опасных частот для линии составляет от 0,2 до 2 Гц.

Следует отметить, что ситуация может значительно ухудшаться за счет погодных факторов, которые влияют не только на воздушные потоки, но и на состояние провода. Наиболее значимым из них является гололед, так как он возникает с подветренной стороны и характеризуется искажением формы провода. При этом вибрирующие провода подвергаются воздействию поднимающей силы Vy, приложенной к отложениям гололеда. Она дополнительно усугубляет ситуацию при вибрации и пляске.

Рис. 4: влияние гололеда на колебания

Провод совершает не только горизонтальные колебания, но и вращательные движения, а в узлах и точках фиксации из-за обледенения происходит повреждение металла.

Повышенная разноска проводов

Повышенная разноска проводов предусмотрена ПУЭ как средство устранения опасных сближений проводов. Для ее реализации требуются опоры повышенной прочности с удлиненными траверсами. Для предотвращения схлестывания при пляске рекомендуется, чтобы вертикальное расстояние между фазами равнялось стреле провеса.

Опасность

Пляска и вибрация имеют схожую природу, но отличаются по интенсивности. Тем не менее, оба явления могут нести такие виды опасности для ЛЭП:

  • Распушивание — повреждение проводов, при котором медные, алюминиевые или стальные тросы теряют утяжку и механическую прочность;
  • Перекрытие воздушного промежутка – в случае движения смежных фаз с различной амплитудой, волны могут приближаться достаточно близко друг к другу, из-за чего произойдет пробой и возникновение дуги;
  • Схлестывание проводов – являются более опасным развитием предыдущей ситуации, когда параллельные линии касаются друг друга и создают электрический контакт с протеканием токов короткого замыкания и оплавлением металла;
  • Обрыв проводов – может возникать как результат короткого замыкания, так и множественных обрывов отдельных проволок, разрушенных многократными вибрациями или пляской.

Как видите, все потенциальные опасности могут запросто привести к нарушению нормального электроснабжения и материальным затратам на восстановление. Также не забывайте, что любая аварийная ситуация потенциально несет угрозу человеку, как выполняющему работу в электроустановках, так и находящемуся поблизости. Поэтому для предотвращения опасных воздействий разработаны методы борьбы с вибрацией и пляской, направленные на гашение колебаний.

Читать еще:  Оригинальные идеи декора стен своими руками (100 фото)

Междуфазные распорки

Междуфазные распорки предполагают установку изолирующих связующих элементов между проводами в пролете (рис. 1а). Наличие таких связей не устраняет пляски, но может приводить к синхронным колебаниям всех проводов как единой колебательной системы. Возможность междуфазных замыканий практически исключается. Это предложение может рассматриваться как одна из реальных мер борьбы с пляской, однако необходимо провести детальные исследования для оценки необходимого количества и мест установки распорок в пролете, а также для установления достаточности прочности существующих конструкций опор для восприятия увеличенных динамических нагрузок.

Представленные способы борьбы с пляской проводов, за исключением установки междуфазных распорок, носят пассивный характер, не направлены непосредственно на подавление колебательного процесса, и их реализация связана с существенным удорожанием линии.

Методы борьбы с пляской проводов

Одним из методов борьбы с пляской проводов являются предложения по изменению конструктивных параметров линий с целью устранения опасных сближений проводов такие как: чередование пролетов различной длины; сокращение длины пролета; повышенная разноска проводов; междуфазные распорки.

Чередование пролетов различной длины

Известно, что частота колебания при пляске зависит от длины пролета, числа полуволн, тяжения и линейной плотности провода. Для конкретной линии частоту можно изменить сокращением или увеличением длины пролета. При этом в соседних пролетах колебания будут происходить с разной частотой, и в результате взаимного влияния через подвесные гирлянды изоляторов можно ожидать снижения интенсивности колебаний. Эффективность этого мероприятия была проверена на электрифицированной железной дороге. Пролеты нормальной длины чередовались с пролетами, сокращенными на 7-10 %.

Сокращение длины пролета

Сокращение длины пролета приводит к уменьшению амплитуды колебаний и может быть использовано на некоторых участках линии, где часто наблюдается пляска, путем установки дополнительных опор. Для одновременной реализации эффекта от чередования пролетов дополнительные опоры необходимо устанавливать не в серединах пролетов, а с некоторым смещением. Это мероприятие является дорогостоящим и может иметь практическое значение при решении общей задачи по усилению прочности линий для повышения надежности при ветровых и гололедных воздействиях.

Повышенная разноска проводов

Повышенная разноска проводов предусмотрена ПУЭ как средство устранения опасных сближений проводов. Для ее реализации требуются опоры повышенной прочности с удлиненными траверсами. Для предотвращения схлестывания при пляске рекомендуется, чтобы вертикальное расстояние между фазами равнялось стреле провеса.

Междуфазные распорки

Междуфазные распорки предполагают установку изолирующих связующих элементов между проводами в пролете (рис. 1а). Наличие таких связей не устраняет пляски, но может приводить к синхронным колебаниям всех проводов как единой колебательной системы. Возможность междуфазных замыканий практически исключается. Это предложение может рассматриваться как одна из реальных мер борьбы с пляской, однако необходимо провести детальные исследования для оценки необходимого количества и мест установки распорок в пролете, а также для установления достаточности прочности существующих конструкций опор для восприятия увеличенных динамических нагрузок.

Представленные способы борьбы с пляской проводов, за исключением установки междуфазных распорок, носят пассивный характер, не направлены непосредственно на подавление колебательного процесса, и их реализация связана с существенным удорожанием линии.

СО 34.20.184-91 Методические указания по районированию территорий энергосистем и трасс ВЛ по частоте повторяемости и интенсивности пляски проводов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО РАЙОНИРОВАНИЮ ТЕРРИТОРИЙ ЭНЕРГОСИСТЕМ И ТРАСС ВЛ
ПО ЧАСТОТЕ ПОВТОРЯЕМОСТИ И ИНТЕНСИВНОСТИ ПЛЯСКИ ПРОВОДОВ

РАЗРАБОТАНО Всесоюзным научно-исследовательским институтом электроэнергетики (ВНИИЭ)

ИСПОЛНИТЕЛЬ В.А. ШКАПЦОВ

УТВЕРЖДЕНО Управлением эксплуатации, ремонта и технического перевооружения электросетей 15.11.91 г.

Начальник И.И. БАТЮК

1. ВВЕДЕНИЕ

Пляска является одной из наиболее опасных разновидностей, вызываемых ветром колебаний проводов ВЛ. Известны случаи пляски проводов горных линий, возбуждаемой интенсивной стриммерной короной; пляска при сильных ливневых дождях; пляска в летнее время витых проводов с повышенной рельефностью наружного повива при косых ветрах, направленных под острым углом к трассе ВЛ. Однако наиболее часто встречающимися и наиболее опасными являются случаи пляски проводов ВЛ с односторонними отложениями в виде мокрого снега, гололеда или изморози при скоростях поперечно направленных ветров от 6 до 25 м/с.

Стабильная пляска в виде стоячих волн с амплитудами от нескольких метров до значений, достигаюших стрелы провеса провода, может продолжаться от нескольких часов до нескольких суток и прекращается лишь с изменением метеоусловий. От частоты повторяемости и интенсивности пляски зависит выбор конструкции ВЛ и мероприятий по защите проводов от пляски. Поскольку такие мероприятия связаны со значительным увеличением капитальных вложений на стадии строительства или эксплуатации линии, большое значение имеет выявление территорий, где пляска наиболее опасна и защитные меры будут наиболее эффективными.

Исследования и наблюдения пляски проводятся во многих странах мира, начиная с 20-х годов этого столетия, и особенно активно в последние 20 лет. За период с 1981 г. во ВНИИЭ накоплен значительный опыт анализа данных о случаях пляски в энергосистемах страны, опыт разработки и экспериментальной проверки средств защиты проводов от пляски. Обобщение результатов экспериментальных и теоретических исследований положено в основу данных Методических указаний, практическое использование которых позволит более обоснованно подходить к выбору конструкций вновь проектируемых линий, к реализации мероприятий по защите от пляски существующих ВЛ в районах с повышенной опасностью пляски.

Настоящие Методические указания распространяются на проектируемые, сооружаемые и находящиеся в эксплуатации ВЛ напряжением 35 — 750 кВ в части оценки опасности пляски проводов, определения территорий энергосистем и участков ВЛ, для которых характерны высокая частота повторяемости и интенсивность пляски, дополняют существующие Правила устройства электроустановок (разд. «Расположение проводов и тросов и расстояния между ними»).

2. ПЛЯСКА ПРОВОДОВ ВЛ, ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1. Причины возникновения, характеристики пляски

2.1.1. Пляской проводов с односторонними либо с асимметричными отложениями различной плотности (гололед, мокрый снег, смесь, изморозь) называются вызываемые ветром устойчивые периодические низкочастотные колебания натянутого в пролете ВЛ провода, образующие стоячие волны с числом полуволн от одной до двадцати.

2.1.2. Наиболее опасными и наиболее часто встречающимися являются случаи пляски с 1, 2 и 3 полуволнами колебаний. Размах пляски 2А (удвоенная амплитуда колебаний или перемещение провода от крайней нижней точки движения до крайней верхней, называемое амплитудой «пик-пик») наибольших значений достигает при колебаниях с одной полуволной в пролете. В пролетах небольшой длины (до 150 м) размах однополуволновых колебаний в пучности может превышать по значению стрелу провеса провода и достигать 4 — 6 м (рис. 1, а). В пролетах большой длины размах однополуволновой пляски может достигать стрелы провеса, но обычно не превышает 6-10 м (рис. 1, б). Пляска с двумя полуволнами (рис. 2, а) чаще всего происходит с амплитудами «пик-пик» 1,5 — 3 м, однако есть данные о колебаниях с размахом до 4 — 6 м. Размах пляски с тремя полуволнами (рис. 2, б) по имеющимся данным не превосходит 4 м. Реже встречаются случаи менее опасной многополуволновой пляски с четырьмя и более полуволнами в пролетах ВЛ.

Рис. 1. Пляска с одной полуволной в пролете:

а — малой длины; б — большой длины

Рис. 2. Многополуволновые формы пляски в пролете:

а — две полуволны; б — три полуволны

2.1.3. Характерный диапазон частот колебания проводов при пляске 0,2 — 1 Гц. Частота колебаний при пляске с определенным числом полуволн зависит от тяжения провода, погонной массы провода с гребешком осадка, длины пролета, конструкции пролета (анкерный, промежуточный и т.д.) и скорости ветра.

2.1.4. Пляска является результатом воздействия на провод периодически изменяющейся подъемной силы, возникающей при его обтекании равномерным и поперечно направленным воздушным потоком скоростью от 6 до 25 м/с. Значения и направления подъемной силы и аэродинамического крутящего момента зависят от угла атаки воздушного потока по отношению к профилю гололеда [1, 2]. Как вертикальные, так и крутильные колебания провода вызывают изменение угла атаки, которые, синхронизируясь с одной из низших собственных частот провода в пролете, является причиной развития пляски (рис. 3, 4).

Рис. 3. Угол атаки неподвижно закрепленного провода с гололедом,
имеющим толщину стенки h

Рис. 4. Изменение углов атаки провода с гололедом,
движущегося со скоростью V в поперечном воздушном потоке

2.1.5. Отложения на проводах в виде мокрого снега появляются при температурах воздуха от +2 до -2 °С. Гололед образуется при выпадении переохлажденного дождя или при переохлажденном тумане при температурах от 0 до -5 °С. Изморозь образуется на проводах при температурах воздуха от -3 до -15 °С. Известны также случаи пляски проводов в северных районах при температурах ниже -30 °С, причиной которых, очевидно, является образование сублимационной изморози.

Пляска может возникать при отложении тонкого слоя гололеда, малозаметного с земли. Наиболее характерными для отечественных энергосистем являются случаи пляски с отложениями гололеда толщиной от 3 до 20 мм.

Как правило, образование отложений на проводах сочетается с действием ветра. Однако в процессе формирования отложений или после его завершения скорость и направление ветра могут меняться, вызывая усиление, ослабление или прекращение пляски.

Читать еще:  Чем приклеить линолеум к бетонному полу

2.1.6. Благоприятными для развития интенсивной пляски являются ровная открытая местность и вершины холмов. Пляске подвержены также линии, проходящие по гребням невысоких горных хребтов, и участки линий, пересекающие горные долины. Закрытые для действия ветра участки трасс ВЛ (высокая застройка, лес, сильно изрезанный рельеф местности) являются препятствиями для пляски.

2.1.7. Пляске подвержены провода практически любой конструкции и любого диаметра. Исключение составляют лишь провода марки Т-2, выпускаемые фирмой Кайзер Алюминиум (США), представляющие собой два провода одинакового диаметра, скрученные с определенным шагом [3].

Провода расщепленных фаз в большей мере подвержены пляске, чем одиночные, поскольку наличие внутрифазовых дистанционных распорок способствует увеличению эксцентричности гололедного отложения. Кроме того, провода, расщепленные на три составляющие и более, имеют близкие значения частот одинаковых форм вертикальных и крутильных колебаний, что увеличивает вероятность интенсивной пляски.

2.2. Виды повреждений и аварийных отключений ВЛ, вызываемых пляской

2.2.1. Имеющиеся данные [4] показывают, что до 90 % случаев пляски приводят к нарушению режима работы ВЛ или к повреждению их элементов, причем только в 30 % случаев нарушения ограничиваются кратковременными отключениями ВЛ и не сопровождаются перебоями в работе линий продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток. В некоторых случаях ремонтно-восстановительные работы требуют значительных затрат и длительного отключения линии.

2.2.2. Сближение проводов разных фаз на линиях с вертикальным или треугольным расположением проводов является причиной междуфазовых замыканий при пляске. Реже происходят замыкания на землю, причиной которых является нарушение изолирующего воздушного промежутка между проводом и грозозащитным тросом, либо между проводом и заземленными конструкциями опор, перекрытия на близкорастущие деревья. Следствием действия больших токов короткого замыкания являются ожоги на проводах и грозозащитных тросах, повреждения коммутационной аппаратуры, а в отдельных случаях и силового электрооборудования.

2.2.3. В процессе интенсивной пляски провода линейная арматура, изолирующая подвеска и элементы опор испытывают действия значительных циклических нагрузок. Амплитудные значения переменной составляющей тяжения одиночного провода либо каждого из проводов расщепленной фазы достигают 1 — 4 т [5]. На изолирующую подвеску и траверсы опор ВЛ с расщеплением фаз на N составляющих передаются соответственно динамические нагрузки, достигающие (1 ÷ 4) N тонн. Следствием длительного воздействия таких нагрузок являются обрывы проводов, разрушения вязок проводов распределительных сетей, разрушение подвесной и сцепной арматуры, повреждение дистанционных распорок, повреждение элементов опор, падение опор и т.д.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ И ЧАСТОТЫ ПОВТОРЯЕМОСТИ ПЛЯСКИ

3.1. Регистрация и накопление данных о случаях пляски проводов ВЛ

3.1.1. Данные непосредственных наблюдений пляски проводов ВЛ необходимы для совершенствования методов проектирования ВЛ по условию предотвращения механических повреждений и перекрытий между проводами по причине пляски, при разработке устройств защиты линий от пляски, для определения района пляски.

3.1.2. Для обеспечения квалифицированных наблюдений при пляске проводов на ВЛ предприятиям электросетей необходимо выделить из числа инженерно-технического персонала ПЭС сотрудников, не входящих в состав ремонтно-восстановительных бригад. Эти сотрудники должны владеть настоящей методикой наблюдения пляски проводов. После получения сообщений о возникновении пляски проводов или об отключениях линии при характерных для пляски метеоусловиях (ветер скоростью 6 — 20 м/с, отложения на проводах, туман или моросящий дождь при температуре воздуха ниже 0 °С) должен быть организован выезд выделенных для наблюдения сотрудников на участки ВЛ, где замечена или предполагается пляска проводов.

3.1.3. При наблюдениях необходимо фиксировать характер и параметры пляски, географические и метеорологические условия, вызываемые пляской нарушения в работе ВЛ и повреждения ее элементов. Все данные, полученные во время наблюдений, заносятся в ведомость учета пляски проводов (табл. 1). Образец заполнения ведомости дан в табл. 2. Графы 1 — 7, 9, 10 ведомости заполняются в предприятии электросетей. Остальные графы — при непосредственном наблюдении пляски.

Причины повреждений воздушных линий электропередач

Высоковольтное оборудование воздушных линий электропередач иногда может повреждаться. Причинами повреждений чаще всего служат следующие факторы:

  • Атмосферные перенапряжения, возникающие под действием грозового разряда. Перенапряжение под действием молнии может привести к пробою изолирующих промежутков и даже к разрушению изоляции.
  • Коммутационные перенапряжения проявляются при действии выключателей.
  • Колебания температуры окружающей среды в широких пределах. Так, снижение температуры уменьшает длину провода и усиливает нагрузку на него. Повышенная температура приводит к провисанию проводов, что может уменьшить изоляционные расстояния.
  • Действие ветра создает дополнительную горизонтальную составляющую нагрузки на провода, опоры получают изгибающее воздействие, под действием которого возможна их поломка.
  • Наледь на проводах вследствие дождя или тумана существенно увеличивает нагрузку на провода и опоры, провода могут даже сблизиться и перехлестнуться.
  • Вибрация с частотой от 5 до 50 Гц с небольшой амплитудой вызывается слабой ветровой нагрузкой и создает завихрения воздушного потока. Если не установить гаситель вибрации, материал проводов «устает», отдельные проволочки провода разрушаются, что может привести к его обрыву.

«Пляска» проводов

Так называют колебания малой частоты – 0,2 – 0,4 Гц и большой длины волны. Амплитуда таких колебаний может достигать 5 метров. Правда, продолжаются они обычно недолго.

Причиной «пляски» является сильный ветер или гололед. При этом на провода и изоляторы воздействуют значительные усилия, отчего расстояния между проводами сокращаются вплоть до их перехлестывания. Это явление способно привести к тяжелой аварии воздушной ЛЭП.

Состав воздуха

Если в составе окружающего воздуха присутствуют частички пыли, золы, цемента, солей, они могут начинать оседать на влажной поверхности провода. При этом ослабляется изоляция, возникают проводящие каналы, способные привести к нарушению изолирующих промежутков даже при номинальной величине напряжения линии. Алюминиевые провода могут разрушаться под действием солей, которые обычно содержатся в воздухе вблизи моря.

Если линия электропередач смонтирована на деревянных столбах, на возможность ее повреждения оказывает влияние загнивание древесины. Важную роль, особенно для северных районов, играют также свойства грунта, в котором установлены опоры.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПЛЯСКИ ПРОВОДА ПРИ СБРОСЕ ГОЛОЛЕДА

О сбросе гололеда проводами с гладкой поверхностью благодаря своим характеристикам мы уже рассказывали в одной из предложенных на нашем сайте статей («Сброс льда при искусственном создании обледенения на 200 метровом участке провода (испытания на внешнем участке ВЛ», перевод из зарубежного журнала). В ней провода с гладкой поверхностью рассматриваются как пассивный способ борьбы с гололедом. Такой провод стоек к торсионному скручиванию при обледенении, а также способен «самоочищаться от гололёда». Однако, мы все-таки решили смоделировать сброс гололеда и пляску провода в этот момент, и сравнить обычный провод с проводом с гладкой поверхностью, как если бы на гладкий провод все-таки налип гололед. И сделаем это с помощью программного комплекса PLS-CADD.

Итак, для сравнения были взяты провода АС 300/66 (обычный сталеалюминиевый провод) и A3F/S1A-Z-410/117-27,6 (сталеалюминиевый провод с гладкой поверхностью, проволоки верхнего повива Z-формы).

Возьмем некоторые климатические условия и пролеты разной длины. Применим коэффициенты пересчёта нормативных нагрузок (региональные коэффициенты 1,1 и 1,3 соответственно для ветра и гололеда) на основании ПУЭ 7.

Подвесим оба провода одновременно.

Рис. 1. Совместная подвеска двух проводов

Комментарий к Рис.1:

— Красный цвет — АС 300/66.

Из рисунка видно, что при одинаковых условиях (климатические условия, тяжения на опоры, не превышающие их несущую способность) стрела провеса провода A3F/S1A-Z-410/117-27,6 меньше АС 300/66.

Сначала возьмем АС 300/66. Выбираем самый сложный режим для данного провода, при котором амплитуды при сброске льда будут наибольшие. Это режим гололед 35 мм, ветер 280 Па. Находим положение провода при этих условиях, далее — положение провода при этих условиях, но уже без гололеда. Провод будет подпрыгивать при сброске до величины его разницы в двух режимах при 35 мм с ветром и без льда, но ветер остался неизменным.

Рис. 2. Провод АС 300/66 вертикальная амплитуда

Комментарий к Рис.2:

— Красный цвет – провод АС 300/66 в режиме гололед 35 мм, ветер 280 Па;

— Синий цвет – провод в режиме после сброски льда.

В это же режиме и с теми же условиями подвесим провод A3F/S1A-Z-410/117-27,6. Отразим это на чертеже.

Рис.3 Провод A3F/S1A-Z-410/117-27,6 вертикальная амплитуда

Комментарий к Рис.3:

— Зеленый цвет – провод A3F/S1A-Z-410/117-27,6 в режиме гололед 35 мм, ветер 280 Па;

— Синий цвет – провод в режиме после сброски льда.

А на Рис.4 показаны горизонтальные перемещения провода при сброске гололеда.

Замеры показывают, что как вертикальные, так и горизонтальные перемещения при сброске льда для провода A3F/S1A-Z-410/117-27,6 будут существенно меньше.

Рис. 4. Смещения проводов вид сверху при сброске

Комментарий к Рис.4:

— Красный – провод АС 300/66 в режиме гололед 35 мм, ветер 280 Па.

— Зеленый – провод A3F/S1A-Z-410/117-27,6 в режиме гололед 35 мм, ветер 280 Па.

— Синий цвет – провод АС 300/66 в режиме после сброса, ветер 280 Па.

— Фиолетовый цвет — провод A3F/S1A-Z-410/117-27,6 в режиме после сброса, ветер 280 Па.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector