Срок действия установлен
с 1 июня 1991 г. до 1 июня 1996 г.
1. Введение
Провода воздушных линий электропередачи (ВЛ) независимо от класса напряжения в той или иной степени подвержены колебаниям, вызываемым действием ветра. От характера колебаний, их интенсивности и эффективности применяемой защиты от колебаний в значительной мере зависит срок службы проводов и эксплуатационная надежность ВЛ в целом. К числу наиболее распространенных видов колебаний проводов, вызываемых ветром (без гололеда), относятся вибрация, часто называемая эоловой, и колебания проводов расщепленных фаз (полюсов), вызываемые действием аэродинамического следа и называемые субколебаниями. Оба названных вида колебаний могут быть причиной повреждений проводов, линейной арматуры, систем подвески проводов. Поэтому провода и тросы нуждаются в защите от таких колебаний.
Исследования факторов, наиболее существенно влияющих на интенсивность колебаний проводов и на их повреждаемость от действия колебаний, постоянно проводятся в СССР и во многих других странах. За период с 1982 г., когда была выпущена предыдущая редакция "Методических указаний по типовой защите от вибрации проводов и тросов воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ" [1], накоплен новый опыт защиты проводов от колебаний. Появились более современные высокоэффективные средства измерения и регистрации вибрации проводов ВЛ. Опубликованы результаты выполненных в последние годы теоретических исследований по вопросам оценки влияния вибрации и субколебаний на выносливость проводов. Обобщение результатов экспериментальных и теоретических исследований, проведенных за последние 10 лет, позволило внести уточнения и дополнения в разд. 2-5 Методических указаний, посвященный защите проводов и тросов от вибрации, дополнить указания новым разд. 6, где рассмотрены типовые методы защиты проводов от субколебаний.
Настоящие Методические указания распространяются на все типовые случаи защиты от вибрации и субколебаний проектируемых, сооружаемых и находящихся в эксплуатации ВЛ напряжением 35-750 кВ и с момента ввода в действие отменяют ранее изданные нормативные документы по типовой защите проводов и тросов ВЛ от вибрации и субколебаний. В тех случаях, когда по условиям проектирования или эксплуатации требуются специальные меры защиты проводов от колебаний (для ВЛ нетрадиционных конструкций, новых типов проводов и тросов, сверхдлинных пролетов, экстремальных климатических условий и т.д.), они разрабатываются специализированными организациями (головная организация - ВНИИЭ) на договорной основе.
2. Вибрация проводов, усталостные явления
2.1. Причины возникновения, характеристики вибрации
2.1.1. Эоловой вибрацией или просто вибрацией проводов называются вызываемые ветром периодические колебания натянутого в пролете ВЛ провода, происходящие, главным образом, в вертикальной плоскости и образующие на длине пролета L стоячие волны. Участки стоячих волн, где провод совершает наибольшие отклонения от положения равновесия, называются пучностями, а точки, где провод совершает только угловые колебания - узлами (рис. 2.1).
2.1.2. Измерения и расчеты показывают, что для вибрации проводов характерными являются диапазон частот колебаний от 3 до 150 Гц, длины полуволн колебаний (расстояние между двумя соседними узлами) от 1 до 30 м, размах (удвоенная амплитуда) колебаний 2A в пучности может несколько превышать по значению диаметр провода.
2.1.3. Интенсивность вибрации может характеризоваться следующими величинами:
размахом 2А или амплитудой А колебаний в пучности;
углом вибрации ;
изгибной амплитудой , которая в соответствии со сложившейся международной практикой определяется на расстоянии мм (рис. 2.2) от последней точки контакта провода с зажимом [2];
амплитудой деформации провода в зажиме;
амплитудой циклических напряжений в точке выхода провода из зажима.
2.1.4. Вибрация является результатом воздействия на провод поперечно направленного аэродинамического потока со скоростью от 0,6 до 7 м/с, создающего за проводом периодически возникающие и срывающиеся вихревые движения воздуха. Возникающие за проводом вихри уносятся воздушными потоками, способствуя образованию следующих вихрей с противоположным направлением вращения.
Струхалем было найдено безразмерное число устанавливающее взаимосвязь между скоростью потока, диаметром цилиндра и частотой вихрей [3]
(2.1)
где - частота образования вихрей;
D - диаметр цилиндра;
- скорость потока.
Для аэродинамики проводов характерны числа Струхаля в диапазоне от 0,18 до 0,22. Из выражения (2.1) получена удобная для практического использования формула для определения частоты образования вихрей
(2.2)
где - частота образования воздушных вихрей, Гц;
- скорость ветра, м/с;
D - диаметр провода, мм;
- число Струхаля.
В момент развития вихря скорость потока с одной стороны (например, верхней) несколько возрастает по сравнению со скоростью потока с противоположной (нижней) стороны; при образовании следующего вихря, с обратным направлением вращения, получается обратное соотношение скоростей потока. По закону Бернулли разнице скоростей потока соответствует разница давления - большей скорости соответствует меньшее давление и наоборот. Периодическому образованию вихрей сопутствуют периодические импульсы силы, поочередно действующие на провод на данном его участке то снизу, то сверху (рис. 2.3).
Вибрация провода возникает в результате совпадения частоты таких динамических импульсов с одной из собственных частот упругой системы, которую представляет собой натянутый в пролете провод. Такие аэродинамические импульсы приводят к постепенному нарастанию амплитуды колебаний. Возникающее колебательное движение провода координирует срыв вихрей на отдельных его участках, синхронизируя срыв вихрей с переменой направления движения провода. Развитие колебаний и рост их интенсивности продолжается до тех пор, пока не наступает состояние баланса между энергией ветра, воспринимаемой в виде аэродинамических импульсов, и потерями на рассеивание энергии колеблющимся проводом.
2.2. Опасность вибрации, характер и место повреждений, вызываемых вибрацией
2.2.1. Опасность вибрации проводов ВЛ состоит в том, что при периодических перегибах провода в нем возникают циклические механические напряжения. Складываясь со статическим напряжением натянутого в пролете провода и напряжениями от изгиба и сжатия в местах крепления, они приводят с течением времени к явлению усталости материала провода.
2.2.2. Повреждения провода, вызываемые вибрацией, обычно происходят в местах его закрепления либо в местах подвески на проводе устройств со значительной массой, где условия работы провода при вибрации особенно неблагоприятны, и могут проявляться в частичном износе поверхности провода или в последовательном изломе отдельных проволок. С увеличением числа оборванных проволок напряжение в оставшихся возрастает, разрушение приобретает нарастающий характер, пока не происходит полный обрыв провода.
Вызываемые вибрацией повреждения проволок и тросов (излом отдельных проволок) всегда имеют характерный вид, позволяющий отличить их от повреждений, вызванных другими причинами. Излом происходит в перпендикулярной или наклонной к оси проволоки плоскости, обычно с гладкой или мелкозернистой поверхностью, при этом место излома не имеет следов шейки, характерной для обычного разрыва.
2.2.3. Явлению вибрации и опасности повреждений, вызываемых ею, могут подвергаться все находящие применение на линиях провода и тросы вне зависимости от их материала и сечения.
Обрывы проволок по причине вибрации возникают большей частью в верхнем повиве провода, однако имеют место случаи возникновения первоначальных обрывов проволок внутренних повивов, особенно у сталеалюминевых проводов и проводов из алюминиевых сплавов.
2.2.4. Повреждения проводов вибрацией обычно ранее всего появляются в поддерживающих зажимах, где провод подвержен сосредоточенному действию наибольших статических и динамических напряжений и где скорее всего наступает явление усталости.
Вызываемые вибрацией повреждения проводов могут иметь место при всех типах применяемых в отечественной практике поддерживающих зажимов, в том числе в зажимах с качающейся "лодочкой" и в роликовых подвесных устройствах, где провод свободно лежит в канавке ролика.
Повреждения обычно концентрируются в местах выхода провода с опорной поверхности ложа зажима или ролика.
2.2.5. Повреждения проводов в натяжных зажимах происходят значительно реже, чем в поддерживающих, поскольку на выходе из натяжного зажима провод не испытывает статических напряжений изгиба, возникающих в местах схода проводов с поддерживающих зажимов.
Повреждения проводов в натяжных зажимах обычно происходят в зоне выхода из устья зажима.
2.2.6. Повреждения проводов от вибрации в пролетах наблюдаются крайне редко и могут возникать в местах выхода из соединителей большой длины, обладающих значительной массой, а также в местах установки в пролете шунтов, обводных петель и ответвлений.
Кроме того, сильная вибрация может приводить к обрыву проволок провода в местах некачественной заводской сварки проводов.
2.2.7. Вибрация проводов может явиться причиной износа и разрушения элементов подвески, деталей арматуры (в частности, внутрифазовых распорок расщепленных проводов).