Vibração e dança de fios em linhas elétricas aéreas

estudo no trabalho linhas de ar Em condições naturais, além das habituais alterações provocadas no funcionamento dos condutores pela ação do gelo, vento e temperatura, interessam os fenômenos de vibrações e danças dos condutores.

A vibração dos fios no plano vertical é observada em baixas velocidades do vento e consiste no aparecimento nos fios de ondas longitudinais (paradas) e principalmente vagantes com amplitude de até 50 mm e frequência de 5-50 Hz. O resultado das vibrações são a quebra dos condutores dos fios, o autoafrouxamento dos parafusos dos suportes, a destruição das partes dos encaixes das cordas isolantes, etc.

Para combater as vibrações, os fios são reforçados por enrolamento nos pontos de fixação, pinças autovibratórias e silenciadores (amortecedores).

Nas linhas aéreas, existe, embora com menos frequência, outro fenômeno menos estudado - a dança dos condutores, ou seja, a oscilação dos condutores com grande amplitude, que leva à colisão dos condutores de diferentes fases e, portanto, , a linha drop não funciona.

vibração do fio

Quando o fluxo de ar ao redor dos condutores é direcionado através do eixo da linha ou em ângulo com esse eixo, surgem vórtices no lado sotavento do condutor. O vento é periodicamente separado do fio e os vórtices são formados na direção oposta.

A separação do vórtice no fundo causa o aparecimento de um fluxo circular a sotavento, e a velocidade do fluxo v no ponto A torna-se maior do que no ponto B. Como resultado, aparece uma componente vertical da pressão do vento.

Quando a frequência de formação do vórtice coincide com uma das frequências naturais do fio esticado, este começa a vibrar no plano vertical. Nesse caso, alguns pontos se desviam principalmente da posição de equilíbrio, formando o antinó da onda, enquanto outros permanecem no lugar, formando os chamados nós. Somente deslocamentos angulares do condutor ocorrem nos nós.

Essas são chamadas de vibrações de um fio com amplitude não superior a 0,005 comprimento de meia onda ou dois diâmetros da vibração do fio.

Figura 1. Formação de vórtice atrás do fio

As vibrações do fio ocorrem a uma velocidade do vento de 0,6-0,8 m / s; à medida que a velocidade do vento aumenta, a frequência de vibração e o número de ondas no intervalo aumentam; quando a velocidade do vento excede 5-8 m / s, as amplitudes de vibração são tão pequenas que não são perigosas para o condutor.

A experiência operacional mostra que as vibrações do fio são observadas com mais frequência em linhas que passam por terrenos abertos e planos. Em trechos de linhas na floresta e terrenos irregulares, a duração e a intensidade das vibrações são muito menores.

A vibração do fio é observada, via de regra, em distâncias superiores a 120 m e aumenta com o aumento das distâncias.As vibrações são especialmente perigosas ao cruzar rios e áreas de água com distâncias superiores a 500 m.

O risco de vibração reside na quebra de fios individuais nas áreas onde eles saem das pinças. Essas descontinuidades são devidas ao fato de que as tensões alternadas de dobramento periódico dos fios como resultado da vibração são sobrepostas às tensões principais de tração no fio suspenso. Se as últimas tensões forem baixas, então as tensões totais não atingem o limite no qual os condutores falham devido à fadiga.

Arroz. 2. Ondas de vibração ao longo do fio em voo

Com base em observações e pesquisas, constatou-se que o risco de quebra do fio depende do chamado Tensão operacional média (tensão à temperatura média anual e ausência de cargas adicionais).

Registrador de vibração ALCOA "SCOLAR III" montado em suporte espiral

Métodos de controle da vibração dos fios

De acordo com PUE fios simples de alumínio e aço-alumínio com seção transversal de até 95 mm2 em distâncias superiores a 80 m, seção transversal de 120 a 240 mm2 em distâncias superiores a 100 m, seção transversal de 300 mm2 ou mais em distâncias superiores superior a 120 m, fios e cabos de aço de todas as seções transversais em distâncias superiores a 120 m devem ser protegidos de vibrações se a tensão na temperatura média anual exceder: 3,5 daN / mm2 (kgf / mm2) em condutores de alumínio, 4,0 daN / mm2 em condutores aço-alumínio, 18,0 daN/mm2 em fios e cabos de aço.

Em distâncias menores que as acima, nenhuma proteção contra vibração é necessária.A proteção contra vibração também não é necessária em linhas bifásicas de dois condutores se a tensão na temperatura média anual não exceder 4,0 daN / mm2 em alumínio e 4,5 daN / mm2 em condutores de aço-alumínio.

A separação de fase de três e quatro fios geralmente não requer proteção contra vibração. As seções de todas as linhas protegidas contra ventos laterais não estão sujeitas à proteção contra vibração. Em grandes travessias de rios e áreas com água, a proteção é necessária independente da tensão nos fios.

Como regra, não é economicamente rentável reduzir as tensões nos condutores de linha para valores onde nenhuma proteção contra vibração é necessária. Portanto, em linhas com tensão de 35 a 330 kV, os amortecedores de vibração são feitos na forma de dois pesos suspensos em um cabo de aço.

Os amortecedores de vibração absorvem a energia dos fios vibrantes e reduzem a amplitude das vibrações ao redor dos grampos. Os amortecedores de vibração devem ser instalados a certas distâncias dos terminais, determinadas em função da marca e tensão do fio.

Em várias linhas de proteção contra vibração, são usados ​​vergalhões feitos do mesmo material que o arame e enrolados ao redor do arame no ponto onde ele é fixado no suporte por um comprimento de 1,5 a 3,0 m.

O diâmetro das barras diminui em ambos os lados do centro do suporte. As barras de reforço aumentam a rigidez do fio e reduzem a probabilidade de danos por vibração. No entanto, os amortecedores de vibração são o meio mais eficaz de lidar com as vibrações.

Arroz. 3. Amortecedor de vibração no fio

Para proteção contra vibração de fios simples de aço-alumínio com seção transversal de 25-70 mm2 e alumínio com seção transversal de até 95 mm2, amortecedores tipo loop (loops de amortecedor) suspensos sob o fio (sob o suporte de suporte) na forma de um loop com comprimento de 1,0 são recomendados -1,35 m de fio da mesma seção.

Na prática estrangeira, amortecedores de loop de um ou vários loops consecutivos também são usados ​​para proteger fios com uma grande seção transversal, incluindo fios em grandes transições.

Dança nos fios

A dança dos fios, como as vibrações, é excitada pelo vento, mas difere das vibrações com grande amplitude, chegando a 12-14 m e comprimento de onda longo. Em linhas com fios simples, é mais comum observar uma dança com uma onda, ou seja, com duas meias ondas no intervalo (Fig. 4), em linhas com fios divididos - com uma meia onda no vão.

Em um plano perpendicular ao eixo da linha, o fio se move quando dança ao longo de uma elipse alongada, cujo eixo principal é vertical ou desviado em um pequeno ângulo (até 10 - 20 °) da vertical.

Os diâmetros da elipse dependem da flecha do sag: ao dançar com meia onda no intervalo, o grande diâmetro da elipse pode atingir 60 - 90% da flecha do sag, enquanto dança com duas meias ondas - 30 - 45% de a flecha de afundamento. O diâmetro menor da elipse é geralmente de 10 a 50% do comprimento do diâmetro maior.

Como regra, a dança do arame é observada em condições de gelo. O gelo é depositado nos fios principalmente no lado de sotavento, fazendo com que o fio fique com uma forma irregular.

Quando o vento atua sobre um fio com gelo unilateral, a velocidade do fluxo de ar no topo aumenta e a pressão diminui.Isso resulta em uma força de sustentação Vy, fazendo com que o fio dance.

O perigo da dança reside no fato de que as vibrações dos fios das fases individuais, assim como dos fios e cabos, ocorrem de forma assíncrona; muitas vezes há casos em que os fios correm em direções opostas e se aproximam ou até colidem.

Nesse caso, ocorrem descargas elétricas, fazendo com que fios individuais derretam e, às vezes, quebrem. Também houve casos em que os condutores das linhas de 500 kV subiram ao nível dos cabos e colidiram com eles.

Arroz. 4: a — ondas dançantes em um fio em vôo, b — um fio coberto de gelo em uma corrente de ar entre eles.

Os resultados satisfatórios da operação de linhas experimentais com amortecedores de dança ainda não são suficientes para reduzir a distância entre os fios.

Em algumas linhas estrangeiras com distâncias insuficientes entre condutores de diferentes fases, são instalados elementos de distância isolantes, que excluem a possibilidade de os condutores se prenderem durante a dança.