Филиал ОАО «ИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР ЕЭС» «ФИРМА ОРГРЭС» Методы борьбы в России с вибрацией, гололедом и пляской проводов и грозозащитных тросов на воздушных линиях Докладчик Каверина Р. С.

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

1.Введение Провода и грозозащитные тросы ВЛ подвержены одновременным действиям различных видов статических и динамических нагрузок. Статическое действие нагрузок соответствует состоянию провода или других частей конструкций и элементов ВЛ, когда они не испытывают ускорения и в них не возникают добавочные динамические напряжения. При наличии ускорений возникают колебания, которые в некоторых случаях могут дать явления резонанса, связанные с резким увеличением напряжений. Поэтому колебания проводов являются одним из наиболее опасных явлений для элементов ВЛ и могут в ряде случаев оказаться основным фактором, определяющим надежность линий.

Разрушения проводов от колебаний обусловлены усталостью материала и происходят при нагрузках значительно меньших, чем расчетные нагрузки, создаваемые отложением гололеда или воздействием ветра. Опасность воздействия динамических нагрузок в основном зависит от продолжительности колебаний, статических нагрузок - от величины отложения гололеда и силы ветра, а их совместное действие значительно увеличивает напряженное состояние проводов. Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

2. Гололед. Значительное число воздушных линий электропередачи в России находятся в третьем четвертом и особом районах по гололеду, подверженных в зимнее время и в межсезонье образованию сверхрасчетных гололедных отложений (практически 1 раз в 2-4 года). Масса гололеда на каждый погонный метр провода достигает 4-6 кг и более и превышает расчетные значения в 1,5-2 и более раз. Отложение гололеда обычно сопровождается пляской проводов в виде стоячих волн с наиболее опасным видом колебаний с одной или двумя полуволнами или низкочастотной вибрацией (при отложении изморози цилиндрической формы), гашение которой не обеспечивают даже гасители вибрации типа Стокбриджа, как наиболее эффективные. Образуется гололед при температуре воздуха в приземном слое от –1 о до-5 о С и реже при -10 о С.

3. Механизм налипания снега и образования гололеда Мокрый снег откладывается на проводах скользит в направлении скручивания повивов по винтовой линии и принимает при этом цилиндрическую форму. При сухом снеге проскальзывание по поверхности провода не происходит. При налипании снега или образования одностороннего гололеда под действием сил тяжести происходит скручивание провода, что также приводит к образованию цилиндрического гололеда. При гололедных нагрузках, менее нормативных могут возникнуть колебания: - пляска при одностороннем отложении гололеда - низкочастотная вибрация при цилиндрической форме Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

Гололедно-изморозевые отложения

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Односторонний гололед

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ 4. Пляска проводов, причина возникновения. Пляска является одной из наиболее опасных разновидностей колебаний проводов ВЛ, вызываемая ветром при наличии на проводе гололеда. Известны случаи, когда пляска происходит и без гололеда, например при косых ветрах, направленных под острым углом к трассе ВЛ, при сильных ливневых дождях, при возникновении короны и т. д. Однако, наиболее опасной и наиболее часто встречающейся является пляска с односторонним гололедом при скорости ветра от 5 до 25 м/с и амплитудой от нескольких метров до значений, равных стреле провеса и частотой от 0,2 до 2 Гц.

Во время колебаний провода в воздушном потоке на провода воздействуют аэродинамические силы: - аэродинамическая сила от изменения угла атаки при поступательных колебаниях, которая пропорциональна скорости набегающего потока, - аэродинамическая сила от крутильных колебаний, которая пропорциональна квадрату этой скорости. Отсюда возникает важный вывод о крутильных колебаниях, как об основном рычаге воздействия на пляску проводов. Аэродинамические силы, возникающие при пляске от крутильных колебаний, являются преобладающими по величине, и они являются решающими в количественной оценке пляски проводов. Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

5. Активные средства по борьбе с пляской проводов и гололедообразованием. В мировой практике используются различные устройства и конструктивные решения по борьбе с пляской проводов. Анализ всех используемых решений, показал, что на основе современных достижений в этой области стало возможным создать универсальные способы и унифицированные устройства, снижающие пляску проводов до безопасной величины. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что технические решения по борьбе с пляской и отложениями гололеда могут быть найдены при применении комплексных устройств - ограничителей, позволяющих одновременно гасить вибрацию и пляску проводов и ограничивать величину гололедообразования до размеров, не превышающих расчетных значений. Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

6. Принцип работы ограничителей - защита от пляски – за счет неравномерной установки гасителей в пролете, в результате чего гололед откладывается в подпролетах разной формы и с разными аэродинамическими характеристиками, а также за счет использования грузов, как гасителей пляски маятникового типа, - защита от сверх расчетного гололеда - за счет увеличения жесткости провода на кручение при установке грузов на рычаге (к ним относятся маятниковые гасители), при которых хотя и образуется односторонний гололед, но он меньше по массе цилиндрического гололеда; - защита от вибрации - за счет использования в техническом решении ограничителей конструктивных элементов гасителя вибрации (грузов, гибких элементов). Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

7. Ограничители типа ОГК Для защиты одиночных проводов от всех видов колебаний и гололеда применяются ограничители гололедообразования типа ОГК. Марка ограничителей, количество их в пролете и места их установки выбираются в зависимости от диаметра провода и длины пролета. Ориентировочно ограничители устанавливаются в пролете на расстояние между собой в пределах 100 метров с неравными интервалами ±30 –50 м. Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

Ограничитель гололедообразования типа ОГК

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ п\п Марка ограничител я Диаметр провода \ каната, на которые устанавливается ограничитель, мм Марка зажима для Провода \ каната Диапазон частот для данного типа провода и каната, Гц Основные параметры ограничителя d, мм D, мм R,ммR,ммм Масса грузов, кг 1ОГК-1,0- 9,1 7, ,114750,75 2ОГК-3,0-117,8-21\21,1-281\ ,5 3ОГК-5,0-1322,1-28\28,1-382\ ,5 4ОГК-7,0-1328, ,5 Марка ограничителей

Количество ограничителей в пролете Места установки ограничителей в долях длины пролета 1-й ограничитель 2-й ограничитель 3-й ограничитель 4-й ограничитель 5-й ограничитель /23 9/23 3/23 16/23 10/23 9/23 7/23 16/23 13/23 10/23 16/23 15/23 19/23 Места установки ОГК Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

8. Гасители пляски типа ГПП Для защиты от пляски фазы, расщепленной на два провода, применяются гасители пляски типа ГПП, которые устанавливаются на провод горизонтально в каждом подпролете между дистанционными распорками. Грузы гасителей ГПП имеют массу 2,4-4,0 кг и выпускаются двух типоразмеров. Марки гасителей с проводами, на которых они применяются п/п Марка проводовМарка гасителя 1АС-240 ÷ АС-500ГПП – 2,4 – 13 2АС-300/204 ÷АС-700ГПП – 3,2 - 13

Гаситель пляски типа ГПП Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

Схема установки гасителей пляски типа ГПП

9. Гасители пляски типа ГПР Для защиты от пляски фазы, расщепленной на два, три и более проводов, применяются гасители пляски типа ГПР, которые устанавливаются на плашки горизонтальных дистанционных распорок. Грузы гасителей ГПР имеют массу от 2,4 до 4,0кг. Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ

п\п Марка проводовМарка гасителя АС-240 ÷ АС-300/67ГПР – 2,4 – 13 2АС-300/204 ÷ АС-500/64ГПР – 3, АС-500/204 ÷ АС-700/86ГПР – 4,0 – 13 Марки гасителей с проводами, на которых они применяются

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Гаситель пляски типа ГПР

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Схема установки гасителей пляски типа ГПР на фазу, расщепленную на три провода

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Схема установки гасителей пляски типа ГПР на фазу, расщепленную на два провода

10. Пассивные методы борьбы с пляской проводов Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Борьба с пляской проводов и ее последствиями должна вестись наряду с активными средствами так же и пассивными методами за счет предотвращения сближения (схлестывания) проводов путем увеличения расстояния между ними или постановки межфазовых изолирующих распорок.

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Межфазовые распорки применяются для удержания при пляске проектного расстояния между проводами, проводами и грозозащитными тросами. Установка между проводами фаз гирлянды изоляторов предотвращает превышение допустимых сближений. Такая система снижает амплитуду пляски проводов и связанные с нею динамические нагрузки на элементы ВЛ

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Межфазовые изолирующие распорки из полимерных материалов эффективно используются как в России, так и за рубежом. Их преимущество по отношению распорок из фарфоровых изоляторов заключается в легком весе, что позволило довольно быстро расширить область их применения, особенно как средство борьбы с колебаниями при гололеде и ветре. Фазовые распорки должны проектироваться таким образом, чтобы сопротивляться кручению и влиять на направление закручивания проводов, соответственно повышая их жесткость.

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Для предотвращения схлестывания проводов в пролете при вертикальном и горизонтальном расположении проводов, в том числе и для районов с частой и интенсивной пляской, достаточно установить две распорки на расстоянии от края пролета (0,43÷0,45)L. При установке межфазовых распорок используются ближайшие к месту установки существующие дистанционные распорки.

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Установка межфазовых распорок на фазу, расщепленную на два провода с вертикальным расположением фаз, осуществляется на специальную внутри фазовую распорку, которая устанавливается на протекторы, смонтированные на проводах

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Схема расстановки межфазовых распорок в пролете при вертикальном расположении фаз, расщепленных на два провода

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Установка межфазовых распорок на фазу, расщепленную на два провода с горизонтальным расположением фаз, осуществляется на внутренних проводах. Межфазовая и дистанционные распорки устанавливаются на протектор, предварительно смонтированный на проводе.

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Схема расстановки межфазовых распорок в пролете при горизонтальном расположении фаз, расщепленных на два провода

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Установка межфазовых распорок на фазу, расщепленную на три провода с горизонтальным расположением фаз, осуществляется на нижний провод фазы. Межфазовая и дистанционные распорки устанавливаются на протектор, предварительно смонтированный на проводе

Методы борьбы с гололедообразованием и пляской на ВЛ Схема расстановки межфазовых распорок в пролете при горизонтальном расположении фаз, расщепленных на три провода

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ

Приспособления и устройства, поглощающие или рассеивающие энергию в проводе от вибрации, появились практически сразу, как только было установлено само наличие вибрации в этом элементе. Одним из наиболее ранних приспособлений для гашения вибрации выпускаемых серийно явились гасители Стокбриджа и примерная дата его выпуска 1924 год. После этого он широко распространился во многих странах мира и неоднократно усовершенствовался.

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ За рубежом в усовершенствованном варианте, в настоящее время, он встречается в виде конструкции типа «дог Боун», в России в замену применяющих гасителей ГВН и ГВП стали применять конструкцию гасителя типа «пешка» - ГВП и ГВУ. Одновременно с усовершенствованием гасителей, получила развитие экспериментально-теоретическая наука о колебаниях и методах расчета проводов подвергающихся действиям динамических нагрузок.

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ Типовые гасители вибрации Стокбриджа типа ГВН и ГПГ имеют две основные частоты колебаний. Эффективность таких гасителей зависит от остроты пик резонансных частот и насколько они близко расположены друг к другу. Полная защита проводов от вибрации обеспечивается при большом количестве типоразмеров. Для эффективного гашения вибрации на применяемых в настоящее время проводах и тросах требуется 72 типоразмера гасителей вибрации

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ В мировой практике, для создания высоких эксплутационных показателей гасителей вибрации используются два подхода: - применение эксцентрично закрепленного груза специальной формы («Собачья кость», «пешка», подковообразные и т.д.), работающего при вибрации на закручивание; -использование преформированного тросика. За счет применения эксцентрично закрепленного груза гаситель получает третью рабочую частоту, которая располагается между первой и второй частотами, свойственных двухчастотным гасителям, а за счет преформирования - расширение резонансных пик.

Указанный способ позволил за счет конструктивного решения ликвидировать «провалы» в кривой зависимости поглощения энергии от частоты и этим поднять эффективность гасителя. Гасители вибрации с количеством основных частот три и более получили название многочастотных типа ГВП, которые успешно используются с 1998 года. Г асители типа ГВП имеют одинаковые массы грузов и плечи гибкого элемента Методы борьбы с вибрацией на ВЛ

Гаситель вибрации типа ГВП

Унифицированные гасители типа ГВУ имеют разные по массе грузы при разных плечах гибкого элемента. Это обеспечивает равномерное распределение энергии рассеивания во всех диапазонах рабочих частот проводов и тросов, что позволило снизить количество типоразмеров гасителей до пяти. Типы и основные размеры унифицированных гасителей приведены в таблице Методы борьбы с вибрацией на ВЛ

п\ п Марка Гасителя Диаметр провода, каната на которые устанавливае тся гаситель, мм Марк а зажи ма Для Пров ода \ кана та Диапаз он частот для данного типа провода и каната, Гц Основные параметры гасителя D,Мм D,Мм H, Мм L1,ммL1,ммм L2,МмL2,Мм L,МмL,Мм Масса Грузов, кг M1M1 M2M2 1ГВУ-0,6- 0,8 ГВУ-0,8- 1,2* 17-22\ \ , , 6 0, 8 1,2 2ГВУ-1,2- 1, \13-151\ , 2 1,6 3ГВУ-1,6- 2,4 22,1-28\16- 18,5 2\ \ , 6 2,4 4ГВУ-2,4- 3,2 28,1-38\21- 22,5 3\ , 4 3,2 5ГВУ-3,2- 4,0 38,1-47\25,54\ , 2 4,0

Для всех типов гасителей снятие динамических характеристик и определение его эффективности в международной практике является обязательной и производятся по специальной методике (например, международный стандарт IEC, 1998 г.). В качестве иллюстрации на следующих рисунках приведены динамические характеристики, выполненные по этой методике, для гасителей типа ГВН, многочастотного гасителя типа ГВП и унифицированного гасителя типа ГВУ, где четко проявляются как позитивные, так и негативные качества гасителей разных типов. Методы борьбы с вибрацией на ВЛ

Динамические характеристики гасителя типа ГПГ-3,

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ Динамические характеристики гасителей вибрации типа ГВП-3,

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ Динамические характеристики гасителя ГВУ 1,2-1,6

Графики, отражающие динамические характеристики гасителей, показывают, что энергия поглощения у гасителей типа ГВН в зависимости от частоты распределяются неравномерно и в средней части его рабочей зоны приближаются к нулю. Гасители типа ГВП не имеют провалов в показаниях поглощения энергии от частоты, но распределяются по оси ординат неравномерно. Гасители типа ГВУ имеют равномерное поглощение энергии во всем диапазоне рабочих частот. Количественно импеданс распределяется следующим образом: наибольший у гасителей типа ГВН, наименьший у гасителей ГВУ, а гасители ГВП имеют средние значения между первым и вторым типами гасителей Методы борьбы с вибрацией на ВЛ

Графики эффективности для ряда гасителей массой груза от 0,6 до 1,6 кг, отражающие результаты экспериментально – теоретических расчетов, в качестве примера, приведены для наиболее трудно защищаемого от вибрации провода АЖС-70/39 Методы борьбы с вибрацией на ВЛ

Эффективность работы двух гасителей ГВУ-0,6-0,8 с проводом АЖС-70/39

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ Эффективность работы оного гасителя ГВУ 1,2-1,6 с проводом АЖС 70/39

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ Эффективность работы гасителя ГВН-3-12 с проводом АЖС 70/39

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ Характерные повреждения провода АЖС

Методы борьбы с вибрацией на ВЛ Эффективность работы гасителя ГВП-1, с проводом АЖС70/39

Из приведенных графиков видно, что только при двух гасителях типа ГВУ, установленных последовательно, обеспечивают с большим запасом защиту провода от износа. Гаситель ГВП обеспечивает гашение вибрации во всем диапазоне рабочих частот провода, а в зоне частот 20 и 40 гц практически без запаса по уровню поступления энергии от ветра к уровню ее поглощения. Гасители типа ГВН имеют незащищенную зону при частоте гц, где энергия от ветра превышает энергию поглощения в два и более раз. Методы борьбы с вибрацией на ВЛ