Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

На данный момент, механический расчёт при проектировании ЛЭП производится в соответствии с ПУЭ и существующих строительных норм и правил. Однако, при расчёте не учитываются некоторые факторы. К таким допущениям относятся:

– равномерное распределение ветровых нагрузок по длине провода;

– нагрузки считаются статичными;

– равномерное распределение изморози на проводах;

– невозможность количественной оценки механических нагрузок(только качественно) [5].

К тому же, ранее [7,8,9,10,11] разработанные способы оценки состояния незащищённых проводов при колебании под воздействием ветра не позволяют учесть процессы старения материалов защищённых проводов, а также повреждения, возникающие в материалах при ветровых и гололёдных нагрузках. Так, например, в момент изгиба и растяжения провода на стыке адгезионного слоя между жилами провода и полимерной защитной оболочкой, последняя испытывает различные деформации. Также, в дополнение к этим процессам, при демпфировании колебаний провода линейная арматура способна привести к повышенному обжатию защитной оболочки, что в свою очередь приводит к истончению и деформации этой оболочки. В месте утончения защитной оболочки провод не будет закреплён в соответствии со стандартами и будет проскальзывать в зажиме, что приведёт к ускоренному истиранию оболочки из-за трения провода в зажиме.

Как уже ранее было сказано, одним из допущений является равномерное покрытие провода изморозью. Однако, при практических изучениях отложения изморози на проводах видно, что вид и плотность отложений радикально отличается от принятых (рис.1.4). В процессе гололёдно-изморозевых отложений будут изменяться такие параметры провода как линейная плотность, сечение провода и момент инерции [3].

Рисунок 1.4 – Зернистая изморозь

а) иглообразная; б, в) веерообразная, г) пластинчатая

История борьбы с гололедными отложениями насчитывает почти вековой период. Первые публикации, относящиеся к разработке и созданию устройств удаления льда с проводов ЛЭП, относятся к 20-м годам прошлого столетия. Все существующие на сегодня подходы к проблеме удаления гололеда с проводов ЛЭП можно разделить на три большие группы:

1) термический (применение различных видов и схем плавки гололеда и нагрева проводов);

2) повышение прочности проводов;

3) применение различных электромеханических систем и устройств.

Значительная часть повреждения защищённых проводов происходит при низких температурах, что приводит к повышенным тяжениям провода, а также снижении слабо выраженных демпфирующих свойств провода. При анализе разрушенных проводов, чаще всего разрушения наблюдаются в алюминиевых повивах жил проводов в узлах их креплений к опорам: вблизи натяжных, спиральных и поддерживающих зажимов, в местах крепления виброгасителей [78].

В дополнение ко всему, при установке на провода ЛЭП спиральных зажимов, скоб заземления, дугозащитных рогов изменит рассмотрение провода и при установке вышеуказанных средств защиты модель провода необходимо будет рассматривать в качестве растянутого стержня с переменными по длине провода погонной массой и жёсткостью. Увеличение погонной массы защищённого провода, изменение жёсткости в местах установки дополнительной защитной арматуры изменяет картину колебаний проводов. Это, в свою очередь, вносит изменения в длину волны и частоты колебания в сторону уменьшения.

Наиболее распространённым видом вибрации является эолова вибрация. Она же является и самым опасным видом. В момент обтекания провода воздушным потоком происходит синхронизация частот срыва вихрей вдоль провода с одной из собственных частот провода. В этот момент резонанса провод испытывает максимальные нагрузки от вибрации и это может привести к крайне негативным последствиям. Частота таких вибрация может изменяться в диапазоне от 3 до 150 Гц при сравнительно небольших амплитудах колебаний защищённого провода относительно его диаметра. При этом длина волны составляет от 1 до 20 м для всего диапазона частот, а эолова вибрация приводит к повреждениям вблизи зажимов вследствие усталостных явлений.

При увеличении амплитуды вибрации провода приведёт к увеличению динамических изгибных напряжений в проволоках и, одновременно с этим, вызовет ещё большее проскальзывание в увеличивающемся числе взаимных контактов между проволоками жилы провода. В результате этих процессов начнут развиваться трещины в проволоках внешнего повива жилы, что приведёт к разрушению проволок с образованием заострений на границе с защитным слоем провода, который при любых воздействиях на провод будет разрезаться этими заострениями изнутри.

1.4 Теоретические основы определения ветровой нагрузки как пространственно-временной случайной функции

Известны два рода движения потока (газа или жидкости) – ламинарный и турбулентный. В ламинарном движении потока провода фазы сохраняют на значительном расстоянии взаимное расположение. Ламинарное движение можно описать уравнением Навье-Стокса и уравнением неразрывности:

, (1.1)

(1.2)

где – компоненты скорости; – плотность; p – давление; – кинематический коэффициент вязкости.

В уравнении неразрывности (1.2) подразумевается тензорное суммирование. Решение системы уравнений (1.1) и (1.2) при наличии начальных и граничных условиях даёт возможность определить неизвестные для расчётов данные – скорость ветра – как функцию двух переменных.

Однако, в естественных условиях движение атмосферы всегда турбулентно [17]. Турбулентность движения атмосферы обусловлена двумя группами факторов:

1. Динамических, возникающих при обтекании неровностей земной поверхности;

2. Тепловых, причиной которых является неоднородность температуры атмосферы.

Для турбулентного движения характерны:

а) непрерывная пульсация во времени скорости и давления в данной точке;

б) непрерывное изменение скорости потока в данный момент времени при переходе от одной точки к другой;

в) хаотическое перемещение частиц.

Турбулентный поток рассматривается как суперпозиция (наложение) двух движений – осреднённого со скоростью и пульсационного .

Основные закономерности турбулентного потока при больших числах Рейнольдса (таким именно и является воздушный поток в естественных условиях) соответствует теории локально изотропной турбулентности предложенной А.Н. Колмогоровым и развитой А.М. Обуховым, А.С. Мониным и И.М. Ягломом.[18, 19, 20, 21]

Турбулентный поток согласно теории Колмогорова [18] является результатом наложения турбулентных возмущений или «вихрей» реального масштаба, при этом наибольшие по размерам вихри возникают в результате неустойчивого среднего движения. Такие ветры, обычно, характерны при их масштабе – L₀, навиваемом внешним масштабом турбулентности, величина L₀ сравнима с расстоянием до уровня земли.

При увеличении числа Рейнольдса вихри первого порядка распадаются на более мелкие вихри наименьшего размера , называемого внутренним масштабом.

В результате, в турбулентном потоке атмосферы существуют вихри с непрерывным спектром масштабов от до L₀ и непрерывным спектром частот от . Пульсации наибольшего масштаба имеют наибольшую амплитуду и наименьшую частоту. Основная часть кинетической энергии сосредоточена в больших пульсациях и лишь её незначительная часть – в малых. Данная информация имеет значение для определения влияния тех или иных пульсаций провода.

В соответствии с теорией локально изотропной турбулентности движения всех вихрей, кроме самых крупных, считается однородным, изотропным и квазистационарным. Изменение статистических характеристик движения такого турбулентного потока происходит очень медленно по сравнению с периодами наиболее крупных вихрей.

Скорость ветра «u» в давление «p» в турбулентном воздушном потоке являются случайными функциями координат времени, таким образом В таком случае, необходимо применить статистические методы для определения скорости ветра. Данный метод основан на теории случайных функций. Данная функция, , не стационарна, так как среднее по времени значение «u» зависит от интервала времени осреднения . Однако, при интервале времени мин в условиях атмосферы, как показывают наблюдения [29,60], среднее значение скорости ветра обладает относительной устойчивостью. Поэтому, в пределах интервала мин случайную функцию можно рассматривать как стационарную во времени и однородные в горизонтальной плоскости, то есть как случайные функции со стационарными приращениями, на которые распространяется эргодическая теорема.

Вывод:

1) Дано определение вибрации и пляски проводов воздушной ЛЭП, представлены факторы, являющиеся основными причинами возникновения колебаний проводов: ветровая нагрузка и гололёдообразование.

2) Приведён анализ повреждаемости проводов в северных регионах Российской Федерации.

3) Приведены дополнительные факторы, такие как дополнительная арматура на проводах (виброгасители, протекторы) влияющие на механическую прочность.

4) Рассмотрены два рода движения потока: ламинарный и турбулентный. Тем не менее, в естественных условиях движение воздушного потока всегда турбулентно. Это обусловлено тем, что воздушные потоки неоднородны и непостоянны в момент времени и имеют непостоянную скорость.

2 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОВОДОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ ПРИ НАЛИЧИИ ЛИНЕЙНОЙ АРМАТУРЫ

Воздушная линия (далее – ВЛ) электропередачи представляет собой конструкцию, включающую в себя металлические опоры различного типа и натянутые между ними кабели (провода). Эта система подвержена многочисленным видам колебаний, вызываемых воздушными потоками и ветровыми порывами. Наиболее влияющим видом воздействий на эксплуатационную надёжность и одним из самых распространённых является эолова вибрация. Явление вибрации в линиях электропередач известно с самого начала появления электроснабжения посредством воздушных линий электропередач.

Как уже было сказано ранее, вибрацией принято называть циклические элипсовидные колебания малой амплитуды, возникающие под воздействием энергии ветрового потока, скорость которого находится в пределах 0,6 – 0,7 м/с. При меньших скоростях ветра его энергии недостаточно для создания эоловых колебаний, а при больших – амплитуды вибрации становятся настолько малыми в следствие самодемпфирования кабеля (провода), что они не представляют существенной угрозы для ВЛ.

Одним из наиболее заметных исследователей в области вибрации ВЛ является В. В. Болотин [1]. Также, в своё время Карман [2] стал первым, кто дал теоретическое объяснение этого явления. Признанием его заслуги является то, что турбулентный след за цилиндром часто называют «дорожкой Кармана».

Далее, рассмотрим механизм вибрации.

2.1 Определение механизма вибрации

Известно, что при движении жидкости или газа вокруг плохообтекаемого тела (например, круговой цилиндр) за телом образуется область вихревого движения. При достаточно больших числах Рейнольдса

, (2.1)

где – плотность жидкости; – динамическая вязкость; d – характерный диаметр сечения; V – скорость ветра.

За телом образуется правильная последовательность вихрей (рис.2.1). Кртюгер и Лаут [23], а также Рэлей [24] определили, что существует связь между вихревой дорожкой Кармана и возбуждением вибрации в конструкциях. Эта связь стала общепринятой.

Подъёмная сила, действующая на тело, определяется по формуле Жуковского

, (2.2)

где Г – циркуляция вокруг контура сечения. В момент отделения от тела одиночного вихря циркуляция изменяется на величину, равную интенсивности вихря. С тела попеременно через равные интервалы времени срываются вихри противоположного направления. В результате возникают периодические знакопеременные изменения подъёмной силы, что приводит к возникновению колебаний, происходящих поперёк направления потока.

Приведём пример шахматной последовательности вихрей интенсивностью (рис. 2.1). Компоненты скорости ветра V по осям Ох и Оу от срыва каждого вихря вычисляются в виде [25]:

(2.3)

Характеристики

Список файлов ВКР