Стр.1

Методика выбора схем виброзащиты для проводов и грозозащитных тросов с учётом

применения арматуры спирального типа -ЭОЛ-2 Примеры расчётов

Авторы: В.Г. Колосов, С.В. Рыжов

Стр.2

Эолова вибрация, усталостные разрушения провода

Одним из наиболее распространенных и серьезно влияющих на эксплуатационную надежность видом колебаний проводов и кабелей ВЛ является эолова вибрация

- циклическое движение провода малой амплитуды (не более одного диаметра), возникающее от энергии воздействующего на провод ветра;

- скорость ветрового воздействия 0,6 ÷ 7 м/с. При мéньших скоростях энергия ветра недостаточна для развития колебаний, при бóльших - амплитуды вибрации из-за самодемпфирования провода становятся настолько малыми, что не представляют опасности для ВЛ.

Стр.3

Точки пролёта наиболее подверженные усталостному разрушению

Разрушение провода АС 300/39 на выходе из лодочки ПГН 5-3

Наибольшие статистические и динамические нагрузки на провод в пролете действуют, как правило, около поддерживающего крепления. Поэтому усталостные разрушения чаще появляются в этой зоне.

Стр.4

Разрушение провода АС 240/32 на выходе изсоединительного зажима САС-240-Р1У

Стр.5

Разрушение провода АС 240/32 у гасителя вибрации

Стр.6

Разрушение провода АС 240/32 вблизинатяжного зажима ТРАС-240-Р1

Стр.7

Причины усталостного разрушения:

- скачок изгибной жесткости;- тяжение провода наибольшее (в области поддерживающего

крепления);- повышенное усилие сдавливания при фиксации провода;- дополнительная деформация от изгиба провода в точке подвески.

Стр.8

Количественная оценка уровня вибрации, безопасный уровень вибрации

Критерий СИГРЭ(Международная конференция по большим энергетическим системам)

Кривые «безопасных» напряжений, т. е. зависимости вида = f(N). Критерий устанавливает соответствие между изгибным напряжением и числом циклов до разрушения 1-3 проволок или 10% верхнего повива.

СИГРЭ рекомендует вычислять амплитуду знакопеременного изгибного напряжения вблизи поддерживающего зажима по формуле Поффенбергера-Сварта:

где - диаметр проволоки внешнего повива, - модуль Юнга материала внешнего повива провода, , Т – тяжение провода в точке подвеса, EI – изгибная жесткость, x = 89 мм –

стандартизованное расстояние от точки выхода провода из поддерживающего зажима до контрольной точки, Yb – амплитуда колебаний контрольной точки.

Стр.9

Оценка ресурса провода по кривой безопасности СИГРЭ

Стр.10

Критерий EPRI(Electric Power Research Institute)

Основывается на определении предельно допустимых напряжений σmax и соответствующих им перемещений.

= 8.5 Мпа

Соответствующий ему диапазон значений (peak to peak) амплитуд перемещений в контрольной точке от 0.2 до 0.3 мм. Однозначное соответствие по деформациям:

= 131*131 микродеформаций

По своей сути критерий EPRI близок к критерию СИГРЭ!

Стр.11

Критерий IEEE( Institute of Electrical and Electronics Engineers. N.Y.)

Предельным назначается уровень деформации (peak to peak)

= 150×150 микродеформацийпри этом 200 микродеформаций (peak to peak) вполне могут обеспечить сохранность провода.

Стр.12

Расчётные значения напряжений возникающие во внешнем повиве, соответствующие углам вибрации в 5 и 10 угловых минут. Для сравнения в правом крайнем столбце приведено значение безопасного уровня напряжений по ЕPRI.

Маркапровода

Диаметр, мм

Изгибнаяжесткость,

Н×м2

Тяжение, кН

Напряжения при угле 5’,

МПа

Напряжения при угле 10’,

МПа

Предел по ЕPRI,МПа

АЖС 70/39 13,3 47 19,5 12,8 25,6

8,5АС 120/19 15,4 69 12,5 9,8 19,6АС 150/24 17,1 111 15,7 9,6 19,2АС 240/32 21,6 279 22,5 9,2 18,4АС 300/39 24,0 425 27,2 9,1 18,2АС 400/51 27,5 738 36,1 9,1 18,2

Принимаем деформационный предел =150* (150 микродеформаций) (zero to peak). В

напряжениях это соответствует = 9.75 Мпа. Данное значение несколько выше уровня напряжений, соответствующих углу вибрации в 5 минут, но гораздо ниже, чем для 10 минут! Для расчета виброзащиты стальных канатов принимаем предел по

напряжениям = 192 Мпа.

Стр. 13

Актуальность в разработке новой методики

1. Необходимость в конкретизации численного значения безопасного уровня вибрации (для России)

2. Учёт особенностей в расстановке гасителей вибрации с учетом применения арматуры спирального типа

Стр. 14

Алгоритм выбора схемы виброзащиты

Расчет изгибных деформаций и напряжений во всех

характерных точках пролета

Определение максимальных значений деформаций во всем частотном диапазоне для каждой точки

Выбор варианта расчетной схемы, для которой уровень максимальных изгибных деформаций во всех точках не превышает допустимый предел по EPRI

Количество гасителей

Тип зажима

Марка гасителя

Расчетная схема

пролета

Уровень тяжения

Длина пролета

Координата установки гасителя

Марка провода

Стр 15

Арматура спирального типа. Каждой марке провода соответствует марка арматуры спирального типа: натяжной, поддерживающий зажимы или защитные протекторы:

1 – провод; 2 – коуш; 3 – силовая прядь; 4 – протектор; 5 – болт, гайка, шплинт

Стр 16

1 – провод; 2 – протектор; 3 - поддерживающий зажим ПГН 5-3

L 2

33L

4

L 1

2

А - А В

H

D

1H

16

А

А2 1 4

1

2 3 45

D1

1 – лодочка; 2 – протектор; 3 – силовая прядь правая (внутренняя);4 – силовая прядь левая (внешняя); 5 - провод.

Стр 17

Выбор гасителя вибрации. Для провода АС 240/32 принципиально могут подойти несколько марок гасителей вибрации. Их основные характеристики приведены в таблице

Марка провода

Марка гасителя вибрации

Собственные частоты гасителя вибрации, Гц

АС240/32ГВ-5544-02 9.9 32.5 65.9ГВ 5644-02 7.9 27.6 58.1ГВ 5744-02 6.9 26.5 52.2ГВ 5534-02 6.9 23.6 47.2

Уровень тяжения- Тпр.. Диапазон изменения тяжения примем от 10 до 30% от разрывной прочности провода АС240/32: Т1=7,26 кН (10%); Т2=14,52 кН (20%); Т3=21,78 кН (30%).

Длина пролета – Lпр.. Указанная марка провода применяется на ВЛ с классом напряжений 220 кВ. Реальный диапазон изменения длин пролетов для таких линий выразим соотношением: 100 ≤ Lпр ≤ 500 м

Координаты установки гасителя – L2. В анкерном креплении гаситель устанавливается на защитном протекторе ПЗС-21,6-11 за силовой прядью натяжного зажима.

Тип крепления провода по концам пролёта. Условия работы провода в натяжном и поддерживающем зажимах различные, поэтому и уровни деформаций различаются. Выделим следующие типы креплений провода по концам пролёта (на двух соседних опорах):

Поддерживающий зажим – поддерживающий зажим; Поддерживающий зажим – натяжной зажим; Натяжной зажим – натяжной зажим

Стр 18

Расчет уровня деформаций в характерных точках пролёта в частотном диапазоне вибрации провода .

Анкерное крепление: выход силовой пряди из коуша – точка А; место сопряжения силовых прядей на проводе – точка Б; окончание силовой пряди – точка В; точки начала и конца вспомогательного протектора, на котором

устанавливается гаситель вибрации – точки Г и Ж, соответственно; место установки гасителя вибрации: точка Д (расположенная ближе к

опоре); точка Е (обращенная в сторону пролёта).

Стр 19

Поддерживающее крепление: выход провода из лодочки – точка З; место установки гасителя вибрации: точка И (расположенная ближе к

опоре); точка К (обращенная в сторону пролёта); окончание протектора – точка Л.

Стр 20

Результаты расчетов:

Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) Кинематические и силовые параметры, включая и изгибные деформации в характерных точках пролета. На основании анализа полученной информации подбираются пары: провод – гаситель вибрации.Предпочтение отдается варианту, в котором гаситель обеспечивает безопасный уровень деформаций, и при этом менее чувствителен к координате его установки.

Анализ результатов показывает, что лучшим для данного провода является гаситель вибрации ГВ-5534-02, установленный на расстоянии 0,75 м от торца лодочки ПГН 5-3. Наибольшие деформации возникают в точке З (100 мкстрейн) – на выходе из лодочки

Стр 21

Определение количества гасителей на пролёт

Схема: поддерживающий – поддерживающий зажим Варьируемым фактором здесь является длина пролета от Lmin до Lmax при постоянном тяжении. Как только

с увеличением длины условие ε~150 мкстрейн не выполняется хотя бы в одной из указанных характерных точек, то число гасителей необходимо увеличить

На пролёт ставится один гаситель вибрации ГВ-5534-02. Тяжение в пролете составляет 30% от разрывной прочности провода. По оси абсцисс задается координата места установки гасителя вибрации, а по оси ординат – уровень деформации в мкстрейнах в наиболее опасной точке (точка З – на выходе из лодочки).

а) б)

Влияние длины пролета и тяжения на схему защиты с одним гасителем вибрации (схема с поддерживающими креплениями провода в пролете)

При тяжении 30% от разрывной прочности провода один гаситель защищает пролет длиной около 240 м (место установки – 0,75 м); При тяжении от 10 до 15% - 340 м; При тяжении 20-25% - около 275 м.

Стр 22

Схема: натяжной - поддерживающий зажим

а) б) Влияние длины пролета и тяжения на схему защиты с одним гасителем вибрации (схема с поддерживающим и натяжным креплением провода в пролете)

При тяжении 30% от разрывной прочности провода один гаситель ГВ-5534-02, установленный со стороны поддерживающего крепления на расстоянии 0,75 м от торца лодочки, защищает пролет длиной до 300 м (см. рис. б).

В случае тяжения 20% - порядка 380 м.

При тяжении 10% - защищает практически все реальные для провода АС 240/32 длины пролетов (ориентировочно до 500 м).

При тяжениях более 25% и длинах пролетов свыше 330 м необходимо ввести 2 гасителя на пролет.

Стр 23

Схема: поддерживающий - поддерживающий зажим(2 гасителя на пролет)

а) б)

Влияние длины пролета и тяжения на схему защиты с двумя гасителями вибрации на пролет (схема с поддерживающими креплениями провода в пролете)

Два гасителя ГВ-5534-02 (по одному с каждой стороны) защищают пролёт длиной до 500 м.

Стр 24

Таблица результатов

На основании полученных результатов может быть предложена сводная таблица по выбору схемы виброзащиты для провода АС 240/32.

Схема виброзащиты

Тяжение в % от Рразр.

Тип крепления провода на соседних опорах, длина пролета, место установки гасителя L2, м

ПЗС-21,6-01-- ПЗС-21,6-01 ПЗС-21,6-01-- НС-21,6-01 НС-21,6-01-- НС-21,6-01

Длина пролета

LП, м

Место установки

гасителя L2, м

Длина пролета

LП, м

Место установки

гасителя L2, м

Длина пролета

LП, м

Место установки

гасителя L2, м

Схема 110 ≤150 - -- - ≤150 - -- - ≤150 - -- -20 ≤120 - -- - ≤120 - -- - ≤120 - -- -30 ≤100 - -- - ≤100 - -- - ≤100 - -- -

Схема 210 150÷340 0,75 -- - 150÷500 0,75 -- - 150÷500 1,8 -- 1,820 120÷275 0,75 -- - 120÷380 0,75 -- - 120÷380 1,8 -- 1,830 100÷240 0,75 -- - 100÷300 0,75 -- - 100÷300 1,8 -- 1,8

Схема 310 340÷500 0,75 -- 0,75 См. схему 2 См. схему 220 275÷500 0,75 -- 0,75 380÷500 0,85 -- 1,8 380÷500 1,8 -- 1,830 240÷500 0,75 -- 0,75 300÷500 0,85 -- 1,8 300÷500 1,8 -- 1,8

Стр 25

ЭОЛ-2