Margot Engineering Bydgoszcz

Transkrypt

1 Elektroeergetycze liie apowietrze mgr iż. Fraciszek Gładykowski Margot Egieerig Bydgoszcz ZAGROŻENIA DRGANIOWE PRZEWODÓW SN-15 kv 1. Wprowadzeie Stosuek projektatów, wykoawców i eksploatatorów do stosowaia lub zaiechaia stosowaia urządzeń przeciwdrgaiowych jest w praktyce dość zróżicoway. Opiia w zakresie przyczy awarii ieczęstych przypadków zerwaia przewodów bywają iepełe. Krajowa literatura jest w tym temacie stosukowo uboga. Stąd uzasadieie ieco szerszego spojrzeia a te temat. Liie apowietrze w zakresie średich apięć buduje się z różych przewodów, a miaowicie z: a. przewodów gołych AFL-35, 50, 70, 120 mm 2, b. przewodów gołych stopowych, p. Aldrey 70, 120 mm 2, c. przewodów iepeło-izolowaych 35, 50, 70, 95 mm 2, d. podwieszaych przewodów światłowodowych samoośych typu ADSS. W katalogach liii w pozycji a (gołe przewody) są wzmiaki o możliwości występowaia drgań. Dla poz. c i d produceci osprzętu oferują tłumiki drgań. 2. Uwagi ogóle Przewód zawieszoy a kostrukcjach wsporczych z odpowiedim aciągiem zależym od obciążeń, rozpiętości przęsła i zwisu może podlegać: drgaiom krótkotrwałym o dużej amplitudzie, wywołaym pojedyczym impulsem zwaym podskokiem przewodu, drgaiom o małej amplitudzie i małej długości fali, lecz dużej częstotliwości zwaym wibracją przewodu (drgaia eolskie), drgaia o dużej amplitudzie, dużej długości fali i małej częstotliwości zwaym tańcem przewodów. Dla przewodów liii apowietrzych groźe są drgaia eolskie powodujące wibracje prowadząc do pękaia poszczególych drutów, a w końcu całej liki. Drgaia eolskie (wibracja przewodów) są powodowae przez wiatr wiejący stacjoarie z umiarkowaą prędkością 0,5 5 m/s prostopadle do liii, co zwykle zdarza się w tereie iezabudowaym i iezadrzewioym. Wiatry takie występują wiosą i jesieią ad raem i wieczorem. Pewie wpływ a to zjawisko ma aciąg przewodów i długość przęsła. Wracając do drgań ależy powiedzieć, że amplituda tych drgań ie przekracza 2,5 cm, a częstotliwość ich zawiera się w graicach Hz. Drgaia te występują wiosą i jesieią, wczesym rakiem i wieczorem. Mechaizm iszczeia przewodów wygląda astępująco: wibracja przewodów (drgaia eolskie) Nr

2 Elektroeergetycze liie apowietrze powodują zmęczeie materiału przez korozję cierą aż do pękięcia pojedyczego drutu liki. Pękięcie jedego drutu przyśpiesza dalsze pękięcie, aż do pękięcia lawiowego i zerwaia liki. Ilość drgań prowadzących do ziszczeia wyosi cykli. Ie doświadczeia mówią, że lika asmarowaa potrzebuje więcej eergii do wywołaia szkodliwych drgań. Przewód po 15 latach użytkowaia i zikięciu smaru wymaga miej eergii do powstawaia drgań a więc jest bardziej arażoy a pękięcia i ziszczeia. 3. Aaliza zachowań drgaiowych różych przewodów Poiżej przeprowadzoo aalizę zachowaia się przewodów liii średiego apięcia typu AFL-70 mm 2, AASXS 70 mm 2, ALMgSi 70 mm 2, (Aldrey) i światłowodu samoośego ADSS typ XXOTKtsdD12J/14 kn przy rozpiętościach przęseł 50, 100 i 150 m oraz dla dwóch wartości aprężeń. Zając zakres szybkości wiatrów, przy których astępują drgaia eolskie, dokoao przeliczeń szybkości wiatrów w zależości od materiału przewodów, aciągu przewodu, średicy przewodu i rozpiętości przęsła. Jeśli drgaia włase przewodu pokrywają się z drgaiami wymuszoymi (ƒ wł = ƒ wym ), to powstaje fala stojąca będąca przyczyą iszczeia przewodu, a pół długości fali musi się mieścić skończoą ilość razy w długości przęsła. Szybkość drgań wymuszoych moża określić z zależości; d 9,81 N = 2 a k G gdzie: liczby całkowite 1, 2, itd., d średica przewodu w m, a rozpiętość przęsła w m, k stała 200 (wg Głazuowa i Kislera), N aciąg przewodów w kg, G ciężar przewodu w kg/m, szybkość drgań wymuszoych w m/s. Przy stosowaiu powyższego wzoru dobrze jest stosować jedostki używae. Średica przewodu podawaa jest w mm. W związku z tym wzór powyższy przyjmuje postać: d 10 9,81 N = 2 a k G i tutaj średicę d wprowadzamy w mm. Istieje jeszcze zależość między długością półfali a rozpiętością przęsła wg poiższego rówaia: λ a = 2 18

3 Elektroeergetycze liie apowietrze gdzie: λ długość fali. Zaczeie pozostałych wielkości podao wyżej. Dla dokoaia przeliczeń iezbęde są parametry przewodów, które podao w tabeli 1. Tabela 1. Parametry przewodów Przekrój przewodu średica d Typ przewodu AFL AAsXS ALMgSi Aldrey średica d średica d 35 8,10 0,14 11,7 0,167 7,5 0, ,60 0,196 13,2 0,220 9,0 0, ,25 0,272 14,7 0,284 10,5 0, ,35 0,368 16,1 0,366 12,5 0, ,65 0,505 17,6 0,445 14,0 0,320 Stosoway ajczęściej światłowód typ ADSS-XXOTKtsdD12J/14 kn samoośy ma średicę d = 13,8 mm i = 0,145 kg/m oraz aciąg N = 640 kg. 4. Wyprowadzeie wzoru użyteczego a szybkość wiatru wywołującego drgaia przewodu Dla przewodu AFL-6 70 mm² o średicy d = 11,25 mm i ciężarze G = 0,272 kg/m wyprowadzeie użyteczego wzoru a szybkość wiatru dla aprężeń σ = 11 kg/mm² oraz σ = 9 kg/mm², posługując się wzorem d 9,81 N d 9, 81 σ s = =, 2 a k G 2 a k G przedstawia się astępująco: dla σ = 11 kg/mm² dla σ = 9 kg/mm² 11,25 10 = 2 a ,25 10 = 2 a , ,272 9, ,272 = 0,00466 a = 0,0042 a m s m s., Dla przewodów z iych materiałów wzory użytecze a obliczeie szybkości wiatru wywołującego drgaia eolskie podao poiżej w tabeli 2. Nr

4 Elektroeergetycze liie apowietrze Tabela 2. Wzory użytecze dla obliczeia szybkości wiatru wywołującego drgaia eolskie Rodzaj przewodu średica d aprężeie σ [kg/mm 2 ] aciąg N [kg] Wzór a szybkość wiatru AFL ,25 0,272 AasXS-70 (PAS) 14,7 0,284 Aldrey 70 (ALMgSi 70) 10,5 0, = /a 0, = /a 0, = /a 0, = /a 0, = /a 0, = /a 0,0041 Światłowód ADSS-XXOTKtsd D12J/14kN 13,5 0, = /a 0, Obliczeie szybkości wiatru powodującego drgaia dla różych przewodów Na podstawie zależości podaych w tabeli 2 a szybkości wiatru przy których mogą występować drgaia eolskie dla różych przewodów AFL-70; AASXs-70, Aldrey oraz światłowodu ASS dla rozpiętości 50, 100, 150 m i różych wartości i wybraych aprężeń obliczoo szybkości wiatru i zestawioo w tabelach 3 9. W wymieioych tabelach umieszczoo rówież długości półfali oraz ilości szybkości wiatru szkodliwych dla różych długości przęseł. Tabela 3. Szybkości wiatru powodujące drgaia przewodów AFL-70 dla σ = 11 kg/mm², = /a 0,0047 m/s i = a/ , , , , , , , , , ,93 5 0, , ,3 0,5 4,66 1 3,1 1, ,98 0,33 6,99 0,66 4, ,64 0,25 9,32 0,5 6,21 0, ,3 0,2 11,65 0,4 7,76 0,6 20

5 Elektroeergetycze liie apowietrze Tabela 4. Szybkości wiatru powodujące drgaia przewodów AFL-70 dla σ = 9 kg/mm², = /a 0,0042 m/s i = a/ , , , , , , , , , ,84 5 0, , ,4 0,5 4,2 1 2, ,6 0,33 6,3 0,66 4, ,8 0,25 8,4 0,5 5,6 0, ,2 10,5 0,4 7,0 0,6 Tabela 5. Szybkości wiatru powodujące drgaia przewodów PAS AASXs-70 dla σ = 8 kg/mm², = /a 0,0051 m/s i = a/ , , , , , , , , , ,02 5 0, , ,2 0,5 5,1 1 3,4 1, ,3 0,33 7,65 0,66 5, ,4 0,25 10,2 0,5 6,8 0, ,5 0,2 12, 0,4 8,49 0,6 Tabela 6. Szybkości wiatru powodujące drgaia przewodów PAS AASXs-70 dla σ = 6 kg/mm², = /a 0,0051 m/s i = a/ , , , , , , , , , ,88 5 0, , ,8 0,5 4,4 1 2,9 1, ,2 0,33 6,6 0,66 4, ,6 0,25 8,8 0,5 5,86 0, ,2 11 0,4 7,33 0,6 Nr

6 Elektroeergetycze liie apowietrze Tabela 7. Szybkości wiatru powodujące drgaia przewodów Aldrey 70 mm² dla σ = 9 kg/mm², = /a 0,0047 m/s i = a/ , , , , , , , , , ,94 5 0, , ,4 0,5 4,7 1 3,1 1, ,1 0,33 7,05 0,66 4, ,8 0,25 9,4 0,5 6,2 0, ,5 0,2 11, 0,4 7,83 0,6 Tabela 8. Szybkości wiatru powodujące drgaia przewodów Aldrey 70 mm² dla σ = 7 kg/ mm², = /a 0,0041 m/s i = a/ , , , , , , , , , ,82 5 0, , ,2 0,5 4,1 1 2,7 1, ,3 0,33 6,15 0,66 4, ,4 0,25 8,2 0,5 5,46 0, ,5 0,2 10,25 0,4 6,8 0,6 Tabela 9. Szybkości wiatru powodujące drgaia przewodów światłowód ADSS samoośy XXOTKTsdS12J/14kN dla N = 640 kg, = /a 0,00717 m/s i = a/ , , , , , , , , , ,42 5 0, , ,2 0,5 7,1 1 4,7 1, ,3 0,33 10,65 0,66 7, ,4 0,25 14,2 0,5 9,46 0, ,5 0,2 17,7 0,4 11,8 0,6

7 Nr 169 Elektroeergetycze liie apowietrze 6. Wioski Jak już wyżej wspomiao drgaia przewodów o małej amplitudzie (eolskie), szkodliwe, prowadzące do ziszczeia przewodów, występują przy rówomierie wiejącym wietrze z prędkościami 0,5 5 m/s przy amplitudzie drgań do 2,5 cm i częstotliwości zawierającej się w graicach od 1 do 100 Hz. Częstotliwość występowaia drgań zależy od częstości występowaia wiatrów o szybkościach 0,5 5 m/s i dla tych szybkości w tabelach obliczoo ilości szybkości powodujących drgaie (). Przy założeiu, że wiatry w zakresie podaym są rozłożoe rówomierie w całym zakresie prowadzeia szkodliwych drań i bazując a załączoych tabelach 3 9 moża wyciągąć astępujące wioski: dla przewodu AFL-6/70 (tabela 3 i 4) przy większych rozpiętościach przęseł zakres występowaia szybkości wiatru powodujących szkodliwe drgaia jest większy, p. dla a = 50 m drgaia wystąpią dla = 4787 liczb całkowitych, atomiast dla a = 150 m dla = , przy różych aprężeiach większa ilość szkodliwych drgań przy tej samej długości przęsła występuje przy miejszym aprężeiu (dotyczy to aprężeń stosowaych dla daego przekroju) p. dla a = 150 m i σ = 9 kg/mm² drgaia szkodliwe występują dla = liczb całkowitych a przy σ = 7 kg/mm² = Idąc z wioskami dalej, ależy stwierdzić, że z puktu widzeia ilości szkodliwych drgań korzystiejsze są krótsze przęsła oraz większe aprężeia wybrae z zakresu aprężeń stosowaych dla daego przewodu. Szkodliwe drgaia przewodów występują w tereach ieosłoiętych, czyli poza tereami zabudowy oraz poza lasami, o ile liia jest usytuowaa prostopadle do wiatru. Większość wiatrów wieje z zachodu, a więc iekorzyste jest usytuowaie liii w kieruku prostopadłym połudie-półoc. Aalizując kokretą liię pod kątem jej arażeń a drgaia trzeba wziąć pod uwagę jej ustawieie w stosuku do kieruku ajczęściej wiejących wiatrów. Jeżeli liia będzie ustawioa prostopadle do wiejących wiatrów, to arażeia są duże, a jeśli rówolegle, to małe. Stąd o stosowaiu urządzeń przeciwdrgaiowych powio decydować usytuowaie liii w stosuku do ajczęściej wiejących wiatrów lub iektórych odcików liii, jeżeli liia biegie w różych kierukach. Aby móc to oceić, iezbęda jest zajomość Rozkładu Wiatrów roczych lub z dłuższego okresu dla daego tereu w opracowaiu Istytutu Meteorologii i Gospodarki Wodej. 7. Literatura: 1. Podstawy Mechaiczej Części Napowietrzych Liii Elektroeergetyczych Praca przewodów tom I r. AA Głazuow. 2. Teoria apowietrzych liii telekomuikacyjych J.B. Kaptew 1956 r. 3. Elektroeergetycze Przewody Napowietrze. Teoria Materiały Aplikacje 2010 r. AGH. Tadeusz Kych. 4. Napowietrze i kablowe liie elektroeergetycze Kazimierz Kiser r. PWN. 5. Napowietrze Liie Elektroeergetycze Wysokiego Napięcia. WNT r. Demel, Domański, Koarzewski, Martii, Mayzel, Musiał, Stępiewski. 6. Stalowe Kostrukcje Wsporcze Napowietrzych Liii Elektroeergetyczych. PWN Zbigiew Modera, Leszek Szajda, Grzegorz Wadzik. 23