線上路的檔距中,由於風力的作用而引起導線的週期振盪,稱為導線的振動。這種振動是在導線的垂直方向,每秒有幾個到幾十個周波,並且在整個檔距中形成一些幅值較小的一般不超過幾個釐米的靜止波。
在發生振動時,因為導線振動快,所以,在振動時不容易覺察,只是覺得導線在某些地方看起來好像是雙線一樣。通常遇到導線振動時,線上路上可以聽見有撞擊的聲音。這種聲音是從導線和懸掛導線的金具相碰所發出來的。
導線振動的可能性和振動過程的性質(頻率、波長、振幅),取決於很多因素;即導線的材料和直徑;線路的檔距和導線張力;導線距地面的高度;風的速度和方向以及線路經過地區的性質等。
導線振動時的振幅決定於導線的張力和彈性,實際上,這振幅的數值不大於導線直徑兩倍。
導線振動的引數(如頻率、波長)以及導線是否發生振動,在很大程度上決定於風速。
風速在0.5~0.8米/秒時,導線便產生振動。當風速增大時,在接近地面的大氣層裡,由於地面摩擦的結果,使出現氣旋。氣旋隨著風速的增加而包圍所有更高的氣層,並破壞了上層氣流的均勻性。也即破壞了導線懸掛處氣流的均勻性,使導線停止振動。
當風向與導線軸線的夾角在90°~45°時,便可觀察到穩定性的振動;在45°~30°時,振動便具有較小的穩定性;而小於20°時,一般不出現振動。
線路經過地區的地形條件如地勢,自然遮蔽物(植物)和所有各種靠近線路的建築物對靠近地面風的風速,風向和風的均勻性有很重大麴影響,因而也影響導線的振動情況。平坦、開闊的地帶有助於氣流的均勻流動,並形成促進導線強烈振動的條件。線路沿斜坡透過和跨越不深的山谷和盆地,對風的均勻性沒有重大的影響,因而不妨礙振動的發生。對於在地形極其交錯的地區(山區),即線上路下或線路附近有深谷,堤壩和各種建築物.特別有樹木時,這就不同程度上破壞了氣流的均勻性,使振動不易出現。
2
振動分類
根據頻率和振幅的不同,導線的振動大致可分為3種:高頻微幅的微風振動、中頻中幅的次檔距振動和低頻大振幅的舞動。3種振動都會給導線和輸電線路造成破壞。
2.1 微風振動
微風振動是在風速為0.5~10m/s的均勻風垂直吹向導線時,在導線背風面形成穩定的渦流。由於週期性渦流升力分量的作用,使導線發生振動。
2.2 舞動
當風速為5~15m/s左右的風力作用在非對稱外形的導線上,最常見的情況是作用在覆冰厚度不對稱的導線上時,由於風力作用角度的變化產生的脈動風力,破壞了導線的靜力平衡,而形成大幅度舞動。一般認為,在一個檔距中,舞動的起始點發生在弧垂較低的部位,而不是在導線懸掛點較高的部分。因為弧垂最低點受到的垂直重力和水平分力最小,故最容易被特定的風力舉起,於是舞動振盪現象便會向全檔距傳播。其特點是振動大、頻率低、持續時間長(振幅在10m以下、頻率為0.1~1Hz)。在一個檔距中,往往會出現1~4個半的振動波。振動的持續時間可達數小時之久。在一個檔距中發生舞動時,常常波及到相鄰檔。導線某一點的振動軌跡通常呈橢圓形。
導線覆冰不均勻是導致舞動現象的根本因素。通常發生在氣溫0℃左右的平原或丘陵地區,而且粗的導線比細的導線,分裂導線比單導線,更容易引起舞動。舞動現象線上路上極少發生,而一旦發生,便會造成嚴重後果。不僅導線、絕緣子、金具或杆塔構件受到損傷,還可能引起相間或相對地的短路事故。如2008年1月下旬,在河南、湖南、江西等地因凍雨和暴雪持續半月至一月餘,出現了持續70小時以上、振幅達8米以上的強烈舞動,動態荷載達靜態荷載的3倍以上,造成多處倒塔事故。防止舞動造成危害的主要措施是增大線間距離、縮小檔距、採用防冰導線和研製舞動抑制器等。
2.3 次檔距振動
次檔距振盪是指發生在分裂導線相鄰兩間隔棒之間的檔距中的一種振盪。由於該振動的頻率很低,故一般稱為“振盪”。次檔距振盪線上路中較少出現,通常在風速為5~15m/s的風力作用下,由於迎風導線產生的紊流,影響到背風導線而產生氣流的擾動,破壞了導線的平衡而形成振盪。它的表現形式,常常是各子導線不同期的擺動,週期性的分開和聚攏,導線在空間的運動軌跡呈橢圓形。次檔距振盪的振幅與次檔距長度、風速大小和分裂導線的結構形式有關,一般次檔距振盪的振幅從相當於導線直徑到0.5m,頻率為1~3Hz,一個次檔距中可出現一個或數個半波。
3
防振的措施
防振可首先可以從設計上儘量避免線路透過開闊地帶,降低導線的年平均執行應力等措施。加強導線自身的耐振能力,採用疲勞強度極限高的導線,採用柔性橫擔、偏心導線,安裝護線條、預絞絲,改善線夾結構等措施。
對於地處平坦開闊區的線路,線上路滿足對地安全距離的前提下。適當調整導線弧垂,以降低導線的執行張力,減少導線發生振動的機率。
以上方法無法解決的情況下采取保護導線、吸收導線的振動能量,降低振動強度。其防振的方法有兩種型別:一種是用護線條或特殊線夾專為防止振動所引起的導線損壞;另一種是採用防振錘、防振線(阻尼線)來吸收振動的能量以消除振動。
3.1 護線條的作用
在導線懸掛點使用專用的護線條,其目的是加強導線的機械強度。護線條是用與導線相同的材料製成,其外形是中間粗兩頭紉的一根鋁棍。執行經驗證實,採用護線條,不僅能很好的保護導線而且能減少導線的振動。
3.2 防振錘
防振錘是由兩個形狀如杯子的生鐵塊組成。兩個生鐵塊分別固定在一根鋼絞線的兩端,而鋼絞線的中部用線夾固定在導線上。當導線振動時,線夾隨導線一同上、下振動.由於重錘的惰性,使鋼絞線兩端不斷上下彎曲,使鋼絞線股間及分子間都產生摩擦,從而消耗振動能量。鋼紋線彎曲得越激烈,所消耗的能量也愈大,使風傳給導線的振動能量被消耗得不能產生大幅度的振動,而且風傳給導線的能量也隨振幅下降而下降。防振錘消耗的能量也隨振幅下降而下降,最終在能量平衡條件下,以很低的振幅振動。一般是在每一檔距內的每一條導線兩端上安裝防振錘。
3.3 阻尼線
根據國內外執行試驗證明,阻尼線有較好的防振效果,它在高頻率的情況下,比防振錘有更好的防振效能。阻尼線取材容易,最好採用與導線同型號的導線作阻尼線(避雷線也可採用與其型號相同的材料)。
阻尼線的長度及弧垂的確定,應使導線的振動波在最大波長和最小波長時,均能起到同樣的消振效果。對一般檔距,阻尼線的總長度可取7~8米左右,導線線夾每側裝設三個連線點。
線上路的檔距中,由於風力的作用而引起導線的週期振盪,稱為導線的振動。這種振動是在導線的垂直方向,每秒有幾個到幾十個周波,並且在整個檔距中形成一些幅值較小的一般不超過幾個釐米的靜止波。
在發生振動時,因為導線振動快,所以,在振動時不容易覺察,只是覺得導線在某些地方看起來好像是雙線一樣。通常遇到導線振動時,線上路上可以聽見有撞擊的聲音。這種聲音是從導線和懸掛導線的金具相碰所發出來的。
導線振動的可能性和振動過程的性質(頻率、波長、振幅),取決於很多因素;即導線的材料和直徑;線路的檔距和導線張力;導線距地面的高度;風的速度和方向以及線路經過地區的性質等。
導線振動時的振幅決定於導線的張力和彈性,實際上,這振幅的數值不大於導線直徑兩倍。
導線振動的引數(如頻率、波長)以及導線是否發生振動,在很大程度上決定於風速。
風速在0.5~0.8米/秒時,導線便產生振動。當風速增大時,在接近地面的大氣層裡,由於地面摩擦的結果,使出現氣旋。氣旋隨著風速的增加而包圍所有更高的氣層,並破壞了上層氣流的均勻性。也即破壞了導線懸掛處氣流的均勻性,使導線停止振動。
當風向與導線軸線的夾角在90°~45°時,便可觀察到穩定性的振動;在45°~30°時,振動便具有較小的穩定性;而小於20°時,一般不出現振動。
線路經過地區的地形條件如地勢,自然遮蔽物(植物)和所有各種靠近線路的建築物對靠近地面風的風速,風向和風的均勻性有很重大麴影響,因而也影響導線的振動情況。平坦、開闊的地帶有助於氣流的均勻流動,並形成促進導線強烈振動的條件。線路沿斜坡透過和跨越不深的山谷和盆地,對風的均勻性沒有重大的影響,因而不妨礙振動的發生。對於在地形極其交錯的地區(山區),即線上路下或線路附近有深谷,堤壩和各種建築物.特別有樹木時,這就不同程度上破壞了氣流的均勻性,使振動不易出現。
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振動分類
根據頻率和振幅的不同,導線的振動大致可分為3種:高頻微幅的微風振動、中頻中幅的次檔距振動和低頻大振幅的舞動。3種振動都會給導線和輸電線路造成破壞。
2.1 微風振動
微風振動是在風速為0.5~10m/s的均勻風垂直吹向導線時,在導線背風面形成穩定的渦流。由於週期性渦流升力分量的作用,使導線發生振動。
2.2 舞動
當風速為5~15m/s左右的風力作用在非對稱外形的導線上,最常見的情況是作用在覆冰厚度不對稱的導線上時,由於風力作用角度的變化產生的脈動風力,破壞了導線的靜力平衡,而形成大幅度舞動。一般認為,在一個檔距中,舞動的起始點發生在弧垂較低的部位,而不是在導線懸掛點較高的部分。因為弧垂最低點受到的垂直重力和水平分力最小,故最容易被特定的風力舉起,於是舞動振盪現象便會向全檔距傳播。其特點是振動大、頻率低、持續時間長(振幅在10m以下、頻率為0.1~1Hz)。在一個檔距中,往往會出現1~4個半的振動波。振動的持續時間可達數小時之久。在一個檔距中發生舞動時,常常波及到相鄰檔。導線某一點的振動軌跡通常呈橢圓形。
導線覆冰不均勻是導致舞動現象的根本因素。通常發生在氣溫0℃左右的平原或丘陵地區,而且粗的導線比細的導線,分裂導線比單導線,更容易引起舞動。舞動現象線上路上極少發生,而一旦發生,便會造成嚴重後果。不僅導線、絕緣子、金具或杆塔構件受到損傷,還可能引起相間或相對地的短路事故。如2008年1月下旬,在河南、湖南、江西等地因凍雨和暴雪持續半月至一月餘,出現了持續70小時以上、振幅達8米以上的強烈舞動,動態荷載達靜態荷載的3倍以上,造成多處倒塔事故。防止舞動造成危害的主要措施是增大線間距離、縮小檔距、採用防冰導線和研製舞動抑制器等。
2.3 次檔距振動
次檔距振盪是指發生在分裂導線相鄰兩間隔棒之間的檔距中的一種振盪。由於該振動的頻率很低,故一般稱為“振盪”。次檔距振盪線上路中較少出現,通常在風速為5~15m/s的風力作用下,由於迎風導線產生的紊流,影響到背風導線而產生氣流的擾動,破壞了導線的平衡而形成振盪。它的表現形式,常常是各子導線不同期的擺動,週期性的分開和聚攏,導線在空間的運動軌跡呈橢圓形。次檔距振盪的振幅與次檔距長度、風速大小和分裂導線的結構形式有關,一般次檔距振盪的振幅從相當於導線直徑到0.5m,頻率為1~3Hz,一個次檔距中可出現一個或數個半波。
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防振的措施
防振可首先可以從設計上儘量避免線路透過開闊地帶,降低導線的年平均執行應力等措施。加強導線自身的耐振能力,採用疲勞強度極限高的導線,採用柔性橫擔、偏心導線,安裝護線條、預絞絲,改善線夾結構等措施。
對於地處平坦開闊區的線路,線上路滿足對地安全距離的前提下。適當調整導線弧垂,以降低導線的執行張力,減少導線發生振動的機率。
以上方法無法解決的情況下采取保護導線、吸收導線的振動能量,降低振動強度。其防振的方法有兩種型別:一種是用護線條或特殊線夾專為防止振動所引起的導線損壞;另一種是採用防振錘、防振線(阻尼線)來吸收振動的能量以消除振動。
3.1 護線條的作用
在導線懸掛點使用專用的護線條,其目的是加強導線的機械強度。護線條是用與導線相同的材料製成,其外形是中間粗兩頭紉的一根鋁棍。執行經驗證實,採用護線條,不僅能很好的保護導線而且能減少導線的振動。
3.2 防振錘
防振錘是由兩個形狀如杯子的生鐵塊組成。兩個生鐵塊分別固定在一根鋼絞線的兩端,而鋼絞線的中部用線夾固定在導線上。當導線振動時,線夾隨導線一同上、下振動.由於重錘的惰性,使鋼絞線兩端不斷上下彎曲,使鋼絞線股間及分子間都產生摩擦,從而消耗振動能量。鋼紋線彎曲得越激烈,所消耗的能量也愈大,使風傳給導線的振動能量被消耗得不能產生大幅度的振動,而且風傳給導線的能量也隨振幅下降而下降。防振錘消耗的能量也隨振幅下降而下降,最終在能量平衡條件下,以很低的振幅振動。一般是在每一檔距內的每一條導線兩端上安裝防振錘。
3.3 阻尼線
根據國內外執行試驗證明,阻尼線有較好的防振效果,它在高頻率的情況下,比防振錘有更好的防振效能。阻尼線取材容易,最好採用與導線同型號的導線作阻尼線(避雷線也可採用與其型號相同的材料)。
阻尼線的長度及弧垂的確定,應使導線的振動波在最大波長和最小波長時,均能起到同樣的消振效果。對一般檔距,阻尼線的總長度可取7~8米左右,導線線夾每側裝設三個連線點。