ГАСИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ ПРОВОДОВ
WIRE VIBRATION DAMPER

Область техники
Предложение относится к электроэнергетике и может быть применено для защиты проводов и грозозащитных тросов воздушной линии электропередачи от ветровой вибрации.
Уровень техники
В проводах (все изложенное ниже относится также к грозотросам) под воздействием ветра может возникать устойчивая вибрация в характерном для данного провода диапазоне частот (эоловая вибрация). Эоловая вибрация при достаточно большом размахе и длительности колебаний может привести к усталостным повреждениям провода. Защиту от эоловой вибрации осуществляют с помощью гасителей вибрации [Правила устройства электроустановок (ПУЭ), седьмое издание, Энергосервис, 2003 г., п.2.5.85].
Известен, принятый за прототип, гаситель вибраций проводов воздушной линии электропередачи, содержащий упругий стержень, зажим, предназначенный для креплении упругого стержня параллельно проводу ВЛ, и закрепленные на концах упругого стержня грузы, каждый из которых вытянут вдоль своей продольной оси [патент RU 2262173]. В прототипе грузы закреплены на концах упругого стержня так, что их продольные оси направлены вдоль упругого стержня, совпадают с его продольной осью или параллельны ей.
Недостаток прототипа - возможность возникновения в системе «провод с гасителем» при определенных ветровых воздействиях устойчивых резонансных колебаний, амплитуда которых превышает величину, допустимую для данной частоты вибраций.
Этот недостаток прототипа и других известных конструкций гасителя обусловлен следующим.
р
р
Провод характеризуется зависящим от его диаметра диапазоном частот Δf, в котором возможно возникновение эоловой вибрации при различных скоростях ветра. Гаситель характеризуется множеством собственных частот f, которые определяются конструктивными параметрами гасителя и располагаются на оси частот парами. Если при размещении гасителя на защищаемом проводе собственные частоты f гасителя попадают в характерный для защищаемого провода частотный диапазон Δf, возможно (при неблагоприятных ветровых воздействиях) возникновение резонансных вибраций провода с недопустимой амплитудой колебаний, что приводит к резкому росту вероятности усталостных повреждений провода и, следовательно, к снижению надежности ВЛ в целом. Практическую опасность представляет попадание в характерный частотный диапазон провода хотя бы одной частоты из двух первых (нижних по частоте) пар собственных частот гасителя.
Задача изобретения - устранение указанного недостатка.
Раскрытие существа изобретения
Технический результат изобретения - повышение надежности защиты проводов и грозотросов ВЛ от эоловой вибрации.
р
Предметом изобретения является гаситель вибраций проводов воздушной линии электропередачи, содержащий упругий стержень, зажим, предназначенный для крепления упругого стержня параллельно проводу диаметром d метров, и два груза, каждый из которых вытянут вдоль своей продольной оси и закреплен средней частью поперек упругого стержня на одном из его концов, при этом каждая собственная частота f герц гасителя удовлетворяет одному из условий:
р
р
f<0,18/d или f>1,4/d.
Это позволяет получить указанный технический результат.
Изобретение имеет уточняющие развития, характеризующие частные случаи его осуществления.
Первое развитие состоит в том, что каждый груз может быть выполнен в виде отрезка стальной трубы, заполненной тяжелым металлом, например свинцом.
-4
2
-4
Другое развитие состоит в том, что в гасителе, предназначенном для защиты провода диаметром 15,2-17,5 мм, упругий стержень выполнен из отрезка стального каната одинарной свивки (типа ТК по ГОСТ3063-80) диаметром 11,0 мм, общая длина гасителя при ширине зажима 60 мм составляет 400 мм, а момент инерции каждого груза относительно своей продольной оси не превышает 4-10 кгм. При этом каждый груз может быть выполнен, например, в виде стального цилиндра диаметром 40 мм и массой 1,6 кг (момент инерции такого груза равен 3,2·10 кгм).
Краткое описание фигур.
На фиг.1 представлен гаситель по заявляемому изобретению, на фиг.2 - поясняющая частотная диаграмма.
Осуществление изобретения с учетом его развитии.
Гаситель, размещенный на проводе 1, содержит упругий стержень 2, зажим 3 для крепления гасителя на проводе 1 и грузы 4.
Зажим 3 зафиксирован на середине стержня 2 и крепится на проводе 1 так, чтобы стержень 2 и его продольная ось 5 располагались параллельно проводу 1. При этом провод 1, стержень 2 и зажим 3 располагают в вертикальной плоскости, а оси 6 и ось 5 в горизонтальной.
Каждый груз 4 вытянут вдоль своей продольной оси 6 и может быть выполнен, например, в виде цилиндра или прутка квадратного сечения.
Каждый груз 4 указанной формы закреплен своей средней частью на конце стержня 2 поперек оси 5, при этом ось 6 может быть, например, ортогональна оси 5.
р
Положение на частотной оси (см. фиг.2) пар собственных частот f гасителя зависит от изгибной жесткости двух рабочих частей стержня 2, консольно закрепленных в зажиме 3, массы каждого груза 4 и его момента инерции относительно оси 6.
р
Эти параметры выбираются (расчетным или экспериментальным путем) так, чтобы любая собственная частота f (в герцах) гасителя удовлетворяла одному из условий:
р
р
f<0,18/d или f>1,4/d,
где d - диаметр (в метрах) провода или грозозащитного троса воздушной линии электропередачи, для которого предназначен гаситель колебаний.
В частности, первому условию удовлетворяет верхняя частота первой (от начала оси частот) пары собственных частот гасителя, а второму - нижняя частота второй (от начала оси частот) пары собственных частот гасителя.
н
в
р
Нижняя и верхняя границы диапазона Δf располагаются на частотах f=0,18/d и f=1,4/d соответственно [Стандарт МЭК 61897-1998. Воздушные линии. Требования к гасителям эоловой вибрации Стокбриджа и их испытания]. Поэтому, если гаситель выполнен согласно заявляемому изобретению, диапазон Δf провода 1 размещается между соседними парами собственных частот f, а внутри себя не имеет собственных частот гасителя.
p
Вынос собственных частот f за пределы диапазона Δf позволяет повысить надежность защиты провода от эоловой вибрации в случае применения предлагаемой конструкции гасителя.
Сопоставим теперь возможность получения такого результата путем соответствующего выбора параметров в известной и предлагаемой конструкции гасителя.
Собственные частоты гасителя могут быть рассчитаны по его конструктивным данным с помощью специализированных программ и измерены экспериментально [Трофимов С.В. Анализ результатов расчетов эффективности работы гасителей вибрации ПТГ на образце провода АС 120-19. // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2011, №2].
p
Проведенное расчетно-экспериментальное исследование влияния конструктивных параметров гасителя на положение двух нижних пар собственных частот f относительно нижней и верхней границ диапазона Δf показало следующее.
p
p
Пусть из каких-либо практических соображений выбраны материал и конструктивные параметры упругого стержня 2 гасителя и ширина зажима 3, жестко фиксирующего среднюю часть стержня 2, и, следовательно, выбрана изгибная жесткость каждой его рабочей части (рассматриваемой как консоль, жестко закрепленная в зажиме). Если этот параметр выбран и зафиксирован при расчетах, то для вывода первой нижней пары собственных частот f за нижнюю границу диапазона Δf требуется увеличение (до величины, определяемой диаметром защищаемого провода) массы грузов гасителя, а для вывода второй нижней пары собственных частот f за верхнюю границу диапазона Δf требуется уменьшение (до величины, определяемой диаметром защищаемого провода) момента инерции груза относительно оси вращения, направленной перпендикулярно оси гибкого стержня.
Для конструктивной схемы прототипа (и других известных гасителей) эти два требования противоречивы и (как показали расчеты, проведенные применительно к защите от вибраций широко распространенных стальалюминиевых проводов диаметром 15,2-17,5 мм) их одновременное выполнение невозможно, поскольку в известной конструкции гасителя увеличение массы груза неизбежно сопровождается возрастанием его момента инерции.
В отличие от прототипа выполнение указанных выше требований к параметрам элементов гасителя легко обеспечивается в конструкции предлагаемого устройства. В этой конструкции момент инерции грузов 4 относительно оси 6 может быть уменьшен (за счет сокращения радиуса цилиндра или уменьшения сечения груза другой формы) без снижения массы груза, при соответствующем его удлинении вдоль оси 6, поскольку такое удлинение не влияет на момент инерции груза 4 относительно оси 6.
Для получения достаточной массы груза 4 при малом моменте его инерции относительно оси 6 каждый груз 4 может быть выполнен в виде отрезка стальной трубы, заполненной тяжелым металлом, например свинцом.
-4
2
Для практически важного частного случая осуществления предлагаемого гасителя (провод диаметром 15,2-17,5 мм, упругий стержень выполнен из отрезка стального каната одинарной свивки типа ТК по ГОСТ3063-80 диаметром 11,0 мм, общая длина гасителя 400 мм, ширина зажима 60 мм) в результате проведенных расчетов определено, что максимально допустимое значение момента инерции груза 4 относительно продольной оси 6 составляет 4,0·10 кгм.
-4
2
Последнему требованию удовлетворяет, например, груз 4 в виде стального цилиндра диаметром 40 мм и массой 1,6 кг. Рассчитанный по этим параметрам момент инерции груза 4 относительно оси 6 равен 3,2·10 кгм.