Автоколивання і вібрація проводів

Незгасаючі вимушені коливання вимагають, як відомо, для своєї підтримки зовнішньої періодичної сили. Проте в деяких випадках коливання в системі можуть бути незгасаючими і без її дії. Такі коливання називають коливаннями, що самоподдерживающимися (що самозбуджуються), або автоколиваннями.

Тоді як частота вимушених коливань співпадає з частотою зовнішньої сили, а амплітуда коливань залежить від амплітуди цієї сили, частота і амплітуда автоколивань визначаються властивостями системи. Автоколивання відрізняються від вільних коливань тим, що вони не затухають з часом і їх амплітуда не залежить від початкової короткочасної дії ("поштовху"), яка порушує коливання.

Автоколивання і вібрація проводів контактної мережі відбуваються при швидкостях вітру 5—20 м/с, найчастіше при вітрі більше 15 м/с на ділянках з відкритою місцевістю. При сильному вітрі (більше 20 м/с) автоколивання проводів ланцюгових підвісок не спостерігалися. В більшості випадків автоколиванням піддаються дроти, що мають односторонні відкладення ожеледі або паморозі. Частота коливань

Рисунок 4.11. Види автоколивань ланцюгової контактної підвіски з однією (а), двома (б) і трьома (в) півхвилями в прольоті

проводів при цьому 0,6—1 Гц, а число півхвиль (штрихові лінії) в прольоті, як правило, 1—3 (Рисунок 4.11, а, б, в). Виникаючи при певній швидкості вітру і при якій-небудь формі відкладень ожеледі на проводах, вібрація може існувати на незмінній частоті при значних коливаннях швидкості вітру і зміні як форми, так і об'єму атмосферних відкладень.

Розмах коливань (амплітуда) проводів ланцюгової підвіски при «танці» може досягати 1 м і більш. Між амплітудою вібрації проводів і швидкістю вітру немає чіткого зв'язку із-за зривів коливань, що відбуваються, тоді як при «танці» наголошується збільшення амплітуди коливань при зростанні швидкості вітру.

Автоколивання ланцюгових контактних підвісок (одиночних проводів) відбуваються з частотами, близькими до частот власних коливань системи, які для ланцюгової контактної підвіски визначають по формулі

де к — коефіцієнт, залежний від конструкції опорного вузла контактної підвіски: при ресорних струнах в опорному вузлі до = 0,46; при простих к = 0,5;

l— довжина прольоту, м;

Z — сумарне натягнення проводів контактної підвіски, даН;

q— навантаження від ваги проводів ланцюгової підвіски (з ожеледдю), даН/м.

Профессор І.І. Власов показав, що автоколивання проводів викликаються аеродинамічними силами, що виникають при обтіканні повітряним потоком проводів, що отримали в результаті ожеледних відкладень або зносу неправильну (відмінну від круглої) площу перетину. Якщо профіль перетину дроту близький до круглого, то по знаку підйомна сила і кут атаки вітру співпадають (Рисунок 4.12). В цьому випадку крива підйомної сили в залежності

Рисунок 4.12. Схема обтікання повітряним потоком циліндра (а) і тіла некруглої форми (б)

Мости від кута атаки а наближається до похилої прямої, проходячих через початок координат. Причому позитивним значенням кута відповідають позитивні значення підйомної сили у і навпаки. Інша картина виходить у проводів з перетином некруглої форми, наприклад при односторонньому відкладенні ожеледі на дроті. Розглянемо обтікання такого дроту повітряним потоком, направленим з боку ожеледі (Рисунок 4.12, б ). У нижній частині дроту повітряний потік тісно прилягає до поверхні дроту. Лінії потоку тут згущують і

швидкість потоку збільшена, що приводить до пониженню тиску в цій зоні. До верхньої частини перетині дроту прилягає зона, в якій тиск приблизно рівний атмосферному. В результаті такого розподілу тиску по поверхні дроту рівнодіюча цього тиску отримує вертикальну складову, направлену зверху вниз.

Розглянемо залежність підйомної сили від кута атаки : у деякому діапазоні кутів атаки позитивним значенням відповідають негативні підйомні сили у, і навпаки. В цьому випадку при русі дроту вниз при деяких позитивних кутах атаки ₂ > > 0 підйомна сила також набуває негативного значення (направлена вниз), а при русі дроту вгору при негативних кутах ₁ < < 0 підйомна сила має позитивні значення (направлена вгору). В результаті при коливанні дроту виникає аеродинамічна сила, що направлена по руху дроту і підсилює його коливання.

Таким чином, для розвитку і підтримки коливань дроту необхідно, щоб аеродинамічні підйомні сили, що виникають в процесі коливань, протягом всього періоду або на окремих частинах його діяли у напрямі переміщення дроту. Залежно від форми атмосферних відкладень можуть бути найрізноманітніші аеродинамічні характеристики. Проте умовою виникнення автоколивань є наявність в цих характеристиках ділянок з негативним нахилом поблизу осі ординат.

Після виникнення автоколивань відбувається їх подальший розвиток до тих пір, поки не наступить енергетична рівновага системи, тобто коли притока енергії ззовні зробиться рівною енергії, що поглинається силами опору дроту, що коливається, яка підтримується до тих пір, поки не зміняться зовнішні умови, що визначають можливість виникнення автоколивань. Амплітуда стійких коливань залежить від частоти власних коливань ланцюгової підвіски (одиночного дроту), аеродинамічної характеристики проводів з атмосферними відкладеннями і швидкості вітру.

При розгляді явища автоколивань умовно було прийнято, що дріт коливається строго у вертикальній площині, перпендикулярній напряму повітряного потоку. Насправді, як показують спостереження, таке допущення не завжди справедливо, оскільки часто разом з вертикальними спостерігаються також горизонтальні коливання і періодичні закручування проводів щодо подовжньої їх осі. Вивчення таких явищ показало, що в цих випадках виникнення як горизонтальних коливань, так і кручення дроту може бути пояснене аеродинамічними силами, що з'являються в процесі коливань. Горизонтальні коливання проводів, що викликаються змінами швидкісного натиску (поривчастою вітру), також можуть з'явитися причиною розвитку автоколивань. Дійсно, оскільки горизонтальні зсуви дроту при поривах вітру супроводжуються в середніх частинах прольоту деяким підйомом і потім опусканням дроту, то цим і можуть створюватися початкові зміни кутів атаки, достатні для того, щоб почалися вертикальні коливання.

Тривалі стійкі автоколивання проводів спостерігаються в місцях, де немає яких-небудь значних перешкод руху повітряних мас. Тому найбільш ефективним заходом в цих випадках є створення лісових захисних смуг вздовж електрифікованих ліній, що проходять по відкритій, незахищеній місцевості. Лісові смуги одночасно зменшують ожеледно-морозні відкладення на проводах.

Освіта на дроті навіть невеликого (2—3 мм) односторонньо про ожеледі додає дроту аеродинамічні нестійку форму перетину, що і приводить до автоколивань. У зв'язку з цим на електрифікованих ділянках, розташованих в голольодних районах, заздалегідь готують схеми і конкретні вказівки по профілактичному підігріву проводів або плавці ожеледі, а також по організації робіт установки МІГ для механічного видалення ожеледі з контактного дроту (див. п. 13.6). Коли автоколивання ланцюгових підвісок з двома контактними проводами відбуваються і без ожеледі, аеродинамічних нестійкий перетин контактних проводів змінюють перемонтажем контактної підвіски в ромбоподібну. При цьому контактні дроти розташовують один від одного па відстані 120—150 мм, тоді практично зникає їх взаємне що екранують вплив. На кривих ділянках малих радіусів уникнути автоколивань можна пристроєм косої підвіски. При цьому чим більше буде нахилена підвіска до горизонтальної площини, тим вона буде стійкіша проти автоколивань.

Ефективним може опинитися також аеродинамічний спосіб зменшення автоколивань одиночних проводів і контактних піднесень, що полягає в тому, що на проводах встановлюють аеродинамічні стабілізатори, що змінюють характер обтікання дроту повітряним потоком і що додають йому аеродинамічних стійкий перетин при середніх відкладеннях ожеледі.

Ефективним може опинитися також аеродинамічний спосіб зменшення автоколивань одиночних проводів і контактних піднесень, що полягає в тому, що на проводах встановлюють аеродинамічні стабілізатори, що змінюють характер обтікання дроту повітряним потоком і що додають йому аеродинамічних стійкий перетин при середніх відкладеннях ожеледі.

Розвиток і посилення коливань проводів в сусідніх прольотах відбувається із-за переміщення підвісних гірлянд ізоляторів уздовж шляху і періодичної передачі зусиль через ресорні струни. При цьому чим ближче власні частоти коливань сусідніх прольотів, тим інтенсивніше проходитиме процес розповсюдження коливань уздовж анкерної ділянки, охоплюючи один проліт за іншим. Тому з метою локалізації коливань сусідні прольоти контактної мережі повинні мати різну довжину. Досвід експлуатації електрифікованих ділянок, на яких здійснено чергування прольотів різної довжини, показав, що цей захід є ефективним тільки при значній (на 20—25 %) відмінності довжин сусідніх прольотів.

Не є ефективним і захід, що полягає в збільшенні ваги ланцюгової підвіски при закріпленні на несучому тросі, яких-небудь важких вантажів. Вантажі тільки збільшують інерційні сили і ніяк не впливають на процес автоколивань. У таких умовах важко загасання коливань унаслідок накопичення системою, що коливається, великої енергії.

Дротяні або металеві смуги як аеродинамічні гасителі автоколивань проводів мають просту і надійну конструкцію. Гаситель є дротяним скручуванням, яке намотується на несучий трос контактної підвіски. Дроти заздалегідь деформуються, згинаються для утворення гострих кутів і при скручуванні створюють просторову структуру з гострими кромками.

Гасителі встановлюють на несучий трос, підвіски по всій довжині прольоту, не доходячи до опор на 5 м. При установці гасителя на несучий трос, останній набуває випадкової форми, а гострі кути проводів створюють точки відриву повітряного потоку. Ожеледні відкладення на тросі також матимуть випадкову форму з гострими кутами.

Дротяні гасителі виготовляють в дистанціях електропостачання. Як матеріал для гасителів використовують дріт, з якого звивають несучий трос, діаметром 2—3 мм. Металеві смужки (шириною 45 мм, завдовжки 1,2 м) встановлюють на несучому тросі (через проліт), на відстані 2—2,5 м від підвісних точок і закріплюють струновими затисками.

Дроти ДПР підвішують в сідлах (через проліт) на ресорах з дроту завдовжки 1,6 м. На підсилюючий і екрануючий дріт з двох сторін від сідла на відстані 3 м підвішують типові балансири (через проліт).

4.6. Контрольні питання

1. Як досягається вітростійкість контактних підвісок?

2. Як визначають довжину прольоту по номограмах?

3. Як взаємодіють трос, що несе, і контактний дріт ланцюгової підвіски при дії на неї вітрового навантаження?

4. Як можна підвищити вітростійкість контактних підвісок в експлуатаційних умовах?

5. Що таке автоколивання проводів контактної мережі?

6. Які є заходи для зменшення автоколивань провощи?

7. Які довжини прольотів повинні бути на вітрових ділянках?

4.7. Практичні заняття № 2 по темі:

Визначення допустимих довжин прольоту, розрахункових навантажень, вибір розрахункового режиму і типу підвіски

1. Визначення допустимої довжини прольоту по номограмах для однієї з підвісок.

2. Розрахунок максимальної довжини прольоту простій контактної підвіски для прямих і кривих ділянок шляху.

3. Розрахунок максимальної довжини прольоту вертикальної ланцюгової підвіски для прямих і кривих ділянок шляху.

4. Вибір контактної підвіски підвищеної вітростійкості.

5. Розрахунок частоти власних коливань ланцюгової контактної підвіски. 93

Дата добавления: 2015-07-11