Автоколебания проводов контактной сети

Незатухающие вынужденные колебания требуют, как известно, для своего поддержания внешней периодической силы. Однако колебания В системе могут быть незатухающими и без воздействия внешней перио­дической силы. Такие колебания называют самоподдерживающимися (самовозбуждающимися) колебаниями, или автоколебаниями.

В то время как частота вынужденных колебаний совпадает с частотой внешней силы,а амплитуда колебаний зависит от амплитуды этой силы, частота и амплитуда автоколебаний определяются свойствами системы. Автоколебания отличаются и от свободных колебаний тем, что, во-првых они не затухают с течением времени, и, во-вторых, их амплитуда не зависит от начального кратковременного воздействия которое возбуждает колебания.

Автоколебание (пляска) проводов контактной сети происходит при скоростях ветра 5-20 м/с чаще всего при 5—10 м/с. При сильном ветре (более 20 м/с) автаколебания проводов цепных подвесок не наблюдались. В большинстве случаев автоколебаниям подвергаются провода имеющие односторонние отложения гололеда или изморози. Час­тота колебаний проводов при этом 0,6—1 Гц, а число полуволн (штри­ховые линии) в пролете, как правило, 1—2 {рис. 100, а, 6, в). Возникая при определенной скорости ветра и, какой-либо форме отложений го­лоледа на проводах, «пляска» может существовать на неизменной час­тоте при значительных колебаниях скорости ветра и изменении как формы, так и объема атмосферных отложений.

Размах колебаний проводов цепной подвески при «пляске» может достигать 1 м и более. Между амплитудой вибрации проводов и скоро­стью ветра нет четкой связи из-за происходящих срывов колебаний, тогда как при «пляске» отмечается увеличение амплитуды колебаний при возрастании скорости ветра.

Автоколебания цепных контактных подвесок (одиночных проводов) происходят с частотами, близкими к частотам собственных колебаний системы. Частота собственных колебаний цепной контактной подвески

-152-

Проф. И. И. Власов показал, что автоколебаний проводов вызыва­ются аэродинамическими силами, возникающими при обтекании воз­душным потоком проводов, получивших в результате гололедных отло­жений или износа неправильную (отличную от круглой) площадь сече­ния. Если профиль сечения провода близок к круглому; то по знаку подъемная сила и угол атаки ветра совпадают (рис. 101). В этой случае кривая подъемной силы в зависимости от утла атаки α приближается к наклонной прямой, проходящей через начало координат, причем по­ложительным значениям угла α отвечают положительные значения подъемной силы Y, а отрицательным — соответственно отрицательные значения Y (рис. 102).

Иная картина получается у проводов с сечением некруглой формы, например при одностороннем отложении гололеда на проводе. Рас­смотрим обтекание такого провода воздушным потоком направленным со стороны гололеда (рис. 103). В нижней части сечения привода воздушный поток тесно прилегает к поверхности провода. Линии тока здесь сгущены и скорость потока увеличена, что приводит к понижению давления в этой зоне. К верхней части сечения провода Прилегает зона, в которой давление примерно равно атмосферному. В результате такого распределения давления по поверхности провода равнодействующая этих давлений получает вертикальную составляющую, направленную сверху вниз.

Рассмотрим зависимость подъемной силы от угла атаки α (рис. 104): в некотором диапазоне утлой атаки положительным значениям α со­ответствуют отрицательные подъемные силы Y, и наоборот. В этом случае при движении провода вниз при некоторых положительных уг­лах атаки α₂ > α >0 подъемная сила также получает отрицательное

-153-

значение (направление вниз), а при движении провода вверх при отрицательных углах α₂ < α <0 подъемная сила имеет положительные значения(направлена вверх), в результате при колебании провода возникает аэродинамическая сила, направленная по движению прово­да и усиливающая его.

Таким образом для развития и поддержания колебаний провода необходимо, чтобы аэродинамические подъемные силы, возникающие в процес се колебаний, в течении всего периода или на отдельных частях его действовали в направлении перемещения провода. В зависи-мости от формы атмосферных отложений могут быть самые разнооб­разные: аэродинамические характеристики. Однако условием возникно­вения автоколебаний является наличие в этих характеристиках участ­ков с отрицательным наклоном вблизи оси ординат (см. рис. 104).

После возникновения автоколебаний происходит их дальнейшее развитие до тех пор пока не наступит энергетическое равновесие сис­темы, т. е. когда приток анергии извне сделается равным энергии, по­глощаемой силами сопротивления колеблющегося провода, которая поддерживается до тех пор, пока не изменятся внешние условия, опре­деляющие возможность возникновения автоколебаний. Амплитуда ус­тойчивых колебаний зависит от частоты собственных колебаний цепной подвески (одиночного Провода), аэродинамической характеристики проводов с атмосферными отложениями и скорости ветра.

При рассмотрении явления автоколебаний условно было принято, что провод колеблется строго в вертикальной плоскости, перпендику­лярной направлению воздушного потока. В действительности, как по­казывают наблюдения, такое допущение не всегда справедливо, так хек часто наряду с вертикальными наблюдаются также горизонталь­ные колебания и периодические закручивания проводов относительно продольной их оси. Изучение таких явлений показало, что в этих слу­чаях возникновение как горизонтальных колебаний тик и кручение провода может быть объяснено появляющимися в процессе колебаний аэродинамическими силами.

-154-

Горизонтальные колебания проводов, вызываемые изменениями скоростного напора (порывистостью ветра), могут явиться причиной развития автоколебаний. Действительно, поскольку горизонтальные смещения провода при порывах ветра сопровождаются в средних ча­стях пролета некоторым подъемом и затем опусканием провода, то этим и могут создаваться начальные изменения углов атаки достаточ­ные для того, чтобы начались вертикальные колебания.

Длительные устойчивые автоколебания проводов наблюдаются в местах, где нет каких-либо значительных препятствий движению воз­душных масс. Поэтому наиболее эффективным мероприятием в этих случаях является создание лесных защитных полос вдоль электрифи­цированных линий, проходящих по открытой, незащищенной местно­сти. Лесные полосы одновременно уменьшают, гололедо-измор,6зевы«отложения на проводах.

Образование на проводе даже небольшого (2—3 мм) односторонне­го гололеда придает проводу азродинамически неустойчивую форму сечения, что и приводит к автоколебаниям.В связи с этим на эликтрифицированных участках, расположенных в гололедных районах заранее подготавливают схемы и конкретные конструктивные указания по профилактическому подогреву проводов и плавке гололеда.

Когда автоколебания цепных.подосок с.двумя: контактными прово­дами происходят и без гололеда аэродинамически неустойчевое сечение контактных проводов изменяют перемонтажем контактной подвески в ромбовидную. При этом контактные провода распологают друга на расстоянии 12—15 см, тогда практически исчезает их взаимное экранирующее влияние. На кривых участках малых радиусов избежать автоколебаний можно устройством косой подвески. При этом чем больше будет наклонена подвеска к горизонтальной плоскости, тем она будет устойчивее против автоколебаний.

Эффективным может оказаться также аэродинамический способ уменьшения автоколебаний одиночных проводов и контактных подве­сок, заключающийся в том, что на проводах устанавливают аэродина­мические стабилизаторы, изменяющие характер обтекания провода воздушным потоком и придающие ему аэродинамически устойчивое се­чение при средних отложениях гололеда.

Развитие и усиление колебаний пролетов соседних с колеблющимся происходит из-за перемещения подвесных гирлянд изоляторов вдоль пути и периодической передачи усилий через рессорные провода. При этом чем ближе собственные частоты колебаний соседних пролетов, тем интенсивнее будет проходить процесс распространения колебаний вдоль анкерного участка, охватывая один пролет за другим. Поэтому с целью локализации колебаний желательно иметь соседние пролеш контактной сети, разной, длины. Однако опыт эксплуатации электри­фицированных участков, на которых осуществлено чередование.про­летов различной длины, показал, что это мероприятие снижает амплитуду автоколебаний, но является, эффективным только при значитель­ном (на 20—25 %) отличии длин соседних пролетов.

-155-

Не является эффективным мероприятие, заключающееся в увели­чении веся цепной подвески при закреплении на несущем тросе каких-либо тяжелых грузов. Грузы только увеличивают инерционные силы и никак не влияют на процесс автоколебаний. В таких условиях за­трудняется затухание колебаний вследствие накопления колеблющей­ся системой большой энергии.

Разработаны проволочные аэродинамические гасители автоколебаий проводов, имеющие простую и надежную конструкцию.

Гаситель представляет собой проволочную скрутку, которая сматывается на несущий трос контактной подвески. Проволоки предварительно деформируются, изгибаются для образования ост­рых углов и при скручивании создают пространственную структу­ру с острими кромками.

Гасители устанавливают на несущий трос подвески по всей длин пролета, не доходя до опор на 6 м. При установке гасителя на несущий трос последний приобретает случайную форму, а ост-рые углы проволок создают точки отрыва воздушного потока. Голо­ледные отложения на тросе также будут иметь случайную форму с острыми углами.

Проволочите гасители изготавливают на дистанциях электро­снабжения/і) качестве' материала для гасителей используют про­волоки, из которых свит несущий трос диаметр проволоки I—2мм.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Дата добавления: 2015-09-03