Vibration et danse des fils sur les lignes électriques aériennes

Sur l'étude de l'emploi lignes aériennes Dans les conditions naturelles, outre les changements habituels provoqués dans le fonctionnement des conducteurs par l'action de la glace, du vent et de la température, les phénomènes de vibrations et de danses des conducteurs présentent un intérêt.

La vibration des fils dans le plan vertical est observée à faible vitesse du vent et consiste en l'apparition dans les fils d'ondes longitudinales (stationnaires) et principalement errantes d'une amplitude allant jusqu'à 50 mm et d'une fréquence de 5 à 50 Hz. Le résultat des vibrations sont les ruptures des conducteurs des fils, l'auto-desserrage des boulons des supports, la destruction des parties des ferrures des chaînes isolantes, etc.

Pour lutter contre les vibrations, les fils sont renforcés par lovage dans les points d'attache, colliers auto-vibrants et silencieux (amortisseurs).

Dans les lignes aériennes, il existe, bien que moins souvent, un autre phénomène moins étudié - la danse des conducteurs, c'est-à-dire l'oscillation des conducteurs avec une grande amplitude, qui conduit à la collision des conducteurs de différentes phases, et donc , la ligne de chute ne fonctionne pas.

Vibration du fil

Lorsque le flux d'air autour des conducteurs est dirigé à travers l'axe de la ligne ou à un angle avec cet axe, des tourbillons apparaissent du côté sous le vent du conducteur. Le vent est périodiquement séparé du fil et des tourbillons se forment dans la direction opposée.

La séparation du vortex au fond provoque l'apparition d'un écoulement circulaire du côté sous le vent, et la vitesse d'écoulement v au point A devient plus grande qu'au point B. En conséquence, une composante verticale de la pression du vent apparaît.

Lorsque la fréquence de formation des tourbillons coïncide avec l'une des fréquences propres du fil tendu, ce dernier se met à vibrer dans le plan vertical. Dans ce cas, certains points s'écartent principalement de la position d'équilibre, formant le ventre de l'onde, tandis que d'autres restent en place, formant les soi-disant nœuds. Seuls des déplacements angulaires du conducteur se produisent aux nœuds.

On parle alors de vibrations d'un fil dont l'amplitude ne dépasse pas 0,005 demi-longueur d'onde ou deux diamètres de vibration du fil.

Figure 1. Formation de vortex derrière le fil

Les vibrations du fil se produisent à une vitesse de vent de 0,6-0,8 m/s ; à mesure que la vitesse du vent augmente, la fréquence de vibration et le nombre de vagues dans la plage augmentent ; lorsque la vitesse du vent dépasse 5-8 m/s, les amplitudes de vibration sont si faibles qu'elles ne sont pas dangereuses pour le conducteur.

L'expérience d'exploitation montre que les vibrations des câbles sont le plus souvent observées sur les lignes traversant des terrains dégagés et plats. Sur des tronçons de lignes en forêt et en terrain accidenté, la durée et l'intensité des vibrations sont bien moindres.

Les vibrations du fil sont observées, en règle générale, à des distances supérieures à 120 m et augmentent avec l'augmentation des distances.Les vibrations sont particulièrement dangereuses lors de la traversée de rivières et de plans d'eau à des distances supérieures à 500 m.

Le risque de vibration réside dans la rupture des fils individuels dans les zones où ils sortent des pinces. Ces discontinuités sont dues au fait que les contraintes alternées de flexion périodique des fils sous l'effet des vibrations se superposent aux contraintes principales de traction dans le fil suspendu. Si ces dernières contraintes sont faibles, alors les contraintes totales n'atteignent pas la limite à laquelle les conducteurs se rompent en raison de la fatigue.

Riz. 2. Ondes vibratoires le long du fil en vol

Sur la base d'observations et de recherches, il a été constaté que le risque de rupture de fil dépend de ce que l'on appelle Tension moyenne de fonctionnement (tension à température moyenne annuelle et absence de charges supplémentaires).

Enregistreur de vibrations ALCOA "SCOLAR III" monté sur support spiralé

Méthodes de contrôle de la vibration des fils

Selon PUE fils simples en aluminium et acier-aluminium d'une section maximale de 95 mm2 à des distances supérieures à 80 m, section transversale de 120 à 240 mm2 à des distances supérieures à 100 m, section transversale de 300 mm2 ou plus à des distances supérieures supérieures à 120 m, les fils et câbles en acier de toutes sections à des distances supérieures à 120 m doivent être protégés des vibrations si la tension à la température moyenne annuelle dépasse : 3,5 daN/mm2 (kgf/mm2) dans les conducteurs en aluminium, 4,0 daN/mm2 dans les conducteurs acier-aluminium, 18,0 daN/mm2 dans les fils et câbles en acier.

À des distances inférieures à celles indiquées ci-dessus, aucune protection contre les vibrations n'est requise.La protection contre les vibrations n'est pas non plus exigée sur les lignes biphasées bi-conducteurs si la contrainte à la température annuelle moyenne ne dépasse pas 4,0 daN/mm2 dans l'aluminium et 4,5 daN/mm2 dans les conducteurs acier-aluminium.

La séparation de phases à trois et quatre fils ne nécessite généralement pas de protection contre les vibrations. Les sections de toutes les lignes qui sont protégées des vents de travers ne sont pas soumises à la protection contre les vibrations. Aux grandes traversées de rivières et de plans d'eau, une protection est nécessaire quelle que soit la tension dans les fils.

En règle générale, il n'est pas économiquement rentable de réduire les tensions dans les conducteurs de ligne à des valeurs où aucune protection contre les vibrations n'est requise. Par conséquent, sur les lignes avec une tension de 35 à 330 kV, des amortisseurs de vibrations réalisés sous la forme de deux poids suspendus à un câble en acier.

Les amortisseurs de vibrations absorbent l'énergie des cordes vibrantes et réduisent l'amplitude des vibrations autour des pinces. Des amortisseurs de vibrations doivent être installés à certaines distances des bornes, déterminées en fonction de la marque et de la tension du fil.

Sur un certain nombre de lignes de protection contre les vibrations, des barres d'armature fabriquées dans le même matériau que le câble sont utilisées et enroulées autour du câble à l'endroit où il est fixé dans le support sur une longueur de 1,5 à 3,0 m.

Le diamètre des barres diminue de part et d'autre du centre du support. Les barres de renforcement augmentent la rigidité du fil et réduisent la probabilité de dommages causés par les vibrations. Cependant, les amortisseurs de vibrations sont le moyen le plus efficace de gérer les vibrations.

Riz. 3. Amortisseur de vibrations sur le câble

Pour la protection contre les vibrations de fils simples en acier-aluminium d'une section de 25 à 70 mm2 et d'aluminium d'une section allant jusqu'à 95 mm2, amortisseurs de type boucle (boucles d'amortisseur) suspendus sous le fil (sous le support) sous la forme d'une boucle d'une longueur de 1,0 sont recommandés -1,35 m de fil de même section.

Dans la pratique étrangère, des amortisseurs de boucle d'une ou plusieurs boucles consécutives sont également utilisés pour protéger les fils de grande section, y compris les fils aux grandes transitions.

Danse sur les fils

La danse des fils, comme les vibrations, est excitée par le vent, mais diffère des vibrations de grande amplitude, atteignant 12-14 m et de grande longueur d'onde. Sur les lignes à fils simples, on observe le plus souvent une danse à une onde, c'est-à-dire avec deux demi-ondes dans la plage (Fig. 4), sur les lignes à fils divisés - avec une demi-onde dans une portée.

Dans un plan perpendiculaire à l'axe de la ligne, le fil se déplace lorsqu'il danse le long d'une ellipse allongée dont l'axe principal est vertical ou dévié d'un léger angle (jusqu'à 10 - 20 °) par rapport à la verticale.

Les diamètres de l'ellipse dépendent de la flèche affaissée : en dansant avec une demi-onde dans la gamme, le grand diamètre de l'ellipse peut atteindre 60 - 90 % de la flèche affaissée, en dansant avec deux demi-ondes - 30 - 45 % de la flèche affaissée. Le petit diamètre de l'ellipse est généralement de 10 à 50 % de la longueur du grand diamètre.

En règle générale, la danse du fil est observée dans des conditions glaciales. La glace se dépose sur les fils principalement du côté sous le vent, ce qui donne au fil une forme irrégulière.

Lorsque le vent agit sur un fil avec de la glace unilatérale, la vitesse du flux d'air au sommet augmente et la pression diminue.Il en résulte une force de levage Vy faisant danser le fil.

Le danger de la danse réside dans le fait que les vibrations des fils des phases individuelles, ainsi que des fils et des câbles, se produisent de manière asynchrone ; il y a souvent des cas où les fils vont dans des directions opposées et se rapprochent ou même se heurtent.

Dans ce cas, des décharges électriques se produisent, provoquant la fonte de fils individuels et parfois la rupture de fils. Il y a également eu des cas où les conducteurs des lignes 500 kV sont montés au niveau des câbles et sont entrés en collision avec eux.

Riz. 4 : a — vagues dansantes sur un fil en vol, b — un fil recouvert de glace dans un courant d'air entre eux.

Des résultats satisfaisants de l'exploitation de lignes expérimentales avec des amortisseurs de danse ne suffisent toujours pas à réduire la distance entre les fils.

Sur certaines lignes étrangères avec des distances insuffisantes entre les conducteurs de différentes phases, des éléments de distance isolants sont installés, ce qui exclut la possibilité que les conducteurs se coincent pendant la danse.