Qu'est-ce que la vibration et la danse des fils, de quoi dépendent ces phénomènes
Définition
Les vibrations des fils sont appelées oscillations périodiques d'un fil ou d'un câble dans l'intervalle entre les supports des lignes électriques. Les oscillations se produisent avec une fréquence de 3 à 150 Hz dans un plan vertical sous l'influence du flux d'air laminaire. En conséquence, des ondes stationnaires se forment, dont la double amplitude peut être supérieure au diamètre du fil ou du câble, mais en même temps ne dépasse pas 0,005 longueur d'onde.
Les oscillations périodiques stables sont appelées danse, avec une amplitude plus grande que dans le cas précédent et une fréquence plus basse - de 0,2 à 2 Hz. Ainsi, des ondes stationnaires se forment avec une amplitude de 0,3 à 5 mètres, et dans certains cas plus.
Le phénomène est observé sur les lignes électriques, les fils du réseau de contact et les câbles de protection contre la foudre. Le concept d '«auto-oscillation» est également appliqué au réseau de contact, bien qu'il soit fondamentalement le même. Un autre nom est la vibration éolienne.
La principale différence entre la vibration et la danse est donc la fréquence. La vibration est à peine perceptible à l'œil en raison de la haute fréquence, de l'amplitude plus faible et du nombre de demi-ondes, et la danse est une vibration forte avec une longueur d'onde et une amplitude plus longues.
Les causes
La vibration des fils et des câbles des lignes électriques aériennes se produit avec un flux d'air laminaire (avec une vitesse du vent de 0,5 à 7 m / s, à une vitesse plus élevée le flux devient turbulent), dont la direction est perpendiculaire ou à un angle par rapport à eux.
Ensuite, des flux d'air circulent autour de la surface cylindrique du fil et un flux circulaire se produit, tandis que dans sa partie supérieure (point A sur la figure ci-dessous) la vitesse de ce flux est plus élevée que dans la partie inférieure (point B). Cela se produit en raison de perturbations des tourbillons d'air des côtés supérieur et inférieur, entraînant un déséquilibre de pression.
Par conséquent, non seulement la composante horizontale, mais aussi verticale de la pression des flux d'air (vent) se pose. Si la fréquence de formation de vortex coïncide avec la fréquence de (l'une des) vibrations naturelles du fil, alors ses vibrations dans le plan vertical commenceront.
Les vibrations appropriées sont appelées dans le système en l'absence d'influences externes variables en raison de la déviation initiale. Comme cela arrive avec une corde de guitare.
À certains points, des antinœuds d'ondes se poseront, en eux l'amplitude sera maximale. Les points qui resteront immobiles sont appelés nœuds. En eux, les mouvements angulaires du fil se produiront, dans un langage simple - il se pliera et tournera. Les ondes stationnaires se produisent lorsque la longueur d'onde est égale à ou un multiple de la distance entre les supports (longueur d'envergure).
La fréquence de vibration est directement proportionnelle à la vitesse du vent et peut être calculée par la formule:
f = (0,185 V) / j,
où f est la fréquence d'oscillation, V est la vitesse du vent, d est le diamètre, 0,185 est la caractéristique du nombre de Strouhal dans ce cas.
La formule montre également que plus le fil est fin, plus il vibre. Dans ce cas, des vitesses de vent de 0,6-0,8 m / s sont particulièrement dangereuses, car à une vitesse de vent supérieure à 5-8 m / s, les amplitudes sont petites et non dangereuses. En règle générale, le phénomène se produit dans les vols de plus de 120 mètres, avec une distance croissante, il ne fait qu'intensifier. Cela est particulièrement important lorsque la longueur de la traversée de l'OHL dépasse 500 m, par exemple à travers les rivières et les réservoirs.
La différence entre la danse et les vibrations est en premier lieu l'amplitude - elle est plus grande et peut atteindre 12-14 mètres, ainsi qu'une longueur d'onde plus longue. La nature et la trajectoire de la danse suivent la forme d'une ellipse allongée, l'axe étant dévié de 10 à 20 degrés par rapport à la ligne verticale.
Avec la glace (givrage et givrage de la ligne), le diamètre du fil augmente en fonction de la formule ci-dessus - la fréquence de vibration diminue et la longueur d'onde des vibrations augmente.
La glace n'apparaît pas uniformément, mais du côté sous le vent. En conséquence, les fils et les câbles ne deviennent pas cylindriques, mais de forme irrégulière. Avec cette forme, pendant le vent, il y a une force de levage, dans la figure ci-dessous Vy.
Elle fait danser. À gauche, les vagues dansantes dans l'intervalle entre les supports et à droite, le câble glacé et le flux d'air qui l'enveloppe.
La danse se produit à une vitesse du vent plus élevée que la vibration, à savoir 5-20 m / s, à un angle par rapport à la ligne de 30 à 70 degrés. Les oscillations se produisent avec une fréquence plus basse et une amplitude plus grande.
Vous pouvez voir les différences externes entre les phénomènes de ces deux phénomènes en comparant les deux vidéos suivantes:
Danger
Voyons ce qu'est la danse et les vibrations dangereuses sur la ligne à haute tension. La danse est dangereuse dans la mesure où les fils n'oscillent pas de manière synchrone, et l'amplitude peut atteindre une amplitude telle qu'un chevauchement peut se produire avec un câble de protection contre la foudre, ou entre eux. De ce fait, des décharges électriques se produisent, avec toutes les conséquences qui en découlent. Pour éviter le fouettage, dans certains cas, des entretoises isolantes sont installées entre les parties conductrices des lignes.
La vibration, à son tour, a un effet destructeur sur les conducteurs, et des ruptures de ligne sont également possibles au niveau des joints et des pinces ou des sorties des pinces.
Méthodes de lutte
Étant donné que le danger de vibration et de danse réside dans la défaillance des lignes aériennes, les ruptures et les courts-circuits, nous considérerons la principale méthode de protection contre elle.
L'installation d'amortisseurs de vibrations est la principale méthode d'élimination des phénomènes considérés. Ils viennent dans différents types. Une caractéristique commune est qu'ils sont fabriqués sous la forme d'une tige avec des platines aux extrémités, qui est suspendue par la partie centrale sur des câbles et des fils. Le type d'amortisseur de vibrations est choisi en fonction de la portée et du diamètre du conducteur, conformément au tableau 2.5.9. PUE, p. 2.5.85 (Chapitre 2.5 PUE).
Pour déterminer les conditions climatiques et calculer la charge des contraintes mécaniques lors des vibrations, ils utilisent également les informations énoncées dans les clauses PUE 2.5.38-2.5.74, qui montrent la pression du vent, l'épaisseur de la paroi de glace, la durée annuelle moyenne des orages et d'autres données. Si vous voulez en savoir plus, vous pouvez vous familiariser avec le RD 34.20.182-90 «Lignes directrices méthodologiques pour la protection typique contre les vibrations et les vibrations des fils et des câbles de protection contre la foudre des lignes aériennes de transport d'énergie avec une tension de 35 à 750 kV».
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