Какви са подпорните халки в състояние да издържат вибрациите?

Предизвикателството от вибрациите: защо окачвателните скоби трябва да са устойчиви на еолови и динамични натоварвания

Механизми на еолови вибрации и тяхното въздействие върху интерфейсите проводник-фитинг

Когато устойчиви ветрове със скорост между около 5 и 25 километра в час духат над електропроводни линии, те предизвикват нещо, наречено аелианова вибрация. Това се случва, защото вятърът формира вихрови структури около проводниците, които ги кара да се люлеят напред-назад с честоти в диапазона от приблизително 3 до 150 херца. Люлеенето не е много силно, но е достатъчно бързо, за да предизвика повтарящо се натоварване в точките, където проводникът се свързва със зажимите, особено забележимо на двете страни на тези връзки. С течение на времето това води до така наречената от инженерите фретингова умора. Ако не се предприемат мерки, постоянното триене износва повърхностите и започва образуването на микроскопични пукнатини, които могат да се разширят и да предизвикат по-сериозни проблеми. Проучвания показват, че в райони със силни ветрове този вид повреди може да доведе до повреди на жилите на проводниците дори с 40 % по-често, според проучване, публикувано миналата година от Групата за изследване на електропреносните мрежи. За щастие, по-новите типове окачващи зажими, проектирани специално за устойчивост срещу вибрации, противодействат на този проблем чрез три основни конструктивни особености:

• Интеграция на еластомер , преобразуване на кинетичната енергия в топлина чрез дисипативно загубване поради хистерезис
• Оптимизирана геометрия на челюстта , разпределяне на напрежението далеч от остри ръбове, склонни към иницииране на умора
• Предварително усукани жични конфигурации , нарушаване на хармоничния резонанс и предотвратяване на локално усилване на напрежението

Реални последици: умора, микроплъзгане и преждевременно повреждане

Недостатъчният контрол върху вибрациите води до три взаимосвързани режима на отказ, които компрометират надеждността и продължителността на експлоатация на системата:

Приблизително един от всеки пет непланирани прекъсвания в по-стари предавателни системи всъщност се дължи на точно тези конкретни механизми. Когато разгледаме специално микроплъзгането, то е доста разрушително. В райони, където вибрациите са чести, това миниатюрно движение може да съкрати живота на скобите с 15 до 20 години. А това означава големи разходи за инспекции, които никой всъщност не желае, плюс замяна на части много преди истинския им срок. Новите увиснали скоби решават този проблем по различен начин. Те не се опитват напълно да спрат всякакво движение, което иначе би било невъзможно. Вместо това действат по-умно, като контролират начина, по който енергията се предава през системата, и разпределят точките на напрежение между проводника и самата фитингова част.

Основни стратегии за намаляване на вибрациите в съвременната конструкция на окачвателни скоби

Интегриране на еластомер: хистерезисно гасене и настройка на динамичната стивност

Гумените части днес играят жизненоважна роля за намаляване на вибрациите, но вече не са просто проста подложка. Тези компоненти са станали сложни динамични елементи чрез т.нар. хистерезисно гасене. Това означава, че те абсорбират високочестотни вибрации от вятъра и други източници и след това ги превръщат в топлинна енергия. По този начин се предотвратява опасното натрупване на резонанс при определени честоти на проводниците, което би могло да причини проблеми. Наистина добри новини за инженерите са, че съвременните гумени материали запазват якостта и еластичността си дори при температурни колебания от минус 40 градуса Целзий до плюс 80 градуса Целзий. Това означава, че те могат успешно да се адаптират към различни модели на вибрации с течение на времето. Практически тестове показват, че тези гумени решения намаляват амплитудата на вибрациите с около 60% в сравнение с традиционните метални скоби. И това не е само теория – всъщност се спира образуването на микроскопични пукнатини и се предотвратява преждевременно износване на отделните нишки, като едновременно с това се поддържа напрежението и провисването на проводника точно там, където трябва да бъдат за правилното функциониране.

Предварително усукана геометрия на жицата и оптимизирани повърхности за контакт за разпределение на напрежението

Геометрията на предварително усуканите проводници представлява интелигентен подход за управление на напрежението в проводниците. Чрез усукване на жиците в спираловидна форма разпределяне на зажимната сила става равномерно по цялата им дължина, вместо да се концентрира в определени точки. Това помага да се избегнат внезапните върхове на напрежение, които обикновено възникват в контактните точки, където най-напред започват да се образуват уморни пукнатини. Друга ключова особеност произтича от процеса на CNC-машинна обработка, използван за изработване на контактните канали. Тези канали имат закръглени ръбове, които всъщност увеличават повърхността за стискане приблизително с 40 % в сравнение с традиционните конструкции, като едновременно намаляват износването поради триене. Когато тези канали се комбинират със специални антифрикционни покрития, според данни от Консорциума за надеждност на високоволтовите предавателни линии от 2022 г., броят на микроплъзганетата намалява с около 70. Наистина впечатляващо обаче е това, колко добре цялата система се задържа дори при тежки галопиращи събития с честоти над 15 Hz. Системата демонстрира забележителна издръжливост, която значително надхвърля онова, което обикновено се очаква при стандартни аелиански ветрови условия.

Потвърдена производителност: Полеви доказателства и подобрено време на служба с напреднали скоби за окачване

Практическата валидация потвърждава, че интегрираното намаляване на вибрациите осигурява измерими подобрения в инфраструктурата, особено където околните фактори усилват механичната умора.

Клинично проучване: 72% намаление на повредите от умора при 230 kV морски ВЛ

Полево изпитване в продължение на 34 месеца на морски 230 kV линии сравни традиционни скоби за окачване с напреднали модели с еластомерни интерфейси за гасене на трептения и сплави, устойчиви на корозия. Резултатите показаха:

• 72% по-малко повреди на проводниците от умора
• 68% намаление на инцидентите с микронапръскване
• Интервалите за поддръжка удължени с 22 месеца

Успехът произлиза от синергетично преразпределение на напрежението, осигурено от предварително усукана геометрия, и подобрено разсейване на енергията на границата между проводника и скобата. Тези резултати съответстват на по-широки индустриални открития: иновации в материали и дизайн на елементи за окачване могат да удължат експлоатационния живот на надземните линии с повече от 15 години в корозивни среди с висока вибрация.

Интеграция на дизайна: Балансиране на устойчивостта към вибрации с околната устойчивост и товароносимост

Проектирането на добра скоба за окачване изисква намиране на баланс между три ключови фактора: намаляване на вибрациите, устойчивост към сурови среди и правилно поемане на структурни натоварвания. Проблемът е да се осигури скобата да може да противодейства на вибрациите, без да се повреди при екстремни условия. Помислете за ситуации, при които лед се натрупва по електропреносни линии или изведнъж възникнали електрически повреди генерират сили над 15 килонютона. За справяне с тези проблеми инженерите често използват специални пластове от гумен демпфер в комбинация с усукани форми в конструкцията на скобата. Тези компоненти трябва да бъдат подложени на задълбочено тестване чрез компютърни симулации, за да се провери дали не биха създали проблемни точки или слаби зони при въздействие на силни ветрове или онези досадни галопиращи движения, които понякога възникват във висящите линии.

Изборът на подходящите материали е толкова важен, колкото и всичко останало в този процес. Компаундите трябва да запазват своите хистерезисни свойства дори след излагане на екстремни температурни промени — от минус 40 °C до плюс 80 °C. Освен това те трябва да устояват срещу увреждания от ултравиолетови лъчи и охрупване, предизвикано от сол, особено в областта около контактните зони на зажимите за проводници, където корозионната умора обикновено започва първа. При ускорените изпитания за срок на служба на тези материали се установява, че по-добре проектираните системи действително спират разпространението на микроскопичните пукнатини в контактните точки, което води до удължаване на интервалите за поддръжка с около половината. За постигане на истински надеждни решения производителите обикновено подлагат продуктите на специални камери за вибрационно изпитване в екстремни среди, които имитират условията по крайбрежните райони през много години, но компресирани в рамките на само няколко седмици. Тези комплексни изпитания ясно показват, че когато компаниите насочват вниманието си към намаляване на вибрациите, като при това запазват както издръжливостта, така и якостта под товар, те спестяват приблизително 34 % от разходите за замяна с течение на времето — според проучване, публикувано от Transmission R&D през 2023 г.

ЧЗВ

Какво е аеолно вибриране?

Аеолното вибриране възниква, когато постоянният вятър създава водовъртежи около електропроводите, което ги кара да трептят на определени честоти и може да доведе до напрежение във връзките на скобите.

Как съвременните подвесни скоби помагат за намаляване на проблемите, свързани с вибрации?

Съвременните подвесни скоби използват интеграция на еластомер, оптимизирана геометрия на челюстите и предварително усукани проводни конфигурации, за да нарушават хармоничния резонанс и да минимизират локалното напрежение.

Каква е ролята на интеграцията на еластомер при смекчаване на вибрациите?

Интеграцията на еластомер помага да се преобразува енергията от вибрациите в топлина, намалявайки амплитудите и предотвратявайки образуването на уморни пукнатини.

Колко ефективни са напредналите подвесни скоби в сравнение с традиционните?

Полеви изпитвания показват, че напредналите подвесни скоби могат да намалят уморните повреди с 72% и инцидентите с микронапръскване с 68%, значително удължавайки интервалите за поддръжка.