איך כופחות תומכות למסגרת עמידותיות מול רטט?

האתגר של הרטט: למה אוחזי תعلיה חייבים להיות עמידים בפני עומסים איולניים ודינמיים

מנגנוני הרטט האיולאני וההשפעה שלהם על ממשקים בין מוליך לאביזרים

כשרוחות יציבות בגובה של כ-5 עד 25 קילומטרים לשעה נושבות מעל קווי החשמל, הן יוצרות תופעה הנקראת רטט איוליאני. תופעה זו מתרחשת משום שהרוח יוצרת דפוסי סיבוב סביב החוטים, מה שגורם להם לרטוט הלוך ושוב בתדרים הנעים בין כ-3 ל-150 הרץ. הרטט אינו גדול במיוחד, אך הוא מהיר מספיק כדי להפעיל מתח מחזורי על האזורים שבהם החוט נוגע במחברי המעצורים שלו, ובמיוחד בקצותיהם. לאורך זמן, זה מוביל למה שמהנדסים מכנים 'עייפות חיכוך'. אם לא ננקטים צעדים למניעת התופעה, החיכוך המתמשך גורם לבלאי המשטחים ומייצר סדקים זעירים שיכולים להתפתח לבעיות חמורות יותר. מחקרים מראים שאזורים עם רוחות חזקות עלולים לחוות כשלים בחוטי ההולכה בשל תופעה זו ב-40% יותר מאשר באזורים אחרים, על פי מחקר שפורסם בשנה שעברה על ידי קבוצת המחקר למסילות העברה. למרבה המזל, סוגי מחברי מעצור חדשים שתוכננו במיוחד כדי להתנגד לריטט פועלים נגד הבעיה הזו באמצעות שלוש תכונות עיצוביות עיקריות:

• שילוב אלסטומר , המרה של אנרגיה קינטית לחום באמצעות דämping היסטריזיס
• גאומטריה אופטימלית של הלסתות , הפצה של מתחים הרחק מקצוות חדים שנוטים להיתרבות לאבדנות
• תצורות תיילים עם פיתול מוקדם , הפרעה לרזוננס הרמוני ומונעת הגברה מקומית של מתחים

השלכות בפועל: אבדנות, החלקה מיקרוסקופית וכישלון מוקדם

בקרת רטט לא מספקת מובילה לשלושה מנגנוני כשל שמקושרים זה בזה ופוגעים ביציבות ובאריכות החיים של המערכת:

בערך אחד מתוך חמישה תקלות לא מתוכננות ברשתות העברה ישנות נובעות דווקא ממנגנונים ספציפיים אלו. כשנבחן את ההחלקה המיקרוסקופית במפורש, מדובר בתופעה פוגענית למדי. באזורים שבהם רעידות נפוצות, תנועה זעירה זו יכולה לקצר את משך חייו של המתחבר ב-15–20 שנה. וזו משמעותו של הוצאה גדולה על בדיקות שרק מעטים רוצים לבצע, וכן החלפת חלקים הרבה לפני הזמן הנדרש לכך. המתחברים החדשים לסוג 'תלוי' פועלים אחרת כדי להתמודד עם הבעיה הזו. הם אינם מנסים לעצור לחלוטין כל תנועה — דבר שאינו אפשרי בכל מקרה — אלא פועלים באסטרטגיה חכמה יותר: הם מבקרים את הדרך שבה האנרגיה עוברת דרך המערכת ומפיצים את נקודות המתח בין החוט עצמו לבין המתחבר.

אסטרטגיות להפחתת רעידה בלב בעיצוב כלוני תלייה מודרניים

שילוב אלסטומרים: דämping בהיסטרזה וכוונון קשיחות דינמית

חלקי גומי ממלאים תפקיד חשוב בהפחתת רטיטות כיום, אך הם כבר לא רק חומר סנדוק פשוט. רכיבים אלו הפכו לאלמנטים דינמיים מתוחכמים באמצעות תופעה הנקראת כיבוי היסטרזה. מה שקורה הוא שהם מקלטים את הרטיטות בתדר גבוה מהרוח וממקורות אחרים, ואז ממירים אותן לאנרגיית חום. זה עוצר הצטברות של תנודות מסוכנות בתדרי מוליך מסוימים שיכולים לגרום לבעיות. החדשות הטובות באמת עבור מהנדסים הן שחומרי הגומי המודרניים שומרים על עמידותם וגמישותם גם כאשר הטמפרטורות משתנות ממינוס 40 מעלות צלזיוס ועד למעלה מ-80 מעלות. המשמעות היא שהם יכולים להתאים היטב לדפוסי רטיטות שונים לאורך זמן. מבחנים בעולם האמיתי מראים שפתרונות הגומי מקטינים את אמפליטודות הרטיטות בכ-60% בהשוואה לכפתורים מתכתיים מסורתיים. וזה לא רק תיאוריה – זה באמת עוצר את היווצרות סדקים קטנים ומונע משדרים להיגמר מוקדם מדי, וכל זאת תוך שמירה על מתח המוליך והשחיקה בדיוק במקום שבו צריך להיות לצורך פעילות תקינה.

גאומטריה של חוט מקודם מתויך ומשטחים מותאמים ליצירת מגע לצורך הפצת מתח

גאומטריית החוט המפותל מראש מייצגת גישה חכמה להתמודדות עם מתחים במתנעים. ע"י פיתול החוטים לצורה ספירלית, מתפזר כוח האמבט באופן אחיד לאורך כל אורך החוט, במקום להתמקד בלחצים בנקודות מסוימות. זה עוזר למנוע את קפיצות המתח הפתאומיות שתרחישן מתרחשות בנקודות מגע שבהן נקעים שחוקים נוטים להתחיל לנבנות. תכונה נוספת חשובה נובעת מתהליך העיבוד באמצעות מכונות CNC שמשומש לגדרות המגע. לגדרות אלו יש קצוות מעוגלים שבעצם מגדילים את שטח המשטח האחיזה בכ-40 אחוז בהשוואה לעיצובים מסורתיים, וכל זאת תוך הפחתת שחיקה ונזקים עקב חיכוך. כאשר משילבים גדרות אלו עם ציפויים מיוחדים למניעת הזעה, רואים כ-70 בעיות החלקה מיקרוסкопית פחות, לפי נתונים של הקונסורציום לאמינות העברת מתחים בעלייה משנת 2022. מה שממש מרשים הוא עד כמה כל המערכת נשארת יציבה גם כשניצבת בפני אירועים חמורים של התנדנדות בתדירויות הגבוהות מ-15 הרץ. המערכת מציגה עמידות יוצאת דופן שמעל למה שמצפים תחת תנאי רוח סטנדרטיים של איוליאן.

ביצועים מאומתים: ראיות מתחום השטח ושיפור אורך החיים הפעולי באמצעות כלוני תלייה מתקדמים

אימות בשטח מציאותי מאשר שצמצום רעידה משולב מספק שיפורים מדידים בתשתיות – במיוחד במקרים שבהם גורמי 스טרס סביבתיים מחמירים על עייפות מכנית.

מקרה לדוגמה: ירידה של 72% בתקלות עייפות בקווים פתוחים חופיים של 230 קילו וולט

ניסוי שדה בן 34 חודשים על קווים פתוחים חופיים של 230 קילו וולט השווה בין כלוני תלייה מהדור הקודם לבין דגמים מתקדמים עם ממשקים בעלי דämping אластומרי וсплавים עמידים בפני חלודה. התוצאות הראו:

• 72% פחות תקלות עייפות במוליכים
• ירידה של 68% במקרי החלקה מיקרוסקופית
• מרווחי תחזוק הורחבו ב-22 חודשים

ההצלחה נבעה מהפצת מתח סינרגטית שמאפשרת הגאומטריה המeforeפת, וכן משיפור בבליעה של האנרגיה בממשק בין המוליך למחבר. תוצאות אלו עקביות עם ממצאים תעשייתיים רחבים יותר: חדשנות בחומרים ובעיצוב של ציוד התלייה יכולה להאריך את אורך החיים של קווי חוץ ב-15 שנה או יותר בסביבות קורוזיביות ובעלי רטיטות גבוהות.

שילוב עיצוב: איזון בין עמידות לרעידות, עמידות סביבתית וקיבולת עומס

עיצוב של תפסית התלה טובה דורש מציאת איזון בין שלושה גורמים מרכזיים: הפחתת רעדים, עמידות בסביבות קשות וטיפול נכון במשאיות המבניות. האתגר הוא להבטיח שהתפיסה תוכל לעמוד בפני רעידות מבלי להתפרק בתנאים קיצוניים. חישבו על מצבים שבהם מתהווה קרח על קווי חשמל או כשטעויות חשמליות מפתיעות יוצרות כוחות שמעל 15 קילוניוטון. כדי להתמודד עם בעיות אלו, מהנדסים נוהגים להיעזר בשכבות דämpינג מיוחדות מ каучוק בצירוף צורות מסובכות בעיצוב התפיסה. יש לבדוק היטב את הרכיבים הללו באמצעות סימולציות ממוחשבות, כדי לבדוק אם הם עלולים ליצור נקודות בעייתיות או אזורי חולשה כאשר הם נתונים לסופות רוח חזקות או לתנועות גלגול מטרידות שקריות לפעמים בקווי החשמל העיליים.

בחירת החומרים הנכונים חשובה באותה מידה כמו כל דבר אחר בתהליך זה. התרכובות צריכות לשמור על תכונות ההיסטרזיס שלהן גם לאחר שעברו שינויים קיצוניים בטמפרטורה, מ-40 מעלות צלזיוס שלילי עד 80 מעלות צלזיוס חיובי. הן גם חייבות לעמוד בפני נזק מאולטרה סגול (UV) ובעתידיות שגרמה למלחים, במיוחד באזורים שבהם מתבצע החיבור בין המוליכים, שם נוטה להתחיל עייפות הקורוזיה. כאשר אנו מבצעים בדיקות חיים מואצות על חומרים אלו, אנו מגלים כי מערכות מעוצבות טוב יותר למעשה עוצרות את התרחבות הסדקים הקטנים ביותר בנקודות המגע, מה שמאפשר להאריך את פרקי הזמנים לביצוע תחזוקה בקרוב למחצית. לפתרונות אמינות באמת, יצרנים בדרך כלל כרוכים אותם במתקני רעידה סביבתיים מיוחדים שמייצרים את התופעות המתרחשות לאורך חוף הים במשך שנים רבות, אך במערכת זו הן מוכנסות לתוך מספר שבועות בלבד. מבחנים מקיפים אלו מראים בבירור שכאשר חברות ממקדות את מאמציהן בהפחתת הרעידה תוך שמירה על עמידות ועוצמה תחת עומס, הן מצליחות לחסוך בערך 34 אחוז בהוצאות על החלפות לאורך זמן, בהתאם למחקר שפורסם על ידי מחלקת המחקר והפיתוח למערכות העברה (Transmission R&D) כבר בשנת 2023.

שאלות נפוצות

מהי רטט איוליאני?

רטט איוליאני מתרחש כאשר רוחות קבועות יוצרות דפוסי סיבוב סביב קווי חשמל, מה שגורם להם לרטוט בתדרים מסוימים, דבר שיכול להוביל למתח בקשרי המכסים.

איך עוזרים כפפות תלייה מודרניות להפחית בעיות הקשורות לרטט?

כפפות תלייה מודרניות משתמשות באינטגרציה של אלסטומר, בגאומטריית פה אופטימלית ובתבניות חוט מקושל מראש כדי לשבש תהודה הרמונית ולמזער מתח מקומי.

אילו תפקיד ממלאת האינטגרציה של אלסטומר בהפחתת הרטט?

האינטגרציה של אלסטומר עוזרת להמיר את אנרגיית הרטט לחום, ומכאן מפחיתה את המשקפים ומונעת היווצרות סדקים עקב עייפות.

מה יעילותן של כפפות התלייה המתקדמות בהשוואה לאלה הקלאסיות?

ניסויים בשטח מראים שכפפות התלייה המתקדמות יכולות להפחית את כשלים עקב עייפות ב-72% ואת מקרי ההחלקה המיקרוסקופית ב-68%, ובכך מאריכות משמעותית את פרקי הזמן בין תחזוקות.