Защита проводов воздушных линий электропередачи от ветровых воздействий

1.

Protection of overhead power lines wires from wind impacts using a wind
vibration dampener universal vibration isolators or a damping cable loop
according to invention No. 154506 "anti-explosion Panel" No. 165076
"earthquake-resistant support", No. 2010136746 " Method for protecting
buildings and structures in an explosion using shear-resistant easily
resettable connections using a damping system, frictionality to absorb
explosive and seismic energy»
Авторы: СПб ГАСУ
Аубакирова И. У,
Мажиев Х. Н, Тихонов Ю М
Испытательного центра СПб ГАСУ, аккредитован Федеральной службой по аккредитации (аттестат № RA.RU.21СТ39,
выдан 27.05.2015), Организация "Сейсмофонд" ОГРН: 1022000000824 4 ИНН 2014000780
Защита проводов воздушных линий электропередачи от ветровых
воздействий с использованием гасителя ветровых колебаний
универсальные виброизоляторы или демпфирующею тросовую
петлю согласно изобретения № 154506 «Панель противовзрывная»
№ 165076 «Опора сейсмостойкая» , № 2010136746 «Способ защиты
зданий и сооружений при взрыве с использованием сдвигоустойчивых
легко сбрасываемых соединений , использующих систему
демпфирования, фрикционности для поглощения взрывной и
сейсмической энергии»
1

2.

Инж.-механик Коваленко Е И E-mail: [email protected]
9219626778
На фотографии изобретатель РСФСР Андреев Борис Александрович, автор
конструктивного решения по использованию фрикционно -демпфирующих связей
(компенсаторов) для применения ограничителей гололедообразования для ЛЭП, с
зафиксированными запорными элементов в штоке, по линии снеговой (ледяной)
нагрузки , согласно изобретения № 165076 «Опора сейсмостойкая» для увеличения
демпфирующей способности воздушных проводов линий электропередач , при
импульсных растягивающих нагрузках проводов воздушных линий, для обеспечения
многокаскадного демпфирования , для улучшения демпфирующих свойств
фрикционно- демпфирующего компенсатора , согласно изобретениям проф ПГУПС
дтн проф Уздина А М №№ 1168755, 1174616, 1143895 и внедренные в США
2

3.

Аннотация — в современных условиях для защиты воздушных
линий электропередачи (ВЛ) от вибрации, пляски и субколебаний
используется целый ряд различных методов и реализующих их
устройств, выполняющих защиту ВЛ как правило лишь от одного из
описанных явлений. В настоящее время актуальна разработка
универсального средства защиты ВЛ от климатических
воздействий с применением опыта разработки наиболее
эффективных защитных устройств. Разработано универсальное
устройство, способное защищать ВЛ от всех перечисленных
негативных воздействий. В работе описана математическая модель
работы устройства, проведены испытания устройства в
лабораторных условиях, приведена методика расчѐта схем защиты
ВЛ с использованием устройства.
3

4.

Ключевые слова — воздушные линии; вибрация; пляска;
гололѐдообразование; защита ВЛ; экономическая эффективность
I. ВВЕДЕНИЕ
Воздушные линии электропередачи (ВЛ) нередко подвержены
ветровым воздействиям, в результате которых провод втягивается
в автоколебательные процессы: вибрация, пляска, субколебания.
Указанные явления в значительной степени снижают срок службы
проводов.
В энергетике для защиты от негативных воздействий
применяется арсенал различных средств, каждое из которых, как
правило, призвано защищать только от одного из описанных
явлений. Опыт эксплуатации ВЛ убедительно показывает, что
данное обстоятельство значительно усложняет защиту линии способствует ситуациям, когда провод оказывается недостаточно
защищенным, либо защита оказывается слишком дорогостоящей
ввиду необходимости применения одновременно комбинированных
методов защиты.
II. АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗРАБОТКИ
A. Состояние вопроса
Организация «Сейсмофонд» при СПб ГАСУ имеет
двадцатипятилетний опыт по разработке расчетных методик,
созданию современных высокоэффективных конструкций для
4

5.

защиты проводов ВЛ от ветровых воздействий: многочастотные
гасители вибрации типа демпфирующая петля или
фиброизоляторы (рис.1) [1], гасители пляски и ограничители
гололедообразования демпфирующего типа – виброизолятор (Рис. 2)
[2].
5

6.

Рис. 1. Демпфирующая петля , гаситель вибрации многочастотный
виброизоляторов .
6

7.

7

8.

Рис. 2. Гаситель пляски и ограничитель гололѐдообразования –
виброизолятор и демпфирующая тросовая петля
С учетом сказанного становится актуальной задача по
разработке относительно недорогого устройства, совмещающего в
себе функционал сразу нескольких защитных методов.
B. Конструкция демпфирующего гасителя
На основании поставленной задачи разработан универсальный
гаситель ветровых колебаний – виброизолятор организации
«Сейсмофонд» который заменяет собой сразу все три устройства
для защиты ВЛ, а именно: гасителя вибрации, гасителя пляски и
ограничителя гололѐдообразования.
Внешний вид виброизоляторв с демпфирующей петлей представлен
на Рис. 3.
Конструкция состоит из силовой пряди 1, выполненной из
нескольких спиральных элементов, соединенных между собой с
помощью клеевой композиции. Согнутая в нескольких местах прядь
образует плоскую разомкнутую рамку в форме меандра. Средней
частью силовая прядь навита на демпферном тросе 2 с грузами 3 и 4
8

9.

(Рис. 3). Верхними изогнутыми концами прядь крепится на проводе,
грозотросе или самонесущем оптическом кабеле. В результате
получается замкнутая жесткая конструкция.
Спирали силовой пряди изготовлены из стальной проволоки с
защитным антикоррозионным покрытием. Демпферный трос
вместе с грузами, по сути, образует встроенный гаситель вибрации.
Плечи и грузы такого гасителя могут быть как одинаковыми (длина,
масса), так и различными.
В случае значительной разницы между наружными диаметрами
защищемого провода и демпферного троса 2 на последний
навивается протектор из стальных спиралей в виде
выравнивающего повива 5.
Длина гасителя в зависимости от назначения может
варьироваться от 0,4 м до 0,8 м, а масса - 2,0...8,0 кг.
Виброизолятор выпускаются для всех известных типов проводов,
грозотросов и оптических кабелей с диапазоном диаметров 8-37,5
мм.
III. ГАШЕНИЕ ВИБРАЦИИ
Одним из назначений виброизоляторов, является гашение
вибрации. Эту функцию выполняет встроенный гаситель вибрации,
представляющий собой демпферный трос с закреплѐнными по
концам грузами (см. рис.5).
9

10.

Как известно, вибрация проводов возникает при скоростях ветра
от 1 до 7 м/с - представляет собой колебания с относительно малой
амплитудой, не превышающей диаметра провода и высокой
частотой (3-150 Гц). При длительном воздействии она часто
приводит к усталостным разрушениям элементов виброизоляции .
A. Динамическая модель виброизолятора и демпфирующей петли
Для расчѐта оптимальной конструкции виброизолятора в работе
использовалась математическая динамическая модель гасителя. В
еѐ основу положены исходные положения указанные ниже (Рис. 4).
• Демпферный трос - упругая инерционная балка с различной
изгибной жесткостью и погонной массой, что позволяет учесть
спирали рамки и возможное использование протекторов;
• Диссипация в тросе учитывается на основе модели
частотнонезависимого
трения (метода комплексных
жесткостей ).
• Грузы моделируются твердыми телами с заданными массами,
моментами инерции и расстояниями между центрами масс и
точками соединения с тросом.
• Рамка характеризуется жесткостью вертикальных сторон на
растяжение.
Диссипация энергии гасителем, согласно принятой модели,
происходит в результате работы изгибающего момента на
изменениях кривизны троса, то есть силовым фактором является
момент, а обобщенной скоростью - скорость изменения кривизны. В
результате расчѐтов, мощность диссипации равна:
Изгибная жесткость троса и спиралей крепления к проводу может
быть выражена через минимальную изгибную жесткость
10

11.

Для конкретного примера расчета возьмем следующие параметры
гасителя:
В результате расчета получена спектральная характеристика для
11

12.

гасителя, который может быть использован для защиты проводов,
диаметром свыше 20 мм, частотный диапазон вибрации которых
ограничен 3... 60 Гц (Рис. 5). Стоит иметь в виду, что такая модель
не учитывает дополнительное рассеяние, обусловленное участием в
процессе спиральной рамы гасителя.
B. Конструктивные особенности демпфирующей петли и
виброизолторов
Конструкция гасителя вибрации имеет ряд принципиальных
особенностей способностью разработки организации
«Сейсмофонд» представлены изготовленного демпферного гасителя
В гасителе использован демпферный трос с высокой
к энергопоглощению собственной
12

13.

Рис. 6. Демпфирующей петли гистерезиса демпферных тросов. По
осям: Сила, приложенная к концу троса, усл. ед., Амплитуда изгиба
усл. ед.
Наличие удлиненного демпферного троса за счет его среднего
участка добавляет демпфирующие свойства гасителю. Способ
защемления демпферного троса силовой рамкой не препятствует
относительным перемещениям проволочных спиралей в тросе, что
13

14.

приводит к появлению дополнительных демпфирующих свойств повышает эффективность гасителя. Рамка выполнена из спиралей и
колеблется в процессе передачи энергии от провода - является
дополнительным элементом демпфирования конструкции.
На рисунке 7 представлены спектральные характеристики двух
гасителей, снятые с помощью вибрационного стенда в
испытательной лаборатории организации «Сейсмофонд» при СПб
ГАСУ .
14

15.

Фиг 3
15

16.

Фиг 4
16

17.

Фиг 5
17

18.

Фиг 6
18

19.

19

20.

20

21.

21

22.

Из демпфирующей петли и виброизоляторов (рис.7-10) следует,
что гаситель имеет значительное количество резонансных частот,
равномерно распределенных в рабочем частотном диапазоне.
Оптимальная гамма собственных частот гасителя формируется за
счет распределения масс по длине грузов, соотношений масс грузов,
длин рабочих элементов демпферного троса и габаритов спиральной
рамы, которые также способны влиять на собственные моды
гасителя.
Другим важным преимуществом данного гасителя по отношению
к типовым гасителям вибрации, использующих плашечное крепление,
является сниженные требования к месту установки гасителя. При
правильной установке гасителя с плашечным креплением
существует необходимость выбирать точку крепления так, чтобы
не попасть в узел одной из колебательных мод пролета, так как в
таком случае гаситель не сможет эффективно рассеивать энергию
колебаний пролета.
На Рис. 8 пунктиром показаны возможные варианты установки
гасителя с плашечным креплением, а красным кружком - моды, на
которых гаситель неработоспособен.
22

23.

В конструкции демпфирующего гасителя полностью
отсутствуют резьбовые крепления. Монтаж гасителя на провод
производится вручную без применения гаечных или иных ключей. При
монтаже не требуется высокой квалификации линейного персонала,
качество монтажа проверяется визуально, ввиду чего исключается
возможность ошибки в процессе установки.
Чтобы рекомендации по выбору конструктивных параметров
виброизоляторов и демпфирующей тросовой петли (массы груза и
плеча) сделать по возможности универсальными, целесообразно
выразить конструктивные параметры провода, влияющие на
частоты колебаний, через какой-либо стандартизованный
параметр. Анализ характеристик проводов, приведенных в ГОСТ
839-80 [6]. «Провода неизолированные для воздушных линий
электропередачи. Технические условия», показал, что таким
параметром может быть предельное разрывное усилие (R).
При гололедообразовании изменяется погонная масса провода и
соответственно тяжение. Оценим влияние гололеда на частоту
вертикальных колебаний, исходя из уравнения равновесия провода и
соотношения упругости:
IV. ГАШЕНИЕ ПЛЯСКИ
Пляска проводов относится к низкочастотным колебаниям
порядка 0,1-1 Гц с амплитудой 0,1-1 от стрелы провисания провода,
обусловлена взаимодействием вертикальных и крутильных
колебаний провода в результате ветрового воздействия при
скоростях 4-20 м/с.
При наличии гололѐдных отложений центр масс
сечения провода смещается, и при вертикальных колебаниях
возникает сила инерции, вектор которой смещен относительно оси
провода. Эта сила создает крутящий момент, поддерживающий
крутильные колебания.
23

24.

Вертикальные и крутильные колебания взаимно поддерживают
друг друга и при скорости ветра, превышающей некоторое
критическое значение, могут развиться до значительных амплитуд.
Одним из назначений ГВКУ является рассогласование частот
вертикальных и крутильных колебаний и исключение их близости при
обледенении провода.
Пусть погонная масса провода изменилась на Am. Уравнения (8)
перепишем относительно приращений стрелы провисания, массы и
тяжения:
Исключая с помощью второго равенства Af , найдем связь
приращения массы с приращением тяжения:
Второй сомножитель в правой части учитывает растяжимость
провода, без которой колебания провисающего провода по первому
тону невозможны. Таким образом, провод с гололедом имеет
изменившиеся параметры:
Таким образом, при проектировании гасителя для исключения
близости частот крутильных и вертикальных колебаний необходимо
выполнения условия присутствия демпфирования и виброизоляцию
При установке гасителя в пролѐте необходимо понимать, что
наиболее опасными формами колебаний при пляске является одно-,
двух- и трѐх-полуволновая пляска. Эти формы наиболее опасны из-за
значительных бросков тяжения провода, способных не только
повредить сам провод, но и линейную арматуру, оборвать гирлянду
изоляторов или даже разрушить опору ВЛ. Поэтому были
разработаны схемы расстановки виброизоляторов и демпфирующей
петли в зависимости от длин защищаемых пролѐтов
В районах с отрицательной температурой остро стоит вопрос о
гололѐдных отложениях, образующихся на проводах ВЛ, что
приводит к увеличению погонной массы
пролета, вызывает существенное повышение нагрузки на линейную
24

25.

арматуру, гирлянды изоляторов и опоры.
С отложением гололеда, меняется внешний диаметр провода, что
в свою очередь изменяет его амплитудно- частотные
характеристики, на которые схема виброзащиты не рассчитана.
Это приведет к интенсификации ветрового воздействия на провод и
разрушению элементов подвески, либо самого провода.
И, наконец, из-за образования гололеда повышается вероятность
возникновения пляски. Отмеченные обстоятельства вызывают
необходимость ограничивать объемы гололедных отложений на
проводах.
Принцип действия виброизоляторов в качестве ограничителя
гололедообразования основан на фиксировании углового положения
защищаемого провода за счет увеличенного момента инерции
провода в точках крепления гасителя.
Гололед, как правило, образуется с наветренной стороны провода,
затем за счет появившегося эксцентриситета провод
проворачивается вокруг своей оси, фактически подставляя гололеду
другой бок. Таким образом, провод равномерно покрывается
гололедом, который прочно держится на проводе.
При использовании виброизоляторов в качестве защиты у провода
ограничивается возможность проворачиваться, провод
стабилизируется и гололед намерзает лишь с наветренной стороны.
При таком намерзании погонная масса провода с гололедом
возрастает не так сильно, а кроме того в результате намерзания
увеличивается вероятность отрыва гололедных отложений от
провода за счет силы тяжести и эксцентриситета, создаваемого
самим же односторонним гололедом.
(18)
При появлении наледи с наветренной стороны возникает
вращательная неуравновешенность провода и закручивание на угол
р. Наличие гасителя создает стабилизирующий момент
Условие (20) необходимо учитывать при проектировке гасителя.
25

26.

Выбор массы груза и плеча виброизолятора должны ограничивать
угол закрутки провода при гололеде (< 90°).
VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработанные устройство и методика могут быть применены
для защиты проводов, грозозащитных тросов, оптиковолоконных
кабелей связи на ВЛ классов напряжения 10-750 кВ.
Демпфирующая петля и виброизоляторы является
многофункциональной конструкцией для демпфирования и
расстраивания колебаний, вызываемых ветровым воздействием,
таких как пляска и вибрация, а также в качестве ограничителя
гололедообразования.
Совмещая в себе одновременно несколько защитных устройств,
виброизоляторов позволяет существенно сократить расходы на
защитную арматуру, повысить при этом эксплуатационную
надежность ВЛ.
Список литературы
[1] Гаситель вибрации, патент на изобретение №2180765, Рыжов
С.В., Тищенко А.В., 2007 г.
[2] Гасители пляски спирального типа, четвертый международный
электроэнергетический семинар «Современное состояние вопросов
эксплуатации, проектирования строительства ВЛ», Колосов С. В.,
Рыжов С. В., Фельдштейн В. А., 2009 г.
[3] ГОСТ 3063-80. «Канат одинарной свивки типа ТК конструкции
1x19(1+6+12)».
[4] Умные воздушные линии: проектирование и реконструкция,
«Эффективные решения защиты проводов и тросов как путь
экономии средств на этапах проектирования, строительства и
эксплуатации ВЛ», Санкт-Петербург, 2014г., Мельников А.А.
[5] ГОСТ 839-80 «Провода неизолированные для воздушных линий
электропередачи. Технические условия».
[6] Технический отчет «Применение торсионных гасителей на
26

27.

основе спиральной арматуры для подавления пляски
проводов»,ЭССП.
Учитывая известную неопределенность характеристик
гололедных отложений, можно дать приближенную оценку угла
закручивания. Масса гололеда на пролет, равная Am = т(Лт — 1),
создает крутящий момент
наледи относительно оси провода. Этот момент уравновешивается
моментом силы тяжести гасителей. Наиболее эффективно
гасители стабилизируют провод при р < 90°, когда
Здесь являются неопределенными коэффициент утяжеления
провода и эксцентриситет. Для оценки примем, что первый из них
равен 1,5, то есть погонная масса провода при гололеде увеличилась
на 50%, а эксцентриситет приблизительно равен диаметру провода.
Тогда, пользуясь корреляционными зависимостями диаметра и
погонной массы от разрывного усилия, можно последнее
неравенство записать в виде
References
[1] Ryzhov S. V., Tishchenko A. V. Gasitel' vibracii. patent na izobretenie
№2180765 [Vibration damper, patent of invention #2180765], 2007.
[2] Kolosov S. V., Ryzhov S. V., Feldstein V. A. Gasiteli pljaski spiral'nogo
tipa, chetvertyj mezhdunarodnyj jelektrojenergeticheskij seminar
«Sovremennoe sostojanie voprosov jekspluatacii, proektirovanija
stroitel'stva VL» [Helical galloping dampers. 4th International Electric
Power Workshop «State of the Art in Operation, Design and Construction
of Overhead Lines»], 2009.
[3] GOST 3063-80. «Kanat odinarnoj svivki tipa TK konstrukcii
1*19(1+6+12)» [Single-Stranding Rope of TK Design 1x19(1+6+12)].
[4] Melnikov A.A. Umnye vozdushnye linii: proektirovanie i
rekonstrukcija, «Jeffektivnye reshenija zashhity provodov i trosov kak put'
jekonomii sredstv na jetapah proektirovanija, stroitel'stva i jekspluatacii
27

28.

VL» [Smart air lines: Design and reconstruction, «Efficient solutions for
wire and cable protection as a way of cost reduction at the stages of
design, construction and operation of overhead lines»], St. Petersburg,
2014.
[5] GOST 839-80 «Provoda neizolirovannye dlja vozdushnyh linij
jelektroperedachi. Tehnicheskie uslovija» [GOST 839-80 Bare
Conductors for Overhead Power Lines. Specifications].
[6] Tehnicheskij otchet «Primenenie torsionnyh gasitelej na osnove
spiral'noj armatury dlja podavlenija pljaski provodov» [Technical data
report «Use of torsional vibration dampers employing helical fixture for
conductor galloping suppression»], ESSP JSC.
Ограничитель гололедообразования воздушных линий электропередач
расположенной в месте крепления кабеля электрических опор с самими опорами
Реферат:
Изобретение может быть использовано в электроэнергетике, а именно в
качестве устройства для ограничения колебаний проводов (вибрации и
пляски), а также отложений на них гололеда на воздушных линиях
электропередачи. Устройство выполняется в виде упругого демпферного
элемента (демпфирующей петли или виброизолятора ), грузов,
закрепляемых по концам этого элемента, и зажима, которым устройство
крепится к проводу и посередине троса , в виде ограничителя
гололедообразования воздушных линий электропередач расположенной в месте
крепления кабеля электрических опор с самими опорами
Ограничитель гололедообразования воздушных линий электропередач расположенной
в месте крепления кабеля электрических опор с самими опорами выполнен в виде
виброизолтора или демпфирующей петли
Компоновкой и оптимальным выбором размеров стержней достигается
возможность подавления как низкочастотных колебаний, так и
высокочастотных колебаний проводов линии, а также ограничения
образования гололеда на проводах, за счет ограничителя гололедообразования
28

29.

воздушных линий электропередач расположенной в месте крепления кабеля
электрических опор с самими опорами
Это позволяет достичь
проектирование,
монтаж
электропередачи.
существенного снижения затрат на
и
эксплуатацию
воздушных
линий
Изобретение относится к области электроэнергетики, а более
конкретно к ограничителям гололедообразования и колебаний проводов
воздушных линий электропередачи.
Провода и грозозащитные тросы воздушных линий электропередачи
подвержены одновременным действиям различных видов статических и
динамических нагрузок. Статическое действие нагрузок соответствует
состоянию провода и других частей конструкций или узлов линий, когда
они не испытывают ускорения и в них не возникают добавочные
динамические напряжения. При наличии ускорений возникают колебания,
которые в некоторых случаях могут дать явления резонанса, связанные с
резким увеличением напряжений. Поэтому колебания проводов
представляют наибольшую опасность для элементов линий и могут в ряде
случаев стать главным фактором, определяющим их надежность.
Разрушение проводов от колебаний обусловлено усталостью материала и
происходит при нагрузках, значительно меньших, чем расчетные нагрузки,
создаваемые отложением гололеда или воздействием ветра. Однако, если
опасность воздействия динамических нагрузок в основном зависит от
продолжительности колебаний, а статических нагрузок от величины
отложения гололеда (равномерного ветра), то совместное их действие
значительно увеличивает напряженное состояние проводов и еще более
ухудшает положение с их несущей способностью и надежностью.
Проведенные в последнее время теоретические и экспериментальные
исследования показали, что требуются комплексные технические
решения, обеспечивающие одновременное ограничение вибрации и пляски
проводов, а также отложение сверхрасчетного гололеда, что позволило
бы существенно повысить надежность воздушных линий электропередачи
и снизить затраты по их монтажу и эксплуатации на два-три порядка.
Известен гаситель вибрации для проводов воздушной линии
электропередачи, содержащий выполненный в виде проволочного
стального троса упругий демпферный элемент, жестко закрепленные на
29

30.

некотором расстоянии от подвески гасителя на концах упругого
демпферного элемента литые грузы и выполненный в виде захвата и
плашки зажим, причем зажим закреплен на средней части упругого
демпферного элемента, а захват крепится на проводе при помощи плашки
и крепежного болта .
Такой гаситель достаточно эффективен при гашении эоловых вибраций
в диапазоне частот от 5 до 100 Гц, где он имеет все необходимые
собственные частоты, хотя для того, чтобы перекрыть весь этот
частотный диапазон для множества линейных объектов требуется
варьировать длину упругого демпферного элемента и массы распределения
грузов по длине, что приводит к возрастанию номенклатуры выпуска
гасителей, используемых на воздушных линиях электропередачи
различного класса напряжений.
Но главный недостаток этого гасителя вибрации состоит в том, что
он не может эффективно работать как ограничитель
гололедообразования, так и гасителя пляски. Для ограничения величины
гололеда проводу необходимо увеличивать жесткость на кручение,
которую можно достигнуть, устанавливая под проводом груз на
достаточно длинной консоли. Возникающий реактивный крутящий
момент от такого груза будет препятствовать закручиванию провода
при отложении на нем гололеда. Это вызовет образование гололеда
вытянутой формы, более облегченного, вместо цилиндрического, более
тяжелого (в 2-3 раза).
Подавление низкочастотных колебаний (пляски) можно осуществить за
счет расстройства крутильных колебаний, которые управляют этим
процессом. Наиболее приемлемыми устройствами для этих целей
являются маятниковые гасители пляски на удлиненной консоли, которые
удобно вписываются в устройство гасителя вибрации за счет развития
его геометрических размеров в вертикальной плоскости.
Наиболее близким техническим решением по отношению к
предложенному является ограничитель гололедообразования и колебаний
проводов воздушных линий электропередачи, содержащий упругий
демпферный элемент, разные демпфирующие петли и виброизоляторы ,
который расположены в месте крепления кабеля электрических опор с самими
опорами, , жестко закрепленных по концам упругого демпферного
элемента, и зажим, предназначенный для подвески на проводе,
30

31.

закрепленный одним концом посередине упругого демпферного элемента, а
другим подсоединенный к проводу линии .
Однако данное устройство имеет существенные недостатки:
- конструктивная компоновка грузов этого гасителя не позволяет
достичь их оптимальных размеров, чтобы обеспечить эффективное
гашение вибраций, а тем более низкочастотных колебаний большой
амплитуды типа пляски проводов;
- кроме того, у данного гасителя не хватает длины рычага
прямолинейных участков стержней грузов (они практически сближены с
упругим демпферным элементом) для того, чтобы развить максимальный
крутящий момент, который бы стопорил нарастание гололеда на проводе
или при положительной температуре провода приводил бы к его
осыпанию;
Авторы ставили перед собой задачу разработать комплексное
устройство, позволяющее одновременно гасить вибрацию и ветровую
нагрузку , пляску проводов и ограничивать величину гололедообразования
до размеров, не превышающих расчетных значений; массово применяемые
в настоящее время защитные средства против атмосферных
воздействий основаны на индивидуальном подходе к защите от каждого
вида атмосферного воздействия. Поставленная авторами задача
достигается за счет совокупности существенных признаков
предложенного технического решения, а именно: ограничитель
гололедообразования и колебаний проводов воздушных линий
электропередачи, содержащий упругий демпферный элемент, грузы,
выполненные в виде демпфирующей петли и виброизоляторов, жестко
закрепленных по концам упругого демпферного элемента, и зажим,
предназначенный для подвески на проводе, закрепленный одним концом
посередине упругого демпферного элемента, а другим подсоединенный к
проводу линии; причем прямолинейные отрезки изогнутых стержней,
расположенные под упругим демпферным элементом, выполнены такой
длины, что их концевые участки заходят друг за друга таким образом,
что оба груза и упругий демпферный петли или виброизоляторва
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1-21- общий
вид ограничителя гололедообразования и колебаний проводов воздушных
линий электропередачи, выполненного согласно настоящему изобретению,
31

32.

вид спереди перпендикулярно проводу; на фиг.2 - то же, вид сбоку (вдоль
провода) по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - вариант предложенного
устройства, выполненного по п.2 формулы изобретения.
Заявляемый ограничитель гололедообразования, колебаний и разрыва
от ветровой и ураганной нагрузки проводов 1 воздушных линий
электропередачи состоит из упругого демпферного элемента 2, например
стального проволочного троса, грузов 3, демпфирующего зажима 4,
захвата 5 зажима 4, плашки 6 зажима 4 и крепежного болта 7. Зажимом
4 ограничитель крепится к середине троса 2, а с помощью демпфирующей
петли и виброизоляторов 6, захвата 5 он подвешивается к проводу 1
воздушной линии электропередачи и крепится на нем посредством
крепежного болта на фрикционно-подвижных соединениях 7.
Для достижения оптимальности демпфирующих свойств ограничителя
линейные размеры его элементов рассчитываются и выбираются в
определенных соотношениях и пропорциях. Предложенный ограничитель
гололедообразования и колебаний проводов 1 воздушных линий
электропередачи работает следующим образом.
На воздушных линиях электропередачи возникают две формы колебаний
проводов, обусловленных действием ветра и гололеда, - высокочастотные
(десятки Гц), но небольшой амплитуды порядка диаметра провода и
низкочастотные (до 2-х Гц) достаточно больших амплитуд (пляска). Для
эффективного демпфирования колебаний каким-либо устройством
необходимо, чтобы его демпфирующая система имела такую же или
близкую собственную частоту колебаний. Указанный принцип гашения
колебаний достигается в предложенном ограничителе за счет
специальной конфигурации стержней грузов 3, обеспечивающей работу
устройства как в низкочастотном, так и в высокочастотном диапазонах
колебаний и позволяющей достичь увеличения энергии рассеивания и
декремента затухания системы: упругий демпферный элемент 2 - грузы 3.
При этом за счет существенного разнесения в вертикальной плоскости
прямолинейных отрезков 10 и 11 стержней 3 в заявленном ограничителе
удается значительно увеличить длину рычага от подвески до длинных
прямолинейных отрезков 11 и тем самым увеличить крутящий момент
системы, фиксирующий крутильные колебания и действующий также
противоположно крутящему моменту, обеспечивающему одностороннее
32

33.

нарастание гололеда на проводе 1. В результате гашение колебаний
осуществляется на всех интересующих нас частотах, охватывая как
резонансные формы крутильных колебаний провода, так и резонансные
формы изгибных колебаний упругого демпферного элемента 2. Меняя
диаметр демпфирующей петли и длины прямолинейных отрезков 11
стержней 3, а также и их вес (например, дополнительным изгибом конца
отрезка), можно охватить весь спектр частотных колебаний, имеющих
место на воздушных линиях электропередачи (от вибрации до пляски).
Предложенный ограничитель гололедообразования и колебаний проводов
воздушных линий электропередачи представляет собой демпфирующее
устройство нового типа, решающее задачу снижения колебаний
комплексно, то есть позволяет одновременно гасить вибрацию, пляску
проводов и ограничить величину гололедообразования до минимальных
размеров. Настоящее техническое решение эффективно в борьбе с
пляской проводов и при гашении вибрационных колебаний высокой
частоты, что позволяет существенно снизить затраты на
проектирование, сооружение и эксплуатацию воздушных линий
электропередачи. В настоящее время предложенное устройство успешно
прошло испытания на испытательном стенде ―Сейсмофонд» и
рекомендовано к изготовлению; предполагается серийный выпуск таких
ограничителей гололедообразования и колебаний проводов воздушных
линий электропередачи и демпфирование при ветровой и ураганной
нагрузке исключающей разрыв линии электропередач
Источники информации
[1] Патент США №4,159,393, класс 174 - 42 (Н 02 G 7/14), 26.06.1979.
[2] Патент США №3,400,209, класс 174 - 42 (Н 02 G 7/14), 03.09.1968.
Формула изобретения
1. Ограничитель гололедообразования и колебаний проводов воздушных
линий электропередачи, содержащий демпфирующею пелю и
вироизоляторы , выполненные в виде демпфирующей петли, жестко
закрепленных по концам упругого демпферного элемента, и зажим,
предназначенный для подвески на проводе, закрепленный одним концом
посередине упругого демпферного элемента, а другим подсоединенный к
проводу, жестко закрепленных по концам упругого демпферного элемента,
по которому происходит демпфирования линий электропередачи при
33

34.

ветровой и ураганной нагрузки с демпфированием воздушных линий в
местах крепления кабеля с опорой
2. Ограничитель по п.1, отличающийся тем, что один из концов кабеля
линий электропередачи закреплении к демпфирующей петле или
виброизолятору имеет демпфирующие характеристики, по линии
нагрузки от ветра и направлены к упругому демпферному элементу.
3. Ограничитель по п.1, отличающийся тем, что на одном из концевых
участков отрезков демпфирующей петли или виброизолятора закреплен к
опоре или линии электропередач с демпфирующими элементами
34

35.

Фиг 1
35

36.

36

37.

Фиг2
37

38.

Фиг 3
Фиг 4
38

39.

Фиг 5
39

40.

Фиг 6
40

41.

Фиг 7
41

42.

Фиг 8
Фиг 9
42

43.

Фиг 10
Фиг 11
43

44.

Фиг 12
44

45.

Фиг 13
45

46.

Фиг 14
Фиг 15
46

47.

Фиг
16
Фиг 17
47

48.

Фиг 18
Фиг 19
48

49.

Фиг 20
49

50.

Фиг 21
50

51.

51

52.

52

53.

Адрес испытательной лаборатории организации"Сейсмофонд" ИНН 2014000780 190005, СПб, 2-я
Красноармейская ул. д 4 СПб ГАСУ
Подтверждение компетентности организации «Сейсмофонд» при СПб
ГАСУ Номер решения о прохождении процедуры подтверждения
компетентности ИНН 2014000780 ОГРН 1022000000824
8590-гу (А-5824) https://pub.fsa.gov.ru/ral/view/13060/applicant
https://pub.fsa.gov.ru/ral/view/13060/applicant
Материалы: косого,
квадратного, трубчатого, крестовидного
антисейсмического фрикционно- демпфирующего компенсатора (
соединения), для увеличения демпфирующей способности при
импульсных растягивающих нагрузках, для обеспечения
многокаскадного демпфирования предварительно напряженных
вантовых конструкции по изобретениям №№ 2193635,
53

54.

2406798,1143895, 1168755, 1174616,165076 «Опора сейсмостойкая» и
опыт применения и реализация в программном комплексе SCAD Office
И специальные технические условия (СТУ) для использования
антисейсмических фрикционно- демпфирующих виброизоляторов, с
зафиксированными запорными элементов в штоке, по линии нагрузки ,
согласно изобретения № 165076 «Опора сейсмостойкая» хранятся на Кафедре
металлических и деревянных конструкций 190005, Санкт-Петербург, 2-я ,
Красноармейская ул., д. 4, СПб ГАСУ у заведующий кафедрой металлических
и деревянных конструкций , дтн проф ЧЕРНЫХ Александр Григорьевич
строительный факультет
[email protected] [email protected] [email protected]
[email protected] [email protected]
26-54, (999) 535-47-29
54
(921) 962-67-78, (996) 798-