Le linee di trasmissione di energia costituiscono la spina dorsale delle moderne reti elettriche, trasportando elettricità ad alta tensione su distanze elevate alle centrali elettriche, alle industrie e alle infrastrutture critiche. Nonostante il loro design robusto, questi conduttori sono costantemente esposti alle forze ambientali—vento, ghiaccio, ciclo termico—che inducono oscillazioni meccaniche.

Comprendere oscillazioni nelle linee di trasmissione di potenza

Le vibrazioni nei conduttori a testa alta derivano principalmente da interazioni aerodinamiche. Il vento che scorre attraverso un conduttore cilindrico crea forze di sollevamento e trascinamento alternate, che possono eccitare il conduttore a frequenze specifiche. I tipi più comuni di oscillazioni includono vibrazioni eoliche, galoppanti e vibrazioni indotte dalla sveglia.

Vibrazione eoliana

Le vibrazioni eolie sono un'oscillazione ad alta frequenza, a bassa luminosità, causata da un'oscillazione vortice che si estrae dal lato leeward del conduttore. Quando la frequenza di taglio vortice si allinea con una frequenza naturale della campata, si verifica la risonanza. Le vibrazioni eoliche tipicamente variano da 3 a 150 Hz ed è più pronunciata in condizioni di movimento costanti e bassa a bassa frequenza (1-7 m/s.

Gallogazione

La gallatura è un'oscillazione a bassa frequenza, ad alta intensità (tipicamente 0,1-1 Hz) guidata da ghiaccio asimmetrico o da accrescimento di neve sui conduttori. L'instabilità aerodinamica causata dalla forma irregolare crea grandi movimenti verticali o torsionali, a volte superando la distanza del conduttore a terra o strutture adiacenti.

Oscillazioni indotte dal Wake-Induced

Nei conduttori in bundle (due, quattro o più subconduttori per fase), la sveglia turbolenta da un subconduttore può eccitare le oscillazioni in un altro. Questo fenomeno si verifica a velocità del vento moderata e può portare a scontri subconduttori, danni distanziatori e affaticamento accelerato.

Tecniche di controllo della vibrazione

Il controllo efficace delle vibrazioni combina dispositivi passivi, modifiche strutturali e monitoraggio attivo. La scelta della tecnica dipende dal tipo e dalla gravità delle oscillazioni, caratteristiche del conduttore, lunghezza della campata e condizioni ambientali.

1. Ammortizzatori di massa e sintonizzati

Il dispositivo di controllo delle vibrazioni più utilizzato è lo smorzatore Stockbridge, composto da un cavo di messaggero breve che collega due masse (solitamente acciaio o ghisa) che sono attaccate al conduttore vicino al morsetto di sospensione. L'ammortizzatore agisce come un assorbitore di massa sintonizzato, convertendo l'energia vibrazionale in calore attraverso l'umidificazione attrito nei fili del cavo di messaggero.

2. Ammortizzatori di Spacer

Nei conduttori in bundle, gli ammortizzatori distanziatori servono a doppio scopo: mantengono la spaziatura geometrica tra i subconduttori e contemporaneamente forniscono un'umidificazione. Questi dispositivi sono tipicamente costituiti da un telaio rigido o articolato con elementi di smorzamento (elastomerico o meccanico) ad ogni morsetto.

3. Modifiche aerodinamiche

Ridurre le forze aerodinamiche che agiscono su un conduttore può impedire alle vibrazioni di raggiungere ampiezza dannose.

  • Conduttori di conduttori[[]: Utilizzando due o più subconduttori per fase riduce l'efficace sollevamento e trascinamento per conduttore, abbassando l'ampiezza della vibrazione eolica.
  • Scudo aerodinamico[[]: La formazione elicoidale o torsione attorno al conduttore interrompe la spargimento del vortice e riduce al minimo le fluttuazioni dell'ascensore.
  • Dispositivi anti-galloping[[]: Per il controllo galoppante, dispositivi come spoiler aerodinamico, distanziatori interfasi e ammortizzatori arrotondanti (ad esempio, il "Torbedo" o "Gabrielson") sono installati per rompere la forma di ghiaccio aerodinamica o per aumentare la rigidità torsinale.

4. Soggiornare fili e supporti strutturali

I fili di ricambio (chiamati anche fili di tipo) sono conduttori ausiliari o cavi in acciaio che forniscono un ulteriore supporto laterale al conduttore principale, specialmente a torri di fine morto o punti di angolo.Quando dotati di dispositivi di smorzamento, aiutano a dissipare l'energia vibrazionale e a prevenire grandi movimenti di ampiezza.

5. Ammortizzatori di impatto e Pendulums di detuning

Gli ammortizzatori di impatto sono costituiti da masse pesanti e liberamente mobili racchiuse in un alloggiamento attaccato al conduttore. Come il conduttore vibra, la massa colpisce le pareti dell'alloggiamento, dissipando l'energia cinetica. Questi dispositivi sono semplici e durevoli ma limitati a applicazioni di moderata frequenza.

Attuazione e manutenzione

I produttori forniscono linee guida per la posizione ammortizzante, la spaziatura e la quantità. In generale, gli ammortizzatori sono posizionati vicino a morsetti di sospensione dove le sollecitazioni di curvatura sono più alte. Per le vibrazioni eoliche, gli ammortizzatori sono tipicamente installati a entrambe le estremità della campata all'interno dei primi metri distribuiti dal morsetto.

Valutazione regolare dell'ispezione e delle condizioni

Gli strumenti di controllo delle vibrazioni devono essere ispezionati a intervalli regolari, in modo che ogni 3-5 anni o più frequentemente in ambienti gravi. I controlli visivi per ammortizzatori usurati, morsetti sciolti, hardware corroso e giunti ammortizzatori danneggiati sono standard.

Sostituzione e aggiornamenti

Come linee di trasmissione di età, gli ammortizzatori originali possono degradare o diventare meno efficaci a causa di cambiamenti nella rigidità del conduttore o condizioni ambientali. L'aggiornamento a moderni ammortizzatori con una migliore copertura di frequenza o l'installazione di dispositivi aggiuntivi può ripristinare le prestazioni.

Conclusioni

Le vibrazioni eoliche, le oscillazioni galoppanti e le oscillazioni indotte dalla sveglia richiedono strategie di mitigazione specifiche, che vanno da ammortizzatori sintonizzati e ammortizzatori distanziatori a modifiche aerodinamiche e supporti strutturali. Un piano di controllo delle vibrazioni ben progettato, combinato con controlli regolari e strumenti di monitoraggio moderni, riduce significativamente il rischio di affaticamento del conduttore, guasto dei costi hardware

Per ulteriori informazioni, fare riferimento agli standard del settore come IEEE Standard 563 per la misurazione dell'auto-amping del conduttore, [CIGRE Technical Brochure 732 sul controllo delle vibrazioni e l'applicazione EPRI Transform Line Reference Book per le raccomandazioni dettagliate di progettazione.