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振动与疲劳:如何预防?

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:如气旋涡上下交替的频率与光缆固有频率相等或接近时,就会引起光缆的振动。光缆长期处在静应力与振动导致的动应力作用下,光缆将产生疲劳现象。为了防止振动给光缆线路带来伤害,通常会采取合适的防振、减振手段来降低或消除风振造成的损伤。金属光缆,如OPGW和OPPC等,设计时需要考虑温度影响。为保证光缆的使用寿命不小于25年,材料选型及用量上必须考虑一定的安全系数,根据电力系统的规范要求,安全系数不小于2.5。

振动与疲劳:如何预防?

当风向与架空线路成一定夹角(特别是大于45°,甚至成90°时)和风速比较稳定(风速约大于0.5m/s)时,在光缆的后边就会形成气旋涡。如气旋涡上下交替的频率与光缆固有频率相等或接近时,就会引起光缆的振动。光缆振动的情况与风向、风速、线路所在地区的地形条件、光缆自身质量、光缆离地面高度以及塔杆间距等各种因素有关,其中光缆自身质量、塔杆间距(跨距)大小、风向与风速等为主要因素。光缆长期处在静应力与振动导致的动应力作用下,光缆将产生疲劳现象。在应力集中的部位,即悬挂点的两端,特别是最高位悬挂点,成为最易损坏的薄弱点。

排除金具因素,对ADSS光缆来说,高位悬挂点损坏的现象主要有:

(1)光纤套管压扁,外力通过套管直接施加到光纤上,导致光纤侧压力加大,损耗增大,或光纤折断;

(2)光缆护套被拉伸长至断裂,芳纶及缆芯裸露;

(3)中心加强件折断或被拉断;

(4)芳纶纱断股,一旦出现断股,剩余芳纶纱上分担的负荷将不断加大,并将逐渐被拉断崩溃,光缆全断。

对包括ADSS、OPGW和OPPC等在内的自承式光缆,防止在悬挂点因应力集中而导致套管压扁或光缆弯折是非常重要的环节,所以普遍采用预绞式金具架挂光缆。预绞式金具与光缆有较大的接触面,在金具和光缆都设计合理时,不存在应力集中的现象(关于预绞式金具的设计要求,请参见本书第10章中光缆金具部分)。为避免线路上发生断纤、断缆事故,除了减少野蛮施工对光缆造成的损伤外,合理的光缆结构设计以及线缆施工方案也是关键

为了防止振动给光缆线路带来伤害,通常会采取合适的防振、减振手段来降低或消除风振造成的损伤。防振、消振措施一方面起到减小光缆的振动幅度,消除谐振外,更重要的是保护了线路的金具,特别是避免微风振动扩大了金属连接件内部存在缺陷点(如裂纹、虚焊),也要防止频繁的振动引起连接金具螺帽的松动。

将上述各应力之和及各种因素可能引起的破坏控制在光缆设计承受能力范围之内,是光缆设计的关键,它决定了各种材料的选取和配比,同时也可得出光缆所能使用的最大跨距。

在设计过程中,我们应该考虑到覆冰、大风、振动、高低温等因素的组合对架设后的光缆的负荷影响。但在进行光缆设计时,是无法将振动的因素考虑进来的。(www.xing528.com)

金属光缆,如OPGW和OPPC等,设计时需要考虑温度影响。由于ADSS光缆中的承力元件——芳纶纱材料线膨胀系数为负值,光缆成缆后总的线膨胀系数非常小,达到10-6数量级,比光缆中的其他主要材料小一至两个数量级,所以在设计计算环节往往忽略掉了温度变化对光缆伸长或收缩的影响。

进行应力计算时,要根据光缆使用地历史气象数据,选取最恶劣气候条件下光缆最大的荷载作为计算依据。但最恶劣气候条件的选取不是简单将最大风载和最大冰载极值进行叠加设计计算,因为根据气象规律,大风、覆冰以及最低气温三个因素的极值不可能组合在一起,而应该是分别考虑三种气象条件的合理组合。设计者需要了解当地气候条件及自然规律,以满足光缆结构设计上的经济合理性及设计计算的方便性。

一般地,最大风速的出现是冷热气流的热量交换加速所致,多在夏、秋季节发生,而最低气温则在冬季无风时出现。最大风速或最低气温时,大气中均无“过冷却”水滴存在,线路不可能覆冰,因为覆冰是空气中的“过冷却”水滴及湿雪降落时碰到低于0°C时的光缆后形成的。依经验,其气象条件组合如下。

(1)最大风速时无冰,气温为大风季节最冷月的平均气温或稍低一点。

(2)最低气温时不考虑同时出现冰、风,故按无冰、无风设计。

(3)覆冰时,根据“雨淞冰”形成的规律,一般取相应风速为10m/s,若地区最大风速很大(如35m/s以上),可取相应风速为15m/s。覆冰时气温取-5°C。

这只是一般情况下的气象条件组合,我国幅员辽阔,地区气象条件相差较大,可根据当地的气象资料进行设计。

为保证光缆的使用寿命不小于25年,材料选型及用量上必须考虑一定的安全系数,根据电力系统的规范要求,安全系数不小于2.5。

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