تحلیل ارتعاشات آئولین خطوط انتقال نیرو با وجود جداکننده

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد

چکیده

در این مقاله ارتعاشات آئولین خطوط انتقال نیرو مورد بررسی قرار گرفته و اثر وجود جداکننده بین هادی ها بررسی شده است. هر کدام از هادی ها بصورت یک تیر اویلر برنولی مدلسازی شده است و جداکننده بصورت یک فنر و دمپر بین آن دو قرار گرفته است. ضریب سفتی و میرایی جداکننده با استفاده از آزمایشات تجربی برای یک جداکننده استفاده شده در خطوط توزیع برق ایران بدست آمده است. معادلات حرکت با استفاده از اصل همیلتون استخراج شده است. این معادلات با استفاده از روش گلرکین به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده و سپس با روش رانگ کوتا حل عددی شده است. در ادامه تاثیر استفاده از جداکننده بر ارتعاشات خطوط انتقال و تاثیر پارامترهای مختلف طراحی، اعم از مقدار جرم، ضریب سفتی و میرایی جداکننده، محل قرارگیری جداکننده، طول دهانه خط انتقال و جرم واحد طول کابل بر دامنه ارتعاشات هادی ها بررسی می شود. نتایج شبیه سازی نشان داده است که وجود جداکننده تا چه اندازه برای حفظ ایمنی خطوط لازم است و برخلاف تصور، جداکننده با ساختار بسیار سفت، تاثیر چندانی بر کنترل ارتعاشات ندارد بلکه می تواند تاثیر سوء نیز داشته باشد. همچنین نتایج نشان می دهد که افزایش جرم جداکننده تا ۱۰ برابر، دامنه ارتعاشات را تنها تا ۱۱ درصد کاهش می دهد و حداقل سفتی برابر با 2000 کیلو نیوتن بر متر برای جداکننده نیاز است؛ چرا که در این مقدار دامنه ارتعاشات تا ۲ برابر نسبت به سفتی های کمتر کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] H. Liu, K. Kopsidas, and M. Al Aqil, "Modelling Conductor Life Expectancy for HTLS Conductors," in 2021 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM), 2021: IEEE, pp. 1-5, doi: https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2023.103904.
 
[2] T. Varney, "The Vibration of Transmission-Line Conductors," Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, vol. 47, no. 3, pp. 799-807, 1928, doi: https://doi.org/10.1109/T-AIEE.1928.5055059.
 
[3] R. Claren and G. Diana, "Mathematical analysis of transmission line vibration," IEEE Transactions on power apparatus and systems, no. 12, pp. 1741-1771, 1969, doi: https://doi.org/10.1109/TPAS.1969.292291.
 
[4] P. Hagedorn, "Ein einfaches Rechenmodell zur Berechnung winderregter Schwingungen an Hochspannungsleitungen mit dämpfern," Ingenieur-Archiv, vol. 49, pp. 161-177, 1980, doi: https://doi.org/10.1007/BF01351330.
 
[5] A. R. Oliveira and D. G. Freire, "Dynamical modelling and analysis of aeolian vibrations of single conductors," IEEE transactions on power delivery, vol. 9, no. 3, pp. 1685-1693, 1994, doi: https://doi.org/10.1109/61.311193.
 
[6] J. Liu, B. Yan, Z. Mou, Y. Gao, G. Niu, and X. Li, "Numerical study of aeolian vibration characteristics and fatigue life estimation of transmission conductors," Plos one, vol. 17, no. 1, p. e0263163, 2022, doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0263163.
 
[7] Z. Bahrami, "Aeolian vibration analysis of power distribution lines," Thesis submitted
For the degree of M.Sc, Department Of Mechanical Engineering, Yazd University, 2020.
 
[8] A. Moawad, L. E. Kollár, A. Bognár, T. Borbély, and K. Lajber, "Buckling of interphase spacers during vibration following ice shedding," Cold Regions Science and Technology, vol. 213, p. 103904, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2023.103904.
 
[9] A. Edwards and J. Boyd, "Bundle-Conductor-Spacer Design Requirements and Development of``Spacer-Vibration Damper''," IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. 84, no. 10, pp. 924-932, 1965, doi: https://doi.org/10.1109/TPAS.1965.4766121.
 
[10]         L. Hou, L. Wang, Z. Guan, D. Yan, and M. Lu, "Mechanical parameter optimization of interphase composite spacer used for controlling conductor galloping," in 2007 Annual Report-Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 2007: IEEE, pp. 304-307, doi: https://doi.org/10.1109/CEIDP.2007.4451479.
 
[11]         G. Fu, L. Wang, Z. Guan, and X. Meng, "Study on the prevention of conductor ice-shedding by interphase spacer," in 2009 IEEE 9th International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials, 2009: IEEE, pp. 49-52, doi: https://doi.org/10.1109/ICPADM.2009.5252510.
 
[12]         W. Lou, C. Huang, M. Huang, H. Liang, and J. Yu, "Galloping suppression of iced transmission lines by viscoelastic-damping interphase spacers," Journal of Engineering Mechanics, vol. 146, no. 12, p. 04020135, 2020, doi: https://doi.org/10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001868.
 
[13]         Y. Wang, Z. Liu, C. Yang, J. Brownjohn, X. Hua, J. He, and Z. Chen, "Stagnation point-induced vibration on ultra-long stay cables and the vibration control by using a novel stockbridge damper," Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 241, p. 105535, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.jweia.2023.105535.
 
[14]         S. S. Rao, Vibration of continuous systems. John Wiley & Sons, 2019.
 
[15]         M. B. Sityoshwana, "Characterising a transmission line conductor subject to free and forced vibrations," Cape Peninsula University of Technology, 2020.
 
[16]         E. Simiu and R. H. Scanlan, Wind effects on structures: fundamentals and applications to design. John Wiley New York, 1996.