Dirigent galopp

Galopperande konduktörer i östra Idaho runt jultid 1998.

Ledargalopp är hög amplitud, lågfrekvent svängning av luftledningar på grund av vind. Ledningarnas rörelse sker oftast i vertikalplanet, även om horisontell eller roterande rörelse också är möjlig. Det naturliga frekvensläget tenderar att vara runt 1 Hz, vilket leder till att den ofta graciösa periodiska rörelsen också kallas dirigentdans . Svängningarna kan uppvisa amplituder som överstiger en meter, och förskjutningen är ibland tillräcklig för att fasledarna ska inkräkta på driftsavstånd (kommer för nära andra föremål) och orsaka överslag . Den kraftfulla rörelsen ökar också avsevärt belastningen på isolatorer och elmaster , vilket ökar risken för mekaniska fel på båda.

Mekanismerna som initierar galopp är inte alltid tydliga, även om det ofta tros vara orsakat av asymmetrisk ledaraerodynamik på grund av att is byggs upp på ena sidan av en tråd. Halvmånen av inkrust is närmar sig en aerofoil , vilket förändrar den normalt runda profilen hos tråd och ökar tendensen att svänga.

Galopp kan vara ett betydande problem för överföringssystemoperatörer , särskilt där linjer korsar öppna, vindpinade land och riskerar isbelastning. Om galopp sannolikt kommer att vara ett bekymmer, kan designers använda ledare med släta ytor, vars förbättrade isbildning och aerodynamiska egenskaper minskar rörelsen. Dessutom kan antigaloppanordningar monteras på linan för att omvandla sidorörelsen till en mindre skadlig vridning. Att öka spänningen i linan och använda styvare isolatorfästen har effekten av att minska galopprörelsen. Dessa åtgärder kan vara kostsamma, är ofta opraktiska efter att ledningen har byggts och kan öka tendensen för ledningen att uppvisa högfrekventa svängningar.

Om man misstänker isbelastning kan det vara möjligt att öka kraftöverföringen på linjen och på så sätt höja dess temperatur genom Joule-uppvärmning och smälta isen. Den plötsliga förlusten av is från en linje kan resultera i ett fenomen som kallas "hopp", där kontaktledningen dramatiskt studsar uppåt som svar på viktförändringen. Om risken för att snubbla är stor, kan operatören välja att förebyggande stänga av linjen på ett kontrollerat sätt istället för att möta ett oväntat fel. Risken för mekaniskt fel på ledningen kvarstår.

Teoretisk analys

De tidigaste studierna av långa ledningar inbäddade i en rörlig flytande rörelse dateras till slutet av 1800-talet, då Vincenc Strouhal förklarade "sjungande" ledningar i termer av virvelavkastning . Galopp är nu känt för att härröra från ett annat fysiskt fenomen: aerodynamisk lyft . Is som samlats på tråden förstör trådens cirkulära symmetri , och den naturliga upp-och-ned "sjungande" rörelsen hos en tråd ändrar anfallsvinkeln för den iskalla tråden i vinden. För vissa former är variationen i lyftkraft över de olika vinklarna så stor att den exciterar storskaliga svängningar.

Matematiskt kan en obelastad förlängd tråd i död luft approximeras som en massa m upphängd på höjden y av en fjäder med konstant k . Om vinden rör sig med hastigheten U gör den vinkeln α med tråden, där

$$\tan {\alpha }={\frac {\dot {y}}{U}}{\text{.}}$$

Vid stora vindhastigheter är lyftet och motståndet som induceras på tråden proportionella mot kvadraten på vindhastigheten, men proportionalitetskonstanterna C _L och C _D (för en icke-cirkulär tråd) beror på α :

$$F_{j}={\frac {1}{2}}\rho (U ^{2}+{\dot {y}}^{2})l\cdot C_{j}\quad \quad \quad {\text{(}}j\in \{{\text{L}}, {\text{D}}\}{\text{),}}$$

där ρ är vätskedensiteten och l längden på tråden.

I princip kan den exciterade svängningen anta tre former: rotation av tråden, horisontell svajning eller vertikal stup. De flesta galopper kombinerar rotation med åtminstone en av de två andra formerna. För algebraisk enkelhet kommer den här artikeln att analysera en ledare som endast upplever störtdykning (och inte rotation); en liknande behandling kan ta itu med andra dynamik. Ur geometriska överväganden måste den vertikala komponenten av kraften vara

$${\frac {1}{2}}\rho l(U^{2}+{\dot {y}}^{2})(C_{L}\cos { \alpha }+C_{D}\sin {\alpha })\approx {\frac {1}{2}}\rho lU^{2}\left(C_{L}|_{\alpha =0}- {\frac {\dot {y}}{U}}\left.\left(C_{D}+{\frac {\partial C_{L}}{\partial \alpha }}\right)\right|_ {\alpha =0}\right){\text{,}}$$

behåller endast termer av första ordningen i regimen ẏ ≪ U . Galopp uppstår närhelst drivkoefficienten 1 / 2 ρlU ·( C _D + ∂ C _L / ∂ α | _{α =0 överstiger} ) trådens naturliga dämpning ; i synnerhet är det ett nödvändigt-men-inte-tillräckligt villkor

$$\left.\left(C_{D}+{\frac {\partial C_{L}}{\partial \alpha }}\right)\right|_{\alpha =0}<0{\text {.}}$$

Detta är känt som den Hartog galopptillståndet , efter ingenjören som först upptäckte det.

Vid låga vindhastigheter U börjar analysen ovan misslyckas, eftersom galoppsvängningen kopplas till virvelavkastningen .

Fladdra

Ett liknande eoliskt fenomen är fladder , orsakat av virvlar på läsidan av tråden, och som särskiljs från galopp genom sin högfrekventa (10 Hz), lågamplitudrörelse. För att kontrollera fladder kan transmissionsledningar förses med avstämda massdämpare (kända som Stockbridge-dämpare ) som är fastklämda i ledningarna nära tornen. Användningen av buntledardistanser kan också vara till fördel.

Se även

• Eolisk vibration