Kodėl ūžia elektros linijos? Ar kada nors apie tai pagalvojote? Tačiau atsakymas į šį klausimą gali būti jokiu būdu nebanalus, nors ir gana išradingas. Pažvelkime į keletą paaiškinimų, kurių kiekvienas turi teisę egzistuoti.

korona iškrova

Dažniausiai tokia idėja pateikiama. Kintamasis elektrinis laukas šalia elektros linijos laido elektrifikuoja aplink laidą esantį orą, pagreitina laisvuosius elektronus, kurie jonizuoja oro molekules, o jie savo ruožtu generuoja. Ir taip 100 kartų per sekundę vainikinės iškrovos aplink laidą užsidega ir užgęsta, o oras prie laido įšyla – atvėsta, plečiasi – susitraukia, ir taip išeina. garso banga ore, kurį mūsų ausis suvokia kaip laido zvimbimą.

Venos vibruoja

Yra ir tokia mintis. Triukšmas kyla dėl to, kad kintamoji srovė, kurios dažnis yra 50 Hz, sukuria kintamąjį magnetinį lauką, kuris priverčia atskiras vielos šerdis (ypač plienines - AC-75, 120, 240 tipų laiduose). vibruoja, atrodo, kad jie susiduria vienas su kitu, ir mes girdime būdingą triukšmą.

Be to, skirtingų fazių laidai išsidėstę vienas šalia kito, jų srovės yra vienas kito magnetiniuose laukuose ir pagal Ampero dėsnį juos veikia jėgos. Kadangi lauko pokyčių dažnis yra 100 Hz, laidai vibruoja vienas kito magnetiniuose laukuose nuo Ampero jėgų tokiu dažniu ir mes tai girdime.

Mechaninis sistemos rezonansas

Ir tokia hipotezė yra šen bei ten. 50 arba 100 Hz dažnio virpesiai perduodami į atramą ir tam tikromis sąlygomis atrama, patekusi į rezonansą, pradeda skleisti garsą. Tūrį ir rezonansinį dažnį įtakoja atraminės medžiagos tankis, atramos skersmuo, atramos aukštis, vielos ilgis tarpatramyje, taip pat jo skerspjūvis ir įtempimo jėga. Jei yra rezonanso smūgis, girdimas triukšmas. Jei nėra rezonanso, nėra triukšmo arba yra tyliau.

Vibracija Žemės magnetiniame lauke

Panagrinėkime kitą hipotezę. Laidai vibruoja 100 Hz dažniu, o tai reiškia, kad juos nuolat veikia kintama skersinė jėga, susijusi su srove laiduose, jos dydžiu ir kryptimi. Kur yra išorinis magnetinis laukas? Hipotetiškai tai gali būti magnetinis laukas, kuris visada yra po kojomis, orientuojantis kompaso adatą, -.

Iš tiesų, srovės aukštos įtampos elektros linijų laiduose siekia kelių šimtų amperų amplitudę, tuo tarpu linijų laidų ilgis yra nemažas, o mūsų planetos magnetinis laukas, nors ir palyginti mažas (jo indukcija centrinėje Rusijoje yra tik apie 50 μT), tačiau jis veikia visur aplink planetą ir visur turi ne tik horizontalų, bet ir vertikalų komponentą, kuris kertasi statmenai kaip elektros linijų laidai, nutiesti išilgai jėgos linijų. magnetinis laukasŽemė ir tie laidai, kurie yra nukreipti per juos arba apskritai bet kokiu kitu kampu.

Norėdami suprasti procesą, kiekvienas gali atlikti tokį paprastą eksperimentą: paimkite automobilio akumuliatorių ir lanksčią akustinę laidą, kurios skerspjūvis 25 kv. mm, mažiausiai 2 metrų ilgio. Akimirką prijunkite jį prie akumuliatoriaus gnybtų. Viela šoks! Kas tai yra, jei ne Ampero jėgos impulsas, veikiantis laidą su srove Žemės magnetiniame lauke? Nebent viela pašoko savo magnetiniame lauke...

Dažniausiai elektros perdavimo linijos atramą įsivaizduojame grotelių struktūros pavidalu. Maždaug prieš 30 metų tai buvo vienintelė galimybė, o šiandien jie ir toliau statomi. Į statybvietę atvežamas metalinių kampų komplektas ir iš šių tipinių elementų žingsnis po žingsnio prisukama atrama. Tada atvyksta kranas ir pastato konstrukciją vertikaliai. Toks procesas užima gana daug laiko, o tai turi įtakos linijų klojimo laikui, o šios atramos su blankiais grotelių siluetais yra labai trumpalaikės. Priežastis – prasta apsauga nuo korozijos. Tokios atramos technologinį netobulumą papildo paprastas betoninis pamatas. Jei tai daroma nesąžiningai, pavyzdžiui, naudojant netinkamos kokybės tirpalą, tai po kurio laiko betonas įtrūks, į plyšius pateks vandens. Keletas užšalimo-atšildymo ciklų, ir pamatą reikia perdaryti arba rimtai taisyti.

Vamzdžiai vietoj kampų

Kokia alternatyva pakeisti tradicines juodųjų metalų atramas, paklausėme PJSC „Rosseti“ atstovų. „Mūsų įmonėje, kuri yra didžiausia elektros tinklų operatorė Rusijoje, – sako šios organizacijos specialistas, – jau seniai bandėme rasti problemų, susijusių su grotelių atramomis, sprendimą, o praėjusio amžiaus dešimtojo dešimtmečio pabaigoje pradėjome pereiti prie briaunuotos atramos. Tai cilindriniai stelažai, pagaminti iš išlenkto profilio, iš tikrųjų vamzdžių, kurių skerspjūvis yra daugiakampio formos. Be to, pradėjome taikyti naujus antikorozinės apsaugos būdus, daugiausia karštojo cinkavimo. Tai elektrocheminis metalo apsauginės dangos padengimo būdas. Agresyvioje aplinkoje cinko sluoksnis plonėja, tačiau atraminė atramos dalis lieka nepažeista.

Be didesnio patvarumo, naujas atramas taip pat lengva montuoti. Daugiau kampų varžyti nebereikia: vamzdiniai būsimos atramos elementai tiesiog įkišti vienas į kitą, tada jungtis fiksuojama. Tokią konstrukciją galima sumontuoti aštuonis – dešimt kartų greičiau nei surinkti grotelę. Pamatai taip pat buvo atitinkamai pakeisti. Vietoj įprasto betono pradėti naudoti vadinamieji kriauklių poliai. Konstrukcija nuleidžiama į žemę, prie jos pritvirtinamas priešpriešinis flanšas, o pati atrama jau yra ant jos. Numatomas tokių atramų tarnavimo laikas yra iki 70 metų, tai yra maždaug dvigubai ilgesnis nei grotelių.

Dažniausiai taip įsivaizduojame elektros oro linijų atramas. Tačiau klasikinė grotelių struktūra pamažu užleidžia vietą pažangesnėms galimybėms – įvairiapusėms atramoms ir iš kompozicinių medžiagų pagamintoms atramoms.

Kodėl ūžia laidai

O laidai? Jie kabo aukštai virš žemės ir iš tolo atrodo kaip stori monolitiniai kabeliai. Tiesą sakant, aukštos įtampos laidai yra pagaminti iš vielos. Įprasta ir plačiai naudojama viela turi plieninę šerdį, kuri suteikia konstrukcijos tvirtumą ir yra apjuosta aliuminio viela, vadinamaisiais išoriniais sluoksniais, per kuriuos perduodama srovės apkrova. Tepalas tepamas tarp plieno ir aliuminio. Jis reikalingas siekiant sumažinti trintį tarp plieno ir aliuminio – medžiagų, turinčių skirtingus šiluminio plėtimosi koeficientus. Tačiau kadangi aliuminio vielos skerspjūvis yra apskritas, posūkiai nėra tvirtai prigludę vienas prie kito, vielos paviršius turi ryškų reljefą. Šis trūkumas turi dvi pasekmes. Pirma, drėgmė prasiskverbia į tarpus tarp posūkių ir išplauna tepalą. Padidėja trintis ir susidaro sąlygos korozijai. Dėl to tokio laido tarnavimo laikas yra ne daugiau kaip 12 metų. Norint prailginti tarnavimo laiką, ant laido kartais uždedami remontiniai rankogaliai, kurie taip pat gali sukelti problemų (apie tai plačiau žemiau). Be to, ši vielos konstrukcija prisideda prie to, kad šalia oro linijos sukuriamas aiškiai apibrėžtas triukšmas. Jis atsiranda dėl to, kad kintamoji 50 Hz įtampa sukelia kintamąjį magnetinį lauką, dėl kurio atskiros laido gijos vibruoja, dėl to jos susiduria viena su kita ir girdime būdingą zvimbimą. ES šalyse toks triukšmas laikomas akustine tarša ir su juo kovojama. Dabar pas mus tokia kova prasidėjo.

„Dabar norime pakeisti senus laidus naujos konstrukcijos laidais, kuriuos kuriame“, – sako PJSC „Rosseti“ atstovas. – Tai irgi plieno-aliuminio vielos, bet ten viela naudojama ne su apvalia dalimi, o greičiau su trapecija. Sukimas pasirodo tankus, o vielos paviršius lygus, be įtrūkimų. Drėgmė beveik negali patekti į vidų, tepalas neišplaunamas, šerdis nerūdija, o tokio laido tarnavimo laikas artėja prie trisdešimties metų. Panašios konstrukcijos laidai jau naudojami tokiose šalyse kaip Suomija ir Austrija. Taip pat yra linijų su naujais laidais Rusijoje – Kalugos regione. Tai 37 km ilgio linija „Orbit-Sputnik“. Be to, ten laidai turi ne tik lygų paviršių, bet ir skirtingą šerdį. Jis pagamintas ne iš plieno, o iš stiklo pluošto. Tokia viela yra lengvesnė, bet labiau tempiama nei paprastas plienas-aliuminis.

Tačiau naujausiu dizaino pasiekimu šioje srityje galima laikyti amerikiečių koncerno 3M sukurtą laidą. Šiuose laiduose keliamąją galią užtikrina tik laidūs sluoksniai. Šerdies nėra, tačiau patys sluoksniai yra sustiprinti aliuminio oksidu, kuris pasiekia didelį stiprumą. Ši viela turi puikią laikomąją galią, o su standartinėmis atramomis dėl savo stiprumo ir mažo svorio atlaiko iki 700 m ilgio tarpatramius (standartinis 250-300 m). Be to, viela yra labai atspari šiluminėms apkrovoms, todėl tinka pietinėse valstijose JAV ir, pavyzdžiui, Italijoje. Tačiau viela iš 3M turi vieną reikšmingą trūkumą - kaina yra per didelė.

Originalios „dizainerio“ atramos yra neabejotina kraštovaizdžio puošmena, tačiau vargu ar jos bus plačiai naudojamos. Elektros tinklų įmonėms prioritetas – energijos perdavimo patikimumas, o ne brangios „skulptūros“.

Ledas ir stygos

Oro elektros linijos turi savo natūralius priešus. Vienas iš jų – laidų apledėjimas. Ši nelaimė ypač būdinga pietiniams Rusijos regionams. Esant maždaug nuliui temperatūrai, šlapdriba lašai nukrenta ant vielos ir užšąla. Vielos viršuje suformuotas krištolinis dangtelis. Bet tai tik pradžia. Skrybėlė, veikdama savo svoriu, pamažu pasuka vielą, iš kitos pusės pateikdama stingdančią drėgmę. Anksčiau ar vėliau aplink vielą susidarys ledo įvorė, o jei rankovės svoris viršys 200 kg vienam metrui, viela nutrūks ir kažkas liks be šviesos. „Rosseti“ turi savo žinių, kaip elgtis su ledu. Linijos atkarpa su apledėjusiais laidais yra atjungta nuo linijos, bet prijungta prie nuolatinės srovės šaltinio. Naudojant nuolatinę srovę, laido ominę varžą galima praktiškai nepaisyti ir praleisti sroves, tarkime, dvigubai stipresnes nei apskaičiuota kintamosios srovės vertė. Viela įkaista ir ledas ištirpsta. Vielos išmeta nereikalingus krovinius. Bet jei ant laidų yra remonto įvorės, atsiranda papildomas pasipriešinimas, o tada viela gali perdegti.

Kitas priešas – aukšto ir žemo dažnio vibracijos. Ištemptas oro linijos laidas yra styga, kuri, veikiama vėjo, pradeda vibruoti aukštu dažniu. Jei šis dažnis sutampa su natūraliu laido dažniu ir sutampa amplitudės, laidas gali nutrūkti. Norėdami susidoroti su šia problema, linijose sumontuoti specialūs įtaisai - vibracijos slopintuvai, kurie atrodo kaip kabelis su dviem svarmenimis. Ši konstrukcija, turinti savo virpesių dažnį, sumažina amplitudes ir slopina vibraciją.

Toks žalingas poveikis kaip „laidų šokis“ siejamas su žemo dažnio vibracijomis. Kai linijoje nutrūksta (pavyzdžiui, dėl ledo susidarymo), atsiranda laidų virpesiai, kurie eina toliau banga, per kelis tarpatramius. Dėl to penkios ar septynios atramos, sudarančios inkaro tarpą (atstumas tarp dviejų atramų su tvirtu vieliniu tvirtinimu), gali sulenkti ar net nukristi. Gerai žinoma priemonė kovojant su „šokiu“ yra tarpfazių tarpiklių tarp gretimų laidų įrengimas. Jei yra tarpiklis, laidai tarpusavyje slopins savo vibracijas. Kitas variantas yra naudoti linijos atramas, pagamintas iš kompozicinių medžiagų, ypač iš stiklo pluošto. Skirtingai nuo metalinių atramų, kompozitinė turi tamprios deformacijos savybę ir lengvai „išvaidins“ laidų virpesius pasilenkdama ir atstatydama vertikalią padėtį. Tokia atrama gali užkirsti kelią kaskadiniam visos linijos atkarpos kritimui.

Nuotraukoje aiškiai matyti skirtumas tarp tradicinio aukštos įtampos laido ir naujo dizaino laido. Vietoj apvalios vielos buvo naudojama iš anksto deformuota viela, o plieninės šerdies vietą užėmė kompozicinė šerdis.

Unikalios atramos

Žinoma, yra visokių unikalių atvejų, susijusių su oro linijų tiesimu. Pavyzdžiui, įrengiant atramas užtvindytame grunte arba amžinojo įšalo sąlygomis, įprasti pamatų polių apvalkalai neveiks. Tada naudojami sraigtiniai poliai, kurie kaip sraigtas įsriegiami į žemę, siekiant kuo tvirtesnio pagrindo. Ypatingas atvejis yra plačių vandens užtvarų elektros linijų praėjimas. Juose naudojamos specialios aukštuminės atramos, kurios sveria dešimt kartų daugiau nei įprasta ir kurių aukštis siekia 250-270 m. Kadangi tarpatramis gali būti didesnis nei du kilometrai, naudojama speciali viela su sustiprinta šerdimi, kurią papildomai palaiko a. apkrovos kabelis. Taip, pavyzdžiui, sutvarkytas elektros perdavimo linijos perėjimas per Kamą, kurio tarpatramis 2250 m.

Atskirai atramų grupei atstovauja konstrukcijos, skirtos ne tik laikyti laidus, bet ir turėti tam tikrą estetinę vertę, pavyzdžiui, skulptūrinės atramos. 2006 m. bendrovė „Rosseti“ inicijavo originalaus dizaino stulpų kūrimo projektą. Buvo įdomus darbas, tačiau jų autoriai, projektuotojai, dažnai negalėjo įvertinti šių projektų inžinerinio įgyvendinimo galimybės ir pagaminamumo. Apskritai reikia pasakyti, kad stulpai, į kuriuos investuojama meninė koncepcija, kaip, pavyzdžiui, stulpų figūrėlės Sočyje, dažniausiai įrengiami ne tinklo įmonių iniciatyva, o kokios nors trečiosios šalies reklamos užsakymu. ar vyriausybines organizacijas. Pavyzdžiui, JAV populiari M raidės formos atrama, stilizuota kaip McDonald's greito maisto tinklo logotipas.

Vakaro vėjas kvėpuoja vėsa Ten, ir ošia lapuose Ir linguoja šakas Ir bučiuoja arfą... Bet arfa tyli... ................... ...... ............ Ir staiga... iš tylos pakilo tvyrantis mąslus skambėjimas.

V. Žukovskis. "Eolijos arfa"

Net senovės graikai pastebėjo, kad vėjo ištempta styga kartais ima skambėti melodingai – dainuoti. Galbūt jau tada buvo žinoma eolinė arfa, pavadinta vėjo dievo Eolo vardu. Eolinė arfa susideda iš rėmo, ant kurio ištemptos kelios stygos; jis dedamas toje vietoje, kur stygas pučia vėjas. Net jei apsiribosite viena eilute, galite gauti daugybę skirtingų tonų. Kažkas panašaus, bet su daug mažesne tonų įvairove, nutinka, kai vėjas pajudina telegrafo laidus.

Gana ilgą laiką šis reiškinys ir daugelis kitų, susijusių su oro ir vandens srautu aplink telkinius, nebuvo paaiškinti. Tik Niutonas, šiuolaikinės mechanikos įkūrėjas, pateikė pirmąjį mokslinį požiūrį į tokių problemų sprendimą.

Pagal Niutono atrastą pasipriešinimo kūnų judėjimui skystyje ar dujose dėsnį pasipriešinimo jėga yra proporcinga greičio kvadratui:

F = Kρv 2 S.

Čia v yra kūno greitis, S yra jo pjūvio plotas, statmenas greičio krypčiai, ρ yra skysčio tankis.

Vėliau paaiškėjo, kad Niutono formulė ne visada teisinga. Kai kūno greitis yra mažas, palyginti su greičiu terminis judėjimas molekulių, Niutono pasipriešinimo dėsnis nebegalioja.

Kaip jau aptarėme ankstesniuose skyriuose, esant pakankamai lėtam kūno judėjimui, pasipriešinimo jėga yra proporcinga jo greičiui (Stokso dėsnis), o ne jo kvadratui, kaip nutinka greitam judėjimui. Tokia situacija susidaro, pavyzdžiui, kai debesyje juda maži lietaus lašeliai, kai stiklinėje nusėda nuosėdos, kai „Stebuklingoje lempoje“ juda medžiagos A lašai. Tačiau į moderni technologija su dideliu greičiu paprastai galioja Niutono pasipriešinimo dėsnis.

Atrodytų, kadangi žinomi pasipriešinimo dėsniai, galima paaiškinti laidų zvimbimą ar eolinės arfos dainavimą. Bet taip nėra. Juk jei pasipriešinimo jėga būtų pastovi (arba augtų didėjant greičiui), tai vėjas tiesiog trauktų stygą, o ne sužadintų jos garsą.

Kas nutiko? Norint paaiškinti stygos garsą, paaiškėja, kad paprastų minčių apie pasipriešinimo jėgą, kurią ką tik analizavome, nepakanka. Išsamiau aptarkime kai kuriuos skysčių srauto aplink nejudantį kūną tipus (tai patogiau, nei atsižvelgti į kūno judėjimą nejudančiame skystyje, ir atsakymas, žinoma, bus tas pats).

Pažvelkite į pav. 1. Tai yra mažo skysčio greičio atvejis. Skysčio srautai eina aplink cilindrą (paveikslėlyje parodyta pjūvis) ir sklandžiai tęsiasi už jo. Toks srautas vadinamas laminarinis. Šiuo atveju pasipriešinimo jėga atsiranda dėl vidinės skysčio trinties (klampumo) ir yra proporcinga v. Skysčio greitis bet kurioje vietoje, taip pat pasipriešinimo jėga nepriklauso nuo laiko (tekėjimo stacionarus). Ši byla mūsų neįdomi.

Bet pažiūrėkite į pav. 2. Srauto greitis padidėjo, o vietoje už cilindro atsirado skysčio sūkuriai – sūkuriai. Trintis šiuo atveju nebe visiškai lemia proceso pobūdį. Impulso pokyčiai pradeda vaidinti vis svarbesnį vaidmenį, vykstantys ne mikroskopiniu mastu, o mastu, panašiu į kūno dydį. Pasipriešinimo jėga tampa proporcinga v 2 .

Ir galiausiai, pav. 3, srauto greitis dar labiau padidėjo, o sūkuriai išsirikiavo į taisyklingas grandines. Štai raktas į mįslės paaiškinimą! Šios sūkurių grandinės, periodiškai ištrūkdamos iš stygos paviršiaus, sužadina jos skambesį, kaip ir gitaros stygas sukelia periodiški muzikanto pirštų prisilietimai.

Taisyklingo sūkurių išsidėstymo už supaprastinto kūno reiškinį mūsų amžiaus pradžioje pirmą kartą eksperimentiškai ištyrė vokiečių fizikas Benardas. Tačiau tik netrukus pasirodžiusių Karmano darbų dėka tokia tendencija, kuri iš pradžių atrodė labai savotiška, sulaukė paaiškinimo. Šio mokslininko vardu periodinių sūkurių sistema dabar vadinama Karmano keliu.

Toliau didėjant greičiui, sūkuriai turi vis mažiau laiko išsiskleisti didelis plotas skysčių. Sūkurio zona susiaurėja, sūkuriai susimaišo, o srautas tampa chaotiškas ir netaisyklingas ( neramus). Tiesa, esant labai dideliems greičiams, naujausi eksperimentai atskleidė kažkokio naujo periodiškumo atsiradimą, tačiau jo detalės vis dar nėra aiškios.

Gali atrodyti, kad Karmano sūkurinė gatvė yra teisinga gražus reiškinys pobūdis, neturi jokios praktinės reikšmės. Bet taip nėra. Perdavimo linijų laidai taip pat svyruoja veikiant pastoviu greičiu pučiančiam vėjui dėl sūkurių išsiliejimo. Vietose, kur laidai yra pritvirtinti prie atramų, atsiranda didelių jėgų, kurios gali sukelti sunaikinimą. Aukšti kaminai siūbuoja veikiami vėjo.

Tačiau Tacoma tilto svyravimai Amerikoje tikrai susilaukė didžiausio žinomumo. Šis tiltas stovėjo tik kelis mėnesius ir sugriuvo 1940 m. lapkričio 7 d. Fig. 4 parodytas tilto vaizdas svyruojant. Nuo tilto važiuojamosios dalies laikančiosios konstrukcijos atitrūko viesulai. Po ilgų tyrinėjimų tiltas vėl iškilo, tik vėjo perpučiami paviršiai buvo kitokios formos. Taip buvo pašalinta tilto vibraciją sukėlusi priežastis.