عنوان

تحلیل ارتعاشات اجباری بسته رسانا و تاثیر جدا کن‌های انعطاف‌پذیر بر آن

‭۱۴۹۸۸پ‬

per

تحلیل ارتعاشات اجباری بسته رسانا و تاثیر جدا کن‌های انعطاف‌پذیر بر آن

/آریو رضائی

: مهندسی مکانیک

، ‮‭۱۳۹۴‬

چاپی

کارشناسی ارشد

مهندسی مکانیک گرایش طراحی کاربردی

‮‭۱۳۹۴/۱۰/۰۷‬

تبریز

در خطوط انتقال برق به منظور افزایش توان الکتریکی انتقالی از بسته رساناها ‮‭(Bundled Conductors)‬ استفاده می‌صشود .بسته رسانا متشکل از چند رشته رسانای جدا از هم است که فاصله بین آنها به کمک جداکن ‮‭(Spacer)‬ حفظ می‌شود .ارتعاشات آولین ‮‭(Aeolian Vibration)‬ زیررساناها ‮‭(Subconductors)‬ در اثر وزش باد، خسارات زیادی به تجهیزات شبکه‌های انتقال و توزیع برق وارد می‌کند .از آنجا که انجام آزمایش تجربی دشوار و پرهزینه است، ایجاد مدل ریاضی ارتعاش بسته رسانا به منظور بررسی تاثیر انواع جداکن-میراگرها بر پاسخ ارتعاشی و محاسبه طول عمر خطوط به لحاظ عملی اهمیت زیادی دارد .در تحقیقاتی که تاکنون صورت گرفته است، با صرفنظر از تغییرات دامنه و فاز در طول زیردهانه، شکل ارتعاش رسانا بصورت موج ایستاده هارمونیک در نظر گرفته شده و در مدلسازی جداکن از برخی خواص فیزیکی و درجات آزادی آن صرفنظر شده است .در این پایان‌نامه ابتدا با در نظر گرفتن شکل کلی ارتعاش رسانا و خواص‍ اینرسی، سفتی و میرایی) خطی و پیچشی (جداکن-میراگر، مدل ریاضی ارتعاشات آولین بسته رسانای متشکل از دو رسانای افقی کاملا کشیده شده ایجاد می‌شود .سپس مسأله مقدار ویژه غیرخطی مربوطه تشکیل و حل می‌شود تا فرکانس طبیعی، نرخ میرایی و شکل مود ارتعاش بدست آید .در ادامه با استفاده از روش تعادل انرژی‮‭(Energy Balance Method)‬ ، بیشترین دامنه ارتعاش پایا در هر فرکانس محاسبه شده و دامنه کرنش خمشی در طول دهانه استخراج می‌شود .به کمک این روش جدید می‌توان اثر پارامترهای مختلف بر دامنه ارتعاش و دامنه تنش خمشی را بررسی و بهینه‌سازی کرد .در تحقیق حاضر اثر تعداد، محل و مشخصات فیزیکی جداکن‌ها بر رفتار ارتعاشی بسته رسانا بررسی شده است .بر اساس نتایج بدست آمده متناسب بودن طول زیردهانه‌ها و افزایش نسبت طول آنها) افزایش اختلاف طول زیردهانه‌ها (عملکرد جداکن را تضعیف می‌کند .افزایش شدید سفتی و میرایی جداکن همواره منجر به افت شدید عملکرد آن می‌شود .کاهش شدید میرایی نیز به افزایش دامنه ارتعاش و دامنه کرنش خمشی می‌انجامد .بدلیل تاثیر چشمگیر تعداد جداکن، اندازه سفتی و اندازه میرایی مفاصل جداکن بر عملکرد بسته رسانا، لازم است برای هر حالت خاص، مقادیر بهینه این کمیت‌ها محاسبه شود .استفاده از روش پیشنهادی برای بسته رسانای دوگانه‌ی افقی نشان می‌دهد که نظیر حالت تک رسانا، همواره می‌توان از روی تقسیم بندی جزء حقیقی مقادیر ویژه و قبل از برقراری تعادل انرژی، دامنه نسبی ارتعاش رسانا را در هر فرکانس پیش‌بینی و فرکانس‌صهای بحرانی) با دامنه ارتعاش بالا (و فرکانس‌های ایده‌آل) با دامنه ارتعاش صفر (را شناسایی کرد

In order to increase the electric power transmitting capacity of an overhead transmission lines, bundle conductors are used. In the bundled conductor power lines, each voltage phase is transmitted by two or more sub-conductors that held apart by spacers at suitable intervals. On the other hand, these types of conductors are susceptible to wind excited Aeolian vibrations which impose enormous damage to transmissions and distribution networks. Because of the difficulty of the experimental tests, the mathematical modeling of bundled line is very important to evaluate the effect of spacers and damper on vibration response to estimate the line service life or to calculate the damper performance. In the previous researches, variations of amplitude and phase have been ignored along the sub-span and the wave shape has assumed as a standing harmonic wave. In the modeling of the spacer some of the physical features were ignored and its degrees of freedom were kept lower as well.In this study, by taking into account the complex form of the general response of the conductor vibration equation, the mathematical model of the Aeolian vibration of a horizontal twin bundled line with several spacer-dampers is obtained. The inertia effect, which has been ignored so far, as well as stiffness and damping properties (longitudinal and rotational) of the spacer are taken into account. The nonlinear eigenvalue problem of the conductor vibration is formed, followed by a new approach to the solution of this problem which leads to the natural frequencies, damping ratios and complex mode shapes. Then, the Energy Balance Method (EBM) is employed to determine the maximum amplitude of the conductor as well as its bending strain amplitude in steady-state vibration for each frequency along the span. By this new method, one can study the effects of the different parameters on the vibration response. In the current research the effect of number, location and physical characteristics of spacer on vibration behavior of the bundle is investigated. Application of the proposed method show that, by comparison and grouping of the real part of the eigenvalues, the frequency bands of high-amplitude occurring vibration can be identified without any need to extract the vibration amplitude from EBM. Exploring the number and location of the spacers indicate that proportionality and large difference between sub-spans length give rise to reducing the spacer performance. Also, increasing the number of spacers and changing the stiffness and damping values of spacers have significant effect on the bundle response and optimum values of these values should be calculated at any specific case. Increasing the spacers' stiffness and damping values too large, results in strong deterioration of spacer performance. Sharp reduction of the spacer damping, leading to increasing the amplitude of the vibration and bending strain.

رضائی، آریو

صادقی، سید مرتضی، استاد راهنما

محبوب، محمد، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی