Проблемы повышенной вибрации и «пляски» проводов и грозотросов в Северном регионе и пути их решения.

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

56

«КАБ

КАБ

ЕЛЬ-news

», д

екаб

кабрь-я

рь-я

нвар

нвар

ь 20

0

09/2

09/2

010

010

5

56

56

Проблемы повышенной вибрации 
и «пляски» проводов 
и грозотросов в Северном регионе 
и пути их решения

Масштабное освоение Север-

ных регионов Тюменской области 

и массовое строительство ВЛ ве-

лось в 70-80 годы, когда регион 

был малоизучен, в год строилось 

и вводилось около тысячи кило-

метров воздушных линий. На ста-

дии проектирования ВЛ не было 

учтено влияние климатических и 

геологических условий в период 

эксплуатации ВЛ из-за их слабой 

изученности, в связи с чем, про-

ектные решения по Северному ре-

гиону были идентичны решениям 

для юга Тюменской области. При 

проектировании, а потом и в стро-

ительстве использовался один и 

тот же тип опор, фундаментов, та-

кие же или даже большие длины 

пролетов, в связи с малой плотно-

стью населения и труднодоступ-

ностью территории, аналогичные 

стрелы провеса, закладывалось 

повышенное тяжение (30% от раз-

рывного усилия в проводе вместо 

25% используемой в зарубежной 

практике), марка проводов, тросов 

и арматура также были типовыми. 

По проекту провода и тросы 

для районов Крайнего Севера 

рассчитывались для следующих 

климатических условий: темпе-

ратура наружного воздуха -55 

-65° C, ветер и гололед отсутству-

ют. Не было учтено фактическое 

влияние совокупности ветровых 

нагрузок, наличие гололедно-

изморозевых отложений, возни-

кающих на проводах  и тросах по 

причине вымораживания обшир-

ных обводненных и заболоченных 

территорий, низких температур 

или их перепадов. В результате в 

период эксплуатации ВЛ возник-

ли ряд проблем, таких как повы-

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

Игорь Иванович Богач

Богач Игорь Иванович

, начальник сектора эксплуатации и ремонта ВЛ 

электротехнической службы ОАО «Тюменьэнерго» (Сургут)

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

57

«КАБ

ЕЛЬ-

ЕЛЬ-

news

n

e

», д

д

екабрь-январ

ь 2009/2

2

010

0

57

7

шенная вибрация проводов и тро-

сов, «пляска» проводов и тросов, 

пучение свайных фундаментов, 

низкая грозоупорность ВЛ.

Вибрация проводов и тросов

Причиной вибрации проводов 

являются чередующие срывы вих-

рей воздуха, создаваемых ветром 

с верхней и нижней стороны про-

вода. Это явление создает усло-

вия для небаланса переменного 

давления, вызывающего движе-

ние провода вверх и вниз под пря-

мым углом к направлению потока 

воздуха.

Наиболее опасная вибрация 

возникает от воздействия на про-

вод поперечно (или под углом) на-

правленного аэродинамического 

потока со скоростью от 0,6 до 

7 м/с (вызывает низкочастотные 

колебания с частотой от 3 до 10 

Гц), так как при более высоких 

скоростях ветра поток стано-

вится турбулентным и энергия 

ветра, поступающая к проводу, 

значительно снижается. К тому 

же самодемпфирование прово-

да возрастает за счет увеличения 

частоты колебаний провода.

Наиболее опасна вибрация 

проводов при отложении измо-

рози. Изморозь обычно отклады-

вается при очень спокойном воз-

духе, сохраняя цилиндрическую 

форму провода, но с существен-

ным увеличением  его диаметра. 

Увеличение диаметра провода 

происходит без заметного  изме-

нения его демпфирования, поэто-

му ветер той же скорости будет 

вызывать вибрацию с более низ-

кой частотой. При таких условиях 

гасители в пределах своего нор-

мального рабочего диапазона не 

справляются с повышенной вос-

принимаемой ветровой энергией. 

Со временем это приводит к уста-

лостному разрушению провода, 

повреждению арматуры, аварий-

ному отключению ВЛ.

Без должной защиты вопрос 

повреждения проводов и тросов 

от вибрации это только вопрос 

времени. Из опыта эксплуатации 

срок службы проводов и грозотро-

сов в Северном регионе составля-

ет 12-15 лет. Повреждение  прово-

дов  и  грозотросов  происходит  в 

местах подвески и их соединения 

(поддерживающие и натяжные за-

жимы, соединители типа СОАС, 

САС), так  как  эти  места  являются  

концентраторами напряжений (по 

аналогии с курсом сопротивления 

материалов — местами заделки), а 

так же в тех местах, где разруше-

ны гасители вибрации. 

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

V (м/с)

F = 0.185 * V / d

(Гц)

где
F – частота колебаний провода;
0,185 – число Струхаля;
V – скорость ветра, (м/с);
D – диаметр провода (м).

Y = 994 / F

2

(мм)

Схема вибрации провода в ветровом потоке

Y, 

амплитуда (мм)

P, 

аэродинамическая сила

P

Изморозь на проводах

Изморозь на грозотросе

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

58

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

На следующих фотографиях 

представлены наиболее типич-

ные повреждения элементов ВЛ, 

происходящие при повышенной 

вибрации, при многократном воз-

действии знакопеременных на-

грузок малой амплитуды.

Опыт эксплуатации показывал, 

что типовые гасители вибрации 

типа ГВН, ГПГ, ГПС в т.ч. установ-

ка  двойных гасителей, не эффек-

тивны в борьбе с повышенной ви-

брацией. Все разрушения имели 

место вблизи поддерживающих 

зажимов, гасителей вибрации, 

а иногда в точках выхода прово-

да из соединительных зажимов. 

Именно в этих местах знакопере-

менные механические напряже-

ния от вибрации имеют наиболь-

шую величину.

За зимний период 1998—

1999 гг. в Северных ЭС имело 

место около 60 отказов ВЛ из-за 

обрыва проводов ВЛ различных 

классов напряжения. Подавляю-

щее количество аварий было за-

фиксировано при понижениях 

температуры (ниже -40°С) и, со-

Аварийные отключения ВЛ-110-220 кВ в Северных ЭС 

по причине вибрационного повреждения проводов и 

тросов

34

25

20

10

4

3

4

2

6

0

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Количество повреждений проводов и тросов от вибрации в 

Северных сетях

316

204

17

7

6

9

0

0

213

30

0

50

100

150

200

250

300

350

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Вибрационный излом 
проволок провода в 
месте установки ГВН

Повреждение провода на 

выходе из соединительного 

зажима типа СОАС

Повреждение провода 
у соединительного зажима типа САС

Разрушение ГВН с последующим 
повреждением провода

Вибрационный излом проволок 
провода в поддерживающем 
зажиме типа ПГН

Повреждение провода 
у поддерживающего зажима

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

59

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

ответственно, при повышенных 

тяжениях. Осмотры показали, что 

все разрушения произошли в ме-

стах, где провод был уже ослаблен 

усталостными разрушениями от 

вибрации, как в алюминиевых так 

и в стальных повивах.

Для решения проблемы в ОАО 

«Тюменьэнерго» начиная с 1999 

года ведется работа по усиле-

нию проводов и грозозащитных 

тросов с использованием за-

щитных спиральных протекто-

ров типа ПЗС, разработанных в 

ЗАО «Электросетьстройпроект», 

навиваемых на провод в поддер-

живающем зажиме, далее ПЗС 

на соединители типа СОАС, САС. 

С разработкой в 2002  году мно-

гочастотных гасителей вибрации 

типа ГВ («пешка»), начато их 

опытное применение в филиале 

«Северные ЭС».

Дальнейшим логическим раз-

витием удачной идеи спиральной 

арматуры, стало создание ЗАО 

«Электросетьстройпроект» пол-

ного спектра спиральной армату-

ры (поддерживающей, натяжной, 

соединительной, шлейфовой и 

L

1

2

3 

D

1

D

D

1

D

L

1

2

3

D

D

1

1 — провод; 
2 — протектор; 
3 — гаситель вибрации

1 — провод; 
2 — протектор; 
3 — поддержи-
вающий зажим 
ПГН 5-3 

А

А

L

1

214

1

2

3

4

L

3

2

L

3

4

2

5

D

1

А - А

 В

H

D

1

H

16

Поддерживающий зажим 
типа ПС-DпрП-…

Протектор типа ПЗС-Dпр-31 для защиты провода в соединительном зажиме

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

60

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

пр.), которая незамедлительно 

стала применяться при рекон-

струкциях и ремонтах ВЛ в ОАО 

«Тюменьэнерго».

С течением времени, предпри-

нимаемые ОАО «Тюменьэнерго» 

усилия, позволили добиться ка-

чественного перелома в борьбе с 

вибрационным износом проводов 

и грозозащитных тросов.

Достигнута устойчивая тен-

денция к снижению повреждений 

проводов и грозотросов по причи-

не вибрационного износа, что по-

зволило практически полностью 

Ремонтный 
протектор

АС-70/72

Лодочка

Силовые пряди

Соединитель

Лодочка

Ремонтный 
протектор

Силовые пряди

Гаситель вибрации

Количество установленных спиральных протекторов на провод 

в поддерживающие зажимы и на соединители

1209

944

640

770

1750

1124

1235

1031

1216

2300

0

500

1000

1500

2000

2500

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

Установка спиральных протекторов на провод в поддерживающие зажимы и соединители провода

Аварийные отключения ВЛ-110-220 кВ по причине 

вибрационного повреждения проводов и тросов

34

25

20

10

4

3

4

2

6

0

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

ПС-15,4П-31

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

61

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

исключить аварийные отключения 

ВЛ по этой причине и перевести 

проблему из плоскости авраль-

ных ремонтов в плоскость плано-

вого техобслуживания.

Несколькими годами позже, 

подтверждая правильность вы-

бранного ОАО «Тюменьэнерго» 

направления, выйдет информа-

ционное письмо ОАО «ФСК ЕЭС» 

№ЧА/29/173 от 28.12.07г., запре-

щающее применение 2-х частот-

ных гасителей вибрации старого 

образца при ТПиР, КР и при но-

вом строительстве ВЛ. 

Цитата: «…Запрет связан с 

низкой эффективностью и недо-

статочной эксплуатационной на-

дежностью, как всей конструкции 

гасителя вибрации, так и отдель-

ных составляющих ее элементов. 

Низкая эффективность объясня-

ется малым энергопоглощением 

в демпферном тросе, частотные 

характеристики гашения вибра-

ции имеют две узкие зоны эффек-

тивного поглощения. Это приво-

дит к невозможности подавления 

вибрации во всем спектре воз-

никающих частот колебаний про-

вода и его фактической незащи-

щенности в широких диапазонах 

частот…»

На основании данного письма, 

с 2008 года ОАО «Тюменьэнерго» 

полностью официально отказа-

лось от применения на всех сво-

их объектах гасителей вибрации 

старого образца в пользу много-

частотных гасителей вибрации 

типа ГВ, ГВП, ГВУ.

«Пляска» проводов и тросов

Несомненно, что возникнове-

нию «пляски» в Северном регионе 

Тюменской области способствует 

влияние ветровых нагрузок при 

отложениях на проводах и тросах 

изморози («куржака»). Возникно-

вение изморозевых отложений на 

проводах и тросах ВЛ происходит 

большей частью не по причине 

налипания на них атмосферных 

осадков, а в результате вымора-

живания влагонасыщенной почвы 

(промерзания болот) и воздуха. 

Отложение изморози цилиндриче-

ской формы обычно сопровожда-

ется «пляской» проводов в виде 

стоячих волн с наиболее опасным 

видом колебаний с одной или дву-

мя полуволнами или низкочастот-

ной вибрацией. «Пляска» явля-

ется одной из наиболее опасных 

разновидностей колебаний про-

водов ВЛ, при этом известны слу-

чаи, когда «пляска» происходит и 

без изморозевых отложений или 

гололеда, например, при косых 

ветрах, направленных под острым 

углом к трассе ВЛ.

«Пляской» проводов называют-

ся вызываемые ветром устойчивые 

периодические низкочастотные 

колебания, образующие стоячие 

волны с числом полуволн от одной 

до двадцати. «Пляска» является 

результатом воздействия на про-

вод периодически изменяющейся 

подъемной силы, возникающей 

при крутильных перемещениях 

провода при его обтекании равно-

мерным и поперечно направлен-

ным воздушным потоком скоро-

стью от 6 до 25 м/с (из теории).

Явление «пляски» проводов и 

грозотросов в Северных ЭС на-

блюдается в большом диапазоне 

климатических условий:

• температура воздуха от – 2°С 

до –42°С;

• скорость ветра от 3 м/сек до 

25 м/сек;

• гололедоизморозевые отло-

жения.

Из опыта эксплуатации, наи-

более опасна «пляска» проводов 

при:

• температуре воздуха от –30°С 

и ниже;

• скорости ветра 5-12 м/сек.

При таких условиях амплиту-

да колебаний проводов и тросов 

достигает величин от 1 метра до 

значений, равных стреле провеса 

с частотой от 0,2 до 2 Гц.

На провода и арматуру действу-

ет огромная динамическая ударная 

нагрузка, передаваемая от ветра. 

Количество повреждений проводов и тросов от вибрации 

в Северных сетях

204

30

17

7

6

9

0

0

213

316

0

50

100

150

200

250

300

350

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

62

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

Повреждаемость элементов ВЛ 

динамическими нагрузками при 

пониженных температурах, усили-

вается из-за хладноломкости ар-

матуры и провода в целом. 

Анализ «пляски проводов на 

ВЛ 35-110кВ за 2009г. показывает, 

что до 40% случаев «пляски» при-

водит к устойчивому нарушению 

работы ВЛ (НАПВ) на время от 

нескольких минут до нескольких 

часов, до 10%  случаев к повреж-

дению элементов ВЛ, требующих 

срочного ремонта, в 50% случа-

ев нарушения ограничиваются 

кратковременными отключениями 

(УАПВ). 

В процессе «пляски» провода 

и линейная арматура испытывает 

действия значительных цикличе-

ских (пульсирующих) поперечных 

и продольных нагрузок, величина 

которых достигает 1–4 т и более. 

Следствием длительного воздей-

ствия таких нагрузок является 

разрушение подвесной и сцепной 

арматуры, повреждения между-

фазных распорок, защитной арма-

туры, повреждения  и обрывы про-

водов и грозозащитных тросов.

В первую очередь от цикличе-

ских нагрузок разрушаются узлы, 

имеющие жесткую конструкцию и 

несущие большую нагрузку.

Способы борьбы с пляской 

проводов и тросов вытекают из 

физики данного процесса, опи-

санной во многих пособиях.

Во время колебаний в воздуш-

ном потоке на провод воздейству-

ют аэродинамические силы:

• аэродинамическая сила от 

изменения угла атаки при посту-

пательных колебаниях пропорци-

ональна скорости набегающего 

потока ветра;

• аэродинамическая сила от 

крутильных колебаний пропор-

циональна квадрату скорости на-

бегающего потока ветра.

Отсюда возникает важный вы-

вод о крутильных колебаниях, как 

об основном рычаге воздействия 

на «пляску» проводов. Аэродина-

мические силы, возникающие при 

«пляске» от крутильных колеба-

ний, являются преобладающими 

по величине, и они являются ре-

шающими в количественной оцен-

ке «пляски» проводов, тем самым 

задавая одно из направлений в 

борьбе с пляской.

Борьба с «пляской» проводов 

и ее последствиями должна ве-

стись как  при помощи активных 

средств, так и пассивными ме-

тодами за счет предотвращения 

сближения (схлестывания) прово-

дов путем увеличения расстояния 

между ними или расположением 

проводов в горизонталь, либо по-

становкой межфазных изолирую-

щих распорок (из теории).

Для борьбы с «пляской» про-

водов активными средствами, с 

целью наработки практического 

опыта эксплуатации различных ти-

пов гасителей «пляски», в филиа-

ле ОАО «Тюменьэнерго» Север-

ные электрические сети начиная с 

2003г. было установлено несколь-

ко типов гасителей «пляски»: 

разработанных ОАО «ВНИИЭ», 

принцип работы которых  направ-

лен на препятствование и умень-

Повреждение провода и следы меж-
фазного КЗ на проводе, полученные 
при пляске проводов

Обрыв провода у натяжного 

зажима типа НБН

Излом «пестика» изолятора

 из-за ударных нагрузок при «пляске»

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

63

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

шение крутильных колебаний 

провода.

• ВЛ 110кВ «Ямбург-ЯГТЭС» 

отп.«ЯГП-2» пр.№1-14: МП-120-А, ГП-

120 — 234шт;

• ВЛ 110кВ «Ямбург-ЯГП-6» 

пр.№7-8: МП-120-А и ГП-120 — 9 шт.

ЗАО Научно-технический центр 

«Электросети»(г.Москва) разра-

ботал в 2008 году по заказу ОАО 

«Тюменьэнерго» математическую 

модель для расчета гасителей 

«пляски» спирального типа и си-

стему измерения колебаний про-

водов, провел лабораторные ис-

пытания гасителей на стойкость к 

возникновению циклической про-

дольной нагрузки и в ноябре 2008г. 

выполнил поставку новых экспе-

риментальных гасителей пляски 

спирального типа: ГПС-15,2-01-

1П («бабочка») и ГПС-15,2-02-1П 

(«полубабочка»), которые были 

установлены на линиях Ямбургско-

го РЭСа. Сегодня новые гасители 

«пляски» и система измерения 

колебаний проводов проходят экс-

плуатационные испытания с целью 

сбора экспериментальных данных 

для дальнейшего совершенство-

вания и развития идеи спиральных 

гасителей «пляски», а также соз-

дания новых образцов гасителей 

«пляски».

На ВЛ 110кВ «ЯГП-6-ЯГТЭС» 

отп.«ЯГП-2» ф.«С» в пролетах с 

№1-14 установлены: ГПС-15,2-01-

1П — 42шт;

На ВЛ 110кВ «ЯГП-6-ЯГТЭС» 

отп.«ЯГП-2» ф.«А» в пролетах с 

№1-14 установлены: ГПС-15,2-02-

1П — 42шт;

Для борьбы с «пляской» про-

водов пассивными средствами 

впервые в практике ОАО «Тюме-

ньэнерго» в 2008г. применены меж-

фазные изолирующие распорки, 

изготовленные предприятием ЗАО 

«Энергия+21» г. Южноуральск. 

Данные распорки установлены на 

линиях Ямбургского РЭСа в наи-

более узких местах, где в 2006, 

2007 и в начале 2008 года проис-

Гаситель «пляски» 
типа ГП-120

Маятник «пляски» 
типа МП-120

Схема установки гасителей и маятников 
«пляски» типа ГП, МП в пролете

Монтаж ГПС на провод

Установленные гасители 
и маятники «пляски» типа МП-120

Смонтированный ГПС-15,2-01-1П      
типа «бабочка»

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

64

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

ходили отключения ВЛ именно по 

причине «пляски» проводов. Меж-

фазные распорки применяются 

для удержания проектного рас-

стояния между проводами фаз, 

проводами и грозозащитными 

тросами во время «пляски». Такая 

система призвана снижать ампли-

туду «пляски» проводов и связан-

ные с нею динамические нагрузки 

на элементы ВЛ.

В 2008 году в Северных элек-

трических сетях установлено:

ВЛ 110кВ «ЯГП-6-ЯГТЭС» 

пр.№206-207 — РМИ-110 — 4шт.

ВЛ 110кВ «Ямбург-ЯГТЭС» 

пр.№114-116 — РМИ-110 — 8шт.

ВЛ 110кВ «Ямбург-ЯГП-1В» 

пр.№75-76 — РМИ-110 — 2шт.

ВЛ 110кВ «Ямбург-ЯГП-1В» 

отп.«ЯГП-1» пр.№2-3 — РМИ-110 — 

2шт.

ВЛ 110кВ «Ямбург-ЯГП-1»  пр. 

№6-7 — РМИ-110 — 2шт.

Мировой опыт показывает, что 

проблема такой разновидности 

колебаний проводов как «пля-

ска», до сих пор до конца не из-

учена и не побеждена, хотя боль-

шинство причин ее вызывающих 

выявлено и описано. Тем не менее 

полностью избавить от проблемы 

«пляски» проводов на эксплуати-

руемых ВЛ сейчас не представля-

ется возможным. В связи с этим, 

на сегодня основным направле-

нием работы в данном направле-

нии ОАО «Тюменьэнерго» считает 

отыскание способов уменьшения 

амплитуды и частоты «пляски» 

проводов до безопасных значе-

ний. Наряду с активными и пас-

сивными способами борьбы с 

«пляской» проводов на эксплуа-

тируемых ВЛ, описанных в докла-

де, ОАО «Тюменьэнерго» исполь-

зует приемы упреждения этого 

явления еще на стадии проекти-

рования, а именно, для ВЛ про-

ектируемых в регионах с частой 

и интенсивной «пляской», поми-

мо всех предусмотренных НТД 

требований, дополнительно за-

Место установки системы 

измерения колебаний проводов 

Монтаж системы 

измерения колеба-

ний проводов 

ГПС типа «полубабочка»

Пролет ВЛ с установленными ГПС

ГПС типа «бабочка»

«КАБЕЛЬ-news», декабрь-январь 2009/2010

65

Тема номера

ÄÎÊËÀÄ ÍÀ ÊÎÍÔÅÐÅÍÖÈÈ

кладывается уменьшенная длина 

пролетов и пониженное тяжение. 

Так например, для проектируемой 

ВЛ 220 кВ «Надым-Салехард» 

средняя длина пролета не превы-

шает 300-320 м, в то время как в 

при стандартном подходе длина 

пролета достигала бы 400 и более 

метров.

Кроме того, в настоящее время 

в рамках НИОКР ведется работа с 

ЗАО «Электросетьстройпроект» 

(ЗАО «ЭССП»), по доработке су-

ществующих (типа ГПС «бабоч-

ка», «полубабочка») гасителей 

«пляски» или разработке новых 

конструкций гасителей «пляски». 

В декабре планируется установка 

экспериментальной партии огра-

ничителей гололедообразования 

Фирмы «ОРГРЭС».

Смонтированные межфаз-
ные распорки РМИ-110

Повреждение 
межфазных распорок, полученные 
при «пляске» проводов 02.02.09 г.