Почему трещат высоковольтные провода

Причины звуков ЛЭП

Звук издает воздух

Чаще всего приводят концепцию коронного разряда. Она заключается в том, что около провода ЛЭП электризуется воздух переменным электрическим полем. Вследствие этого разгоняются свободные электроны. Уже они ионизируют молекулы воздуха, приводя к возникновению коронного разряда. Частота его появления составляет около сотни раз в секунду! Именно столько раз он загорается и гаснет около провода.

Читайте также:  Какое сечение провода нужно для посудомоечной машины автомат

При этом нагревается и остывает, расширяется и сжимается воздух, пребывающий в непосредственной близости. В результате этого получается звуковая волна, которая человеческим ухом воспринимается как гудение провода. Единственное что мешает её безоговорочно принять – коронный разряд сопровождается слабым свечением, которое не наблюдается (возможно, его просто не видно).

Вибрация жил

Следующая гипотеза опирается на вибрацию жил. Она гласит, что переменный ток, у которого частота составляет 50 Гц, может создавать переменное магнитное поле. Оно влияет на отдельные жилы в проводах (особенно это относится к стальным маркам), вынуждая их вибрировать, соударяя их друг с другом. В результате этого и создаётся характерный шум.

На этом гипотеза не заканчивается. В случае с ЛЭП необходимо учитывать, что рядом расположены провода разных фаз. Их токи пребывают в соседних магнитных полях и, как гласит закон Ампера, наблюдается взаимное действие силы. Частота изменений полей составляет 100 Гц. Поэтому, при вибрации проводов с учетом соседних магнитных полей и можно услышать звук около высоковольтных проводов.

Резонанс механической системы

Кроме рассмотренных выше ответов есть и не такие популярные объяснения звуков вблизи ЛЭП. Из них будет рассмотрено две наиболее вероятные и не лишенные смысла гипотезы. Ещё одной потенциальной причиной гудения называю обычно незаметное явление – резонанс механической системы. Колебания с частотой 50/100 Гц передаются на опору.

Почему шумят провода ЛЭП

Почему гудят провода ЛЭП? Вы когда-нибудь задумывались об этом? А ведь ответ на этот вопрос может быть отнюдь не тривиальным, хотя и вполне бесхитростным. Давайте рассмотрим несколько вариантов объяснения, каждый из которых имеет право на существование.

Коронный разряд

Чаще всего приводят такую идею. Переменное электрическое поле вблизи провода ЛЭП электризует воздух вокруг провода, разгоняет свободные электроны, которые ионизируют молекулы воздуха, а они в свою очередь порождают коронный разряд. И вот, 100 раз в секунду загорается и гаснет коронный разряд вокруг провода, при этом воздух возле провода нагревается — остывает, расширяется — сжимается, и таким вот образом получается звуковая волна в воздухе, которая воспринимается нашим ухом как гудение провода.

Вибрируют жилы

Еще есть вот такая идея. Шум происходит от того, что переменный ток с частотой 50 Гц рождает переменное магнитное поле, которое вынуждает отдельные жилы в проводе (особенно стальные — в проводах марок типа АС-75, 120, 240) вибрировать, они как-бы соударяются друг с другом, и мы слышим характерный шум.

Опоры-уникумы

Разумеется, существуют разного рода уникальные случаи, связанные с прокладкой воздушных линий. Например, при установке опор в обводненный грунт или в условиях вечной мерзлоты обычные сваи-оболочки для фундамента не подойдут. Тогда используются винтовые сваи, которые ввинчивают в грунт как шуруп, чтобы достичь максимально прочного основания. Особый случай — это прохождение ЛЭП широких водных преград. Там используются специальные высотные опоры, которые весят раз в десять больше обычных и имеют высоту 250−270 м. Поскольку длина пролета может составлять более двух километров, применяется особый провод с усиленным сердечником, который дополнительно поддерживается грузотросом. Так устроен, например, переход ЛЭП через Каму с длиной пролета 2250 м.

Отдельную группу опор представляют конструкции, призванные не только держать провода, но и нести в себе определенную эстетическую ценность, например опоры-скульптуры. В 2006 году инициировала проект с целью разработать опоры с оригинальным дизайном. Были интересные работы, но авторы их, дизайнеры, часто не могли оценить возможность и технологичность инженерного воплощения этих конструкций. Вообще надо сказать, что опоры, в которые вложен художественный замысел, как, например, опоры-фигуры в Сочи, обычно устанавливаются не по инициативе сетевых компаний, а по заказу каких-то сторонних коммерческих или государственных организаций. Например, в США популярна опора в виде буквы M, стилизованной под логотип сети фастфуда «Макдоналдс».

Почему возле высоковольтных проводов слышно гул тока (4 фото + видео)

Вблизи трансформатора можно услышать достаточно громкий шум. Но как такое возможно, ведь в конструкции данных устройств не предусмотрены движущиеся механизмы, таких как двигатели или генераторы?

На первый взгляд может показаться, что гул возникает из-за соприкосновения плохо закрепленных металлических деталей, удерживающих сердечник, радиатор, низковольтные или высоковольтные вводы устройства. Возможно, площадь сердечника не соответствует требуемым значениям или слишком много вольт на виток пришлось при обмотке магнитопровода. Но на самом деле, причиной гула в электромагнитных устройствах является магнитострикция.

Трансформатор — преобразователь тока

Почему трещат высоковольтные провода

Почему гудят провода ЛЭП? Вы когда-нибудь задумывались об этом? А ведь ответ на этот вопрос может быть отнюдь не тривиальным, хотя и вполне бесхитростным. Давайте рассмотрим несколько вариантов объяснения, каждый из которых имеет право на существование.

Коронный разряд

Чаще всего приводят такую идею. Переменное электрическое поле вблизи провода ЛЭП электризует воздух вокруг провода, разгоняет свободные электроны, которые ионизируют молекулы воздуха, а они в свою очередь порождают коронный разряд. И вот, 100 раз в секунду загорается и гаснет коронный разряд вокруг провода, при этом воздух возле провода нагревается — остывает, расширяется – сжимается, и таким вот образом получается звуковая волна в воздухе, которая воспринимается нашим ухом как гудение провода.

Вибрируют жилы

Еще есть вот такая идея. Шум происходит от того, что переменный ток с частотой 50 Гц рождает переменное магнитное поле, которое вынуждает отдельные жилы в проводе (особенно стальные – в проводах марок типа АС-75, 120, 240) вибрировать, они как-бы соударяются друг с другом, и мы слышим характерный шум.

Кроме того, провода разных фаз расположены друг возле друга, их токи находятся в магнитных полях друг друга, и согласно закону Ампера на них действуют силы. Поскольку частота изменений полей 100 Гц — вот и вибрируют провода в магнитных полях друг друга от сил Ампера на этой частоте, и мы ее слышим.

Резонанс механической системы

И такая гипотеза кое-где встречается. Колебания частотой 50 или 100 Гц передаются на опору, и при определенных условиях опора, входя в резонанс, начинает издавать звук. На громкость и на резонансную частоту влияют плотность материала опоры, диаметр опоры, высота опоры, длина провода в пролете, а также его сечение и сила натяжения. Если в резонанс попадание есть — слышен шум. Если нет попадания в резонанс — шума нет или он тише.

Вибрация в магнитном поле Земли

Рассмотрим еще одну гипотезу. Провода вибрируют с частотой 100 Гц, а это значит, что на них постоянно оказывает действие переменная поперечная сила, связанная с током в проводах, с его величиной и направлением. Где же внешнее магнитное поле? Гипотетически, это может быть то магнитное поле, что всегда под ногами, которое ориентирует стрелку компаса, – магнитном поле Земли.

Действительно, токи в проводах высоковольтных ЛЭП достигают в амплитуде нескольких сотен ампер, при этом протяженность проводов линий немала, и магнитное поле нашей планеты хоть и относительно мало (его индукция в средней полосе России составляет всего около 50 мкТл), тем не менее действует оно всюду по планете, и везде имеет не только горизонтальную, но и вертикальную составляющую, которая пересекает перпендикулярно как провода ЛЭП проложенные вдоль силовых линий магнитного поля Земли, так и те провода, что сориентированы поперек них или вообще под любым другим углом.

Трубки вместо уголков

О том, что за альтернатива идет на смену традиционным опорам из черного металла, мы спросили представителей ПАО «Россети». «В нашей компании, которая является крупнейшим электросетевым оператором в России, — говорит специалист этой организации, — мы давно пытались найти решение проблем, связанных с решетчатыми опорами, и в конце 1990-х начали переходить на гранные опоры. Это цилиндрические стойки из гнутого профиля, фактически трубы, в поперечном сечении имеющие вид многогранника. Кроме того, мы стали применять новые методы антикоррозионной защиты, в основном метод горячего цинкования. Это электрохимический способ нанесения защитного покрытия на металл. В агрессивной среде слой цинка истончается, но несущая часть опоры остается невредимой».

Помимо большей долговечности новые опоры отличаются еще и простотой монтажа. Никаких уголков больше свинчивать не надо: трубчатые элементы будущей опоры просто вставляются друг в друга, затем соединение закрепляется. Смонтировать такую конструкцию можно в восемь-десять раз быстрее, чем собрать решетчатую. Соответствующие преобразования претерпели и фундаменты. Вместо обычного бетонного стали применять так называемые сваи-оболочки. Конструкция опускается в землю, к ней крепится ответный фланец, а на него уже ставится сама опора. Расчетный срок службы таких опор — до 70 лет, то есть примерно в два раза больше, чем у решетчатых.

Опоры электрических воздушных линий мы обычно представляем себе именно так. Однако классическая решетчатая конструкция постепенно уступает место более прогрессивным вариантам — многогранным опорам и опорам из композитных материалов.

Почему возле высоковольтных проводов слышно гул тока (4 фото + видео)

Вблизи трансформатора можно услышать достаточно громкий шум. Но как такое возможно, ведь в конструкции данных устройств не предусмотрены движущиеся механизмы, таких как двигатели или генераторы?

На первый взгляд может показаться, что гул возникает из-за соприкосновения плохо закрепленных металлических деталей, удерживающих сердечник, радиатор, низковольтные или высоковольтные вводы устройства. Возможно, площадь сердечника не соответствует требуемым значениям или слишком много вольт на виток пришлось при обмотке магнитопровода. Но на самом деле, причиной гула в электромагнитных устройствах является магнитострикция.

Коронный разряд

Такой вариант объяснения приводится чаще всего. Наличие переменных электрических полей вокруг проводов ЛЭП приводит к электризации воздуха, это в свою очередь порождает разгон свободных электронов, которые ионизируют молекулы воздуха. Последние и порождают коронный разряд. Каждую секунду вокруг провода ЛЭП гаснет и загорается коронный разряд. При этом во время постоянной смены состояния воздуха – от нагрева к остыванию, от расширения к сжиманию, происходит образование звуковой волны, которое наше ухо воспринимает как гудение.

Почему возле высоковольтных проводов слышно гул тока (4 фото + видео)

Вблизи трансформатора можно услышать достаточно громкий шум. Но как такое возможно, ведь в конструкции данных устройств не предусмотрены движущиеся механизмы, таких как двигатели или генераторы?

На первый взгляд может показаться, что гул возникает из-за соприкосновения плохо закрепленных металлических деталей, удерживающих сердечник, радиатор, низковольтные или высоковольтные вводы устройства. Возможно, площадь сердечника не соответствует требуемым значениям или слишком много вольт на виток пришлось при обмотке магнитопровода. Но на самом деле, причиной гула в электромагнитных устройствах является магнитострикция.

Трансформатор — преобразователь тока

Почему возле высоковольтных проводов слышно гул тока (4 фото + видео)

Вблизи трансформатора можно услышать достаточно громкий шум. Но как такое возможно, ведь в конструкции данных устройств не предусмотрены движущиеся механизмы, таких как двигатели или генераторы?

На первый взгляд может показаться, что гул возникает из-за соприкосновения плохо закрепленных металлических деталей, удерживающих сердечник, радиатор, низковольтные или высоковольтные вводы устройства. Возможно, площадь сердечника не соответствует требуемым значениям или слишком много вольт на виток пришлось при обмотке магнитопровода. Но на самом деле, причиной гула в электромагнитных устройствах является магнитострикция.

Трансформатор — преобразователь тока

Вибрация магнитного поля Земли

С учетом того, что вибрация проводов происходит на частоте 100 Гц, они постоянно оказываются под воздействием переменной поперечной силы, а внешним магнитным полем при этом выступает магнитное поле планеты.

Токи, текущие по высоковольтным линиям ЛЭП могут иметь амплитуду в несколько сотен Ампер. При большой протяженности проводов в сочетании с вертикальным действием магнитного поля Земли, оно пересекает силовые линии, вызывая гудение.

Источник



Вибрация жил

Согласно другому варианту объяснения шум порождается вибрацией отдельных жил в проводах, которые при соударении друг о друга производят характерное гудение. Кроме того, близкое расположение проводов с разными фазами приводит к тому, что они под действием магнитных полей друг друга вибрируют и производят шум.

Почему возле высоковольтных проводов слышно гул тока (4 фото + видео)

Вблизи трансформатора можно услышать достаточно громкий шум. Но как такое возможно, ведь в конструкции данных устройств не предусмотрены движущиеся механизмы, таких как двигатели или генераторы?

На первый взгляд может показаться, что гул возникает из-за соприкосновения плохо закрепленных металлических деталей, удерживающих сердечник, радиатор, низковольтные или высоковольтные вводы устройства. Возможно, площадь сердечника не соответствует требуемым значениям или слишком много вольт на виток пришлось при обмотке магнитопровода. Но на самом деле, причиной гула в электромагнитных устройствах является магнитострикция.

Трансформатор — преобразователь тока

Резонанс

Согласно еще одной теории гудение вызвано резонансом, в которых входит опора, на которую передаются колебания частотой 50 или 100 Гц. При этом громкость зависит от плотности материала, из которого изготовлена опора, ее диаметр, высота и толщина подвешенных проводов. Если есть попадание в резонанс, том шум есть, если нет попадания, то он практически не слышен.

Для чего гудят провода

Почему ЛЭП гудят?

Разные линии электропередач — ЛЭП — отличаются по напряжению, под которым находятся их провода по отношению к земле. Высоковольтные ЛЭП с напряжением больше 100 кВ создают звук, похожий на громкий шелест или потрескивание. Он возникает при коронном разряде воздуха вблизи мест крепления проводов к опорам через изоляторы. Не эти звуки нас интересуют. В нашей стране огромная протяженность ЛЭП между деревнями и небольшими поселками, они передают электроэнергию при напряжениях порядка 10 кВ. А к домам в таких поселках ЛЭП несут энергию при напряжениях 220–380 В. Вот к их-то гудению чаще всего и прислушиваются жители этих поселений и городские отдыхающие.

Причин, которые могут вызвать звук, несколько.

Читайте также:  Плакаты по технике безопасности. Часть 1

Начнем с механической. Действительно, натянутый провод представляет собой струну или стержень, и на проводе могут возникать резонансные стоячие волны.

Теперь рассмотрим магнитную причину возможного гудения проводов. Каждый провод ЛЭП, по которому течет ток, находится во внешнем магнитном поле Земли, которое в наших (российских) широтах имеет вертикальную составляющую индукции магнитного поля, направленную вниз, т.е. перпендикулярно горизонтальным (почти) проводам ЛЭП.

Если в проводе течет переменный ток с частотой 50 Гц, то сила Ампера толкает провод в горизонтальном направлении, перпендикулярном проводу. Если, например, опоры ЛЭП — это деревянные столбы, то провода крепятся к опоре через изоляторы на так называемых крюках и располагаются по одну или по разные стороны от опоры на разных уровнях по вертикали. Поскольку фазы токов в проводах отличаются, то опора (деревянный столб) испытывает изгибные напряжения на частоте 50 Гц, а это не те 100 Гц, которые нас интересуют.

Однако силы действуют не только между проводами ЛЭП, разделенными большими промежутками, но и внутри каждого провода, который состоит из стальной центральной жилы и намотанных на нее алюминиевых жил. Алюминий, как известно, окисляется на поверхности, и пленка окисла плохо проводит ток. Если, например, не по всем алюминиевым жилам течет одинаковый ток, то в этом случае система жил в одном проводе получается несимметричной и в месте расположения железного сердечника периодически изменяется магнитное поле. Частота изменения силы, действующей на стальной сердечник, равна как раз 100 Гц. При этом стальной сердечник притягивается к тем алюминиевым жилам, по которым течет наибольший ток. Расстояния между серединами жил небольшие (≈ 0,5 см), и они не всегда прижаты друг к другу так, чтобы нигде не было зазоров. Кроме того, стальной сердечник имеет немалую магнитную восприимчивость (μ ≈ 103), поэтому силы возникают большие, а тряска и столкновения жил приводят к появлению звука именно на частоте 100 Гц (и на более высоких гармониках, кратных 100 Гц).

Почему возле высоковольтных проводов слышно гул тока (4 фото + видео)

Вблизи трансформатора можно услышать достаточно громкий шум. Но как такое возможно, ведь в конструкции данных устройств не предусмотрены движущиеся механизмы, таких как двигатели или генераторы?

На первый взгляд может показаться, что гул возникает из-за соприкосновения плохо закрепленных металлических деталей, удерживающих сердечник, радиатор, низковольтные или высоковольтные вводы устройства. Возможно, площадь сердечника не соответствует требуемым значениям или слишком много вольт на виток пришлось при обмотке магнитопровода. Но на самом деле, причиной гула в электромагнитных устройствах является магнитострикция.

Почему гудят высоковольтные провода? Причины, фото и видео — «Как и Почему»

Лед и струны

У воздушных линий электропередач есть свои естественные враги. Один из них — обледенение проводов. Особенно это бедствие характерно для южных районов России. При температуре около нуля капли измороси падают на провод и замерзают на нем. Происходит образование кристаллической шапки на верхней части провода. Но это только начало. Шапка под своей тяжестью постепенно проворачивает провод, подставляя замерзающей влаге другую сторону. Рано или поздно вокруг провода образуется ледяная муфта, и если вес муфты превысит 200 кг на метр, провод оборвется и кто-то останется без света. В есть свое ноу-хау по борьбе со льдом. Участок линии с обледеневшими проводами отключается от линии, но подключается к источнику постоянного тока. При использовании постоянного тока омическое сопротивление провода можно практически не учитывать и пропускать токи, скажем, в два раза сильнее, чем расчетное значение для переменного тока. Провод нагревается, и лед плавится. Провода сбрасывают ненужный груз. Но если на проводах есть ремонтные муфты, то возникает дополнительное сопротивление, и вот тогда провод может и перегореть.

Другой враг — высокочастотные и низкочастотные колебания. Натянутый провод воздушной линии — это струна, которая под воздействием ветра начинает вибрировать с высокой частотой. Если эта частота совпадет с собственной частотой провода и произойдет совмещение амплитуд, провод может порваться. Чтобы справиться с данной проблемой, на линиях устанавливают специальные устройства — гасители вибрации, имеющие вид тросика с двумя грузиками. Эта конструкция, имеющая свою частоту колебаний, расстраивает амплитуды и гасит вибрацию.

С низкочастотными колебаниями связан такой вредный эффект, как «пляска проводов». Когда на линии происходит обрыв (например, из-за образовавшегося льда), возникают колебания проводов, которые идут волной дальше, через несколько пролетов. В результате могут погнуться или даже упасть пять-семь опор, составляющих анкерный пролет (расстояние между двумя опорами с жестким креплением провода). Известное средство борьбы с «пляской» — установление межфазных распорок между соседними проводами. При наличии распорки провода будут взаимно гасить свои колебания. Другой вариант — использование на линии опор из композитных материалов, в частности из стеклопластика. В отличие от металлических опор, композитная имеет свойство упругой деформации и легко «отыграет» колебания проводов, нагнувшись, а затем восстановив вертикальное положение. Такая опора может предотвратить каскадное падение целого участка линии.

На фото отчетливо видна разница между традиционным высоковольтным проводом и проводом новой конструкции. Вместо проволоки круглого сечения использована предварительно деформированная проволока, а место стального сердечника занял сердечник из композита.

Почему гудят преобразователи напряжения

Магнитострикция характеризуется тем, что при изменении магнитного состояния физического тела, оно меняет объем и другие линейные характеристики. В мощных трансформаторах может быть установлена система охлаждения или вентиляция, тогда к дополнительным причинам шума можно отнести работу масляных насосов и деталей системы вентиляции.

В большей степени громкость шума зависит от мощности и размера трансформаторного блока. Основной гул исходит во время смены состояний ферромагнитных элементов катушек, в процессе магнитострикции. Эти колебания зависят от силовой характеристики магнитного поля, качества и свойств стали, из которой изготовлены детали.

Изменение длины сердечника в процессе магнитострикции

Центральным звеном системы является сердечник. Под воздействием переменного магнитного поля он испытывает частотные деформации. Частота этих изменений непостоянна, поэтому возникает шум с высокими гармониками. Сердечник может вступить в резонанс с вибрациями магнитопровода. Во время их звучания в унисон шум нарастает, звук подается волнообразно, с чередованием глухого гула и высоких пиков.

Кроме шумов из сердца трансформатора, его издают Ш-образные пластины, предназначенные для возбуждения соседних обмоток. Эти вибрации возникают, потому что в качестве передатчиков используются отличные друг от друга по длине и высоте пластины. Это обстоятельство способствует их неравномерной деформации, что приводит к появлению зазоров в местах соединений. В данных воздушных зазорах возникает шум, вызванный притяжением напряженных магнитных полей.

Почему возле высоковольтных проводов слышно гул тока (4 фото + видео)

Вблизи трансформатора можно услышать достаточно громкий шум. Но как такое возможно, ведь в конструкции данных устройств не предусмотрены движущиеся механизмы, таких как двигатели или генераторы?

На первый взгляд может показаться, что гул возникает из-за соприкосновения плохо закрепленных металлических деталей, удерживающих сердечник, радиатор, низковольтные или высоковольтные вводы устройства. Возможно, площадь сердечника не соответствует требуемым значениям или слишком много вольт на виток пришлось при обмотке магнитопровода. Но на самом деле, причиной гула в электромагнитных устройствах является магнитострикция.

Трансформатор — преобразователь тока

Почему возле высоковольтных проводов слышно гул тока (4 фото + видео)

Вблизи трансформатора можно услышать достаточно громкий шум. Но как такое возможно, ведь в конструкции данных устройств не предусмотрены движущиеся механизмы, таких как двигатели или генераторы?

На первый взгляд может показаться, что гул возникает из-за соприкосновения плохо закрепленных металлических деталей, удерживающих сердечник, радиатор, низковольтные или высоковольтные вводы устройства. Возможно, площадь сердечника не соответствует требуемым значениям или слишком много вольт на виток пришлось при обмотке магнитопровода. Но на самом деле, причиной гула в электромагнитных устройствах является магнитострикция.

Трансформатор — преобразователь тока