Til hovedinnhold

Tekst  Forsker Steinar Refsnæs og dr. ing. Svein Magne Hellesø, Foto:  Arkiv



Fra venstre: 1 Utmatting har ført til brudd i aluminiumtrådene under hengeklemmen. 2 Trådbrudd på grunn av spaltekorrosjon og korrosjonsutmatting under en demper. 3 Slitasje og trådbrudd på grunn av en løs vibrasjonsdemper på en udempet line. 4 En pendlende loop har ført til linebrudd på avspent side av en avspenningsklemme pga. slitasje og utmatting.


Vibrasjoner i kombinasjon med armatur eller innspenninger forårsaker slitasje, utmattings-brudd og AC-korrosjon. Levetiden til liner er ofte vesentlig kortere ved avspenninger, hengeklemmer og skjøter som følge av slitasje og utmatting i liner med vibrasjoner. Det er viktig å gjennomføre tiltak for å unngå vibrasjoner ved å dempe linene eller redusere strekket.

Virkning av vibrasjoner
Vibrasjoner kan føre til gnidningskorrosjon, som i sin tur kan åpne sprekker og deretter føre til utmatting på steder med innspenninger og høy mekanisk spenning. Utsatte punkt er blant annet ved avspenningsklemmer, hengeklemmer, skjøter, avstandsholdere, flymarkører osv.

Når linen er korrodert vil strekkspenningene og de dynamiske påkjenningene (på grunn av vibrasjoner) svært ofte øke og føre til akselerert nedbrytning på grunn av korrosjonsutmatting. Slitasje kan også oppstå under løst armatur på liner som er utsatt for vibrasjon.

Ved avspenningsklemmer vil en ofte finne små hakk på linen, som er avsatt av oppstrekkings-verktøy under montasjen. I de små hakkene vil det vokse fram små mikrosprekker, som over tid kan føre til utmattingsbrudd.

Forebyggende tiltak
Aeoliske vibrasjoner på et kraftlinjespenn kan føre til skader på lederen hvis amplituden til vibrasjonene blir for store. Amplituden til vibrasjonene blir bestemt av en energibalanse mellom tilført og dissipert energi. Energi blir tilført vibrasjonene fra vinden gjennom trykkforskjeller som oppstår på grunn av virvelavløsning. Energi blir dissipert fra vibrasjonene blant annet gjennom egendempningen til kraftledningen og gjennom eventuelle dempere som er installert på spennet.

Det er i utgangspunktet lite man kan gjøre for å redusere tilført vindenergi til spennet, slik at det er på dempningen av spennet man kan gjennomføre tiltak. Egendempningen til en leder avtar når strekket i lederen øker, og egendempningen til et kraftlinjespenn avtar når spennlengden økes (på grunn av at endeeffekter fører til større egendempning nært opphengspunktene).

Korte spenn med lavt strekk vil derfor være mindre utsatt for skadelige vibrasjoner enn lange spenn med høyt strekk. Imidlertid kan det ofte ikke være nok med egendempningen til lederen for å redusere vibrasjonsnivået, slik at det blir nødvendig å installere ekstra dempning på spennet. Dempere er mekaniske innretninger som blir installert nær enden på spennet hvor de dissiperer vibrasjonsenergi fra lederen.

Installeringen av dempere på en line må tilpasses hvert enkelt spenn for å optimalisere effekten av demperne. For lange spenn med høyt strekk er det iblant ikke nok med endedempning, og dempere må installeres langs hele spennet for å sikre at uønskede vibrasjoner oppstår.

Rehabilitering
Rehabilitering av skader på liner avhenger av omfanget av problemet. Ved mindre omfang kan reparasjonsspiraler for reparasjon av trådbrudd være hensiktsmessig, men AC-korrosjon og lysbuer kan oppstå mellom trådene på grunn av spiralenes manglende evne til å kortslutte forbindelsen mellom de skadde og uskadde trådene.

Tråder med brudd må sikres både elektrisk og mekanisk, mens det for slakke tråder med slitasje ofte er tilstrekkelig med mekanisk sikring. Trådbrudd vil ofte føre til kraftig AC-korrosjon, og slitasje mot nabotrådene, mens slakke tråder i første omgang fører til slitasje, og deretter AC-korrosjon eller trådbrudd. Slike skader kan forplante seg langt utover i linen.

I mer omfattende skadetilfeller vil utskifting av linen være mest hensiktsmessig. I alle tilfeller må årsaken til skaden fjernes. Det vil si at spennet må dempes bedre.

Det kan opptre flere ulike former for vibrasjoner på kraftledninger, som galoppering, aeoliske vibrasjoner og svingninger på underspenn av flerledere. Alle typene kan føre til nedbrytning av linen og dermed behov for fornyelse.

I denne sammenhengen er det aeoliske vibrasjoner som er av størst interesse, men en kort beskrivelse av to andre er på sin plass.

Galoppering kan oppstå som resultat av ising på lederen sammen med vind. Galoppering er vibrasjoner på kraftlinjer med amplituder på flere meter og med lave frekvenser. Galoppering kan forårsake sammenslag av faseliner, og kan også føre til store mekaniske skader på master, isolatorer og leder.

Svingninger på underspenn av flerledere oppstår på grunn av en vekselvirkning mellom lederne. Virvelavløsning fra lederen nærmest vinden kan treffe lederen som ligger i le, og dermed kan svingninger oppstå på lederen i le på grunn av krefter som oppstår på grunn av virvelavløsningen. Disse svingingene har som regel moderat frekvens og amplitude.

Aeoliske vibrasjoner på kraftledninger oppstår også på grunn av virvelavløsninger. På lesiden av lederen blir det dannet en virvel som med jevne mellomrom løsner fra henholdsvis øvre og nedre del av lederen. Denne periodiske virvelavløsningen (som er tilsvarende det man kan se nedenfor for eksempel bropilarer i en rolig elv) gir en liten kraft som virker på tvers av lederen. Denne kraften vil også virke vekselvis opp og ned på lederen med samme frekvens som for virvelavløsningen. Selve spennet har en rekke med egenfrekvenser som det kan vibrere med, omtrent lik en stram gitarstreng, slik at frekvensen til virvelavløsninger nesten alltid treffer en egenfrekvens til spennet. Dermed kan aeoliske vibrasjoner oppstå på spennet. Amplituden til aeoliske vibrasjoner er som regel liten, mindre enn linediameteren, og frekvensen er forholdsvis høy, opp til 50-100 Hz.

For at aeoliske vibrasjoner skal oppstå må vinden være konstant (og uten turbulens), noe som betyr at aeoliske vibrasjoner bare oppstår i lave og moderate vindstyrker. Ved høyre vindstyrker blir vinden ofte mer turbulent, slik risikoen for at aeoliske vibrasjoner skal oppstå vil minke.

Slitasje og utmattingsbrudd ved en lineskjøt. Kurven viser: Levetidsvariasjon langs en kraftledning.