VIETOR

1. VIETOR Nerovnomernosť zahrievania zemského povrchu a nadzemných vrstiev vzduchu vyvoláva nerovnomernosť rozdelenia atmosférického tlaku, čo spôsobuje pohyb vzduchových hmôt  vznik vetra. Pohyb vzduchu sa deje v smere k oblasti s vyššou teplotou a nižším tlakom. Čím väčšie sú rozdiely atmosférického tlaku, tým je väčšia rýchlosť vetra a jeho silové účinky na predmety, na ktoré pôsobí. Smer vetra dostáva označenie podľa tej časti horizontu, odkiaľ vietor pôsobí. Napr. severný vietor – ak jeho pôsobenie je zo severu na juh a pod. Vetry, ktoré sa v príslušnom smere vyskytujú najčastejšie sa nazývajú prevládajúce vetry. Na smer a rýchlosť vetra vplýva charakter zemského povrchu – reliéf krajiny.

2. VIETOR Pohyb vzduchovej vrstvy podlieha niekoľkým vzájomne sa ovplyvňujúcim podmienkam: a) Meteorologická situácia daná sústavou tlakových níží a výší nad celým zemským povrchom a z toho vyplývajúcich cyklónov a anticyklónov, je príčinou zásadného charakteristického prúdenia vzduchovej vrstvy v príslušnom mieste. b) Slnečné žiarenie spôsobuje jav zvaný korekcia. Lepšie prehriatie zemského povrchu bez porastu alebo s nízkym porastom než v miestach pokrytých lesom, prípadne nad veľkými vodnými plochami, spôsobuje niekedy značne intenzívne pohyby vzduchu vo vertikálnom smere. c) Prekážky, každá podľa svojej veľkosti, postavené do cesty si vynucujú obtekanie pohybujúcej sa vzduchovej vrstvy, dochádza k stlačeniu vzduchovej vrstvy pred prekážkami a vzniku vírov za nimi. Niekde dochádza k výraznému zvýšeniu rýchlosti vzduchovej vrstvy, inde zase ku spomaleniu, tak ako to potvrdzujú aerodynamické zákony. Dôsledkom väčšiny prekážok pri zemskom povrchu je väčšia nárazovitosť vetra pri zemi než vo vyšších polohách nad zemou.

3. Vymenované tri vplyvy sú tie najznámejšie a najvýznamnejšie, i keď napr. vplyv zemskej gravitácie alebo zemskej rotácie nemôžu geofyzici zanedbávať. Výsledný pohyb vzduchovej vrstvy v určitom mieste zemského povrchu a v určitej výške nad ním zodpovedá príslušnej kombinácii všetkých vplyvov. Rýchlosť vetra sa však môže v rýchlom slede podstatne meniť a vytvorí sa široké pásmo medzi obalovou krivkou minimálnych a maximálnych hodnôt rýchlostí vetra. Tieto náhle zmeny rýchlosti sa prejavia ako nárazy vetra rôznej intenzity (tzv. poryvy) s časovou nepravidelnosťou a pôsobia na prekážky ako dynamické účinky. Nárazy vetra môžu dosahovať veľké rýchlosti. Podľa Beauforta sú rozdelené do 12 stupňov, na európskom kontinente sa nevyskytujú silnejšie vetry od uragánov (orkánov), čomu pre naše pomery zodpovedá vietor s rýchlosťou 35 m·s-1.

5. Kategórie terénu podľa STN EN 50341-3-22 kT je koeficient terénu, z0 tzv. trecia výška

6. Pri zaťažení vetrom sa vždy predpokladá, že smer vetra je horizontálny – vodorovný. Vetrové oblasti, koeficient nadmorskej výšky SR je rozdelená do 2 vetrových oblastí

7. Stredná rýchlosť vetra vmean– strednárýchlosť vetra v ms-1 odmeraná v intervale 10 minút vo výške 10 m nad zemou v relatívne otvorenom teréne (kategória II) kde vmean,0je základná referenčná rýchlosť vetra, cALT koeficient nadmorskej výšky.Nárazová rýchlosť vetra vg je charakteristická maximálna hodnota okamžitého turbulentného vetra (stredná rýchlosť vetra odmeraná v intervale 2 s). Turbulencie vetra sa chápu ako odchýlky okamžitej rýchlosti vetra v čase a priestore od jej strednej hodnoty. Intenzita turbulencie závisí od terénu.Vzťah medzi nárazovou rýchlosťou vetra a strednou rýchlosťou vetra: kde kg je nárazový koeficient rýchlosti vetra

8. Rýchlosť vetra vh v ľubovoľnej výške h nad zemou sa určuje pri prvkoch vonkajšieho vedenia nachádzajúcich sa vo výške väčšej ako 10 m nad zemou. Pre nárast rýchlosti vetra sa používa logaritmická závislosť:  vo výške do 10 m sa uvažuje s vh = vmean Relatívne odchýlky strednej rýchlosti vetra pre jednotlivé kategórie terénu a rôznu výšku nad zemou

9. Dynamický tlak vetra Všeobecne dynamický tlak vetra na ľubovoľný prvok vedenia bez námrazy qh (Nm-2) vo výške h nad zemou: kde ρ je hustota vzduchu, 1,25 kgm-3 nezávisle od teploty vzduchu a nadmorskej výšky. Prepočet pre iné hodnoty teploty a atmosférického tlaku v súlade s normou nie je potrebné použiť, vh rýchlosť vetra vo výške h nad zemou. Ak je rýchlosť vetra rozdelená na rôzne sektory, t. j. podľa rôznych smerov vetra, musí sa qh vypočítať pre ten sektor, ktorý spôsobí najväčší tlak vetra na zložky alebo prvky vedenia.

10. Sila vetra na ľubovoľný prvok vedenia Sila vetra QWX spôsobená vodorovne vanúcim vetrom v smere kolmom na ľubovoľný prvok X vedenia je daná vzťahom kde qh je dynamický tlak vetra spoločný pre všetky prvky vedenia, Gq nárazový koeficient vetra, taktiež sa určuje rovnako pre všetky prvky vedenia. Tam, kde sa používa stredná rýchlosť vetra GDX dynamický koeficient daného konštrukčného prvku, rôzne hodnoty pre vodiče, priehradové stožiare, stĺpy, ... CX koeficient aerodynamického odporu závislý od tvaru daného prvku, A  priemet plochy daného prvku do roviny kolmej na smer vetra.

11. x f QWC2 QWC1 podperný bod smer vetra y a1 a2 vodič Tlak vetra QWC na vodič prenášaná na podperný bod v priamej trase Nárazový koeficient vetra Gq Sila vetra (tlak) na vodič – zaťaženie vodiča vetrom

12. Sila vetra qWCna jednotku dĺžky vodiča v jednom rozpätí: kde GDC je dynamický koeficient rozpätia (vodiča), CCkoeficient aerodynamického odporu vodiča, d  priemer vodiča, uhol nábehu rozhodujúceho smeru vetra. Dynamický koeficient rozpätia

13. qWC qvýsl q1 Preťaženie vodiča spôsobené vetrom vodič Koeficient aerodynamického odporu vodiča Preťaženie vodiča vetrom

14. Sila vetra na podperný bod (od pôsobenia vetra na vodič) kde GDC je dynamický koeficient rozpätia, CC koeficient aerodynamického odporu vodiča, d  priemer vodiča, a1, a2  sú priľahlé rozpätia,uhol nábehu rozhodujúceho smeru vetra. Sila vetra na izolátorové závesy kde Gdins je dynamický koeficient rezonancie pre izolátorové závesy a pohybuje sa v rozpätí 1,05 – 1,15, Cins koeficient aerodynamického odporu, Cins = 1,2, Ains plocha izolátorového závesu premietnutá vodorovne na zvislú rovinu rovnobežnú s osou izolátorového reťazca.

15. y/2 b y QWins QWins Gins QWC x/2 GC x Vychýlenie vodiča vetrom Vychýlenie izolátorového reťazca vetrom Následkom vetra sa odkloní izolátorový reťazec s vodičom od zvislej polohy. Vychýlenie je potrebné určiť z dôvodu, aby sa vodiče nemohli navzájom, prípadne k iným objektom nebezpečne priblížiť, prípadne dotknúť. Momentová podmienka k bodu A: A  QWC kde Gins je tiaž izolátora (N), GCtiaž vodiča (N), x, y súradnice (m), QWins  sila vetra na izolátorový záves (N), QWC sila vetra na vodič (N).

16. A b  y x QWC+ 0,5·QWins GC+ 0,5·Gins Vychýlenie izolátorového reťazca vetrom Následkom vetra sa odkloní izolátorový reťazec s vodičom od zvislej polohy. Vychýlenie je potrebné určiť z dôvodu, aby sa vodiče nemohli navzájom, prípadne k iným objektom nebezpečne priblížiť, prípadne dotknúť. Momentová podmienka k bodu A: A  QWC kde Gins je tiaž izolátora (N), GCtiaž vodiča (N), x, y súradnice (m), QWins  sila vetra na izolátorový záves (N), QWC sila vetra na vodič (N).

17. A b  y x QWC+ 0,5·QWins GC+ 0,5·Gins Neznáma hodnota y sa určí podľa obr. z podobnosti trojuholníkov: Sily pôsobiace na záves Po dosadení:

18. Kmitanie vodičov a ochrana proti kmitaniu Okrem preťaženia a vychýlenia vodičov vietor spôsobuje ešte kmitanie (vibráciu) vodičov vo zvislej rovine (stojaté vlnenie). Kmitanie vodičov je výsledkom aerodynamického pôsobenia vetra pomerne malých rýchlostí na vodič. Za vodičom vznikajú vzdušné víry, ich vznikanie a zanikanie mení striedavo svoj smer, mení sa rýchlosť prúdnic nad a pod vodičom (teda aj tlak) a to je sprevádzané slabými dynamickými nárazmi vo zvislej rovine, ktoré pôsobia pravidelne a periodicky. Na obrázku je okamih, kedy je nad vodičom rýchlosť väčšia ako pod ním v1 > v2, čím tlak p1 > p2 a vodič je tlačený zvisle nahor. Okrem toho tlačí vietor na vodič i vodorovne. V nasledujúcom okamihu sa jav obráti a vodič je tlačený dolu. Vzdušné víry vznikajúce za vodičom

19. Základnou podmienkou vzniku vibrácie je, aby vynútená frekvencia od vetra sa rovnala vlastnej frekvencii vodiča. Experimentálne sa zistilo, že frekvencia kmitania je od 10 do 20 až 40 Hz (u tenších vodičov na hranici počuteľnosti), dĺžka vlny je od 1 do 20 m, amplitúda niekoľko cm (2 až 3 krát priemer vodiča). Absolútna hodnota amplitúdy dosahuje maximum pri najväčších dĺžkach vĺn, zodpovedajúcich nízkym frekvenciám. Následkom vibrácie vzniká dodatočné dynamické namáhanie vo vodiči, ktoré môže spôsobiť únavový lom vodiča. Zatiaľ čo vodiče niektorých vedení sú po troch až štyroch rokoch prevádzky značne porušené, mnohé vedenia vydržia dlhé roky bez porúch. Preto je veľmi dôležité zistiť príčiny, ktorými sa určuje náchylnosť vedení k vibráciám. Amplitúda vibrácie závisí od: • vlastností vodiča, • od ťahu, • dĺžky vlny a • od množstva energie, ktorú vodič preberá od vetra a ktorá sa vymyká presnému analytickému výpočtu.

20. Na základe doterajších skúseností vznik, stálosť a trvanie vibrácii určujú tieto faktory: a) charakter vetra, b) terénne podmienky trasy vedenia, c) výška vodičov nad zemou, d) rozpätie vodičov. a) Charakter vetra. Vibrácie vodiča spôsobuje rovnomerný vietor malých rýchlostí. Spodná hranica rýchlosti vetra je daná množstvom energie potrebnej na vznik vibrácie. Pohybuje sa v intervale 0,2 až 1,2 m·s-1 (prakticky sa uvažuje s hodnotou 0,5 m·s-1 ). Horná hranica vetra je daná jeho rovnomernosťou a pohybuje sa v intervale od 4 do 11 m·s-1 . Pri vyšších rýchlostiach vietor už nie je rovnomerný, ale nárazový. Dôležitý je aj uhol medzi smerom vetra a vedením. Do 300 vibrácia nevzniká, od 300 do 450 nemá trvalý charakter, od 450 do 900 vzniká a trvale sa udrží.

21. Terénne podmienky. Rovný otvorený terén napomáha rovnomernosti vetra a tým aj vzniku vibrácie. Aj vietor vyšších rýchlosti môže byť rovnomerný. Naopak členitý terén, lesné porasty narušujú rovnomernosť vetra a tým bránia vzniku vibrácie. • Výška vodičov nad zemou. Má podstatný vplyv na vznik vibrácie, pretože čím je vodič vyššie nad zemou, tým menej sa prejavujú terénne nerovnosti a vietor je rovnomernejší. • Rozpätie. Do rozpätia 100 m vibrácie prakticky nevznikajú. Zväčšovaním rozpätia rastie možnosť vzniku vibrácie.

22. Samotná vibrácia v podstate neohrozuje vedenie. Príčinou poruchy je výsledný účinok namáhania, vyvolaný vibráciou. Vibrácia zapríčiní časom únavu materiálu a lomy vodiča pri namáhaniach značne nižších, než je medza pevnosti. Prevádzkové údaje umožňujú urobiť uzáver, že vibrácia, pozorovaná na vedeniach, môže znamenať nebezpečenstvo pri takom ťahu vo vodičoch, ktorý zodpovedá namáhaniu, presahujúcemu 20 až 25 % medze pevnosti vodiča. To je 32 až 40 MPa pre AlFe laná. Pre vyššie namáhanie vodiča je vibrácia v každom prípade nebezpečná. Nakoľko vibrácia môže spôsobiť únavové lomy vodičov a tým poruchy na vedeniach je potrebné sa proti vibrácii brániť. Poznáme dva spôsoby ochrán pred vibráciou, a to • pasívna a • aktívna ochrana. Pasívna ochrana nepôsobí proti vzniku vibrácie, ale zmenšuje jej účinok. Aktívna ochrana pôsobí proti vzniku vibrácie.

23. Pasívna ochrana • Zmenšenie statického ťahu vo vodičoch. Týmto opatrením sa zmenší mechanické napätie vo vodiči na takú hodnotu, aby spolu s prídavným dynamickým namáhaním sa neprekročilo dovolené mechanické napätie. Tým sa ale zvýšia priehyby vodičov a pri zachovaní dĺžok rozpätí je potrebné zvýšiť stožiare, alebo pri zachovanej výške stožiarov musíme zmenšiť rozpätia (je viac stožiarov). Z toho dôvodu je tento spôsob pasívnej ochrany nepoužívaný – je to nehospodárne. • Použitie festonov. Festony sú laná voľne zavesené po oboch stranách svorky pripevnené v niekoľkých miestach na vodiči, hlavne tam, kde boli pozorované kmitne. Festony na vodiči

24. Použitie tlmiacich obalov z pružných drôtov. Od svorky sa zužujú až po spojenie s vodičom. • Použitie výkyvných (ľahkých) svoriek, ktoré sledujú pohyb vodiča. Tým sa zníži dynamické namáhanie vo vodiči, ktoré vzniká pri výstupe vodiča zo svorky. Dobrý výsledok sa dá dosiahnuť použitím výkyvných svoriek so zosilnením vodiča vo svorke. Výkyvná – ľahká svorka

25. Aktívna ochrana – podstatne znižuje účinok kmitania. Sem patria: • antivibračné laná, • tlmiče. Podstata tlmičov – pri vzniku vibrácie vodiča tlmič vyvoláva také sily, ktoré sú fázovo posunuté za pohybmi vodiča a pôsobia proti kmitom vodiča. Pôsobením toho sa vibrácia zoslabuje bezprostredne v okamihu vzniku a nemôže dosiahnuť veľké hodnoty. Z veľkého množstva rozličných druhov tlmičov sa najviac používajú kývavé, pružinové, pákové a pneumatické. Hodnotenie funkcie aktívnych ochrán – všetky tlmiče znamenajú pomerne dobrú ochranu proti vibrácii. Rozsah tlmenia pre jednotlivé aktívne prvky je rôzny. Napr. antivibračné laná a pružinový tlmič tlmia pri všetkých frekvenciách. Tlmiče sa zvyčajne umiestňujú pri stožiaroch v kmitni vodiča. Do rozpätia 360 m stačia obyčajne dva tlmiče, (jeden na každom konci rozpätia), kým pri vyšších rozpätiach (do 660 m) sú potrebné štyri.

26. qWC V súčasnosti sa na VSV používa kombinácia pasívnej (výkyvné svorky so zosilnením vodiča vo svorke) a aktívnej ochrany (tlmiče vibrácií). Zaujímavým a špecifickým úkazom na VSV je tančenie (galloping) vodičov. Dochádza k nemu pri mierne omrznutých vodičoch, prípadne pri opadávaní námrazy a spolupôsobení vetra väčších rýchlostí (nad 7 m·s-1). Vodiče sa „roztančia“ zložitým spôsobom vlnenia s amplitúdou niekoľkometrovou (5 – 6 m, až jeden násobok priehybu vodiča), s nízkou frekvenciou (0,15 – 1,25 Hz) a dĺžkou vlny niekoľko desiatok metrov. Jav môže trvať aj niekoľko hodín. Veľmi sú namáhané izolátorové závesy a stožiare a často dochádza k ich poškodeniu. Preťaženie vodiča za spolupôsobenia námrazy a vetra na 1 m dĺžky vodiča je dané