Evaluation of the fatigue resistance of power line conductors function of the H/w parameter

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017.Deste 1960, um grupo instituído pela CIGRÉ (Conseil Intrntional des Grands Réseaux Électriques) propôs o uso do Every Day Stress (EDS) para projeto de linhas de transmissão aéreas. Porém, investigações em campo chamaram atenção para ocorrência de danos devidos à fadiga em condutores, mesmo com o uso de EDS recomendados. Mais recentemente, a CIGRÉ propôs o uso do parâmetro H/w para projeto, com a intenção de generalizar o comportamento em fadiga dos condutores aéreos. O objetivo deste trabalho, então, é conduzir um estudo experimental para avaliar os efeitos do parâmetro catenário (H/w) na vida em fadiga de condutores aéreos. Comparações entre as curvas S-N geradas mostraram que o condutor CAA Tern sustenta um número significativamente maior de ciclos antes da falha por fadiga ocorrer do que o CAL 900 MCM, para os valores de H/w. Enquanto isso, o CA Orchid apresentou uma vida em fadiga localizada entre os dois condutores citados e similar à do ACAR 750 MCM. Os dados experimentais dos testes estáticos se adequaram bem aos valores teóricos estimados. Análises de falha de amostras de quebradas (fios) revelaram, não apenas que as trincas tiveram início nas áreas de escorregamento dos fios de alumínio, mas também, sua morfologia apresentou clara evidência de falhas por fadiga, assim como marcas de praia e trincas secundárias. Adicionalmente, uma análise de falha foi realizada, não só em termos da camada em que ocorreu a quebra do fio e do tipo de superfície de falha, mas também de acordo com a posição relativa à boca do grampo em que as falhas ocorreram dentro do grampo de suspensão. Dados apresentados nesse estudo podem ser utilizados em vários programas de elementos finitos não lineares para melhor entender o comportamento mecânico dos condutores. Ademais, a informação gerada pode ser útil para planejamento de manutenção em linhas de transmissão. Baseada na avaliação do parâmetro H/w apresentada nesse trabalho, foi verificado que o parâmetro representa um claro avanço no projeto de linhas de transmissão contra fadiga devido a vibrações eólicas quando comparado com o anteriormente recomendado Every Day Stress (EDS). Isso é suportado pelo fato de que, quando utilizado o parâmetro H/w, os dados estáticos são consistentes com aqueles previstos pelo uso de equações apropriadas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).Since 1960, a panel instituted by CIGRÉ (Conseil International des Grands Réseaux Électriques) proposed the use of the Every Day Stress (EDS) for overhead conductor design. But field investigations drew attention to the occurrence of fatigue damage of conductors even though the recommended EDS were adhered. More recently, then, CIGRÉ proposed the use of H/w (The ratio between the horizontal tensile load, H, and the conductor weight per unit length, w) parameter for design purpose with the goal of generalising the fatigue behaviour of overhead conductors. The objective of this work, then, was to conduct an experimental study to evaluate the effects of the catenary parameter (H/w) on the fatigue life of overhead conductors. Comparison between the generated S-N curves proved that the ACSR Tern conductor could sustain a significantly higher number of cycles before fatigue failure than the AAAC 900 MCM for different values of H/w. Meanwhile, the AAC Orchid presented a fatigue life which is located between the two conductors cited above and presents a similar fatigue life as the ACAR 750 MCM. The experimental data from static tests agreed quite well with the estimated theoretical values. Failure analysis of the broken samples (wires) revealed not only that cracks initiated in the fretted areas of the aluminium wires, but also that their morphology presented clear evidence of fatigue failure, such as beach marks and secondary cracks. Additionally, a failure analysis was performed, not only in terms of the layer in which the wires broke and the type of fracture surface but also according to the position from the clamp mouth where these failures occurred inside the suspension clamp. Data presented in this study could be used in various non-linear finite-element programs in order to better understand the mechanical behaviour of conductors. Furthermore, the generated information could be helpful for planning the maintenance of power lines. Based on the evaluation of the parameter H/w presented in this work, it emerged that the H/w parameter represents a clear advance in the design of transmission lines against fatigue due to aeolian vibrations when compared to the previously recommended Every Day Stress (EDS). This is supported by the fact that, when using the H/w parameter, the static data are consistent with those predicted using appropriate equations

Life prediction of power line damper.

Thesis (M.Sc.Eng.)-University of KwaZulu-Natal, Durban, 2012.Power line function is to transfer electrical power. Power lines represent a major component in the transport process of electricity and they are subjected to various types of failures. Causes of failure include wind-induced oscillations or Aeolian vibrations. Wind causes transmission line conductors to undergo oscillatory motions which cause failure. To mitigate oscillations of line conductors, Stockbridge dampers are used. It has been observed that dampers are subjected to the same undesirable and destructive effects from vibrations as the conductors they are meant to protect. In the case of a damper, the cyclic bending as well as the friction between its wire cables are caused by vibrations leading to failure. The mathematical model describing the bending stress of the symmetrical Stockbridge damper’s messenger cable near the clamped end is analyzed. The reliability of the mathematical model is assessed using experimental data obtained from the forced response test conducted at the VRTC laboratory at the University of KwaZulu-Natal, Durban. Data from the experiment has been compared with the MatLab model established by the researcher. Due to friction between the wires of the messenger cable, variation of temperature is observed in the messenger cable during operation. Change of temperature of the messenger cable was investigated, as a function of time, at constant velocity and constant displacement. Experimental data were generated during dynamic characteristic tests on Stockbridge dampers and thereafter the prediction of the variation temperature was undertaken. There are various mechanical characteristics of a damper that can be affected with time. To reach the aim of this study, three types of vibration test were conducted on the Stockbridge damper: the fatigue test, the forced vibrations test and the free vibrations test. Tests were conducted on a shaker machine with new and used Stockbridge dampers to determine the remaining life of those dampers by looking at their different mechanical properties. The frequency domain and time spectrum were used to display the results. The fatigue test investigated one of the commonest types of Stockbridge damper failure, namely, loss of the small mass because of sustained high frequency resonance. Ultimately, data correlated well and two mathematical models were developed: one for predicting damage in the life of a Stockbridge damper (based on the highest resonance frequency of the damper), and one for predicting the temperature of the messenger cable

Análise comparativa da resistência à fadiga por fretting entre os cabos condutores feitos de liga de alumínio 900 MCM e 823 MCM

Com a necessidade de aperfeiçoamento do processo de transmissão e distribuição de energia elétrica, as indústrias e concessionárias desse setor estão em busca de componentes mais otimizados para suas linhas de transmissão. Em consequência, há a necessidade de aprimorar a formação do cabo condutor, que é o elemento mais oneroso das linhas elétricas. Nestas circunstâncias, condutores formados apenas por fios de alumínio aparentam ser mais vantajosos em relação aos cabos com alma de aço, obtendo melhores índices de ampacidade/peso, diminuindo assim, o custo de transmissão. Neste cenário, o objetivo deste artigo, foi verificar a influência do fenômeno de fadiga por fretting sob condições controladas, nos fios de liga de alumínio AA 6201 T81 e AA 1120 H19, que formam os condutores CAL 900 MCM e CAL 823 MCM, respectivamente. Para alcançar tal fim, criou-se um programa experimental capaz de adquirir os dados sobre a resistência à fadiga dos cabos condutores e dos fios de forma separada, a fim de analisar a influência do fretting sob o parâmetro de carga normal de contato de 750 N. Ao examinar os resultados, o condutor CAL 900 MCM obteve a menor resistência à fadiga, apesar de ser constituído por uma liga com melhores propriedades mecânicas. O mesmo resultado foi obtido nos ensaios de fadiga por fretting nos fios, deste modo, pôde-se inferir que a liga AA 6201 T81, embora possua melhor resistência à fadiga, ela é mais suscetível a falha na presença de fretting quando comparada a liga AA 1120 H19.Palavras chaves: fadiga por fretting em fios, contato entre fios de alumínio liga AA 1120 H19, liga AA 6201 T81.