doorhangende kabels

[Jan van de Velde]

Fysica in actie bij de stroomstoring in Flevoland:

https://nos.nl/artikel/2443016-grote-st ... rkten-niet

Die kabels zijn wel heel erg ver door gaan hangen. Wat zou eigenlijk de belangrijkste factor zijn geweest, thermische uitzettingscoëfficiënt, of de vermindering van de elasticiteitsmodulus bij hogere temperaturen? Dat kan ik wel eens proberen uit te rekenen.

Maar mijn vraag is vooral: zie ik naast die twee factoren nog iets over het hoofd?

[irArjan]

De rekgrens van de kabels kan ook een stuk lager worden waardoor ze plastisch gaan deformeren denk ik.

[Xilvo]

Een ruwe schatting:
- Hoogte masten 60 m
- Afstand masten 400 m (geschat met Google maps)
- Laagste punt kabel in normale toestand 25 m boven de grond (ook dan hangen ze al een heel stuk door)
- Laagste punt na verhitting 15m boven de grond

Dan is de kabellengte in normale toestand 408,3 m, in gerekte toestand 413,2 m. Dat geeft een relatieve verlenging van 1,2E-2

Als ik aanneem dat de eigenschap van de kabel bepaald wordt door een ijzeren kern (uitzettingscoëfficiënt 12E-6 m/(m.K)) dan zou dat een temperatuurstijging van 1000 K geven.

Dat lijkt me aan de hoge kant. Maar er zitten nogal wat schattingen in deze berekening.

[Marco Maxwell]

De uitzetting ten gevolge van de gestegen temperatuur kan volgens mij sowieso nooit de oorzaak zijn. Als ze afkoelen zouden ze weer moeten krimpen. Maar ze bleven doorhangen Dus er is sprake van plastische rek.

[jkien]

Wikipedia zegt dat het aluminium van de gebruikelijke hoogspanningslijnen enigszins plastisch wordt bij temperaturen boven de 75 °C, en als ik het goed begrijp dat een stalen kern niet heter mag worden dan 250 °C. Dat gebeurt dus al bij niet heel hoge temperaturen.

The most common conductor in use for transmission today is aluminum conductor steel reinforced (ACSR) ... ACSR cable still depends on the tensile strength of the aluminium; it is only reinforced by the steel. Because of this, its continuous operating temperature is limited to 75 °C, the temperature at which aluminium begins to anneal and soften over time. Cable which relies entirely on the steel for strength, and so can be used at temperatures up to 250 °C, is called aluminium-conductor steel-supported (ACSS).

[OOOVincentOOO]

Hoe ik ooit geleerd heb hangen hoogspannings kabels door met een cosinus hyperbolysche functie (kettinglijn) zie: Wike: kettinglijn.

Nu staat er vermeld dat dit alleen verondersteld is met: "volkomen buigzaam en onuitrekbaar verondersteld wordt".

Volgens mijn zoektochtje (niet volledig dubbel gecontroleerd) is de doorsnede van 380kV deze:

Bron: https://www.fizx.nl/fizx2/NA/380kV/

Het witte materiaal schijnt isolatie te zijn.

Mijn hypothese:
Door extreme warmteontwikkeling word deze isolatie week. Vervolgens veranderd de rek/spanning in de kabel. Door de eerder door anderen genoemde plastische vervorming. Dientengevolge van de verandering van de (mechanische) spanning in kabel veranderd de doorbuiging.

Zou dit ongeveer het mechanisme zijn? Weet iemand de kettingvergelijking inclusief rek en spanning?

Interessant misschien: hoeveel varieert dan de doorhang van hoogspanning kabels tussen winter (0 [°C]) en zomer (30 [°C])?

[Xilvo]

Volgens mijn zoektochtje (niet volledig dubbel gecontroleerd) is de doorsnede van 380kV deze:
380kv.jpg

Die doorsnede is van een grondkabel. Een hangende kabel heeft geen isolatie nodig.

Weet iemand de kettingvergelijking inclusief rek en spanning?

Wikipedia over kettinglijnen hier.
Die heb ik ook gebruikt om de lengte bij doorhanging te berekenen.

De kracht kun je berekenen doordat de verticale component van de kracht bij ieder ophangpunt de helft van het gewicht moet zijn. Daaruit volgt ook dat de spankracht toeneemt naarmate je de kabel "vlakker" trekt (minder doorhanging).

Dat zou ook kunnen verklaren waarom de plastische vervorming stopte nadat de kabel verder doorgezakt was.

Interessant misschien: hoeveel varieert dan de doorhang van hoogspanning kabels tussen winter (0 [°C]) en zomer (30 [°C])?

Met de getallen uit mijn voorbeeld ca 30 cm.

[OOOVincentOOO]

@Xilvo,

Oke, dat is slordig van mij betreffende de verkeerde foto. Via mobieltje is moeilijk tussen twee sites te wisselen voor mij! Excuses.

Andere foto van hoogspanning kabel laten inderdaad geen isolatie zien. Echter deze zien uit als zo:

Bron: https://www.hoogspanningsnet.com/techniek/draden/

De draden zijn gewikkeld als een spoel. Is lineaire uitzetting (bulk) dan wel toepasbaar?
Dient men de effectieve lengte of reële lengte te nemen?

Reken jij met volledig buigzaam zonder rek?

Edit:
Dit type kabels lijken mij rek te hebben sowieso door wikkeling. En wellicht stijf daar ophangpunten niet volledig doorbuigen als een ketting?

[Xilvo]

De draden zijn gewikkeld als een spoel. Is lineaire uitzetting (bulk) dan wel toepasbaar?
Dient men de effectieve lengte of reële lengte te nemen?

Die manier van wikkelen maakt volgens mij niets uit.
Wat bedoel je met effectieve en reële lengte?

Reken jij met volledig buigzaam zonder rek?

Edit:
Dit type kabels lijken mij rek te hebben sowieso door wikkeling. En wellicht stijf daar ophangpunten niet volledig doorbuigen als een ketting?

Ik reken met volledig buigzaam, de kabels zijn zeer dun in vergelijking met de overspanning.
Rek heb ik niet meegenomen. Die zou juist afnemen bij doorzakken omdat de trekkracht in de kabel dan afneemt.

[OOOVincentOOO]

Dankjewel, de vragen zijn beantwoord. Ik had moeite met het vinden van het juiste woord wikkeling. Jouw aangehaalde zin is voordat ik het woord wikkeling had gevonden!

Zelf denk ik (nu) ook dat de wikkeling geen invloed heeft. De uitzetting een enkele wikkeling is dan niet in dezelfde lijn als de totale kabel. Vermoedelijk is effectieve uitzetting dan gelijk als een solide kabel. Tevens bij homogene temperatuur helemaal geen invloed waarschijnlijk.

Misschien dat een constructeur iets meer weet over kabels (indien vergelijk terecht is). Wellicht zijn dit soort effecten ook bij: hang- tuibruggen, antenne masten en/of liften in combinatie met brand o.i.d.

(ik erger mijzelf nog steeds dat ik niet goed gelezen had bij de fout geplaatste eerste foto!)

[Xilvo]

Op foto's en filmpjes van de plaats waar de hoogspanningskabels de bovenleiding van de trein raakte zie ik die kabels weer een stuk boven die bovenleiding hangen. Ze zijn blijkbaar bij het afkoelen toch weer (deels) omhoog gekomen.

[boertje125]

de E van staal neemt volgens mij boven de 450 graden ook snel af net als de treksterkte.
indien de rek elastisch blijft wat redelijk aannemelijk is als kabels niet breken komen ze weer terug in hun oorspronkelijke vorm tijdens het afkoelen

[Marco Maxwell]

Ik reageer even op
"indien de rek elastisch blijft wat redelijk aannemelijk is als kabels niet breken komen ze weer terug in hun oorspronkelijke vorm tijdens het afkoelen"
StaaL kan ook bij kamertemperatuur heel gemakkelijk vloeien.
IJzerdraad strek je thuis door het op te jangen aan een haak, een gewichtje eraan en dan terdege. Stukje voor stukje vloeit de hele draad dan. Als een stukje vloeit wordt het (plastich) iets langer en (door het smelten en stollen) ook iets sterker. Daarna zal een ander stukje _het zwakste_ aan de beurt zijn. Je eindigt dan met een kaarsrechte draad, die iets langer is.
Ik heb geen idee bij welke kracht en temperatuur dit zonder terdege gebeurt, maar erg warm zal het niet zijn.
Misschien toch even een metallurg vragen?

[Marco Maxwell]

Voor alle duidelijkheid: ik denk niet dat torsie de oorzaak is van het vloeien, maar het is een demo dat er maar weinig energie nodig is om staal bij lage temperaturen te laten vloeien

[Marco Maxwell]

Als je 2 meter staaldraad strekt wordt ie zichtbaar langer: een enkele centimeter.
En een beetje dunner uiteraard