Предотвращение и ликвидация гололедных аварий - Влияние метеоусловий на процесс гололедообразования

От температуры воздуха зависит не только образование того или иного вида обледенения, но и продолжительность процессов, что имеет большое значение. Понижение температуры воздуха в процессе обледенения способствует длительному сохранению льда на проводах, в результате чего при ветре возникает вибрация и пляска проводов, отмечаются случаи их обрыва.
Согласно [9], расчетную температуру воздуха при гололеде в высокогорных районах (с отметками выше 1000 м), а также на территории, лежащей к востоку от Енисея (за исключением береговой полосы океанов и морей) и к северу от 60-й параллели, рекомендуется принимать равной -10°С, для всей остальной территории России -5°С и считать ее расчетной температурой не только для времени образования осадка, но и для всего времени его существования. Гололед образуется преимущественно (70%) при температуре от 0 до -2°С; при таких же температурах наиболее часто (78%) наблюдается отложение мокрого снега. Зернистая изморозь почти в равном числе случаев (примерно по 40%) образуется при температуре воздуха от 0 до —4°С и от -4 до -8°С. Кристаллическая изморозь чаще всего (45%) отмечается при температуре от -12 до -16°С, сложное отложение в 72% случаев - при температуре от 0 до —4° С.
Повторяемость температуры воздуха при обледенении проводов в различных условиях рельефа показывает, что каждый вид отложения отмечается при определенном интервале температур. Причем повторяемость температуры воздуха при различных видах гололедообразований зависит от географических особенностей района. Поэтому при проектировании ВЛ в каждом конкретном районе следует подходить дифференцированно к выбору значения расчетной температуры воздуха и учитывать температуру воздуха, характерную для преобладающего вида отложения. Иначе значения расчетной температуры могут оказаться завышенными или заниженными.
Большое влияние температура воздуха оказывает на плотность отложений. Время замерзания переохлажденных капель воды различного размера, образующих отложения на каком-либо объекте, определяется температурой поверхности этого объекта и температурой воздуха, а также размером самих капель. Следовательно, все указанные факторы влияют на структуру, а значит и на плотность образовавшегося осадка. Зависимость средних значений плотности зернистой изморози и смеси от температуры воздуха (в диапазоне +4-16°С) достаточно хорошо выражается графически. Из рис. 1.7 видно, что при одинаковой температуре воздуха зернистая изморозь имеет меньший объемный вес, чем смешанные отложения.

Рис. 1.7. Зависимость плотности отложения от температуры воздуха

При понижении температуры воздуха от 0 до —5°С плотность указанных видов отложений уменьшается, а при дальнейшем изменении температуры практически остается постоянной. Это, по- видимому, объясняется тем, что при температуре ниже указанного предела переохлажденные облачные капли (преобладающий радиус которых составляет 5- 15 мкм) замерзают очень быстро и различия во времени замерзания при температуре, например —10 и -15°С практически неощутимы.
Можно предположить, что для крупных капель (например, частиц осадков, радиус которых достигает нескольких сот микрон) эти различия окажутся гораздо более существенными.
Зависимость плотности зернистой изморози и смеси от температуры воздуха можно аппроксимировать степенной функцией вида

где р (ϑ) — зависимость плотности отложения от температуры воздуха в диапазоне от -1 до -16°С; ро - плотность отложения при температуре -1°С; |ϑ| — абсолютное значение отрицательной температуры воздуха; х - показатель степени.
Ветер играет немаловажную роль в формировании структуры отложения. При определенных условиях он может способствовать слиянию мелких капель в крупные, содействуя растеканию капель но поверхности предмета, и напротив, дроблению крупных капель на более мелкие.
Гололед преимущественно (около 30%) образуется при скорости ветра от 2 до 4м/с. Для зернистой изморози характерно более равномерное распределение вероятности образования при скоростях ветра в интервале
от 1 до 8м/с. Мокрый снег и кристаллическая изморозь чаще всего образуются при затишье (50-40%), а сложные отложения, гак же как и гололед, наиболее часто наблюдаются при скорости ветра от 2 до 4м/с (34%). Максимальные скорости ветра при начале обледенения проводов могут достигать 15м/с.
Скорость ветра, так же как и температура воздуха, изменяются в процессе обледенения. Согласно [9], за расчетную скорость ветра при гололеде, если не имеется фактических данных в районе проектируемой трассы, рекомендуется принимать величину, равную 0,5 расчетной скорости ветра при отсутствии гололеда.
Поскольку зависимость процесса гололедообразования от ветра является весьма сложной, обнаружить зависимость объемного веса отложений от скорости ветра весьма затруднительно. Достаточно убедительных данных, подтверждающих эту зависимость, в настоящее время не имеется.
В табл. 1.1 дана обобщенная характеристика метеорологических условий гололедообразования.

Таблица 1.1

Из табл. 1.1 видно, что температурный диапазон для гололеда и мокрого снега строго ограничен, однако не надо забывать, что возникнув, эти отложения могут долгое время сохраняться при значительно более низких температурах. В качестве минимальной расчетной температуры опасного для ВЛ обледенения при функционировании на них устройств плавки гололеда можно рекомендовать -20°С.