Почему ЛЭП гудят?

Разные линии электропередач — ЛЭП — отличаются по напряжению, под которым находятся их провода по отношению к земле. Высоковольтные ЛЭП с напряжением больше 100 кВ создают звук, похожий на громкий шелест или потрескивание. Он возникает при коронном разряде воздуха вблизи мест крепления проводов к опорам через изоляторы. Не эти звуки нас интересуют. В нашей стране огромная протяженность ЛЭП между деревнями и небольшими поселками, они передают электроэнергию при напряжениях порядка 10 кВ. А к домам в таких поселках ЛЭП несут энергию при напряжениях 220–380 В. Вот к их-то гудению чаще всего и прислушиваются жители этих поселений и городские отдыхающие.

Причин, которые могут вызвать звук, несколько.



Начнем с механической. Действительно, натянутый провод представляет собой струну или стержень, и на проводе могут возникать резонансные стоячие волны.


Теперь рассмотрим магнитную причину возможного гудения проводов. Каждый провод ЛЭП, по которому течет ток, находится во внешнем магнитном поле Земли, которое в наших (российских) широтах имеет вертикальную составляющую индукции магнитного поля, направленную вниз, т.е. перпендикулярно горизонтальным (почти) проводам ЛЭП.

Если в проводе течет переменный ток с частотой 50 Гц, то сила Ампера толкает провод в горизонтальном направлении, перпендикулярном проводу. Если, например, опоры ЛЭП — это деревянные столбы, то провода крепятся к опоре через изоляторы на так называемых крюках и располагаются по одну или по разные стороны от опоры на разных уровнях по вертикали. Поскольку фазы токов в проводах отличаются, то опора (деревянный столб) испытывает изгибные напряжения на частоте 50 Гц, а это не те 100 Гц, которые нас интересуют.

Однако силы действуют не только между проводами ЛЭП, разделенными большими промежутками, но и внутри каждого провода, который состоит из стальной центральной жилы и намотанных на нее алюминиевых жил. Алюминий, как известно, окисляется на поверхности, и пленка окисла плохо проводит ток. Если, например, не по всем алюминиевым жилам течет одинаковый ток, то в этом случае система жил в одном проводе получается несимметричной и в месте расположения железного сердечника периодически изменяется магнитное поле. Частота изменения силы, действующей на стальной сердечник, равна как раз 100 Гц. При этом стальной сердечник притягивается к тем алюминиевым жилам, по которым течет наибольший ток. Расстояния между серединами жил небольшие (≈ 0,5 см), и они не всегда прижаты друг к другу так, чтобы нигде не было зазоров. Кроме того, стальной сердечник имеет немалую магнитную восприимчивость (μ ≈ 103), поэтому силы возникают большие, а тряска и столкновения жил приводят к появлению звука именно на частоте 100 Гц (и на более высоких гармониках, кратных 100 Гц).

Вот он механизм возникновения звука, который может «бегать» вдоль проводов!

Ровно по такой же причине на частоте 100 Гц гудят трансформаторы и дроссели люминесцентных ламп в нашей стране. (Кстати, в США они гудят на частоте 120 Гц.) Звук на этой частоте передается опорам через изоляторы. Сухое дерево, из которого сделаны опоры, является хорошим резонатором, поэтому оно и само трясется на частотах 50 и 100 Гц и трясет окружающий воздух. Таким образом и возникает звук, который называют гудением проводов или опор ЛЭП.