Experimental and numerical analysis of self-damping in small diameter cables

In the design of the power lines, it is important to know precisely the dissipative ability of the conductors. Most of the approaches adopted in this field are based on empirical exponential formula, whose coefficients are identified through an experimental campaign, to assess the conductor internal damping. The aim of this work is the study of the self-damping of small diameter cables. These kinds of cable, due to their high strength to weight ratio, are characterised by a very low non-dimensional damping coefficient which makes them more prone to aeolian vibrations. Starting from this point, several tests have been carried out on different conductors in the laboratory of the Mechanical Department of Politecnico di Milano, where the self-damping of the cable is measured through Power Method and Inverse Standing Wave Ratio techniques. The application of this last methodology on a small diameter cable showed several issues and so it has required to modify the existing operative procedure. A new solution for the measurements has been developed: it is based on the application of a mobile laser to identify the cable displacement in the nodal region. The experimental data and the evaluated damping ratio have been compared with the results of the Noiseux Similarity Laws that allow to estimate the same data through extrapolation from the results obtained for cables with different diameter and structure. A numerical model, based on stretched beam elements, is then built to simulate the dynamic behaviour of the cable in the laboratory span in steady state conditions and to evaluate the damping ratio according to the ISWR method.

Nella fase di progettazione delle linee di potenza, è importante conoscere in modo preciso la capacità di dissipazione dei conduttori. La maggior parte degli approcci adottati in questo campo per l'identificazione dello smorzamento interno dei conduttori, sono basati su una formula empirica di tipo esponenziale, i cui coefficienti sono ricavati tramite una campagna sperimentale. Lo scopo di questo lavoro è lo studio dello smorzamento proprio di cavi di piccolo diametro. Queste tipologie di cavo, dato il loro alto strength to weight ratio (T/W) sono caratterizzati da uno smorzamento adimensionalizzato molto basso, che li rende particolarmente soggetti a vibrazioni di natura eolica. Da qui dunque, la necessità di prove sperimentali condotte su diversi conduttori presso il laboratorio del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, in cui lo smorzamento proprio dei cavi è misurato mediante le tecniche PM (Power Method) e ISWR (Inverse Standing Wave Ratio). In particolare, l'applicazione della seconda tecnica su un cavo di piccolo diametro ha evidenziato delle difficoltà e pertanto si è resa necessaria una modifica della procedura operativa di misura. È stata sviluppata una nuova soluzione: essa è basata sull'applicazione di un laser mobile per identificare lo spostamento del cavo nella regione nodale. I dati sperimentali e i valori di damping ratio ottenuti sono stati confrontati con i risultati delle Leggi di Similarità di Noiseux che permettono la stima delle stesse quantità attraverso l'estrapolazione dai risultati ricavati per cavi caratterizzati da diversi diametro, struttura e materiale. È stato costruito un modello numerico, basato su elementi di trave tesata, che permetta di simulare il comportamento dinamico del cavo nel laboratorio di prova in condizioni di regime e di valutare il damping ratio secondo la tecnica ISWR.