指揮者の疾走

導体ギャロップとは、風の影響で架空送電線が高振幅、低周波で振動することである。 ^[1]電線の動きは垂直面で起こることが最も多いが、水平方向や回転方向の運動も起こり得る。固有振動数モードは1 Hz前後になる傾向があり、この優雅な周期運動は導体ダンシングとも呼ばれる。^{[2] [3]}振動は1メートルを超える振幅を示すこともあり、変位が大きくなると相導体が動作クリアランスを侵害し（他の物体に近づきすぎて）、フラッシュオーバーを引き起こすこともある。^{[4]この強力な運動は}絶縁体や電柱にかかる負荷応力を大幅に増加させ、どちらかの機械的故障のリスクを高める。

ギャロップが発生するメカニズムは必ずしも明らかではないが、電線の片側に氷が積もることで導体の空気力が非対称になることが原因となることが多いと考えられている。付着した氷の三日月形は翼型に近づき、通常は丸い電線の輪郭を変え、振動の傾向を強める。^[3]

ギャロップは送電システムオペレータにとって重大な問題となる可能性があり、特に線路が開けた風の強い地域を横切り、氷の負荷を受けるリスクがある場合に顕著です。ギャロップが懸念される可能性がある場合、設計者は表面が滑らかな導体を採用することができます。その改善された着氷特性と空力特性により、ギャロップの動きが軽減されます。 ^[4]さらに、ギャロップ防止装置を線路に取り付けて、横方向の動きを損傷の少ないねじれ方向の動きに変換することもできます。線路の張力を高め、より剛性の高い絶縁体アタッチメントを採用すると、ギャロップの動きが軽減されます。これらの対策はコストがかかり、線路の敷設後には実用的でないことが多く、線路が高周波振動を示す傾向が強まる可能性があります。^[5]

氷の負荷が疑われる場合は、線路の電力伝送を増やし、ジュール熱によって線路の温度を上げて氷を溶かすことができる可能性がある。^[3]線路から突然氷がなくなると、「ジャンプ」と呼ばれる現象が発生する可能性があり、重量の変化に応じて架線が劇的に上向きに跳ね返る。 ^{[1] [2]}つまずくリスクが高い場合、オペレーターは予期しない障害に直面するよりも、制御された方法で事前に線路を切り替えることを選択する場合があります。線路の機械的故障のリスクは残ります。^[6]

流体運動に埋め込まれた長いワイヤーに関する最も初期の研究は、19 世紀後半に遡り、ヴィンセント ストローハルが「歌う」ワイヤーを渦放出の観点から説明しました。^{[7] [8]} ギャロップは、現在では別の物理現象である空気力学的揚力から発生することが分かっています。ワイヤーに蓄積した氷はワイヤーの円形対称性を破壊し、ワイヤーの自然な上下の「歌う」動きにより、風に対する氷の張ったワイヤーの迎え角が変わります。特定の形状では、異なる角度での揚力の変化が非常に大きいため、大規模な振動を引き起こします。^[9]

数学的には、無負荷の空中に伸びたワイヤーは、定数kのバネによって高さyに吊り下げられた質量mとして近似できます。風が速度Uで動く場合、ワイヤーと 角度αを形成します。ここで

$${\displaystyle \tan {\alpha }={\frac {\dot {y}}{U}}{\text{.}}}$$

風速が大きい場合、ワイヤーに生じる揚力と抗力は風速の2乗に比例しますが、比例定数C _LとC _D (非円形ワイヤーの場合) はαに依存します。

$${\displaystyle F_{j}={\frac {1}{2}}\rho (U^{2}+{\dot {y}}^{2})l\cdot C_{j}\quad \quad \quad {\text{(}}j\in \{{\text{L}},{\text{D}}\}{\text{),}}}$$

ここでρは流体の密度、lはワイヤの長さである。^[10]

原理的には、励起振動は3つの形態をとることができます。ワイヤの回転、水平方向の揺れ、垂直方向の突入です。ほ​​とんどのギャロップは、回転と他の2つの形態の少なくとも1つを組み合わせています。代数的に単純化するため、この記事では突入のみ（回転なし）の導体を分析します。同様の処理で他のダイナミクスも扱うことができます。幾何学的観点から、力の垂直成分は

$${\displaystyle {\frac {1}{2}}\rho l(U^{2}+{\dot {y}}^{2})(C_{L}\cos {\alpha }+C_{D}\sin {\alpha })\approx {\frac {1}{2}}\rho lU^{2}\left(C_{L}|_{\alpha =0}-{\frac {\dot {y}}{U}}\left.\left(C_{D}+{\frac {\partial C_{L}}{\partial \alpha }}\right)\right|_{\alpha =0}\right){\text{,}}}$$

ẏ  ≪  U の領域では、1次の項のみを保持する。^[10]駆動係数が⁠1/2⁠ ρlU  · ( C _D  +  ⁠∂CL​_​/∂α​⁠ )| _{α  = 0 は}電線の自然減衰を超えます。特に、必要だが十分ではない条件は、これを最初に発見したエンジニアにちなんで、デン・ハルトフ・ギャロップ条件として知られています^{。 [9] [10]}$${\displaystyle \left.\left(C_{D}+{\frac {\partial C_{L}}{\partial \alpha }}\right)\right|_{\alpha =0}}$$

風速Uが低い場合、ギャロップ振動が渦放出と結合するため、上記の解析は失敗し始めます。^[10]

同様の風現象にフラッターがある。これは電線の風下側の渦によって引き起こされ、高周波（10 Hz）、低振幅の動きによってギャロップと区別される。^{[2] [3]フラッターを制御するために、送電線には}同調質量ダンパー（ストックブリッジダンパーと呼ばれる）が取り付けられ、塔に近い電線に固定されることがある。^[5]バンドル導体スペーサーの使用も有益である。

• 風の振動