DE102009034340A1

DE102009034340A1 - Freileitung, Torsionspendel für eine Freileitung sowie Verwendung eines Torsionspendels

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Publication number: DE102009034340A1
Application number: DE102009034340A
Authority: DE
Original assignee: RICHARD BERGNER ELEKTROARMATUR; Richard Bergner Elektroarmaturen & Co KG GmbH
Current assignee: RICHARD BERGNER ELEKTROARMATUR; Richard Bergner Elektroarmaturen & Co KG GmbH
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2010-02-25

Abstract

Um bei einer Freileitung die Ausbildung von walzenförmigen Eisablagerungen um ein Freileitungsseil (2) zu vermeiden, ist die Anordnung von mehreren Torsionspendeln (1) vorgesehen, welche jeweils drehfest mit dem Freileitungsseil (2) verbunden sind und beabstandet von diesem eine Pendelmasse (7) aufweisen. Die Ausgestaltung und Anordnung des Torsionspendels (1) ist derart gewählt, dass einer aufgrund von Eisablagerungen hervorgerufenen Verdrehung des Freileitungsseils (2) entgegengewirkt wird, so dass die Verdrehung des Freileitungsseils (2) auf einen maximalen Verdrehwinkel begrenzt ist. Hierdurch bilden sich Eisablagerungen lediglich einseitig mit geringer Haftung am Freileitungsseil (2) aus und fallen durch ihr Eigengewicht frühzeitig ab, so dass die Belastung durch Eisablagerungen am Freileitungsseil (2) im Vergleich zu walzenförmigen Eisablagerungen bei herkömmlichen Freileitungsseilen (2) deutlich reduziert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Freileitung, ein Torsionspendel für eine solche Freileitung sowie die Verwendung eines Torsionspendels bei einer solchen Freileitung.
Bei Freileitungen werden üblicherweise zwischen beispielsweise durch Masten gebildete Abspannpunkte Freileitungsseile gespannt. Freileitungsseile sind hierbei in der Regel Leiterseile zum Transport von elektrischem Strom, können daneben aber auch Datenkabel, beispielsweise Lichtwellenleiter, sein, die zur Übertragung von Daten vorgesehen sind. Die Abspannpunkte sind oftmals mehrere 100 m voneinander beabstandet und definieren zwischen sich ein so genanntes Freileitungsspannfeld. Sie nehmen die von den Freileitungsseilen ausgeübten Kräfte auf, die aufgrund von Witterungseinflüssen stark variieren können. Aufgrund der relativ großen Spannweite werden die Freileitungsseile einer hohen Zugspannung ausgesetzt. Im Winter besteht das Problem, dass durch Eisablagerungen am Freileitungsseil die Belastung für das Seil und für die Abspannpunkte stark zunimmt. Üblicherweise werden daher die Freileitungsseile für ein Vielfaches der so genannten Nenn-Dauerzugspannung ausgelegt, beispielsweise weisen die Freileitungsseile eine maximale Zugspannung zwischen 80 und 90 N/mm² auf.
Eis- und Schneeablagerungen bilden sich regelmäßig aufgrund des Windes zunächst seitlich am Freileitungsseil aus. Hierdurch wird ein Torsionsmoment und damit eine Seilverdrehung hervorgerufen, die zu einer vergrößerten Anströmfläche für den Wind führt und damit zu erhöhter Eis- und Schneeablagerung. Da sich diese wiederum seitlich ablagert wird das Seil sukzessive weiter verdreht, so dass dieser Torsionsprozess zu einer Eis- und Schneewalzenbildung führt, d. h. die Eis- und Schneeablagerungen bilden etwa einen Zylinder um das Freileitungsseil. Diese Form der Ablagerung haftet besonders stark am Freileitungsseil und es besteht die Gefahr, dass die Freileitungsseile und die Abspannpunkte (Masten) überlastet werden und reißen bzw. brechen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch Eis- und Schneeablagerungen hervorgerufenen Belastungen möglichst gering zu halten.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Gemäß Anspruch 1 ist danach bei einer Freileitung mit einem Freileitungsseil vorgesehen, dass am Freileitungsseil zur Vermeidung von zylinder- oder walzenförmigen Eisablagerungen vorzugsweise mehrere Torsionspendel befestigt sind, welche am Freileitungsseil drehfest angeordnet sind und beabstandet zum Freileitungsseil eine Pendelmasse aufweisen, so dass die Torsionspendel einem durch Eisablagerungen hervorgerufenen Torsionsmoment entgegenwirken.
Unter Freileitungsseil wird hierbei insbesondere ein Einzelseil verstanden, welches zwischen zwei Abspannpunkten einzelweise verspannt ist und beispielsweise nicht über mechanisch feste Abstandshalter mit weiteren Freileitungsseilen verbunden ist. Denn bei derartigen über Abstandshalter verbundenen Freileitungsseilen, die auch als Bündelleiter bezeichnet werden, besteht kaum eine Gefahr der Ausbildung von walzenförmigen Eisablagerungen.
Unter Freileitungsseil wird allgemein ein in einem Freileitungsspannfeld gespanntes Seil oder Kabel verstanden, insbesondere sowohl ein Leiterseil als auch ein Datenkabel, wie beispielsweise ein Lichtwellenleiterkabel.
Das Torsionspendel wird im Ausgangszustand vorzugsweise derart befestigt, dass es zunächst kein Torsionsmoment auf das Freileitungsseil ausübt, dass es also senkrecht nach unten hängend am Freileitungsseil befestigt ist.
Das Torsionspendel weist vorzugsweise eine Aufhängevorrichtug, eine mit dieser verbundene Pendelstange sowie die Pendelmasse auf, die endseitig an der Pen delstange befestigt ist. Die Pendelmasse ist hierbei vorzugsweise als massiver Vollkörper und beispielsweise kugelförmig ausgebildet.
Die Wirkung dieses Torsionspendels besteht nun darin, dass es bei der Ausbildung von Eis- und Schneeablagerungen ein Gegendrehmoment gegenüber der durch die einseitige Eis- und Schneeablagerung verursachte Seilverdrehung erzeugt. Das Torsionspendel verhindert daher, dass sich das Freileitungsseil um 360° und mehr verdrehen kann, so dass keine walzenförmigen Eisablagerungen ausgebildet werden können. Vielmehr sorgt das Torsionspendel dafür, dass die Eis- und Schneeablagerungen sich lediglich einseitig ausbilden. Es bilden sich daher seitlich am Freileitungsseil abstehende in etwa plattenförmige Ablagerungen aus. Mit zunehmenden Ablagerungen nimmt deren Eigengewicht zu, was dazu führt, dass die Eisablagerungen nicht stabil am Freileitungsseil haften sondern vielmehr selbsttätig wieder abfallen. Durch das Torsionspendel wird daher letztendlich die Menge der möglichen Eisablagerungen am Freileitungsseil im Vergleich zu walzenförmigen Eisablagerungen deutlich reduziert. Insgesamt ist daher die aufgrund von Eisablagerungen ausgeübte Belastung gegenüber walzenförmigen Eisablagerungen reduziert.
Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist die Pendelmasse um eine parallel zum Leiterseil verlaufende Drehachse drehbar befestigt. Sie ist daher vorzugsweise über eine Art Drehgelenk an der Pendelstange befestigt. Erfahrungsgemäß besteht das Problem der intensiven Eis- und Schneeablagerung insbesondere bei höheren Windgeschwindigkeiten. Hierbei treten Seilbewegungen, wie beispielsweise seitliches Schwingen, auf. Aufgrund der drehbaren Lagerung und der Masseträgheit der Pendelmasse schwingt diese daher relativ zu der Pendelstange. Hierdurch wird eine Erschütterung auf das Freileitungsseil über die Aufhängevorrichtung (z. B. Befestigungsklemme) übertragen und unterstützt somit den automatischen Eis- und Schneeabfall am Freileitungsseil.
Zweckdienlicherweise ist der maximale Drehwinkel begrenzt, so dass also die Pendelbewegung der Pendelmasse nicht frei erfolgen kann, sondern vielmehr abgebremst wird, um die Erschütterung zu erzeugen. Bevorzugt ist hierbei der ma ximale Drehwinkel auf etwa +/–15° begrenzt. Die Begrenzung erfolgt insbesondere mit Hilfe eines mechanischen Anschlags, so dass also die Pendelmasse bei Erreichung des mechanischen Anschlags abrupt abgebremst wird und nachhaltige Erschütterungen auf das Freileitungsseil übertragen werden.
Um walzenförmige Eis- und Schneeablagerungen über die gesamte Länge des Freileitungsseils zwischen zwei Abspannpunkten effektiv zu verhindern, ist die Ausbildung, die Anzahl und die Anordnung von am Freileitungsseil befestigten Torsionspendeln derart gewählt, dass ein Verdrehwinkel des Freileitungsseils auf einen vorgegebenen Wert begrenzt ist. Dieser Wert liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 20° bis 40° und insbesondere im Bereich von etwa 30°. Durch die Anordnung der Torsionspendel über die gesamte Länge des Freileitungsseils wird daher eine Rotation des Freileitungsseils um seine Seilachse zuverlässig verhindert und es wird lediglich ein geringer Verdrehwinkel zugelassen. Dieser Verdrehwinkel hat sich als besonders effektiv im Hinblick auf den gewünschten Effekt herausgestellt, nämlich die Vermeidung der Eisablagerung und den möglichst automatischen Abfall der sich ausbildenden Eisablagerungen. Die Pendel werden hierbei vorzugsweise derart befestigt, dass im unbelasteten Ausgangszustand auf das Leiterseil kein Drehmoment ausgeübt wird.
Bevorzugt wird für die Torsionspendel eine Pendelmasse im Bereich zwischen 5 und 15 kg und insbesondere im Bereich von 10 kg gewählt. Zweckdienlicherweise ist weiterhin die Pendelmasse um 0,5 bis 1 m und insbesondere um etwa 0,75 m vom Freileitungsseil beabstandet. Der Abstand ist hierbei definiert durch den Abstand von der Mitte des Freileitungsseils bis zum Schwerpunkt der Pendelmasse. Weiterhin ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass über die Länge des Freileitungsseils mehrere Torsionspendel befestigt sind, die zueinander einen Pendelabstand im Bereich von 20 bis 30 m und insbesondere von etwa 25 m aufweisen. Vorzugsweise sind die Torsionspendel über die gesamte Länge des Freileitungsseils und insbesondere gleichmäßig verteilt zwischen zwei Abspannpunkten angeordnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
In den 1 bis 3 der Zeichnung ist jeweils in vereinfachten Darstellungen ein Abschnitt eines Leiterseils einer Freileitung mit daran befestigtem Torsionspendel dargestellt, wobei sich die drei Ausführungsbeispiele gemäß den 1 bis 3 in unterschiedlichen Aufhängevorrichtungen unterscheiden.
Gemäß den 1, 2 und 3 ist ein Torsionspendel 1 an einem Freileitungsseil 2 drehfest über eine Aufhängevorrichtung befestigt. Im Ausführungsbeispiel gemäß der 1 ist diese gebildet durch eine Klaue 3, im Ausführungsbeispiel der 2 durch eine Spiralarmatur 4, bei der ein Klemmseil oder Klemmstab helixförmig um das Freileitungsseil 2 gewunden ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 ist schließlich als Aufhängevorrichtung eine Tragklemme 5 vorgesehen, bei der zwei Klemmbacken unter Einschluss des Leiterseiles miteinander verspannt werden.
An diese jeweils als Befestigungsklemme ausgebildete Aufhängevorrichtung schließt sich jeweils eine stabförmige, senkrecht nach unten orientierte Pendelstange 6 an, an der endseitig eine Pendelmasse 7 befestigt ist. Diese ist im Ausführungsbeispiel nach Art einer massiven Kugel ausgebildet.
Im Ausführungsbeispiel ist weiterhin als bevorzugte Ausgestaltung vorgesehen, dass die Pendelmasse 7 über ein Drehgelenk 8 an der Pendelstange 6 befestigt ist. Durch das Drehgelenk 8 ist eine Drehachse 9 definiert, um die die Pendelmasse 7 bis zu einem maximalen Drehwinkel frei schwingen kann. Die Begrenzung des Drehwinkels erfolgt mechanisch durch einen geeigneten, hier nicht näher dargestellten Anschlag, der vorzugsweise an der Pendelstange 6 befestigt ist oder durch eine spezielle Formgebung der Pendelstange 6 gebildet ist. Der Drehwinkel ist hierbei auf +/–15° begrenzt, bezogen auf die senkrechte Ausgangsorientierung, bei der der Schwerpunkt der Pendelmasse 7 auf der Verlängerung der Längsachse der Pendelstange 6 liegt.
Über die Länge des Freileitungsseils 2 zwischen zwei Abspannpunkten sind vorzugsweise gleichmäßig verteilt eine Vielzahl derartiger Torsionspendel 1 befestigt. Die Anzahl der verwendeten Torsionspendel, ihr Einbauabstand im Freileitungsspannfeld, der Abstand der Pendelmasse vom Leiterseil sowie die Gewichtsmasse der Pendelmasse werden in Abhängigkeit der Seileigenschaften und des regionalen Standorts gewählt.
Typischerweise liegt der Einbauabstand oder auch Pendelabstand zwischen zwei zueinander benachbarten Torsionspendeln 1 im Bereich zwischen 20 und 30 m. Die Pendelmasse liegt typischerweise im Bereich zwischen 5 und 15 kg und der Abstand der Pendelmasse vom Leiterseil im Bereich zwischen 0,5 und 1 m.
Aus Erfahrungen und Versuchen ist bekannt, dass bei herkömmlichen Freileitungsseilen 2 Eis- und Schneeablagerungen sich zunächst grundsätzlich einseitig am Leiterseil sowohl bei „Wolkenvereisung” als auch bei Niederschlagsvereisung (Schnee, Eisregen) ausbilden. Durch die seitliche Eisablagerung wird ein Drehmoment auf das Seil ausgeübt und es erfolgt eine (kontinuierliche) Seilverdrehung. Insgesamt wird dadurch die Anströmfläche des Leiterseils aufgrund der sich zylinder- oder walzenförmig um das Leiterseil ausbildenden Eisablagerung sukzessive erhöht, wodurch insgesamt eine erhöhte Eis- und Schneeablagerung erfolgt.
Die Funktion der Anordnung der Torsionspendel 1 am Freileitungsseil 2 ist folgendermaßen:
Aufgrund der Anordnung der Torsionspendel wird die Verdrehung des Freileitungsseils infolge der Eislast begrenzt und zwar vorzugsweise auf einen Verdrehwinkel von 30°. Es bilden sich daher keine walzenförmigen Eisablagerungen um das Leiterseil herum aus. Die Eisablagerungen sind vielmehr lediglich an einer Seite und in etwa platten- oder sichelförmig ausgebildet. Insgesamt haften daher auch die Eisablagerungen am Leiterseil nur über einen begrenzten Bereich, umschlingen daher das Leiterseil 2 nicht vollständig, sondern nur über den begrenzten Winkelbereich von etwa 30°. Entsprechend ist nur eine geringe Haftung gegeben und die Eisablagerung fällt aufgrund ihres Eigengewichts frühzeitig selbsttätig ab. Dieses Abfallen wird üblicherweise durch Erschütterungen, beispielsweise durch Windeinwirkung, ausgelöst.
Um ein besonders frühzeitiges Abfallen zu erzwingen, ist die gelenkige Anordnung der Pendelmasse 7 vorgesehen. Durch die speziell gewählte Konstruktion des Pendels wird daher bei einer durch Windeinwirkung hervorgerufenen Schwingung des Freileitungsseils 2 eine mechanische Erschütterung erzwungen. Durch die Seilbewegung insbesondere bei höheren Windgeschwindigkeiten folgt nämlich die Pendelmasse aufgrund ihrer Trägheit der Seilbewegung nur verzögert, d. h. die Pendelmasse schwingt relativ zur Pendelstange 6 um die Drehachse 9. Die Auslenkung um diese Drehachse 9 ist durch den mechanischen Anschlag begrenzt, bevorzugt auf einen Bereich beispielsweise zwischen 10 und 20°, so dass gewährleistet ist, dass die Pendelmasse 7 gegen den Anschlag anstößt und somit eine Erschütterung ausgeübt wird.
Über die Länge des Freileitungsseils 2 werden die Torsionsmassependel nicht zwingend identisch ausgebildet und angeordnet. Vielmehr werden zweckdienlicherweise insbesondere die Abstände zwischen den Torsionspendeln 1 und/oder die Ausgestaltung der Torsionspendel 1 unter Berücksichtigung des sich ändernden Torsionswiderstandsmoments des Freileitungsseils unterschiedlich gewählt. Insbesondere derart, dass die gewünschte maximale Verdrehung auf 30° sichergestellt ist. Hierbei wird auch die zu erwartende Eisablagerungsart und -masse berücksichtigt, bei der auch unterschiedliche Höhen der Befestigung des Torsionspendels am Freileitungsseil 2 über dem Erdboden eingehen.
Ergänzend kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Arten von Torsionspendeln 1 eingesetzt werden, die sich beispielsweise im Hinblick auf ihre Pendellänge (Abstand Pendelmasse zum Leiterseil) oder hinsichtlich der Pendelmasse 7 unterscheiden. Hierbei werden insbesondere die örtlichen Einbaubedingungen entlang des Spannfeldes berücksichtigt, beispielsweise im Bereich von Kreuzungen mit Fremdobjekten, um eine Kollision zu vermeiden.
Versuche haben gezeigt, dass die zusätzliche Belastung durch Eisablagerungen typischerweise im Bereich etwa zwischen 10 und 30 N/m liegt. Die Anzahl der Torsionspendel, ihre Ausgestaltung sowie der Abstand zueinander müssen sind derart bemessen, dass sie einer durch eine derartige Eisablagerung hervorgerufenen Verdrehung des Freileitungsseils 2 entgegenwirken und den aufgrund der Eislast hervorgerufenen Verdrehungen des Seils vorzugsweise auf einen Winkel von maximal 30° begrenzen.
Bei Freilandversuchen wurde festgestellt, dass die sich ausbildenden Eisablagerungen bei einer zusätzlichen Eisbelastung zwischen 10 N/m und 20 N/m abfallen, so dass unter Berücksichtigung der Eigenmasse des Torsionspendels 1 keine höheren Belastungen als etwa 20 N/m auftreten.
Bei einem konkreten Versuchsbeispiel bei einem Leiterseil mit 15 mm Durchmesser wurde eine maximale zusätzliche Belastung durch Eisablagerung von 20 N/m ermittelt. Als Pendelmasse wurden 10 kg gewählt. Der Abstand der Pendelmasse zum Leiterseil wurde auf 0,75 m und der Einbauabstand der Torsionspendel zueinander auf etwa 25 m eingestellt.
Durch den Einsatz des Torsionspendels 1 können daher kritische Belastungszustände bei extremen Witterungssituationen bzw. bei Unterdimensionierung der Freileitungsseile sowie der weiteren Bauteile der Freileitung vermieden werden. Diese kritischen Belastungszustände könnten andernfalls zur Überlastung der Freileitungsseile (Höchstzugspannung) sowie der übrigen Bauteile (Masten, Isolatoren, Armaturen) bis zum Bruch mit gravierenden Folgen führen.

1: Torsionspendel
2: Leiterseil
3: Klaue
4: Spiralarmatur
5: Tragklemmme
6: Pendelstange
7: Pendelmasse
8: Drehgelenk
9: Drehachse

Claims

Freileitung mit einem Freileitungsseil (2), wobei am Freileitungsseil (2) zur Vermeidung von walzenförmigen Eisablagerungen ein Torsionspendel (1) befestigt ist, welches am Freileitungsseil (2) drehfest befestigt ist und beabstandet zum Freileitungsseil (2) eine Pendelmasse (7) aufweist, so dass das Torsionspendel (1) einem durch Eisablagerungen hervorgerufenen Torsionsmoment entgegenwirkt.
Freileitung nach Anspruch 1, bei der die Pendelmasse (7) um eine parallel zum Freileitungsseil (2) verlaufende Drehachse (9) drehbar befestigt ist.
Freileitung nach Anspruch 2, bei der die Drehbewegung der Pendelmasse (7) um die Drehachse (9) auf einen maximalen Drehwinkel begrenzt ist.
Freileitung nach Anspruch 3, bei der der maximale Drehwinkel bei etwa +/–15° liegt.
Freileitung nach Anspruch 3 oder 4, bei der zur Begrenzung des Drehwinkels ein mechanischer Anschlag vorgesehen ist, gegen den die Pendelmasse (7) anschlägt.
Freileitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Torsionspendel (1) eine Aufhängevorrichtung (3, 4, 5) zur drehfesten Befestigung am Freileitungsseil (2), eine mit dieser verbundenen Pendelstange (6) sowie die Pendelmasse (7) aufweist, die endseitig an der Pendelstange (6) befestigt ist.
Freileitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ausbildung, die Anzahl und die Anordnung von am Freileitungsseil (2) befestigten Torsionspendeln (1) derart gewählt ist, dass ein Verdrehwinkel des Freileitungsseiles (2) auf einen vorgegebenen Wert begrenzt ist, der bevorzugt im Bereich von etwa 20° bis 40° und insbesondere im Bereich von etwa 30° liegt.
Freileitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Pendelmasse (7) im Bereich zwischen 5 und 15 kg, und insbesondere im Bereich von 10 kg liegt.
Freileitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Pendelmasse (7) vom Freileitungsseil (2) um einen Abstand beabstandet ist, der im Bereich von 0,5 m bis 1 m und insbesondere im Bereich von 0,75 m liegt.
Freileitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der über die Länge des Freileitungsseils (2) mehrere Torsionspendel (1) befestigt sind, die zueinander einen Pendelabstand im Bereich von 20 bis 30 m, insbesondere von 25 m aufweisen.
Freileitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mehrere Torsionspendel (1) über die gesamte Länge des Freileitungsseils (2) insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Torsionspendel (1) für eine Freileitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Vermeidung von walzenförmigen Eisablagerungen an einem Freileitungsseil (2) der Freileitung, mit einer Aufhängevorrichtung (3, 4, 5) zur drehfesten Befestigung am Freileitungsseil (2) und einer beabstandet zur Aufhängevorrichtung (3, 4, 5) angeordneten Pendelmasse (7).
Torsionspendel (1) nach Anspruch 12, bei dem die Pendelmasse (7) um eine parallel zum Freileitungsseil (2) verlaufenden Drehachse (9) drehbar befestigt ist.
Torsionspendel (1) nach Anspruch 13, bei dem die Drehbewegung der Pendelmasse (7) um die Drehachse (9) auf einen maximalen Drehwinkel begrenzt ist, der insbesondere bei etwa +/–15° liegt.
Torsionspendel (1) nach Anspruch 13 oder 14, bei dem zur Begrenzung des Drehwinkels ein mechanischer Anschlag vorgesehen ist, gegen den die Pendelmasse (7) anschlägt.
Verwendung eines Torsionspendels (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15 zur Vermeidung von walzenförmigen Eisablagerungen an einem Freileitungsseil (2) einer Freileitung und zur Reduzierung der auf das Freileitungsseil (2) durch Eisablagerungen ausgeübten Belastung.
Verwendung mehrerer Torsionspendel (1) nach Anspruch 16 derart, dass eine durch die Eisablagerungen hervorgerufene Verdrehung des Freileitungsseils (2) auf einen maximalen Verdrehwinkel, insbesondere im Bereich von 20° bis 40° begrenzt ist.
Verwendung nach Anspruch 16 oder 17 derart, dass sich ausbildende Eisablagerungen nur seitlich am Freileitungsseil (2) mit geringer Haftung ablagern und durch ihr Eigengewicht abfallen.