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Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Verlegeverhaltens eines
Freileitungsseiles Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren zur Ermittlung
des Verlegeverhaltens eines Freileitungsseiles für eine Hochspannungsfreileitung,
die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines
solchen Verfahrens. - Verlegeverhalten bezeichnet im Rahmen der Erfindung die Summe
der Eigenschaften eines Freileitungsseiles, die erfüllt sein müssen, damit das Freileitungsseil
beim Verlegen und im verlegten Zustand, kurzfristig und langfristig, allen mechanischen
Anforderungen genügt. Dazu gehört hauptsächlich, daß das Freileitungsseil beim Verlegen
keinen Korb bildet. Ein
einfaches Verfahren der Ermittlung dieser
kompbxen Größe im Zuge einer vorausgehenden, möglichst zerstörungsfreien Prüfung
ist nicht bekannt.
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Mit ansteigenden elektrischen Übertragungsleistungen wachsen die Leiterquerschnitte
der Freileitungen an. Da die Drahtquerschnitte etwa konstant bleiben, erhalten die
Freileitungsseile mehrere Drahtlagen. Bei nicht konstanter mechanischer Spannungsverteilung
über die Drahtlagen kann die Verlegung dieser Freileitungsseile durch Korbbildungen
problematisch werden. Außerdem kann man bei mechanisch nicht konstanter Spannungsverteilung
keine genauen Angaben über das Langzeitkriechen und die Dauerfestigkeit von Freileitungsseilen
machen. In jüngerer Zeit traten besonders bei Freileitungsseilen mit drei Alu-Drahtlagen
häufig Schwierigkeiten auf, und zwar sowohl unmittelbar beim Verlegen als auch danach
im verlegten Zustand.
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Für die Freileitungsseilherstellung gelten die DIN-Normen 48200/48204.
Im Rahmen dieser Normen werden die Drahtabmessungen, Materialeigenschaften, Gewichtstoleranzen
und Schlagweitentoleranzen angegeben. Die Faktoren bei der Seilherstellung, die
die mechanischen Eigenschaften, wie E-Modul, mechanische Spannungsverteilung, Kriechverhalten
und Dauerfestigkeit, bestimmen, sind nur zum Teil bekannt und werden meßtechnisch
nicht erfaßt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß locker geschlagene Seile, die beim
Beklopfen leicht "klappern", beim Verlegen zu Korbbildungen neigen. Ferner konnte
festgestellt werden, daß gerade diese Seile sehr unterschiedliches Reckverhalten
(Kriechen) aufgrund einer nicht konstanten mechanischen Spannungsverteilung
aufweisen.
- Ein geeignetes Verfahren, welches bereits bei der Herstellung der Seile oder vor
der Verlegung über die mechanische Spannungsverteilung bei vorgegebener Zugbelastung
sowie über die Einflüsse der Draht- und Verseilfaktoren Auskunft geben kann, würde
den Betreibern von Freileitungen, Seilherstellern und Montagefirmen die Beurteilung
der Freileitungsseile - neben der Beurteilung aus den zitierten DIN-Normen - beachtlich
erleichtern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung
des Verlegeverhaltens eines Freileitungsseiles für eine Hochspannungsfreileitung
anzugeben und außerdem eine Vorrichtung zu schaffen, die zur Durchführung dieses
Verfahrens besonders geeignet ist.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Verlegeverhaltens
eines Freileitungsseiles für eine Hochspannungsfreileitung. Die Erfindung besteht
darin, daß ein Freileitungsseilabschnitt definierter Länge eingespannt einer Zugkraft
unterworfen und das dadurch erzeugte Drehmoment aufgenommen wird. Nach bevorzugter
Ausführungsform der Erfindung werden nicht nur diskrete Meßwerte erfaßt sondern
wird vielmehr der Drehmomentenverlauf in Abhängigkeit von der Zugkraft ermittelt.
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- Bei einem gutgeschlagenen Seil soll bekanntlich jeder Draht bei
vorgegebener äußerer Dehnung die gleiche Zugspannung aufnehmen. Bei Zweiwerkstoffseilen
stehen die Zugspannungen bei konstariter Temperatur im Verhältnis der E-Moduli.
Entsprechend der Drahtzahl einer Lage und dem Lagendurchmesser erzeugt bei Spannungsaufnahme
jede Drahtlage ein Drehmoment, welches bei
richtiger Seilauslegung
zu den Außenlagen hin bei wechselndem Vorzeichen im Betrag zunimmt. Mißt man nun
bei Zugkraftaufnahme das resultierende Gesamtmoment der Drahtlagen, also am Gesamtseilverbund,
so kann man überraschenderweise und wie die Erfindung erkannt hat, über den Drehmomentenverlauf
die Spannungsverteilung im Seil qualitativ ermitteln. Umfangreiche Versuche haben
gezeigt, daß damit auch eindeutige Aussagen über das Verlegeverhalten der Freileitungsseile
möglich ist. Gut verlegbare Freileitungsseile besitzen ein etwa der Zugkraft proportionales
Drehmomentenverhalten, während schlecht verlegbare Freileitungsseile im Anfangsbelastungsbereich
sogar negative Drehmomentenverläufe aufweisen. Verlegeverhalten bezeichnet dabei
im Sinne der einleitenden Ausführungen die Summe der Eigenschaften eines Freileitungsseiles,
die erfüllt sein müssen, damit das Freileitungsseil beim Verlegen und im verlegten
Zustand allen Anforderungen genügt. Zu besonders aussagekräftigen Ergebnissen kommt
man dann, wenn der Drehmomentenverlauf in einem Zugkraftbereich ermittelt wird,
der bis zu 60 % der Zugkraft steht, die das verlegte, ruhend hängende Freileitungsseil
aufzunehmen hat. FUr die Auswertung der Meßergebnisse kann man mit den ermittelten
absoluten Zahlen arbeiten.
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Eindrucksvoller ist jedoch das Meßergebnis, wenn der Differentialquotient
des in Abhängigkeit von der Zugkraft aufgenommenen Drehmomentes ermittelt und meßtechnisch
erfaßt sowie aufgezeichnet wird. Besitzt nämlich ein Freileitungsseil ein etwa der
Zugkraft proportionales Drehmomentenverhalten, so ist der Differentialquotient eine
Gerade. Abweichungen im Drehmomentenverlauf führen daher zu einer mehr oder weniger
stark
bogenförmigen zumeist sogar S-förmigen Kurve für den Differentialquotienten. Das
alles läßt sich vorrichtungsmäßig sehr einfach verwirklichen. Im grundsätzlichen
Aufbau ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gekennzeichnet
durch zwei in Abstand voneinander angeordnete Einspannvorrichtungen für den zu untersuchenden
Freileitungsseilabschnitt und eine Einrichtung zur Zugkrafterzeugung, wobei eine
der Einspannvorrichtungen mit einem; vorzugsweise elektrischen, Meßaufnehmer für
Zugkraft und Drehmoment ausgerüstet ist. Eine solche Vorrichtung kann so gestaltet
sein, daß die Messung an Freileitungsseilabschnitten durchgeführt werden muß, die
zuvor aus dem Freileitungsseil herausgetrennt sind. In dieser Form wird zweckmäßigerweise
fabrikmäßig gearbeitet, wo eine solche Vorrichtung stationär installiert werden
kann. Ohne weiteres läßt sich jedoch die Anordnung auch so treffen, daß an einem
gleichsam unendlichen Seil die Messungen durchgeführt werden können, und zwar sowohl
in der Fabrik als auch auf der Baustelle. In diesem Sinne ist die Vorrichtung dadurch
gekennzeichnet, daß die Einspannvorrichtungen sowie die Einrichtung zur Zugkrafterzeugung
in einem gemeinsamen Halte joch untergebracht und dieses auf ein unendlich durchlaufendes
Freileitungsseil seitlich aufsetzbar ist.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig. 1 eine stationäre Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
an endlichen Freileitungsseilabschnitten,
Fig. 2 eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die für die zerstörungsfreie
Prüfung an durchlaufenden Freileitungsseilen bestimmt ist, Fig. 3 einen Schnitt
in Richtung A - A durch den Gegenstand nach Fig. 2 und die Fig. 4, 5 Kurvendarstellungen
zu den durchgeführten Messungen.
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Die in den Figuren dargestellten Vorrichtungen bestehen in ihrem grundästzlichen
Aufbau zunächst aus zwei in Abstand voneinander angeordneten Einspannvorrichtungen
1, 2 für den zu untersuchenden Freileitungsseilabschnitt 3 und aus einer Einrichtung
4 zur Zugkrafterzeugung. Eine der Einspannvorrichtungen, im Ausführungsbeispiel
1, ist mit einem Meßaufnehmer 5 für Zugkraft und Drehmoment ausgerüstet. - Bei der
AusfUhrungsform nach Fig. 1 sind die beiden mit Abstand voneinander angeordneten
Einspannvorrichtungen 1, 2 Tell einer stationären Anlage, in die ein vom Freileitungsseil
abgetrennter Seilabschnitt 3 eingespannt wird. Bei der Ausführungsform nach Fig.
2 ist demgegenüber die Anordnung so getroffen, daß die Einspannvorrichtungen 1,
2 sowie die Einrichtung zur Zugkrafterzeugung in einem gemeinsamen Haltejoch 6 untergebracht
sind und dieses auf ein durchlaufendes Freileitungsseil seitlich aufsetzbar ist.
Das erläutert insbes. die Fig. 3.
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Die inspannvorrichtungen 1, 2 arbeiten mit Klemmbacken, wie sie an
sich zum Stand der Technik gehören und daher hier im
einzelnen nicht
der Beschreibung bedürfen. Die Erzeugung der Zugkraft geschieht mit hydraulischen
Zylinderkolbenanordnungen 4, die über geeignete Ventile 7 plus Steuereinrichtung
8 an eine nicht gezeichnete Pumpe angeschlossen sind. Die Meßaufnehmer erzeugen
zweckmäßigerweise elektrische Meßwerte, die unmittelbar über geeignete Scheiber
aufgezeichnet werden.
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Man entnimmt aus einer vergleichenden Betrachtung der Figuren, daß
zur Ermittlung des Verlegeverhaltens eines Freileitungsseiles ein Freileitungsseilabschnitt
3 definierter Länge eingespannt, einer Zugkraft unterworfen und das dadurch erzeugte
Drehmoment aufgezeichnet wird.
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Das Meßergebnis sei dabei zunächst anhand er Fig. 4 erläutert.
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Diese zeigt als Ordinate den Drehmomentenverlauf über der Zugkraft.
Ein gut verlegbares Seil zeigt einen Drehmomentenverlauf, der linear von der Zugkraft
abhängt (Kurve A) . Ein nicht verlegbares Seil weicht im unteren Bereich der messenden
Zugkraft von diesem Verhalten beachtlich ab (Kurve B). Das wird besonders'deutlich,
wenn als Ordinate der Differentialquotient aufgezeichnet wird, wie es in Fig. 5
angedeutet worden ist.
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Der Differentialquotient A' der Kurve A aus der Fig. 4 ist eine Gerade,
der Differentialquotient B' der Kurve B verläuft demgegenüber im weiten Bereich
S-förmig, wenn er sich auch bei sehr hoher Zugkraft asymptotisch dem Differentialquotienten
des verlegbaren Seiles nähert. Das macht deutlich, daß man im Rahmen des erfindungsgemäßen
Verfahrens zu besonders einprägsamen. Aussagen kommt, wenn der Drehmomentenverlauf
in einem Zugkraftbereich ermittelt wird, der im Verhältnis von ... bis ... % zu
der Zugkraft steht, die das verlegte, ruhend hängende-Freileitungsseil aufzunehmen
hat.