DE4225979A1 - Erfassung von Seilbewegungen einer Hochspannungsfreileitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Be­ wegungen eines an einer Seilaufhängung befestigten strom­ führenden Leiterseils einer Hochspannungsfreileitung und zur Erzeugung und Übermittlung von Referenzsignalen im Falle von Bewegungen sowie eine Einrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens.

Hochspannungsfreileitungen unterliegen bekanntlich mechani­ schen Beanspruchungen durch windinduzierte Schwingungen quer und längs zur Längsachse der üblicherweise an Isolato­ ren bzw. Isolatorketten befestigten Leiterseile. Hierbei sind insbesondere die als Galopping oder Seiltanzen be­ zeichneten Seillängsschwingungen problematisch, da ihr Auf­ treten infolge ihrer Abhängigkeit von bestimmten geomorpho­ logischen Voraussetzungen sowie witterungsbedingten Be­ triebsverhältnissen nicht exakt vorher bestimmbar ist, gleichwohl aber zu beträchtlichen Schäden oder zumindest aber Betriebsstörungen führen kann.

Es ist daher seit langem ein Bedürfnis der Freileitungsher­ steller und -betreiber, weiteren Aufschluß über die Entste­ hensbedingungen für das Auftreten solcher Seilschwingungen, insbesondere des Seiltanzens, zu erlangen, um aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse Vorbeugemaßnahmen ergreifen zu kön­ nen. Da derartige Vorbeugemaßnahmen kostenträchtig sind, ist es aus wirtschaftlichen Gründen nicht vertretbar, jeden Aufhängepunkt von Leiterseilen für Hochspannungsfreileitun­ gen mittels vorbeugender Maßnahmen gegen unerwünschte Seil­ schwingungen abzusichern.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein leicht durchzuführendes Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine einfach aufgebaute Ein­ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, um so den Zeitpunkt des Auftretens von Schwingungen als auch deren Größe möglichst genau zu bestimmen und auszuwerten.

Erfindungsgemäß ist die Lösung der Aufgabe gekennzeichnet durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist danach vorgese­ hen, daß die Lageveränderungen des Leiterseils infolge von dessen durch äußere Kräfte, z. B. Wind, verursachte Bewegun­ gen mittels dreidimensionaler Erfassung der auftretenden Beschleunigungskräfte im Aufhängepunkt bestimmt werden und daß die hierbei erhaltenen Kenngrößen als Referenzsignal in das Leiterseil eingekoppelt werden, welches Signal an einem hiervon entfernt befindlichen Auswerteort zur Auswertung ausgekoppelt und weiterverarbeitet wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann dabei ferner vorgesehen sein, daß die Erfassung der bewegungsabhängigen Lageveränderungen des Leiterseils mittels Auswertung der infolge bewegungsbedingter Verschiebung des Dielektrikums hervorgerufene Kapazitätsänderung einer dreidimensional wirksamen Kondensatoranordnung erfolgt, daß die hieraus ge­ wonnenen Kenngrößen miteinander in Beziehung gesetzt werden und daß das resultierende Signal frequenzmoduliert wird.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Kenngrößen in einer Meßschaltung miteinander verglichen werden. Die zur Speisung der Meßschaltung sowie zur Modulation und Übertragung des resultierenden Signals erforderliche Energie wird aus dem Leiterseil ausgekoppelt.

Die gemäß der Erfindung vorgesehene Einrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens an einem mittels einer isolierenden Seilaufhängung befestigten stromführenden Leiterseil einer Hochspannungsfreileitung ist erfindungsgemäß durch einen Sensor gekennzeichnet, der im Aufhängepunkt des Seils an der Seilaufhängung angeordnet ist und über eine Speise- und Signalleitung mit einem am Leiterseil angeordneten Koppel­ element verbunden ist zur Energie- und Signalübertragung.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor als dreidimensional wirksame Anordnung von Kondensatoren vorgesehen, deren Dielektrikum aus Luft sowie aus von Luft verschiedenem Material gebildet ist und deren Kapazität sich infolge bewegungsbedingter Abstandsänderung der La­ dungsträger bzw. Verschiebung des von Luft verschiedenen Dielektrikums ändert. Die Anordnung der unterschiedliches Potential aufweisenden Ladungsträger ist demgemäß so vorge­ sehen, daß der bereits bei geringfügigen Auslenkungen des Sensors, die infolge der Bewegung des Leiterseiles über dessen Aufhängung quasi verzögerungsfrei auf den Sensor übertragen werden, in welchem die hieraus resultierenden Auslenkungen der Ladungsträger entweder zu einer Abstands­ änderung oder aber einer sonstigen Änderung ihres Dielek­ trikums führen, wodurch sich bekannterweise die Kapazität ändert, die wiederum als Maß für die vollzogene Auslenkung zugrundegelegt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß zusätzlich eine Kapazitäts-Meßbrücke vorhanden ist, welche zur Bestimmung einer Referenzgröße für die Auslen­ kung des Leiterseils im Aufhängepunkt dient. Davon ausge­ hend, daß die im Sensor integrierte Meßbrücke, an welcher sämtliche zur Bewegungserfassung vorgesehenen Kondensatoren angeschlossen sind, für die Vorlage des Sensors entspre­ chend dem bewegungsfreien Aufhängepunkt des Leiterseils ab­ geglichen ist. Sobald wenigstens einer der Luftkondensato­ ren des Sensors aus seiner Ruhelage auslenkt, führt dies zur Verstimmung der Meßbrücke und zur Erzeugung eines Aus­ gleichsstromes, der als Referenzgröße für das Ausmaß der Auslenkung dient. Gleichzeitig wird auch der jeweilige Zeitverlauf erfaßt, so daß es möglich ist, auftretende Schwingungen auch hinsichtlich ihrer Frequenz zu bestimmen. Im Hinblick auf die vorgesehene Verwendung dieser Erfas­ sungseinrichtung, nämlich insbesondere zur Erfassung von Schwingungen von Leiterseilen, ist dies insoweit von Vor­ teil, als die als Seiltanzen bezeichneten Längsschwingungen des Leiterseils mit niedriger Frequenz ablaufen, während z. B. Transversalschwingungen der Leiterseile geringere Am­ plituden und höhere Frequenz haben.

Besonders vorteilhaft ist die Einrichtung, wenn im Hinblick auf die gewünschte Fernübertragung der so ermittelten Kenn­ größen für die Seilbewegungen ein Modulationsglied der Ka­ pazitätsmeßbrücke nachgeschaltet ist, in welchem die von der Meßbrücke verarbeiteten Bewegungskenngrößen frequenzmo­ duliert werden.

In weiterer Verbesserung der Erfindung kann dabei vorgese­ hen sein, daß der meßbrückenseitige Eingang des Modulati­ onsgliedes die ankommenden Signale nach ihrer Größe, Art oder Frequenz differenziert, so daß auf diese Weise bei der späteren Auswertung die Möglichkeit gegeben ist, die aufge­ zeichneten Bewegungsabläufe des Leiterseils auch hinsicht­ lich der aufgetretenen Bewegungsart nachzuvollziehen.

Die Ankopplung des Sensors an das zugeordnete Leiterseil erfolgt induktiv mittels einer Doppelspule, welche einer­ seits die Zufuhr der benötigten Energie aus dem Netz si­ cherstellt und andererseits zur Einkopplung der zu übertra­ genden Signale dient.

Zweckmäßigerweise ist der Sensor starr mit einer Tragklemme verbunden, welche üblicherweise zur Verbindung des Leiter­ seiles mit der jeweiligen Seilaufhängung Verwendung findet. Aufgrund der starren Verbindung erfolgt die Übertragung der jeweiligen Seilbewegung quasi verzögerungsfrei auf dem Sen­ sor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Sensor witterungsgeschützt in einem versiegelten Behältnis untergebracht oder darin eingegossen ist, wobei der zur Bestimmung der zu erfassenden Auslenkun­ gen erforderliche Spielraum der Kondensatoren und ihres Di­ elektrikums gewährleistet ist. Das Behältnis weist hierbei Quaderform auf, wobei es allerdings vorteilhaft sein kann, zur Vermeidung der Coronabildung, d. h. Feldstärkeerhöhung an den Ecken und Kanten, eine Form mit Abrundungen zu wäh­ len, z. B. Eiform. Gleichzeitig wird hierdurch auch eine strömungsgünstige Form erhalten, die den durch das den Sen­ sor aufnehmende Behältnis verursachten Luftwiderstand so gering wie möglich hält, so daß vom Behältnis ausgehende Störungen vernachlässigbar sind.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spieles der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen, besondere Vorteile der Erfindung näher er­ läutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Kondensator im Ruhezustand,

Fig. 2 einen Kondensator gemäß Fig. 1 temporär be­ wegt,

Fig. 3 eine dreidimensionale Anordnung von Kondensa­ toren entsprechend Fig. 1,

Fig. 4 ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Ein­ richtung,

Fig. 5 ein Prinzipschaltbild der vorgesehenen Kapa­ zitäts-Meßbrücke,

Fig. 6 die Befestigung des Sensors an der Tragklemme eines Leiterseils,

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung der im Aus­ schnitt A in Fig. 6 gezeigten Anordnung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Kondensator 10 mit zwei La­ dungsträgern 12, 14 gezeigt, dessen dazwischen liegender Zwischenraum 16 in drei gleiche Abschnitte a₁, a₂, a₃ un­ terteilt ist. Während die beiden den jeweiligen Ladungsträ­ gern 12, 14 zugewandten Abschnitte a₁, a₃ dielektrisch gleichartig sind, d. h. gleiche Dielektrizitätskonstanten aufweisen, befindet sich im mittleren Abschnitt a₂ ein an­ dersartiges Dielektrikum mit einer unterschiedlichen Di­ elektrizitätskonstanten. Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung gilt für den Ruhezustand des Kondensators 10.

Wirkt auf die Kondensatoranordnung 10 infolge einer Auslen­ kung des in den Fig. 6 und 7 dargestellten Sensors 20 eine Beschleunigungskraft ein, so verläßt der mit a₂ defi­ nierte mittlere Abschnitt 18 des zwischen den Ladungsträ­ gern 12, 14 befindlichen Zwischenraums 16 seine Ruhelage gemäß Fig. 1 und lenkt, wie in Fig. 2 gezeigt, seitlich aus. Hierdurch verändert sich das für die Kapazität der Kondensatoranordnung 10 maßgebliche Dielektrikum zwischen den Ladungsträgern 12, 14, welche über Zuleitungen 13, 15 elektrisch leitend mit einer hier nicht näher dargestellten Auswerteeinrichtung verbunden sind, in welcher diese Unter­ schiede feststellbar sind.

Fig. 3 zeigt eine dreidimensionale Kondensatoranordnung 22 in Draufsicht, wobei die den Ladungsträgern 121, 122, 141, 142 unmittelbar benachbarten Bereiche einen zentral ange­ ordneten Körper 180 mit unterschiedlicher Dielektrizitätskon­ stanten umschließen. Dieser Körper 180 besitzt quadrati­ schen Querschnitt und ist an seinen vier Eckpunkten federnd aufgehängt. Bei der Einwirkung von Beschleunigungskräften infolge der Auslenkung des Sensors 20 verschiebt sich der Körper 180 in den zwischen den Ladungsträgern 121, 122, 141, 142 befindlichen Zwischenraum 160, wodurch sich abhän­ gig von dieser Lageänderung die Kapazität der jeweiligen Einzelkondensatoren 121, 141 bzw. 122, 142 verändert, was wiederum meßtechnisch erfaßbar ist.

In Fig. 4 ist ein Schemaschaltbild der im erfindungsgemä­ ßen Sensor 20 enthaltenen elektronischen Bauteile, wobei die in Fig. 3 gezeigte Kondensatoranordnung 22 ebenfalls als Schaltblock eingezeichnet ist, wie eine hiermit über eine Leitung 23 verbundene Kapazitätsmeßbrücke 24 und ein von diesem über eine Leitung 25 eingespeistes Modulations­ glied 26, das über eine Leitung 27 mit einer Speise- und Signalleitung 21 verbunden ist, welche die Verbindung zwi­ schen dem mit Strichlinien umrissenen Sensor 20 und einem Koppelelement 28 bildet, das an einem Leiterseil 30 ange­ ordnet ist. Das Koppelelement 28 ist hier als einfache Spule gezeigt, welche gleichzeitig zur induktiven Auskopp­ lung der zur Versorgung des Energiebedarfs des Sensors 20 sowie zur Einkopplung der auszuwertenden frequenzmodulier­ ten Signale des Modulationsgliedes 26 dient. Diese Funktion kann auch getrennt erfolgen, indem ein hier nicht näher ge­ zeigtes, als Doppelspule ausgebildetes Koppelelement zum Einsatz gelangt, bei welchem die Speiseleitung 21 getrennt ist von der Signalleitung 27.

In Fig. 5 ist das Schaltschema der im Sensor 20 eingesetz­ ten Kapazitätsmeßbrücke 24 wiedergegeben. Diese Kapazitäts­ meßbrücke ist eine Wechselstrombrücke, z. B. entsprechend einer Schering-Brücke oder einer Maxwell-Wien-Brücke. Mit Hilfe dieser Meßschaltung kann diese Verschiebung des Di­ elektrikums in der Kondensatoranordnung 22, welche eine Än­ derung der Kapazität bis zu ca. 11% hervorrufen kann, für die Umsetzung als Bewegungsmelder herangezogen werden.

Mit Z₁, Z₂, Z₃ sind die Scheinwiderstände der Einzelkonden­ satoren bezeichnet, während mit Z₄ ein Kompensationsglied bezeichnet ist, welches zum Abgleich der Brücke dient. Die­ ser Abgleich der Brücke erfolgt für die Ruhelage, so daß im Diagonalzweig entsprechend der Beziehung Z₁/Z₂ = Z₃/Z₄ kein Strom fließt. Sobald durch die Bewegung eine Kapazitätsän­ derung erfolgt, ändert sich der Widerstand von Z₄ und die Meßbrücke wird verstimmt, so daß ein Ausgleichsstrom I_V fließt. Dieser Strom I_V gibt Aufschluß über das Ausmaß der Bewegung bzw. Schwingung.

In Fig. 6 ist ein Aufhängepunkt 32 eines Leiterseils 30 gezeigt, der unter Verwendung einer isolierenden Aufhängung 34 und einer Tragklemme 36 gebildet ist. Die so gebildete Anordnung ist am äußeren Ende eines hier nur teilweise dar­ gestellten Tragarmes 38 eines nicht näher gezeigten Trag­ mastes für eine ebenfalls nicht näher dargestellte Hoch­ spannungsfreileitung angelenkt. Senkrecht unterhalb dieser Seilaufhängung 32 ist der Sensor 20 angeordnet, der in ei­ nem Witterungfesten gekapselten Gehäuse oder Behältnis 29 untergebracht ist und mittels einer starren, d. h. biege­ steifen, Verbindung 35, z. B. Stabverbindung, mit der Trag­ klemme 36 verbunden, so daß sich alle Auslenkungen der Sei­ laufhängung auf den Sensor 20 übertragen.

In Fig. 7 ist eine vergrößerte, auszugsweise Darstellung gemäß Ausschnitt A aus Fig. 6 wiedergegeben. Hierin ist insbesondere gut erkennbar gezeigt, daß die mechanische Ver­ bindung des Sensors 20 über den Haltestab 35 nicht auch zur Übertragung der elektrischen Kennwerte bzw. Energieversor­ gung dient. Hierfür dient die bereits erwähnte Speise- und Signalleitung 21, die vom Sensor 20 zu einem Koppelelement 28 geführt ist, welches auf dem Leiterseil 30 angeordnet ist.

Claims (14)

1. Verfahren zur Erfassung von Bewegungen eines an einer Seilaufhängung (32) befestigten stromführenden Lei­ terseils (30) einer Hochspannungsfreileitung und zur Erzeu­ gung und Übermittlung von Referenzsignalen von Bewegungen, dadurch gekennzeichnet daß die Lageveränderung des Leiter­ seils (30) infolge von dessen Bewegungen durch dreidimen­ sionale Erfassung der auftretenden Beschleunigungskräfte im Aufhängepunkt (32) bestimmt werden und daß die erhaltenen Kenngrößen als Referenzsignal in das Leiterseil (30) einge­ koppelt werden, welches an einem entfernt befindlichen Aus­ werteort zur Auswertung ausgekoppelt und weiterverarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der bewegungsabhängigen Lageveränderungen des Leiterseils (30) mittels Auswertung der infolge bewe­ gungsbedingter Verschiebung des Dielektrikums hervorgeru­ fenen Kapazitätsänderung einer dreidimensional wirksamen Kondensatoranordnung (22) erfolgt und daß die hieraus ge­ wonnenen Kenngrößen miteinander in Beziehung gesetzt werden und das resultierende Signal frequenzmoduliert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zur Speisung der Kondensatoranordnung und ihrer Auswertung sowie zur Modulation und Übertragung des resultierenden Signals erforderliche Energie aus dem Le­ iterseil (30) ausgekoppelt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem mittels einer iso­ lierenden Seilaufhängung (34) befestigten stromführenden Leiterseil (30) einer Hochspannungsfreileitung, gekenn­ zeichnet durch einen Sensor (20), der im Aufhängepunkt (32) des Seils (30) an der Seilaufhängung (34) angeordnet ist und über eine Speise- und Signalleitung (21) mit einem am Leiterseil angeordneten Koppelelement verbunden ist zur En­ ergie- und Signalübertragung.

5. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß als Sensor (20) eine dreidimensional wirksame An­ ordnung (22) von Kondensatoren (121, 122, 141, 142) vorgesehen ist, deren Dielektrikum (160) bewegungsveränderlich ist und deren Kapazität infolge bewegungsbedingter Änderung der Dielektrizitätskonstanten ändert.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich eine Kapazitätsmeßbrücke (24) vorgesehen ist, die zur Bestimmung einer Referenzgröße für die Bewegung des Leiterseils (30) im Aufhängepunkt (32) dient.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßbrücke (24) für die Ruhelage des Sensors (20) entsprechend dem bewegungsfreien Aufhängepunkt (32) des Leiterseils (30) abgeglichen ist, daß die Meßbrücke (24) sich bei bewegungsabhängiger Kapazitätsänderung wenig­ stens eines der Kondensatoren des Sensors (20) verstimmt, und daß der hieraus resultierende Ausgleichsstrom I_V als Referenzgröße für das Ausmaß der Bewegung dient.

8. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Modulati­ onsglied (26) vorgesehen ist, welches die vom Sensor (20) erfaßten und in der Kapazitätsmeßbrücke (24) verarbeiteten Bewegungskenngrößen frequenzmoduliert.

9. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelelement (28) am Leiterseil (30) eine Spule vorgesehen ist, welche über die Speise- und Signalleitung (21) mit dem Sensor (20) ver­ bunden ist.

10. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (20) mit dem Aufhängepunkt (32) starr verbunden ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur starren Verbindung des Sensors (20) mit dem Aufhängepunkt (32) ein Haltestab (35) vorgesehen ist, der biegesteif sowohl mit dem Sensor als auch mit einer im Aufhängepunkt (32) am Leiterseil (30) angeordneten Trag­ klemme (36) verbunden ist.

12. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor witterungs­ geschützt in einem Behältnis (29) angeordnet ist.

13. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (29) quaderförmig ausgebildet ist.

14. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (29) ab­ gerundet, vorzugsweise eiförmig ausgebildet ist.