-
Schwingungsdämpfer für elektrische Leiter in Freileitungen und Freiluft-Schaltanlagen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdämpfer für elektrische Leiter in
Freileitungen und Breiluft-Schaltanlagen mit mindestens einem in seiner Ruhelage
etwa in einer waagerechten Ebene angeordneten schwingungsfähigen Stabe, der an einem
Ende in einer an dem Leiter starr angeordneten Klemme befestigt und an seinem freien
Ende mit einer Masse versehen ist0 Es ist ein Schwingungsdämpfer dieser Art bekannt,
der nach seinem Erfinder "Stockbridge-Dämpfer" genannt wird (USA-Patentschrift 1
675 391) und sich bei richtiger Bemessung über etwa vier Jahrzehnte in der Praxis
bewährt hat. Der Stockbridge-I)ämpfer gehört auf Grund seiner Arbeitsweise ztir
Gruppe der Schwingungstilger.
-
Diese erzeugen eine sogenannte Antiresonanz innerhalb eines engen
Frequenzbereiches. Dieser Effekt wird um so ausgeprägter, je geringer der tatsächliche
Energieverbrauch des Dämpfers ist. Andererseits muß dem Dämpfer eine gewisse Eigendämpfung
zugeordn-et werden, damit er sich im Resonanzfall nicht selbst zerstört. Zu diesem
Zweck besteht beim Stockbridge-Dämpfer der Stab aus einem Stück Stahlseil,
dessen
Seiladern beim Schwingen der Masse aneinanderreiben.
-
Gründliche Untersuchungen haben gezeigt, daß die Ei£endämpfung der
massetragenden Stahlseile in starkem Iiaßsa fabrikatorischen Einflüssen unterworfen
ist. Darüber hinaus ändert sich während der Betriebsdauer des Stockbridge-Dämpfers
die Eigendämpfung erheblich, da die Reibungsarbeit der zeiladern untereinander merklich
abnimmt. Deshalb ist eine optima1 3 Abstimmung der Eigendämpfung auf die Lsiterdaten
nicht möglich.
-
Zur Zeit sind die Leiterschwingungen von besonderer Bedeutung, da
z.B. in Freileitungen die zulässigen Seilzugspannungen aus wirtschaftlichen Grunde
erhöht wurden, wodurch sich auch die Schwingungsneigung erhöht. In Freiluft-Schaltanlagen
wird der Seilleiter in zunehmendem Maße durch den Rohrleiter ersetzt, der auf Grund
seiner geringen Eigendämpfung besonders schwingungsanfällig ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten Schwingungsdämpfer
der oben bezeichneten Art zu vereinfachen und so auszubilden, daß bei einem solchen
Schwingungsdämpfer bestimmter Größe und beliebiger Stückzahl die Elastizität und
die Eigendämpfunestimmte Werte haben und auch bei langer Lebensdauer beibehalten
und eine Selbstzerstörung
durch zu große Amplituden ausgeschlossen
ist. Außerdem soll der Schwingungsdämpfer in einem relativ breiten Frequenzband
orbeitsfähig sein, da ja elektrische Leiter in einem breiten Frequenzband von etwa
10 bis 100 hertz schwingungsfähig sind.
-
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht,
daß der Stab biegesteif ausgebildet und mit seinem einen Ende in einem aus elastisch
nachgiebigem Werkstoff, z.B. Kautschuk, bestehenden Schwingkörper befestigt ist,
der sich innen von der Befestigungsstelle des Stabes ab in Richtung auf die Masse
trompetenartig erweitert und in diesem bereich den Stab im Abstande konzentrisch
umgibt.
-
Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer hat bei kleinen Ausschlägen
eine geringe Eigendämpfung. Er spricht deshalb schon auf kleine Schwingbewegungen
des Leiters kräftig an und $erzeugt große $Reaktionskräfte. Mit zunehmendem Ausschlag
der Masse berührt der Stab den trompetenartig sich erweiternden neil des Schwingko'rpers
auf eimer größor werdenden Länge, wodurch einerseits der Ausschlag begrenzt wird
und andtererseits die Eigendämpfung wachst. Dadurch ist gewährleistet, daß der erfindungsgemäße
Schwingungsdämpfer auch Leiterschwingungen mit kleinen Amplituden dämpft. Bei großen
Amplituden wird der Masseausschlag wirksam begrenzt, so daß eine Selbatzerstörung
des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers mit Sicherheit vermieden wird.
-
Die Elastizität des Schwingkörpers des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers
kann sehr genau festgelegt werden und
bleibt während einer langen
Betriebsdauer auch bei sehrunterschiedlichen Demperaturen konstant, so daß bei langer
Lebensdauer eine exakte Dämpfung mit dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer möglich
ist.
-
Zur Gewichtseinsparung kann der Stab aus glasfaserverstärktem Kunststoff
bestehen. Die Masse lann als Kugel ausgebildet sein, so daß Korona-Erscheinungen
vermieden werden0 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Schwingkörper
zwischen zwei Hülsen angeordnet sein, von denen die innere mit dem Stabe und die
äußere mit der Klemme starr verbunden ist. Die beiden Hülsen bestehen aus einem
elektrisch gut leitenden Metall, z.B. Aluminium, so daß die beim Schwingen erzeugte
Reibungswärme schnell abgeführt wird und eine Überhitzung des elastischen Werkstoffes
des Schwingkörpers durch Wärmestau nicht eintreten kann Damit die innere und die
äußere Hülse gleiches Potential aufweisen, ist der Schwingkörper halbleitend ausgebildet,
Anstelle dessen können die beiden Hülsen aus Metall elektrisch miteinander verbunden
sein, z.B durch ein flexibles Seil oder eine Schraubenfeder, wodurch der Schwingkörper
in seiner Elastizität nicht behindert wird0 Bei massiven Leitern und Hohileitern
genügt es einen Schwingungsdämpfer mit einem einzigen Stabe zu verwenden.
-
Bei Schwingungen wirken zwar Biegekräfte auf den.Leiter ein, die jedoch
bei einem massien Leiter und einem Hohlleiter
keinerlei schädliche
Wirkung haben. Bei Leiterseilen muß jedoch der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer
zwei Stäbe aufweisen. Hierbei sind die äußere Hülse und der Schwingkörper auf über
die doppelte Länge vergrößert, und in dem Schwingkörper sind zwei innere Hülsen
im Ab stande voneinander in axialer Richtung angeordnet, in denen miteinander fluchtende,
in entgegengesetzte Richtungen sich erstreckende, mit Nassen versehene Stäbe befestigt
sind0 Die beiden inneren Hülsen, die mt den beiden Stäben verbunden sind, weisen
also keine starre Kopplung miteinander auf 0 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung
sind mehrere Stäbe bzw. Stabpaare mit Schwingkörpern verschiedener Eigenfrequenz
an einer Klemme untereinander befestigte Die Stäbe bzwO Stabpaare können parallel
oder senkrecht zueinander angeordnet sein. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß
durch den erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer Leiterschwingungen verschiedener
Frequenz gedämpft werden können. Um die Witterungsbeständigkeit einer solchen Anordnung
zu erhöhen, sind die Stäbe bzw. Stabpaare von einer an der Klemme befestigten kugelförmigen
Abdeckung aus Kunststoff umgeben. Diese kugelförmige Abdeckung dient gleichzeitig
als Fliegerwarnkugel.
-
Weist der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer nur einen Stab bzw.
ein Stabpaar auf, dannkann er von einer an der Klemme befestigten rohrförmigen Abdeckung
aus Metall oder Kunststoff sein umgeben(. Da es bei großen Schwingungsamplituden
vorkommen kann, daß die kugelförmige Masse an die Kunststoffabdeckung
anschlägt,
ist zum Schutze der Abdeckung die Hasse mit einem elastischen Kunststoffüberzug
versehen. Bei kräftigen Schwingbewegungen berühren die Passen die rohrförmige Abdeckung
und bewirken einen zusätzlichen Energieverbrauch. Zwischen der Klemme und dem Leiter
ist eine gummielastische Hülse vorgesehen, weshalb die rohrförmige Abdeckung einen
zweiten selbständigen Schwinger bildet, durch den das Frequenzband des erfindungsgemäßen
Schwingungsdämpfer3 verbreitert wird0 Außerdem wird durch die gummielastische Hülse
der Leiter geschont, Damit die Klemme das gleiche Potential wie der Leiter aufweist,
kann die gummielastische Hülse halbleitend ausgebildet oder der Leiter Lilt eGt
Kl@mme elektrisch verbunden sein, z.B. durch ein flexibles Seil oder eine Schraubenfeder.
-
Zur Verbesserung der Wärmeableitung kann die äußere Hülse des erfindungsgemäßen
ochwingungsdämpfers Kühlrippen aufweisen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung,
Fig0 2 einen Axialschnitt durch einen weiteren Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Schwingungsdämpfers gemäß der Erfindung,
Fig.
4 eine Seitenansicht eines weiteren Schwingungsdämpfers gemäß der Erfindung, Fig.
5 eine Draufsicht gemäß Fig.4, Fig. C eine Seitenansicht eines Schwingungsdämpfers
gemäß der Erfindung mit kugelförmiger Abdeckung, Fig. 7 einen Schwirgungsdämpfer
gemäß der Erfindung mit rohrförmiger Abdeckung, Fig. 8 die Schwingkraft-Frequenzkurve
eines Schwingungs dampfes mit einem Stab bzw. mit zwei symmetrisch angeordneten
Stäben una Fig. 9 die Schwingkraft-Frequenzkurve eines Schwingungsdämpfers mit mehreren
Stäben bzw. Stabpaaren.
-
Der @chwingungsdämpfer gemäß Fig.1 weist einen biegesteifer; Stab
1 aus Metall oder glasfaserverstärktem Kunststoff auf, der an seinem freien Ende
mit eier kugelförmigen tasse 2 versehen und an seinem entgegengesetzten Ende in
einer Hülse 3 aus elektrisch gut leitendem Werkstoff, z.3. Aluminium, befestigt
ist. Die Hülse 3 ist in einem Schwingkörper 4 aus elastischem Werkstoff, z.B. Siliconkautschuk
oder Ohloroprenpolymerisaten und Mischpolymerisaten, befestigt, der an seinem Umfange
mit einer Hülse 5 aus elektrisch gut leitendem Metall, z.B. Aluminium, verbunden
ist. Die Hülsen 3 und 5 sind mit dem Schwingkörper 4 durch Vulkanisierung fest verbunden.
Die Bohrung 6 des Schwingkörpers 4 erweitert sich in Richtung auf die Masse 2 zu
einem trompetenartig ausgebildeten Teil 7. Die Hülse 5 ist mittels eines Verbindungsstückes
8 mit einer Klemme 9 starr verbunden, die an einem
Leiter 10 festgeklemmt
ist.
-
Dieser Schwingungsdämpfer hat bei kleinen AuBchlägen eine geringe
Eigendämpfung0 Er spricht deshalb schon auf kleine Schwingbewegungen des Leiters
10 an und erzeugt große Reaktionskräfte. Ifit zunehmendem Ausschlag der Masse 2
berührt der Stab 1 den Teil 7 des Schwingkörpers 4 auf einer größer werdenden Länge,
wodurch der Ausschlag begrenzt wird und die Eigendämpfung wächst.
-
Bei dem Schwingungsdämpfer gemäß Fig.2 ist die äußere Hülse 5 mehr
als doppelt so lang ausgebildet als die Hülse 5 gemäß Fig.1. Auch der Schwingkörper
4' weist eine der Hülse 5 entsprechende Länge auf. Der Schwingkörper 4' besitzt
zwei Bohrungen 6 und zwei trompetenartig sich erweiternde Teile 7.
-
In den Bohrungen 6 sind zwei innere Hülsen 3 befestigt, die im Abstande
voneinander angeordnet sind.
-
Sowohl der Schwingkörper 4 gemäß Fig.1 als auch der Schwingkörper
4 gemäß Fig.2 kann halbleitend ausgebildet sein, damit die innere Hülse 3 und die
äußere Hülse 5 gleiches Potential aufweisen. Anstelle dessen kann auch die innere
Hülse 3 mit der äußeren Hülse 5 durch ein flexibles Seil 11 oder eine Schraubenfeder
12 elektrisch verbunden sein.
-
Der Schwingungsdämpfer gemäß Fig.3 weist drei Schwingungs--dämpfer
gemäß Fig.2 auf, die untereinander angeordnet sind und deren äußere Hülsen 5 miteinander
durch Verbindungsstücke 8 verbunden sind. Die drei Schwingungsdämpfer besitzen
verschiedene
Eigenfrequenzen, so daß mit diesem Schwingungsdämpfer Schwingungen mit einem relativ
breiten Frequenzband gedämpft werden können. Das Frequenzband des.Schwingungsdämpfers
ist in Fig.9 dargestellt, während Fig.8 den relativ engen Frequenzbereich des Schwingungsdämpfers
gemäß Fig.1 bzwo gemäß Fig.2 darstellte Die Eigenfrequenzen der Einzelschwingungsdämpfer
werden bei gleicher Ausbildung und gleicher Elastizität der Schwingkörper 4,4' im
wesentlichen durch die Größe der Massen 2 und die Länge der Stäbe 1 bestimmt.
-
Der Schwingungsdämpfer nach den Fig.4 und 5 weist drei Schwingungsdämp-fer
verschiedener Eigenfrequenz gemäß Fig02 auf, von denen der mittlere mit seinen Stäben
1 senkrecht zu den Stäben 1 der beiden äußeren Schwingungsdämpfer steht.
-
Die SchwingkraftHFrequenzkurve des Schwingungsdämpfers gemäß den Fig.4
und 5 entspricht der Fig090 Bei dem Schwingungsdämpfer gemäß Fig.6 sind fünf Schwingungsdämpfer
gemäß Fig.2 übereinander angeordnet und von einer kugelförmigen Abdeckung 13 aus
Kunststoff umgeben, die an dem an der Klemme 9 angeordneten Verbindungsstück 8 befestigt
ist. Die Abdeckung 11 dient nicht nur als Korrosionsschutz, sondern auch als Fliegerwarnkugel.
-
Bei symmetrischer Anordnung der Stäbe 1 und der Massen 2 wirken auf
den Leiter 10 nur Zugkräfte ein, jedoch keine Biegekräfte.
-
Der Schwingungsdämpfer gemäß Fig.?, der nach Fig.2 ausgebildet
ist,
ist von einer rohrförmigen Abdeckung 14 aus i£etall oder Kunststoff umgeben, die
ebenfalls an dem an der Klemme 9 angeordneten Verbindungsstück 8 befestigt ist.
Bei kräftigen Schwingbewegungen berühren die Massen 2 die rohrförmige Abdeckung
14 und bewirken einen zusätzlichen Energieverbrauch.
-
Die rohrförmige Abdeckung 14 kann über eine gummielastische Hülse
15 am Leiter 10 befestigt sein. Auf diese Weise entsteht ein zweiter selbsttätiger
Schwinger. Das gummielastische Ankopplungssystem am Leiter bringt nicht nur eine
Frequenzbandspreizung des Schwingungsdämpfers mit sich,sojAern vermeidet auch örtlich
konzentrierte hohe Beanspruchungen des Leiters 10.
-
Die äußere Hülse 5 kann zur Vergrößerung der Wärmeableitung Kühlrippen
aufweisen0