DE4440389A1 - Kombinationssensor zur Erfassung atmosphärischer Größen insbesondere zur Diagnose von Vereisungs- und Windbelastung technischer Objekte - Google Patents
Kombinationssensor zur Erfassung atmosphärischer Größen insbesondere zur Diagnose von Vereisungs- und Windbelastung technischer ObjekteInfo
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- G01P13/0033—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement of fluids or of granulous or powder-like substances by using deflection of baffle-plates with electrical coupling to the indicating device
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zur Erfas
sung atmosphärischer Größen, insbesondere zur Be
lastungsmessung von technischen Objekten, insbesondere
von technischen Bauwerken wie z. B. Hochspannungs-Frei
leitungen, Windkraftanlagen, Sendemasten, Brückenbau
werke, Kräne und sonstige Verlade-/Montage-Vorrich
tungen, Radarstationen der Flugsicherung, Anlagen ins
besondere der chemischen Industrie usw. Die Erfindung
bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Bestimmung
der Eis- und Windbelastung von technischen Objekten.
Winterliche Vereisungen, speziell die Vereisungen ge
spannter Seile, können in Verbindung mit böigem Stark
wind zu kritischen Zuständen entsprechender technischer
Bauwerke wie z. B. Brücken, Sendemasten, Hochspannungs-
Freileitungen oder Windkraftanlagen führen. Gerade bei
Hochspannungs-Freileitungen kommt es bei bestimmten
Voraussetzungen zu dem sogenannten "Seiltanzen". Dieses
führt eventuell zu Kurzschlußschäden.
In der Druckschrift "Konzeption eines Frühwarnsystems
zum Seiltanzen an Hochspannungsleitungen" von N.
Allnoch, C. Jürdens, H.-C. Müller und J. Werner in
Elektrizitätswirtschaft, 1993, S. 468-476 wird ein
Versuch beschrieben, die in einigen Wetterstationen
gemessenen meteorologischen Daten derart auszuwerten,
daß eine Frühwarnung bei Seiltanzgefahr von Hochspan
nungsfreileitungen möglich ist. Dieses Frühwarnsystem
ist allerdings nicht sicher, da die relevanten mete
orologischen Daten nicht direkt an den Hochspannungs
trassen gewonnen werden.
Durch Laboruntersuchungen ist festgestellt worden, daß
sich die Vertikalschwingungen eines Rohre s durch Rück
kopplung dann aufschaukeln, wenn dieses Rohr einen
elliptischen Querschnitt hat und ein turbulenter Luft
strom beaufschlagt wird. Die Kombination von Vertikal-
und Drehschwingungen, die nicht bei Rohren mit einem
kreisförmigen Querschnitt auftreten sondern bevorzugt
bei Rohren mit elliptischem Querschnitt, führen zu der
genannten Rückkopplung.
Das sogenannte "Seiltanzen" von z. B. Hochspannungs-
Freileitungen läßt sich auf diese Weise erklären, wenn
berücksichtigt wird, daß sich bei entsprechendem Wind
der Eisbeschlag typischerweise auf der Luvseite von den
Leitungen befindet.
Eine Vorrichtung zum Feststellen der Vereisung einer
Oberfläche eines Gegenstandes ist aus der DE-PS 26 40
349 bekannt. Eine gattungsähnliche Druckschrift ist die
DE-PS 32 37 244. Aus diesen Druckschriften ist es be
kannt, Kondensatoren zur Bestimmung des Aggregatzu
standes von Wasser zwischen den Elektroden der Konden
satoren zu benutzen, um damit beispielsweise Eis zu
detektieren. Aus diesen Druckschriften kann allerdings
keine Vorrichtung entnommen werden, mit der z. B. die
luvseitige Eisbelastung von technischen Objekten in
Kombination mit der Windbelastung erfaßt werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen
Sensor zur Erfassung von meteorologischen Daten insbe
sondere zur Belastungsmessung von technischen Objekten
sowie ein Verfahren zur Bestimmung der Eis- und Windbe
lastung von diesen Objekten anzugeben.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merk
male der kennzeichnenden Teile der Patentansprüche 1
und 15 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Lösung geht davon aus, daß Bela
stungen von technischen Objekten im wesentlichen dann
auftreten, wenn die Objekte zumindest luvseitig vereist
sind und gleichzeitig ein mäßiger bis starker Wind
herrscht, wobei bei Böigkeit die Objekte noch stärker
belastet werden.
Die Kraftwerkswirtschaft benötigt z. B. Vorschläge zur
Installation eines speziellen Meßnetzes im Bereich
besonders "Seiltanz"-gefährdeter Hochspannungsleitungs
trassen, dessen gewonnene Informationen z. B. per Daten
fernübertragung das Entstehen von kritischen Zuständen,
wie z. B. luvseitige Eisbelastung mit böigem Wind, recht
zeitig erkennen lassen. Um Kurzschlüsse durch "Seiltan
zen zu verhindern, könnten dann Lastumverteilungen auf
andere Trassen oder ähnliches vorgenommen werden. Die
in dem Meßnetz verwendeten Sensoren sollten dabei
möglichst wartungsfrei arbeiten.
Käme es bei der Belastung von technischen Bauwerken
lediglich auf die kritische Windsituation an, so könnte
hier z. B. auch mit Ultraschall-Anemometern wartungsfrei
und ohne bewegbare Teile gearbeitet werden. Bei Ver
eisung hingegen stellt dieser Sensortyp seine Funktion
jedoch mehr oder weniger undefiniert ein.
Erfindungsgemäß wird ein Sensor bzw. ein Kombinations
sensor vorgesehen, der die Prognose und Indikation von
im wesentlichen gleichzeitigen Belastungen bzw. Gefähr
dungen technischer Objekte insbesondere technischer
Bauwerke, durch Eisansatz sowie Starkwind bzw. Böen
erlaubt.
Als technische Objekte kommen hier in erster Linie
aufragende Stahlkonstruktionen wie z. B. Sendemasten,
Brückenbauwerke, Kräne und sonstige Verlade- bzw. Mon
tagevorrichtungen, Radarstationen der Flugsicherung,
Windkraftwerke, Anlagen insbesondere der chemischen
Industrie und Hochspannungs-Freileitungen in Frage.
Als Belastungen werden insbesondere luvseitige Eisan
sätze gesehen, die in Verbindung mit Winddruck und
Sturmböen kritische Schwingungen verursachen können,
wobei es z. B. zu einem Eisabwurf oder zu dem befürchte
ten "Seiltanzen" kommen kann.
Erfindungsgemäß ist also ein Sensor vorgesehen, mit dem
atmosphärische Größen wie luvseitige Eisansätze und
Winddruck bestimmt werden können. Dies wird gemäß An
spruch 1 durch die Kombination mindestens eines zur
Umgebung mindestens teilweise offenen Kondensators für
die Bestimmung des Aggregatzustandes des Dielektrikums
in diesem Kondensator und Mitteln zur Auslenkungsmes
sung mindestens eines beweglichen Teiles des Sensors
zur Bestimmung der Windstärke und Windrichtungen ermög
licht.
Das Dielektrikum, das sich in dem teilweise offenen
Kondensator befinden kann, ist z. B. Luft, Wasser oder
Eis. Die Kondensatoren zur Bestimmung des Aggregatzu
standes des Dielektrikums, also insbesondere zur Erken
nung von Eis, sind einerseits offen, um überhaupt die
Möglichkeit zu schaffen, daß Eis bzw. Wasser in den
Zwischenraum des Kondensators gelangen kann und um
andererseits die Möglichkeit zu schaffen, daß bei ent
sprechendem Wind etwaiges Wasser, das sich im Konden
sator befindet, herausgeblasen wird. Durch geschickte
Ausgestaltungen der bzw. des verwendeten Kondensators
können auch Wasserbrücken verhindert werden.
Die Windstärke kann durch die Auslenkung eines beweg
lichen Teiles des Sensors bestimmt werden. Dazu ist
gemäß Anspruch 2 eine kapazitive Auslenkungsmessung
vorgesehen. Wird gemäß Anspruch 3 mindestens ein Plat
tenkondensator verwendet, bei dem entweder ein Dielek
trikum zwischen die Platten geschoben wird, wobei die
Länge des in den Plattenkondensator geschobenen Dielek
trikums mit der Windstärke korreliert oder aber minde
stens eine Platte eines Plattenkondensators selbst mit
dem beweglichen Teil des Sensors verbunden ist, wobei
je nach Windstärke der Plattenabstand des Kondensators
variiert wird, so wird die Windstärke anhand der sich
ändernden Kapazität bzw. Induktivität der Platten
kondensatoren bestimmt.
Werden gemäß Anspruch 4 zwei im wesentlichen senkrecht
zueinander orientierte Plattenkondensatoren verwendet,
so kann der Sensor auch bei verschiedenen Windrichtun
gen verwendet werden. Es ist dann sogar gemäß Anspruch
6 möglich, eine ungefähre Windrichtung anzugeben. Um die
gewonnenen Meßwerte nicht zu verfälschen, sollten die
Kondensatoren derart angeordnet sein, daß möglichst
wenig Feuchtigkeit in die Kondensatoren gelangen kann.
Dabei wäre eine Einkapselung der Kondensatoren in dem
Sensor denkbar. Es erscheint zweckmäßig, als Dielek
trikum Luft zu verwenden. Es sind natürlich auch
weitere Kondensatoren denkbar, die im wesentlichen
einen gleichen Winkelabstand haben. Je mehr Konden
satoren verwendet werden, um so genauer ist es möglich,
die Windrichtung anzugeben.
Um die Bestimmung der Windrichtung weiterhin nicht zu
verfälschen, sollten die Eigenschwingungen des Sensors
oder von Teilen des Sensors, mit denen z. B. die Wind
stärke gemessen werden kann, gedämpft werden. Dieses
geschieht typischerweise durch Verwendung von Dämp
fungskörpern, die sich zumindest teilweise in einer
Flüssigkeit mit hoher Viskosität befinden.
Um die Aggregatzustände von Dielektrika in Konden
satoren zu bestimmen, die in der Atmosphäre typischer
weise auftreten, sind die Dielektrizitätszahlen von
Luft, Eis und Wasser von besonderer Bedeutung. Die
ungefähren Dielektrizitätszahlen sind jeweils für Luft
1,0, für Eis 3,2 und für Wasser 81,1. Damit ist klar,
daß die Kapazität bzw. Impedanz eines Kondensators mit
dem Dielektrikum Luft wesentlich anders ist als die
jenige von einem gleichen Kondensator mit dem Dielek
trikum Eis.
Das Erkennen von Eis als Dielektrikum ist unter anderem
auch dadurch möglich, daß die Kapazitätserhöhung bei
gleichzeitig böigem Starkwind mit einer Windge
schwindigkeit von z. B. mehr als 10 m/s im wesentlichen
luvseitig erfolgt. Deshalb ist es sinnvoll gemäß An
spruch 8, mindestens drei Kondensatoren zur Bestimmung
der Aggregatzustände der Dielektrika in den zur Umge
bung mindestens teilweise offenen Kondensatoren zu
verwenden.
Im Falle einer Wasserbenetzung stellen sich z. B. im
wesentlichen dünne Filme ein, die vergleichsweise
symmetrisch über den gesamten Sensor verteilt sind.
Damit würden sich die Kapazitäten bzw. Impedanzen der
verwendeten Kondensatoren gleichmäßig erhöhen. Wird
hingegen luvseitig Eis in die Kondensatoren einge
bracht, so ändern sich lediglich die Kapazitäten der
Kondensatoren, die dem Wind zugewandt sind. Die verwen
deten Kondensatoren können also auch dazu verwendet
werden, die wesentliche Windrichtung zu bestimmen.
Um die Genauigkeit der Bestimmung der Windrichtung zu
erhöhen, können gemäß Anspruch 9 auch mehr als drei
Kondensatoren verwendet werden. Als optimale Anzahl von
Kondensatoren bezüglich Kosten/Nutzen haben sich gemäß
Anspruch 10 sechs Kondensatoren ergeben.
Da sich die Dielektrizitätszahlen von z. B. Eis für
verschiedene Frequenzen ändern können und auch die
allgemein erhältlichen elektronischen Bauelemente bei
verschiedenen Frequenzen unterschiedlich gut funk
tionieren, unterschiedlich viel Energie aufnehmen und
auch unterschiedlich teuer sind, ist es sinnvoll, die
Kapazität in einem Frequenzbereich zwischen 5 kHz und
50 MHz zu messen.
Das zu bestimmende Dielektrikum besteht natürlich zu
mindest teilweise aus Luft, Wasser und/oder Eis.
Erfindungsgemäß soll der beanspruchte Sensor zur Mes
sung der luvseitigen Eisbelastung und der Windbelastung
von technischen Objekten und insbesondere von Hochspan
nungs-Freileitungen und/oder Windkraftanlagen verwendet
werden. Der erfindungsgemäße Sensor soll natürlich auch
zur Frühwarnung bei entsprechender Eis- und Windbela
stung verwendet werden. Dabei ergibt die Kombination
von Vereisung, Sturm und Böigkeit nach entsprechender
Berechnung einen kritischen Parameter. Sobald dieser
kritische Parameter überschritten ist, kann eine Früh
warnung stattfinden.
Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zur Bestimmung
der Eis- und Windbelastung von technischen Objekten und
insbesondere von Hochspannungs-Freileitungen und/oder
Windkraftanlagen mit einem Sensor bzw. Kombinationssen
sor entsprechend Anspruch 15 angegeben. Das erfindungs
gemäße Verfahren zeichnet sich durch die folgenden
Schritte aus:
- - Die Kapazität von mindestens einem ersten Konden sator, der wenigstens zum Teil offen zur Umgebung ist wird zur Bestimmung der Eisbelastung gemessen;
- - die Auslenkung mindestens eines windempfindlichen Teiles des Sensors, deren Betrag mit der Windstärke bzw. der Windrichtung korreliert ist, wird gemessen;
- - die ermittelte Kapazität und die Auslenkung werden auf Übereinstimmung der jeweils ermittelten Wind richtungen verglichen und
- - die Messungen werden wiederholt, um aus der Varianz der Windstärken die Böigkeit des Windes zu bestim men.
Die Auslenkungsmessung mindestens eines windempfind
lichen Teiles des Sensors, mit der die Windstärke bzw.
Windrichtung bestimmt wird kann mit mindestens einem
zweiten Kondensator erfolgen, wobei die Auslenkung eine
Änderung der Abstände mindestens zweier Kondensator
platten oder die Änderung der Menge eines Dielektrikums
im Kondensator und damit eine Änderung der Kapazität
mindestens des zweiten Kondensators hervorruft. Wenn
die Auslenkung durch mindestens den zweiten Platten
kondensator gemessen wird, dann werden natürlich die
Kapazitäten der ersten und zweiten Kondensatoren auf
Übereinstimmung geprüft, d. h. es wird überprüft, ob die
Eisbeschlagsseite des Sensors, durch die die vorherr
schende Windrichtung bestimmt werden kann, mit der
Auslenkungsrichtung zumindest eines beweglichen Teiles
des Sensors im wesentlichen übereinstimmt.
Die Kombination der Bestimmung der luvseitigen Eisbe
lastung mit der Windbelastung ermöglicht eine relativ
genaue Bestimmung der Belastung von technischen Objek
ten. Ist die die Objekte gefährdende Windrichtung durch
die Lage der Objekte bekannt, so kann durch die Bestim
mung der Windrichtung schon eine Vorabentscheidung über
die Gefährdung von Objekten, die in einer gewissen
Himmelsrichtung ausgerichtet sind, gegeben werden.
Der Vergleich der gemessenen Windrichtungen mit den
ersten und zweiten Kondensatoren verringert weiterhin
eine mögliche Fehlerursache, die z. B. dadurch entstehen
kann, daß z. B. Fäkalien von Vögeln auf den ersten
Kondensator treffen, der teilweise zur Umgebung offen
ist. In einem solchen Fall ist es wahrscheinlich, daß
die ermittelten Windrichtungen aus den ersten und
zweiten Kondensatoren nicht übereinstimmen.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des
allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla
risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der
Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er
findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen
wird. Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen
Sensorkopf, und
Fig. 2 eine seitliche Ansicht eines Querschnittes
eines erfindungsgemäßen Sensors.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder ent
sprechende Teile mit den selben Bezugszeichen bezeich
net, so daß auf eine erneute Vorstellung verzichtet
wird, und lediglich die Abweichungen der in diesen
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert werden:
Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen
Sensorkopf, der sechs Kondensatoren aufweist. Jeder
Kondensator besteht z. B. aus einer innenliegenden Kon
densatorplatte 4 und einem oder zwei außenliegenden
Drähten 3. Innerhalb des Sensorkopfes 14 ist Platz für
eine zur Messung der jeweiligen Kapazitäten benötigten
Elektronik 5.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Sensor 1, der
einen Sensorkopf, wie in Fig. 1 gezeigt, und Mittel zur
Halterung des Sensorkopfes aufweist.
Der Sensorkopf der in dieser Ausführungsform be
schrieben wird, hat Halterungen 13, an denen die Kon
densatordrähte 3 befestigt sind. Am Sensorkopf 14 ist
eine Kondensatorplatte 6a befestigt. Der Sensorkopf 14
wird selbst durch ein federndes Zentralrohr 9 am Basis
flansch 10 befestigt.
Der gesamte Sensor kann beispielsweise an einer Boden
platte 11 befestigt sein. Sollte der Sensor auf z. B.
einen Mast in beispielsweise 10-50 m Höhe angebracht
werdend so sind auch weitere Befestigungsmöglichkeiten
vorgesehen.
An dem federnden Zentralrohr 9 sind Widerstandskörper
16 angebracht. Die Widerstandskörper 16 befinden sich
zum Teil in einem Behältnis 7, das zumindest teilweise
mit einer hochviskosen Flüssigkeit wie Öl gefüllt ist.
Das Behältnis 7 wird durch ein starres Mantelrohr 8
und einen damit verbundenen Zylinder 17 sowie z. B.
einem Kreisring oder offenem Rechteck 18 gebildet. Mit
dem starren Mantelrohr 8 ist auch elektrisch isolierend
eine Kondensatorplatte 6b verbunden. Die Kondensator
platte 6a ist im übrigen auch isoliert mit dem Sensor
kopf 14 verbunden.
Drückt nun ein Wind 15 gegen den Sensor 1, insbesondere
den Sensorkopf 14, so wird der Sensorkopf aufgrund der
Verbindung zum federnden Zentralrohr 9 aus der zentra
len Lage ausgelenkt. Damit ändert sich der Abstand der
Kondensatorplatten 6a und 6b, womit sich auch die Kapa
zität bzw. die Impedanz des durch die Kondensatorplat
ten 6a und 6b gebildeten Kondensators ändert. Je stär
ker nun der Wind ist, um so größer ist die Änderung der
Kapazität bzw. Impedanz des Kondensators.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden sowohl
luvseitige Eisansätze, als auch seitliche Auslenkung
des Sensorkopfes durch Starkwind und Böen kapazitiv
gemessen. Etwaige Eigenschwingungen werden durch die
Widerstandskörper 16, die sich zumindest teilweise im
Öl gefüllten Behältnis 7 befinden, gedämpft. Die sechs
Kondensatoren 2, die sich im Sensorkopf 14 befinden,
können seitliche Vereisungen des Sensorkopfes 14
dickenproportional als Kapazitätserhöhung messen.
Der Plattenabstand der als Platten fungierenden Draht
paare 3 und Bleche bzw. Platten 4 beträgt z. B. 6 mm,
wovon z. B. 5 mm als Luftspalt außen liegen und durch
Eis mehr oder weniger ausgefüllt werden können. Etwaige
durch Regentropfen entstehende Wasserbrücken sind bei
der gezeigten Geometrie weitgehend ausgeschlossen, da
das sich in den Luftspalten ansammelnde Wasser durch
Wind weggeblasen wird.
Es könnte ferner von Vorteil sein, den Eisanfall im
MHz-Bereich zu messen, da sich Eis verglichen mit Was
ser in diesen Frequenzbereichen völlig von Wasser
unterscheidet und somit vom Sensor in Bezug seine di
elektrische Eigenschaft gut von Wasser unterschieden
werden kann. Um bei der Kapazitätserhöhung durch Eisan
satz als Meßeffekt mindestens einen Faktor von 2-3 zu
erreichen, was einem Anwachsen von ca. 4 µF bei Luft
auf maximal 10 µF bei Eis entspricht, erscheint es
zweckmäßig, bei einer Dielektrizitätszahl von 3,2 für
Eis zu messen. Dem entsprechen Frequenzen von ungefähr
100 kHz und mehr. Für kleinere Frequenzen wächst die
Dielektrizitätszahl von Eis auf bis zu ungefähr 100.
Dieses ist bei Frequenzen, die kleiner als 5 kHz sind
gegeben. In diesem Fall läßt sich das Dielektrikum Eis
nicht mehr ohne weiteres vom Dielektrikum Wasser unter
scheiden. Für einen Zwischenbereich einer Frequenz von
ungefähr 50 kHz funktioniert die vorgestellte Aus
führungsform des erfindungsgemäßen Sensors allerdings
immer noch gut. Ein Rückgriff auf stromsparende Stan
dard-Baukreise, die bei ca. 58 kHz arbeiten, ist damit
möglich.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 werden
sechs Kondensatoren zur richtungsabhängigen Vereisungs
analyse und zwei Kondensatoren zur richtungsabhängigen
Wind/Böigkeitsanalyse verwendet. Die Elektronik 5, die
bequem im Sensorkopf 14 Platz hat, fragt die acht Meß
kanäle z. B. im 5-Sekundenrhythmus ab. Die Meßwerte kön
nen dann auf einen Logger gespeichert oder fernüber
tragen werden. Die Kapazitäten liegen je nach Kanal
zwischen z. B. 2 und 60 pF.
Da der Sensor auf einem Mast zwischen etwa 10 und 50 m
über Grund eingenordet montiert wird, läßt die gewählte
sechseckige Ausführung Rückschlüsse auf die Haupt-
Vereisungsrichtung und damit auch auf die Windrichtung
im Bereich von etwa ±30° zu.
Bei Einordnung zeigt das eine Plattenpaar (z. B. 6a und
6b) des einen Kondensators zur richtungsabhängigen
Wind-/Böigkeitsanalyse in Nord-Süd-Richtung, während
das dazu senkrecht bzw. im wesentlichen senkrecht ange
ordnete Plattenpaar des anderen Kondensators in West-
Ost-Richtung zeigt. Aus den Kapazitätsänderungen dieser
beiden Plattenpaare lassen sich aufgrund des Vor
zeichens und des Betrage s der Kapazitätsänderungen bzw.
Impedanzänderungen auch Zwischenrichtungen analysieren.
Die Software kann die so bestimmten Richtungen mit den
unabhängig davon ermittelten Anströmungsrichtungen, die
aus den Kapazitätsmessungen der ersten sechs Konden
satoren ermittelt werden, vergleichen und auf Plausi
bilität prüfen. Der verwendeten Software ist es weiter
hin möglich, die Nichtlinearität zwischen den Aus
lenkungsbeträgen und den Kapazitätsänderungen der Kon
densatoren zur richtungsabhängigen Wind- und Böigkeits
analyse reproduzierbar zu linearisieren. Als Maß für
die Windstärke kann der richtungsspezifisch lineari
sierte Mittelwert der bestimmten Kapazitäten und als
Maß für die Böigkeit die Streuung der angezeigten Kapa
zitäten während eines vorgegebenen Meßzeitraumes genom
men werden.
Die Verknüpfung von Vereisungsbeträgen und -richtungen
mit den jeweiligen richtungsspezifischen Windge
schwindigkeiten und Windböigkeiten als Maß für die zu
erwartenden bzw. vorliegenden Belastungen technischer
Objekte wird durch entsprechende Formeln von der Soft
ware nach Bestimmung der spezifischen Parameter be
rechnet. Die bestimmten Belastungs- bzw. Gefährdungs
parameter können entweder vor Ort gespeichert und ange
zeigt werden, beispielsweise durch einen optischen
Warnhinweis wie "Vorsicht: EISSCHLAG" oder zu Leitstel
len fernübertragen werden. Die Versorgung der Elek
tronik und die Datenübertragung findet über Anschluß
kabel 12 statt.
Bezugszeichenliste
1 Sensor
2 Kondensator zur richtungsabhängigen Vereisungs analyse
3 Draht bzw. Drahtpaar
4 Platte bzw. Blech
5 Elektronik
6a Kondensatorplatte
6b Kondensatorplatte - 6a und 6b zeigen einen von zwei Kondensatoren zur richtungsabhängigen Wind- und Böigkeitsanalyse
7 Behältnis
8 starres Mantelrohr
9 federndes Zentralrohr
10 Basisflansch
11 Bodenplatte
12 Anschlußkabel für die Stromversorgung und Datenübertragung
13 Halterung für den Draht bzw. das Drahtpaar 3
14 Sensorkopf
15 Wind
16 Widerstandskörper
17 Zylinder
18 Kreisring
2 Kondensator zur richtungsabhängigen Vereisungs analyse
3 Draht bzw. Drahtpaar
4 Platte bzw. Blech
5 Elektronik
6a Kondensatorplatte
6b Kondensatorplatte - 6a und 6b zeigen einen von zwei Kondensatoren zur richtungsabhängigen Wind- und Böigkeitsanalyse
7 Behältnis
8 starres Mantelrohr
9 federndes Zentralrohr
10 Basisflansch
11 Bodenplatte
12 Anschlußkabel für die Stromversorgung und Datenübertragung
13 Halterung für den Draht bzw. das Drahtpaar 3
14 Sensorkopf
15 Wind
16 Widerstandskörper
17 Zylinder
18 Kreisring
Claims (17)
1. Sensor zur Erfassung von atmosphärischen Größen
insbesondere zur Belastungsmessung von technischen Ob
jekten insbesondere von Hochspannungs-Freileitungen
und/oder Windkraftanlagen,
gekennzeichnet durch die Kombination mindestens eines
zur Umgebung mindestens teilweise offenen Kondensators für
die Bestimmung des Aggregatzustandes des Dielektrikums in
diesem Kondensator und Mitteln zur Auslenkungsmessung
mindestens eines beweglichen Teiles des Sensors zur
Bestimmung der Windstärke und/oder Windrichtung.
2. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkungsmessung kapa
zitiv erfolgt.
3. Sensor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Plattenkonden
sator verwendet wird.
4. Sensor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei im wesentlichen senkrecht
zueinander orientierte Plattenkondensatoren verwendet
werden.
5. Sensor nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikum Luft ver
wendet wird.
6. Sensor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Plattenkondensatoren
zur windrichtungsspezifischen horizontalen Auslenkungsmes
sung verwendet werden.
7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die
Eigenschwingungen des Sensors oder von Teilen des Sensors
dämpfen.
8. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 3 Kondensatoren zur
Bestimmung der Aggregatzustände der Dielektrika in den
zur Umgebung mindestens teilweise offenen Kondensatoren
verwendet werden.
9. Sensor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 4 und 8 Kondensatoren
verwendet werden.
10. Sensor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß 6 Kondensatoren zur Bestimmung
der Aggregatzustände der Dielektrika in den Kondensatoren
verwendet werden.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitätsmessungen bei
Frequenzen durchgeführt werden, die zwischen 5 kHz und
50 MHz liegen.
12. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das zu bestimmende Dielek
trikum Luft, Wasser und/oder Eis ist oder mindestens
teilweise aus diesen Bestandteilen besteht.
13. Verwendung mindestens eines Sensors nach einem der
Ansprüche 1 bis 12 zur Messung der luvseitigen Eisbelastung
und der Windbelastung von technischen Objekten und ins
besondere von Hochspannungs-Freileitungen und/oder Wind
kraftanlagen.
14. Verwendung des Sensors nach Anspruch 13 zur Früh
warnung bei entsprechender Eis- und Windbelastung.
15. Verfahren zur Bestimmung der Eis- und Windbelastung
von technischen Objekten und insbesondere von Hochspan
nungs-Freileitungen und/oder Windkraftanlagen mit einem
Sensor bzw. Kombinationssensor,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
- - Messung der Kapazität von mindestens einem ersten Kondensator, der wenigstens zum Teil offen zur Umge bung ist, zur Bestimmung der Eisbelastung,
- - Messung der Auslenkung mindestens eines windempfind lichen Teiles des Sensors, womit die Windstärke bzw. die Windrichtung bestimmt wird,
- - Vergleich der ermittelten Kapazität aus mindestens dem ersten Kondensator mit der Auslenkung auf Überein stimmung der ermittelten Windrichtungen, und
- - Wiederholung der Messungen, um aus der Varianz der Windstärken die Böigkeit des Windes zu bestimmen.
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung des windem
pfindlichen Teiles des Sensors eine Änderung der Ab
stände mindestens zweier Kondensatorplatten oder die
Änderung der Menge eines in den Kondensator einführ
baren Dielektrikums und damit eine Änderung der Kapa
zität mindestens eines zweiten Kondensators hervorruft.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Kapazitäten
der ersten und zweiten Kondensatoren zur Überprüfung
der Übereinstimmung der ermittelten Windrichtungen
genutzt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944440389 DE4440389C2 (de) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Kombinationssensor zur Erfassung atmosphärischer Größen insbesondere zur Diagnose von Vereisungs- und Windbelastung technischer Objekte |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944440389 DE4440389C2 (de) | 1994-11-11 | 1994-11-11 | Kombinationssensor zur Erfassung atmosphärischer Größen insbesondere zur Diagnose von Vereisungs- und Windbelastung technischer Objekte |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4440389A1 true DE4440389A1 (de) | 1996-05-15 |
DE4440389C2 DE4440389C2 (de) | 1996-08-14 |
Family
ID=6533110
Family Applications (1)
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