EP3837751A1 - Messsystem zur klassifizierung von masten sowie verfahren hierfür - Google Patents

Messsystem zur klassifizierung von masten sowie verfahren hierfür

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Publication number
EP3837751A1
EP3837751A1 EP19721286.3A EP19721286A EP3837751A1 EP 3837751 A1 EP3837751 A1 EP 3837751A1 EP 19721286 A EP19721286 A EP 19721286A EP 3837751 A1 EP3837751 A1 EP 3837751A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mast
sensor
measured value
measuring system
evaluation device
Prior art date
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Pending
Application number
EP19721286.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Grönner
Stefan Nykamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Westnetz GmbH
Original Assignee
Westnetz GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westnetz GmbH filed Critical Westnetz GmbH
Publication of EP3837751A1 publication Critical patent/EP3837751A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0025—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
    • G—PHYSICS
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    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
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    • G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
    • G01M5/0058—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
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    • G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G1/00—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines
    • H02G1/02—Methods or apparatus specially adapted for installing, maintaining, repairing or dismantling electric cables or lines for overhead lines or cables
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00002—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by monitoring
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/30—State monitoring, e.g. fault, temperature monitoring, insulator monitoring, corona discharge

Definitions

  • the subject matter relates to a measuring system for classifying masts of a supply network, in particular an energy supply network or a telecommunications network, and a method for determining a characteristic value describing a mast.
  • Supply lines of a supply network in particular one
  • Power supply network or a telecommunications network are laid both under the floor and over the floor. When laying above ground, the lines are usually stretched between masts.
  • the masts are made in a wide variety of designs and from a wide variety of materials. However, all masts have in common that they are permanently exposed to the environment and are therefore exposed to a natural aging process.
  • Anchoring in the foundation or in the ground can be damaged by wind loads and rain.
  • the floor or the foundation can influence the natural vibration of the mast.
  • masts It is known to subject masts to a manual inspection.
  • a transducer with integrated vibration sensors is manually attached to the mast and the mast is excited manually.
  • a sledgehammer is used to strike the mast or to vibrate the mast with your hands.
  • the sensor records the mast's impulse response to this external stimulus.
  • the recorded impulse response can be evaluated and conclusions can be drawn about the stability, rigidity or other mechanical properties of the mast.
  • manual inspection is time-consuming, so that masts are only inspected every few years.
  • these large periods of time between individual inspections can be problematic, since the mast can be damaged in the meantime by weather influences or unreported accidents (e.g. with industrial trucks) that it can be knocked over by the wind.
  • a measuring system is therefore proposed which enables an automatic inspection of masts.
  • a concrete mast can be a wooden mast or a mast made of metal or concrete.
  • a mast can also be a street lamp or a mast of one
  • a mast can be a single mast or a double mast, with an L-boom or with a T-boom, with a concrete foundation or a simple ground drive.
  • Supply networks can be, in particular, energy supply networks, in particular electrical distribution networks, and also telecommunications networks, in particular based on copper lines or fiber optic lines.
  • the measuring system includes a sensor with which mechanical measurements on the mast can be recorded.
  • the system also includes a
  • the attachment is, for example, one
  • the sensor is preferably fastened with the fastening device in an upper third of a mast.
  • a distance from the floor is preferably more than 2.50 m, in particular more than 3 m, and a distance from the top of the mast is preferably between 20 cm and 50 cm.
  • the distance from the floor ensures that sabotage on the sensor is difficult.
  • the heel to the top ensures that there is no electrical flashover from, for example, an electrical line attached to the mast
  • At least one sensor is provided in the sensor. This sensor is set up to record at least one measured value.
  • the sensor is preferably a vibration sensor and / or an inclination sensor. With the help of the sensor, it is possible to record the vibration of the mast in an observation period.
  • the signal determined from this is characteristic of the natural vibration of the mast depending on the external excitation, in particular an excitation by wind.
  • the communication device is, for example, a radio module, for example GSM, UMTS, LTE, 5G or the like.
  • the communication device can also use a long range (LoRa)
  • the sensor and the communication device are self-powered.
  • the sensor is free from a connection to one
  • the measuring system also includes an evaluation device for receiving the measured value and at least one environmental parameter.
  • the environmental parameter can be, for example, a wind speed and / or a wind direction.
  • An environmental parameter can also be a temperature.
  • a wind speed and / or a wind direction can be, for example, a wind speed and / or a wind direction.
  • An environmental parameter can also be a temperature.
  • Environmental parameters can also be an amount of precipitation, snow depth or the like.
  • the at least one environmental parameter is evaluated together with the measured value, and the evaluation makes the mast mechanical
  • This evaluation can also be used as a comparison value for other series of measurements of other masts, so that abnormalities can be detected.
  • a characteristic value that mechanically describes the mast can be, for example, the
  • Stiffness, stability, density, elasticity or any other value with the help of which an estimate can be made as to whether a mast has to be replaced or not, since it is otherwise at risk of overturning.
  • the senor can be a vibration sensor.
  • a vibration sensor records in particular the natural vibration of the mast as a measured value.
  • the mast vibrates due to an external stimulus. This vibration can be as
  • Natural vibration can be understood. According to one embodiment, it is proposed that the
  • An energy converter is arranged. With the help of this
  • the transducer can be supplied with energy from its own energy source. Therefore, the energy converter can be set up to convert kinetic energy or light energy into electrical energy.
  • the senor can have an electrical memory, which is fed by the energy converter (generator).
  • the generator generates electrical energy, for example from wind energy,
  • At least one energy store for example in the form of batteries or capacitors, for example supercaps, can be arranged in the transducer and store sufficient energy to run through a measurement cycle.
  • a measuring cycle can e.g. include the acquisition of sensor measured values over a period of, for example, 1 minute to 15 minutes and the subsequent transmission of the measured values via the communication device. Such a measuring cycle can take place after an interval has elapsed, for example monthly, quarterly or semi-annually.
  • the energy store can be designed such that it is charged by the generator after the interval has expired so that the measurement cycle can be run through.
  • the generator for the energetic self-supply can be dimensioned such that it provides sufficient electrical energy, in particular in the summer months, in order to have the energy store charged with sufficient energy after an interval has elapsed, so that at least one measurement cycle can be carried out.
  • the energy may not be sufficient to go through a measurement cycle after an interval.
  • this is unproblematic, since monitoring can only take place quarterly, semi-annually or annually, for example.
  • the energy converter can be set up so that it only works with certain
  • This can be, for example, a photovoltaic converter that is designed in such a way that it needs one or more days of sunshine in order to supply the memory with sufficient electrical energy that it can support a measuring cycle.
  • the evaluation device is arranged in the measurement sensor or that the evaluation device is spatially distant from the measurement sensor.
  • Evaluation device is arranged in the transducer, the
  • Evaluation device either include environmental parameters locally by means of suitable sensors or receive environmental parameters via the communication device.
  • the characteristic value can be calculated in the evaluation device and transmitted to a remote control center via the communication device.
  • the evaluation device can also be spatially distant from the measurement value sensor. In this case, the evaluation device can also be spatially distant from the measurement value sensor.
  • Evaluation device can also be loaded environmental parameters and together with these a characteristic value can be calculated for each connected mast.
  • the communication device for wireless transmission is set up to transmit either the measured values or the specific characteristic value.
  • Transmission can preferably take place wirelessly, for example via a
  • LoraWAN in particular, has proven to be advantageous as long-range radio, since this has a high range at long ranges Transmission security guaranteed. This is ensured by the fact that the bandwidth is small.
  • Communication device is set up for the wired transmission of the measured value, in particular that the transmission takes place via optical fiber.
  • Fiber optic cables are often routed on masts of a supply network, in particular a telecommunications network.
  • the lines of the supply network which can be fiber optic lines, can also be used to transmit the measured value.
  • Such a fiber optic line enables communication with a remote control center. Additional wiring is not necessary.
  • the at least one sensor arranged in the measurement sensor can in particular be an inclination sensor and / or an acceleration sensor.
  • One or more sensors can be arranged in a sensor.
  • a timer be arranged in the measured value sensor. In particular, timers from different sensors are synchronized with one another. With the help of the timer it is possible that all in one sensor
  • Arranged sensors record their measured values at the same time. It is also possible that a time stamp is assigned to each measured value. This time stamp can be used to assign a measured value to an environmental parameter at this point in time or to compare series of measurements.
  • environmental parameters can be recorded at the same time and also given a time stamp. For example, it is possible that wind information is known at almost any point in time at almost any location.
  • time information and time stamps at least one measured value, preferably a plurality of measured values, can be determined, such as environmental parameters associated with this measured value, in particular the Wind was at that time.
  • the measured value can be measured using the
  • Time stamps are set in relation to the environmental parameter.
  • the time stamp can be assigned to the measured value as soon as it is recorded. It is also possible for the communication device to assign a time stamp to the measured value. In addition, the communication device can also assign a serial number to the measured value. The measured value together with the time stamp and / or the serial number can then be transmitted by the communication device. It is also possible for the measured value to be transmitted without a time stamp and for the receiving center to assign the time stamp to the measured value at the time of reception. Since the transmission generally only takes a fraction of a second to a maximum of a few seconds, it may be sufficient to only save the time stamp at the time
  • Communication device transmits a set of measured values. For example, it is possible for a series of measurements to record several measured values and for these measured values to be transmitted collectively as a set of measured values. A measured value can also be formed from a time course of the sensor signals.
  • a communication gateway receive measurement values from a plurality of measurement sensors via a first communication channel and transmit the received measurement values in a bundle to the evaluation device via a second communication channel.
  • Communication gateways can be set up at strategically relevant locations so that they have good coverage of a certain spatial area and can therefore receive the measured values from a large number of measurement sensors.
  • the communication gateways can then, for example, also be connected to an evaluation center by cable and forward the measured values received by them to the center. This enables a cost-effective transmission of the measured values of all sensors to a central office through a distributed infrastructure.
  • the senor should be protected against vandalism and, on the other hand, there should be sufficient distance from the lines of the
  • Transducer is permanently arranged in an upper third of the mast at a distance from the supply lines arranged on the mast.
  • the measured values depend on the external excitation of the mast. With different wind loads and wind directions, the measured values can be extremely different. In order to be able to describe the mast mechanically, the measured values must be related to the environmental parameters. In particular, the measured values are normalized on the basis of the environmental parameters, so that the descriptive characteristic value is independent of
  • the evaluation devices receive at least one measured value and at least one environmental parameter as input variables and output the characteristic value describing the masts as the output variable.
  • the input variables include, in particular, weather data, a topography of the mast location, a type of mast, and a
  • Connection topology of the mast a distance from the mast to a neighboring mast, a mast height and a date individually or in combination with each other.
  • Weather data are especially wind speed and wind direction.
  • topography of the mast location can take into account how the
  • the type of mast can be, for example, the material of the mast, for example wood or steel, the type of construction, for example single or double mast, the anchoring,
  • Connection topology of the mast can describe how many lines go from the mast.
  • the tension of a line can also be relevant.
  • Line cross sections and line weights carried by the mast may also be relevant.
  • the angles of departure of the cables from the mast can also be relevant. It can also be relevant how far masts are apart. This can provide information about how the cables sag between the masts and thus act on the mast.
  • a mast height can be relevant because higher masts represent a higher wind load than lower masts.
  • a date can be relevant insofar as, for example, the ground is usually moist in winter and therefore gives the mast less grip than the same ground in summer. All of these input variables have an influence on the vibration behavior without influencing the rigidity or stability of the mast as such. Therefore, these input variables should be taken into account at least in part when evaluating the measurement data.
  • the input variables and the output variable can be taught in a neural network or examined with regression analyzes. For example, it is possible to calculate input values [measured values and parameters) from known masts, which have a stiffness or stability that has been rated as sufficient, and to calculate the calculated output variable with the known output variable [stiffness, stability, code number, etc.) to compare.
  • the neural network can be taught in via feedback, so that in operation under Consideration of known input variables the output variable by the neural
  • masts that are set up at the same or similar locations and have the same parameters such as topography, type,
  • Topology distance to the neighboring mast, mast height or the like can be combined in a common cluster. Measured values from all masts of the cluster, which were recorded at the same or a similar point in time, can be compared with one another and the mast (s) can be determined, the measured values of which are to a certain extent from the measured values of the other masts, in particular from an average of the measured values of the other masts.
  • the transducers receive a time standard and transmit measured values with a time stamp depending on the time standard.
  • one aspect is a method according to claim 21.
  • the measured value be correlated at least with the environmental parameter over time.
  • mast location for the environmental parameter. For example, it is known to record and provide wind data for individual geographical positions. Masts can thus be assigned specific wind data depending on their mast location.
  • the measurement sensors are polled by an evaluation device.
  • time information can be transmitted from the evaluation device to the remote measurement sensors.
  • a measurement cycle can be started, which for example ends after a few seconds or minutes, and the result can be transmitted to the evaluation device immediately afterwards.
  • the time information is used to record the data recorded during this measurement cycle
  • 2 shows a transducer arranged on a mast
  • 3 shows an arrangement of masts along a supply line
  • FIG. 1 shows a sensor 2 with a housing.
  • the housing there are an energy store 4, a processor 5, a sensor 6 and a
  • an evaluation device 10 can be arranged in the measurement sensor 2 or spatially separated therefrom.
  • the transducer 2 also has a fastening collar 12 and an energy converter 14.
  • the fastening collar 12 is the
  • Transmitter 2 captively fixed on a mast.
  • Energy converter 10 can convert solar energy into electrical energy and the energy store 4 can be charged in this way.
  • the communication device 8 communicates wirelessly, for example by means of a mobile radio network or LoRa, with the evaluation device 10. Wired communication is also possible, in which case in particular an optical fiber line which is arranged on the mast can be used.
  • the 2 shows the measurement sensor 2 on a mast 16.
  • the mast 16 is a T-mast with supply lines 18 on both sides and a glass fiber line 20.
  • the measurement sensor 2 is fastened in an upper third of the mast via the fastening collar 12.
  • electrical energy is generated by the energy converter 14 and stored in the energy store 4.
  • the energy store 4 is designed in such a way that it stores sufficient energy at least to carry out a measurement cycle in one measurement interval.
  • the energy store 4 is preferably not dimensioned much larger, but in particular in such a way that exactly one measurement cycle per measurement interval is possible.
  • the energy store 4 feeds the processor 5, which has a wake-up circuit and changes from a sleep mode to a wake mode after a measurement interval.
  • the processor has only a low power consumption, in particular in the milliwatt range, so that the energy store 4 can keep the processor 5 in the sleep mode for an entire interval.
  • the processor 5 controls the sensor 6 in such a way that it records measured values.
  • the sensor 6 is preferably an inclination sensor or a vibration sensor.
  • the sensor 6 records the inclination and / or vibration of the mast 16 over a period of a few seconds to a few minutes.
  • the time course of the oscillation is transferred to the communication device 8 as a signal.
  • the communication device 8 can transmit this measured value to the
  • the evaluation device 10 evaluates the measured value in such a way that, in combination with environmental data, it specifies a characteristic value with which the mast 16 can be qualified.
  • Parameters that can be used to normalize the measured values are, in particular, weather data, distances between masts, a topology of the mast location and the like, as already described above.
  • 3 shows, by way of example, four masts 16 along a supply line 18. The masts 16 are at a distance 16a. On each mast 16 one
  • Wind speed and a wind direction 16b can be determined at a time.
  • Each mast 16 can be assigned topographical information, for example whether trees 16c or hills 16d lie in the area of the mast 16 and in particular the orientation of these obstacles 16c, 16d relative to the mast 16.
  • These environmental parameters 16a-d can be used to measure the measured values to
  • Wind speeds 16b in certain wind directions on the central masts 16 can be lower than on the outer masts 16. Also, different wind directions can prevail on the masts, as is also shown in FIG. 3.
  • FIG. 4 shows how supply lines 18 can leave the mast 16 at different angles a.
  • the direction of the angles can also be decisive for the vibration behavior of the masts 16.
  • FIG. 5 shows the teaching of a neural network 22.
  • the characteristic values are known during teaching, in particular whether a mast is in order or not.
  • known actual weather data 24 which are available for each mast 16, using actual vibration data 26, the on the mast by a
  • a characteristic value is calculated by the neural network.
  • the characteristic value output by the neural network 22 can be compared with the characteristic value known for the respective mast 16 and a specific deviation can be coupled back into the neural network.
  • This teaching of the neural network 22 can be carried out for a wide variety of masts 16 with a wide variety of input variables, in each of which it is known whether the mast is okay or not in terms of its characteristic value.
  • the result of the calculation of the neural network 22 can be compared with the actual characteristic value of the Mastes are compared and the neural network 22 are taught accordingly.
  • each mast 16 actual wind data 24 and other parameters as input variables (which were also taken into account when teaching), such as mast height, topology, mast spacing, mast type and the like, as described above, supply.
  • input variables such as mast height, topology, mast spacing, mast type and the like, as described above, supply.
  • the neural network 22 uses these input variables and the previous training, it is possible for the neural network 22 to output a characteristic value for the mast 16, which indicates whether the mast is OK or not.
  • a data record 30 for a plurality of masts 16 can be compared with one another on the basis of the large number of data records 30. It is possible to use from the data records 30 of each mast that measured value that was recorded under roughly the same environmental conditions. An average over all masts 16 can then be calculated and the data record 32, which deviates from the average by a minimum value, for example, can be identified. A mast 16 can thus be identified from the large number of measurement results, which is different from the other masts and may have to be replaced.

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Abstract

Messsystem zur Klassifizierung von Masten eines Versorgungsnetzes, insbesondere eines Energieversorgungsnetzes oder eines Telekommunikationsnetzes umfassend einen Messwertaufnehmer, eine Befestigungseinrichtung eingerichtet zur Befestigung des Messwertaufnehmers an dem Mast, einen in dem Messwertaufnehmer angeordneten Sensor eingerichtet zum Erfassen zumindest eines Messwertes, und einer in dem Messwertaufnehmer angeordneten Kommunikationseinrichtung eingerichtet zur Übermittlung des durch den Sensor erfassten Messwertes an eine Auswerteeinrichtung, wobei zumindest der Sensor und die Kommunikationseinrichtung energetisch eigengespeist sind. Die Auswerteeinrichtung ist zum Empfangen des Messwertes und zumindest einem zusätzlichen Umweltparameter eingerichtet und gibt abhängig von dem Messwertes und dem Umweltparameter einen den Mast mechanisch beschreibenden Kennwert aus.

Description

Messsystem zur Klassifizierung von Masten sowie Verfahren hierfür
Der Gegenstand betrifft ein Messsystem zur Klassifizierung von Masten eines Versorgungsnetzes, insbesondere eines Energieversorgungsnetzes oder eines Telekommunikationsnetzes sowie ein Verfahren zum Bestimmen eines einen Mast beschreibenden Kennwerts.
Versorgungsleitungen eines Versorgungsnetzes, insbesondere eines
Energieversorgungsnetzes oder eines Telekommunikationsnetzes werden sowohl unter Flur als auch über Flur verlegt. Bei einer Überflurverlegung werden die Leitungen in der Regel zwischen Masten gespannt. Die Masten sind dabei in unterschiedlichsten Bauformen und aus unterschiedlichsten Materialien gebildet. Allen Masten gemeinsam ist jedoch, dass sie dauerhaft der Umwelt ausgesetzt sind und somit einem natürlichen Alterungsprozess ausgesetzt sind.
Gerade bei Holzmasten ist dies von besonderem Interesse, da diese nach wenigen Jahren durch Witterungsprozesse bereits morsch sein können. Auch deren
Verankerung im Fundament oder im Boden kann durch Windlasten und Regen beschädigt sein.
Fällt ein Mast um, so ist das Versorgungsnetz beschädigt und eine Reparatur ist mit erheblichem Aufwand verbunden. Besser ist es, Masten bereits dann auszutauschen, wenn sie noch standfest sind, da dann ein Ausfall des Versorgungssystems vermieden werden kann.
Es ist bekannt, dass das Schwingungsverhalten von Masten abhängig von ihrer inneren Struktur ist. Durch eine externe Anregung kann ein Mast in Schwingung versetzt werden. Diese Schwingung, insbesondere die Eigenschwingung des Mastes, kann charakteristisch für die Steifigkeit des Mastes sein. Auch die Standfestigkeit im
Boden oder am Fundament kann Einfluss auf die Eigenschwingung des Mastes haben.
Bekannt ist es, Masten einer manuellen Prüfung zu unterziehen. Hierbei wird ein Messwertaufnehmer mit integrierten Schwingungssensoren an dem Mast manuell befestigt und der Mast wird manuell angeregt. Hierbei wird beispielsweise mit einem Vorschlaghammer gegen den Mast geschlagen oder der Mast mit den Händen in Schwingung versetzt. Der Messwertaufnehmer nimmt die Impulsantwort des Mastes auf diese externe Anregung auf. Die aufgezeichnete Impulsantwort kann ausgewertet werden und hieraus können Schlüsse auf die Standfestigkeit, die Steifigkeit oder sonstige mechanischen Eigenschaften des Mastes gezogen werden. Eine manuelle Überprüfung ist jedoch zeitaufwändig, so dass Masten nur in Abständen von einigen Jahren überprüft werden. Diese großen Zeiträume zwischen einzelnen Überprüfungen sind jedoch unter Umständen problematisch, da zwischenzeitlich der Mast durch Witterungseinflüsse oder nicht gemeldete Unfälle (z.B. mit Flurförderfahrzeugen] so beschädigt sein kann, dass er durch Wind umgestoßen werden kann.
Gegenständlich wird daher ein Messsystem vorgeschlagen, welches eine automatische Inspektion von Masten ermöglicht.
Ein gegenständlicher Mast kann sowohl ein Holzmast als auch ein Mast aus Metall oder Beton sein. Ein Mast kann auch eine Straßenlaterne oder ein Mast einer
Lichtzeichenanlage sein. Ein Mast kann als Einzelmast oder als Doppelmast, mit einem L-Ausleger oder mit einem T -Ausleger, mit einem Betonfundament oder einem einfachen Bodentrieb sein.
Versorgungsnetze können insbesondere Energieversorgungsnetze, insbesondere elektrische Verteilnetze, als auch Telekommunikationsnetze, insbesondere basierend auf Kupferleitungen oder Glasfaserleitungen sein. Das Messsystem umfasst einen Messwertaufnehmer, mit dem mechanisch Messwerte am Mast erfasst werden können. Ferner umfasst das System eine
Befestigungseinrichtung eingerichtet zur Befestigung des Messwertaufnehmers an dem Mast. Die B efestigungsei nri chtung ist dabei beispielsweise eine
Befestigungsmanschette, die um den Mast gelegt werden kann.
Gegenständlich wird der Messwertaufnehmer mit der Befestigungseinrichtung bevorzugt in einem oberen Drittel eines Mastes befestigt. Dabei ist ein Abstand zum Boden bevorzugt mehr als 2,50m, insbesondere mehr als 3m und ein Abstand zur Spitze des Mastes bevorzugt zwischen 20cm und 50cm. Der Abstand zum Boden gewährleistet, dass eine Sabotage an dem Messwertaufnehmer erschwert ist. Der Absatz zur Spitze stellt sicher, dass kein elektrischer Überschlag von beispielsweise einer elektrischen Leitung, welche an dem Mast befestigt ist, auf den
Messwertaufnehmer erfolgen kann.
In dem Messwertaufnehmer ist zuminderst ein Sensor vorgesehen. Dieser Sensor ist eingerichtet zum Erfassen zumindest eines Messwertes. Der Sensor ist bevorzugt ein Schwingungssensor und/oder ein Neigungssensor. Mit Hilfe des Sensors ist es möglich, die Schwingung des Mastes in einem Beobachtungszeitraum zu erfassen. Das hieraus ermittelte Signal ist charakteristisch für die Eigenschwingung des Mastes abhängig von der externen Anregung, insbesondere einer Anregung durch Wind.
Um zu gewährleisten, dass eine Inspektion des Mastes automatisiert und aus der Ferne erfolgen kann, ist in dem Messwertaufnehmer eine
Kommunikationseinrichtung eingerichtet. Die Kommunikationseinrichtung ist beispielsweise ein Funkmodul, beispielsweise GSM, UMTS, LTE, 5G oder dergleichen. Auch kann die Kommunikationseinrichtung mittels Long Range (LoRa)
Funkprotokolls kommunizieren. Der Vorteil dieser LoRa Technologie liegt in einer sehr großen Reichweite und geringen betrieblichen Kosten, die insbesondere durch die geringen Bandbreiten dieses Protokolls ermöglicht wird. Da die von dem Sensor erfassten Messwerte nur ein geringes Datenvolumen haben, kann insbesondere eine Funktechnologie verwendet werden, die nur geringe Bandbreiten zur Verfügung stellt, gleichzeitig jedoch eine hohe Übertragungsreichweite bei einer hohen
Übertragungssicherheit gewährleistet.
Ferner ist zur automatisierten Fernüberprüfung der Masten vorgeschlagen, dass zumindest der Sensor und die Kommunikationseinrichtung energetisch eigengespeist sind. Dabei ist der Messwertaufnehmer frei von einer Verbindung zu einem
elektrischen Versorgungssystem.
Ferner umfasst das Messsystem eine Auswerteeinrichtung zum Empfangen des Messwertes und zumindest eines Umweltparameters. Der Umweltparameter kann beispielsweise eine Windgeschwindigkeit und/oder eine Windrichtung sein. Auch kann ein Umweltparameter eine Temperatur sein. Darüber hinaus kann ein
U mweltparameter auch eine Niederschlagsmenge, eine Schneehöhe oder dergleichen sein. Der zumindest eine Umweltparameter wird zusammen mit dem Messwert ausgewertet und anhand der Auswertung wird ein den Mast mechanisch
beschreibender Kennwert errechnet. Diese Auswertung kann auch als Vergleichswert zu weiteren Messreihen anderer Masten erfolgen, so dass Auffälligkeiten detektiert werden können.
Ein den Mast mechanisch beschreibender Kennwert kann beispielsweise die
Steifigkeit, die Standfestigkeit, die Dichte, die Elastizität oder ein sonstiger Wert sein, mit dessen Hilfe eine Abschätzung erfolgen kann, ob ein Mast ausgetauscht werden muss oder nicht, da er ansonsten umsturzgefährdet ist.
Wie bereits erläutert, kann der Sensor ein Schwingungssensor sein. Ein solcher Sensor nimmt als Messwert insbesondere die Eigenschwingung des Mastes auf. Durch eine externe Anregung gerät der Mast in Schwingung. Diese Schwingung kann als
Eigenschwingung verstanden werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass an dem
Messwertaufnehmer ein Energiewandler angeordnet ist. Mit Hilfe dieses
Energiewandlers kann die energetische Eigenspeisung des Messwertaufnehmers erfolgen. Daher kann der Energiewandler zum Wandeln von kinetischer Energie oder Lichtenergie in elektrische Energie eingerichtet sein.
Darüber hinaus kann der Messwertaufnehmer einen elektrischen Speicher aufweisen, welcher durch den Energiewandler (Generator) gespeist wird.
Der Generator generiert elektrische Energie beispielsweise aus Windenergie,
Sonnenenergie oder dergleichen.
In dem Messwertaufnehmer kann darüber hinaus zumindest ein Energiespeicher, beispielsweise in Form von Batterien oder Kondensatoren, beispielsweise Supercaps angeordnet sein, die eine ausreichende Energie speichern, um einen Messzyklus zu durchlaufen.
Ein Messzyklus kann z.B. das Erfassen von Sensormesswerten über einen Zeitraum von beispielsweise 1 Minute bis 15 Minuten und das anschließende Übermitteln der Messwerte über die Kommunikationseinrichtung umfassen. Ein solcher Messzyklus kann nach Ablauf eines Intervalls, beispielsweise monatlich, vierteljährlich oder halbjährlich erfolgen.
Der Energiespeicher kann so ausgelegt sein, dass er nach Ablauf des Intervalls durch den Generator so geladen ist, dass der Messzyklus durchlaufen werden kann. Der Generator zur energetischen Eigenspeisung kann so dimensioniert sein, dass er insbesondere in den Sommermonaten ausreichend elektrische Energie zur Verfügung stellt, um nach Ablauf eines Intervalls den Energiespeicher mit ausreichend Energie geladen zu haben, dass zumindest ein Messzyklus durchlaufen werden kann. In den Wintermonaten kann die Energie beispielsweise nicht ausreichend sein, um nach Ablauf eines Intervalls einen Messzyklus zu durchlaufen. Dies ist jedoch unproblematisch, da die Überwachung beispielsweise auch nur vierteljährlich, halbjährlich oder jährlich erfolgen kann.
Der Energiewandler kann so eingerichtet sein, dass er nur bei bestimmten
Bedingungen ausreichend elektrische Energie zur Verfügung stellt, um den elektrischen Speicher innerhalb eines Beobachtungsintervalls mit ausreichend elektrischer Energie zu speichern, um einen Messzyklus durchzuführen. Dies kann beispielsweise ein F otovoltaikwandl er sein, der so ausgelegt ist, dass er einen oder mehrere Tage Sonnenschein benötigt, um den Speicher ausreichend mit elektrischer Energie zu speisen, dass dieser einen Messzyklus unterstützen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinrichtung in dem Messwertaufnehmer angeordnet ist oder dass die Auswerteeinrichtung räumlich von dem Messwertaufnehmer entfernt ist. Für den Fall, dass die
Auswerteeinrichtung in dem Messwertaufnehmer angeordnet ist, kann die
Auswerteeinrichtung entweder durch geeignete Sensoren lokal Umweltparameter umfassen oder über die Kommunikationseinrichtung Umweltparameter empfangen ln der Auswerteeinrichtung kann der Kennwert berechnet werden und über die Kommunikationseinrichtung an eine entfernte Zentrale übermittelt werden.
Für den Fall der Übermittlung der Sensormesswerte kann die Auswerteeinrichtung auch räumlich von dem Messwertaufnehmer entfernt sein. In dieser
Auswerteeinrichtung können ebenfalls Umweltparameter geladen werden und zusammen mit diesen für jeden angeschlossenen Mast einen Kennwert berechnet werden.
Zur Übermittlung entweder der Messwerte oder des bestimmten Kennwertes ist die Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Übertragung eingerichtet. Die
Übermittlung kann dabei bevorzugt drahtlos erfolgen, beispielsweise über ein
Mobilfunknetz oder Weitfunk. Als Weitfunk hat sich insbesondere LoraWAN als vorteilhaft herausgestellt, da dieses bei hohen Reichweiten eine hohe Übertragungssicherheit gewährleistet. Dies wird dadurch gewährleistet, dass die Bandbreite gering ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die
Kommunikationseinrichtung zur drahtgebundenen Übermittlung des Messwertes eingerichtet ist, insbesondere dass die Übermittlung per Glasfaser erfolgt. An Masten eines Versorgungsnetzes, insbesondere eines T elekommunikationsnetzes, sind häufig Glasfaserleitungen geführt. Somit können die Leitungen des Versorgungsnetzes, die Glasfaserleitungen sein können, auch zur Übertragung des Messwertes genutzt werden. Über eine solche Glasfaserleitung lässt sich die Kommunikation mit einer entfernten Zentrale realisieren. Eine zusätzliche Verkabelung kann entfallen.
Der zumindest eine in dem Messwertaufnehmer angeordnete Sensor können kann insbesondere ein Neigungssensor und/oder ein Beschleunigungssensor sein. In einem Messwertaufnehmer können einer oder mehrere Sensoren angeordnet sein. Zur Synchronisierung der von den Sensoren erfassten Messwerte wird vorgeschlagen, dass in dem Messwertaufnehmer ein Zeitgeber angeordnet ist. Insbesondere sind Zeitgeber von verschiedenen Messwertaufnehmern miteinander synchronisiert. Mit Hilfe des Zeitgebers ist es möglich, dass alle in einem Messwertaufnehmer
angeordnete Sensoren ihre Messwerte zu einem gleichen Zeitpunkt erfassen. Ferner ist es möglich, dass jedem Messwert ein Zeitstempel zugeordnet wird. Mit Hilfe dieses Zeitstempels kann eine Zuordnung eines Messwertes zu einem Umweltparameter zu diesem Zeitpunkt oder zu vergleichenden Messreihen erfolgen.
Werden Messwerte aufgenommen, können gleichzeitig Umweltparameter erfasst und ebenfalls mit einem Zeitstempel versehen werden. So ist es beispielsweise möglich, dass Windinformationen zu nahezu jedem Zeitpunkt an nahezu jedem Ort bekannt sind. Durch die Verwendung der Zeitinformationen und Zeitstempel kann für zumindest einen erfassten Messwert, bevorzugt mehrere Messwerte bestimmt werden, wie zu diesem Messwert zugeordnete Umweltparameter, insbesondere der Wind, zu diesem Zeitpunkt war. Somit kann der Messwert durch Verwendung der
Zeitstempel in ein Verhältnis zu dem U mweltparameter gesetzt werden.
Der Zeitstempel kann dem Messwert unmittelbar bei seiner Erfassung zugeordnet werden. Auch ist es möglich, dass die Kommunikationseinrichtung dem Messwert einen Zeitstempel zuordnet. Darüber hinaus kann die Kommunikationseinrichtung dem Messwert auch eine laufende Nummer zuordnen. Der Messwert zusammen mit dem Zeitstempel und/oder der laufenden Nummer kann anschließend durch die Kommunikationseinrichtung übermittelt werden. Auch ist es möglich, dass der Messwert ohne einen Zeitstempel übermittelt wird und von der empfangenden Zentrale zum Zeitpunkt des Empfangens dem Messwert der Zeitstempel zugeordnet wird. Da die Übertragung in der Regel nur Bruchteile einer Sekunde bis maximal wenige Sekunden dauert, kann es ausreichend sein, den Zeitstempel erst beim
Empfang dem Messwert zuzuordnen. Hierdurch wird erreicht, dass nicht in jedem Messwertaufnehmer ein Zeitgeber notwendig ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die
Kommunikationseinrichtung einen Satz an Messwerten übermittelt. So ist es beispielsweise möglich, dass eine Messreihe mehrere Messwerte erfassen kann und diese Messwerte gesammelt als Satz von Messwerten übermittelt wird. Ein Messwert kann auch aus einem zeitlichen Verlauf der Sensorsignale gebildet sein.
Da die Masten in der Regel räumlich weit verteilt sind, ist es nahe unmöglich, von allen relevanten Masten durch eine einzige Zentrale Messwerte zu empfangen. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass ein Kommunikationsgateway Messwerte einer Mehrzahl an Messwertaufnehmern über einen ersten Kommunikationskanal empfängt und die empfangenen Messwerte gebündelt an die Auswerteeinrichtung über einen zweiten Kommunikationskanal übermittelt. Die jeweiligen
Kommunikationsgateways können an strategisch relevanten Orten aufgestellt sein, so dass sie eine gute Abdeckung eines bestimmten räumlichen Bereichs aufweisen und somit von einer Vielzahl von Messwertaufnehmern die Messwerte empfangen können. Die Kommunikationsgateways können dann beispielsweise auch kabelgebunden an eine Auswertezentrale angebunden sein und die von ihnen empfangenen Messwerte an die Zentrale weiterleiten. Hierdurch wird durch eine verteilte Infrastruktur eine kostengünstige Übermittlung der Messwerte aller Messwertaufnehmer an eine Zentrale ermöglicht.
Wie bereits erläutert, sollte der Messwertaufnehmer vor Vandalismus geschützt sein und andererseits ausreichend Abstand gegenüber den Leitungen des
Versorgungsnetzes haben. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass der
Messwertaufnehmer in einem oberen Drittel des Mastes mit einem Abstand zu dem am Mast angeordneten Versorgungsleitungen dauerhaft angeordnet ist.
Es versteht sich, dass die erfassten Messwerte abhängig von der äußeren Anregung des Mastes sind. Bei unterschiedlichen Windlasten und Windrichtungen können die Messwerte höchst unterschiedlich sein. Um den Mast mechanisch beschreiben zu können, müssen die Messwerte in ein Verhältnis zu den Umweltparametern gesetzt werden. Insbesondere erfolgt eine Normalisierung der Messwerte anhand der U m weltparameter, so dass der beschreibende Kennwert unabhängig vom
U mweltparameter ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinrichtungen als Eingangsgrößen zumindest einen Messwert und zumindest ein Umweltparameter empfängt und als Ausgangsgröße den den Masten beschreibenden Kennwert ausgibt.
Abhängig von den Eigenschaften des Mastes und weiteren Parametern, verändert sich das Schwingungsverhalten des Mastes. So ist es möglich, dass bei gleichen
Windverhältnissen unterschiedliche Masten unterschiedliche Schwingungsmuster zeigen, diese Masten jedoch hinsichtlich ihrer Standfestigkeit gleich zu bewerten sind. Um die das Schwingungsverhalten beeinflussenden Größen bei der Bewertung der Messergebnisse berücksichtigen zu können, sind als Eingangsgrößen insbesondere Wetterdaten, eine Topographie des Maststandortes, ein Typ des Mastes, eine
Anschlusstopologie des Mastes, eine Entfernung des Mastes zu einem Nachbarmast, eine Masthöhe sowie ein Datum einzeln oder in Kombination miteinander relevant. Wetterdaten sind insbesondere Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Eine
Topographie des Maststandortes kann beispielsweise berücksichtigen, wie die
Umgebung des Mastes geformt ist. Sind Masten beispielsweise im Windschatten von Hügeln oder in einer Schneise, verhalten sie sich bei gleichen Windverhältnissen anders, als Masten, die auf einem flachen Feld angeordnet sind. Der Typ des Mastes kann beispielsweise das Material des Mastes, beispielsweise Holz oder Stahl, die Aufbauart, beispielsweise Einzelmast oder Doppelmast, die Verankerung,
beispielsweise mit oder ohne Fundament oder dergleichen beschreiben. Eine
Anschlusstopologie des Mastes kann beschreiben, wie viele Leitungen vom Mast abgehen. Auch kann die Zugspannung einer Leitung relevant sein. Die
Leitungsquerschnitte und die Leitungsgewichte, die vom Mast getragen sind, können ebenfalls relevant sein. Auch die Abgangswinkel der Leitungen vom Mast können von Relevanz sein. Weiter kann es relevant sein, wie weit Masten voneinander entfernt sind. Dies kann Aufschluss darüber geben, wie die Leitungen zwischen den Masten durchhängen und somit auf den Mast wirken. Natürlich kann eine Masthöhe relevant sein, da höhere Masten eine höhere Windlast darstellen als niedrigere Masten. Ein Datum kann insofern relevant sein, als beispielsweise im Winter der Boden in der Regel feucht ist und somit dem Mast weniger Halt gibt als der gleiche Boden im Sommer. All diese Eingangsgrößen haben Einfluss auf das Schwingungsverhalten, ohne die Steifigkeit bzw. Standfestigkeit des Mastes als solchen zu beeinflussen. Daher sollten diese Eingangsgrößen zumindest in Teilen bei der Auswertung der Messdaten Berücksichtigung finden.
Die Eingangsgrößen und die Ausgangsgröße können in einem neuronalen Netz angelernt oder mit Regressionsanalysen untersucht werden. So ist es beispielsweise möglich, Eingangsgrößen [Messwerte und Parameter) von bekannten Masten, welche eine Steifigkeit oder Standfestigkeit haben, die als ausreichend bewertet wurde, einer Berechnung zuzuführen und die errechnete Ausgangsgröße mit der bekannten Ausgangsgröße [Steifigkeit, Standfestigkeit, Kennziffer etc.) zu vergleichen. Über eine Rückkopplung kann das neuronale Netz angelernt werden, so dass im Betrieb unter Berücksichtigung bekannte Eingangsgrößen die Ausgangsgröße durch das neuronale
Netz berechnet werden kann.
Auch ist es möglich, die mechanischen Eigenschaften eines Mastes im Verhältnis zu anderen Masten zu bewerten. So ist es beispielsweise möglich, als Eingangsgrößen eine Mehrzahl an Messwerten von an verschiedenen Masten angeordneten
Messwertaufnehmern zu empfangen und für zumindest einen der Messwerte eine Abweichung des Messwertes von der Mehrzahl der Messwerte zu bestimmen.
So können Masten, die beispielsweise an gleichen oder ähnlichen Standorten aufgebaut sind und beispielsweise gleiche Parameter wie Topographie, Typ,
Topologie, Abstand zum Nachbarmast, Masthöhe oder dergleichen haben, in einem gemeinsamen Cluster zusammengefasst werden. Von allen Masten des Clusters können Messwerte, die zu einem gleichen oder einem ähnlichen Zeitpunkt erfasst wurden, miteinander verglichen werden und der oder die Masten können bestimmt werden, deren Messwerte in einem bestimmten Maß von den Messwerten der anderen Masten, insbesondere von einem Mittelwert der Messwerte der anderen Masten, abweichen.
Um sicherzustellen, dass Messwerte Umweltparametern zeitlich korrekt zugeordnet werden können und/oder dass Messwerte verschiedener Masten einander zugeordnet werden können, ist es notwendig, dass die Messwerte einen Zeitstempel aufweisen und dieser Zeitstempel durch miteinander synchronisierte Zeitgeber erstellt wurde. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die Messwertaufnehmer eine Zeitnormale empfangen und erfasste Messwerte mit einem Zeitstempel abhängig von der Zeitnormale übermitteln.
Wie bereits erläutert, ist eine zeitliche Synchronisation der Eingangsgrößen notwendig, um den korrekten Kennwert zu errechnen. Daher wird vorgeschlagen, dass die Eingangsgrößen zeitlich synchronisiert sind. Ein weiterer Aspekt ist ein Mast mit einem zuvor beschriebenen Messsystem.
Darüber hinaus ist ein Aspekt ein Verfahren nach Anspruch 21.
Wie bereits erläutert, ist eine zeitliche Betrachtung der Eingangsgrößen notwendig. Daher wird vorgeschlagen, dass der Messwert zumindest mit dem Umweltparameter zeitlich korreliert wird.
Auch ist es Maststandort relevant für den U mweltparameter. So ist es beispielsweise bekannt, Winddaten für einzelne geographische Positionen zu erfassen und bereitzustellen. Masten können somit abhängig von ihrem Maststandort bestimmte Winddaten zugeordnet werden.
Es ist nicht zwingend notwendig, dass die Kommunikationseinrichtung der
Messwertaufnehmer proaktiv die Messdaten übermitteln, es kann auch möglich sein, dass die Messwertaufnehmer von einer Auswerteeinrichtung gepollt werden. Bei diesem Abfragen der Messdaten kann beispielsweise eine Zeitinformation von der Auswerteeinrichtung an die entfernten Messwertaufnehmer übermittelt werden. Beim Empfang dieser Information kann ein Messzyklus begonnen werden, der beispielsweise nach wenigen Sekunden oder Minuten beendet ist und unmittelbar im Anschluss kann das Ergebnis an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden. Die Zeitinformation wird genutzt, um die während dieses Messzyklus erfassten
Messwerte mit einem entsprechenden Zeitstempel zu versehen.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Messwertaufnehmer;
Fig. 2 einen an einem Mast angeordneten Messwertaufnehmer; Fig. 3 eine Anordnung von Masten entlang einer Versorgungsleitung;
Fig. 4 verschiedene Anschlusstopologien von Masten;
Fig. 5 das Anlernen eines neuronalen Netzes;
Fig. 6 die Clusterung von Messwerten;
Fig. 7 eine Messwertreihe eines Messwertaufnehmers.
Fig. 1 zeigt einen Messwertaufnehmer 2 mit einem Gehäuse. In dem Gehäuse sind ein Energiespeicher 4, ein Prozessor 5, ein Sensor 6 sowie eine
Kommunikationseinrichtung 8 angeordnet. Optional kann eine Auswerteeinrichtung 10 in den Messwertaufnehmer 2 oder räumlich hiervon abgesetzt angeordnet sein. Der Messwertaufnehmer 2 verfügt ferner über eine Befestigungsmanschette 12 und einen Energie wandler 14. Über die Befestigungsmanschette 12 wird der
Messwertaufnehmer 2 verliersicher fest an einem Mast angeordnet. Über den
Energiewandler 10 kann Sonnenenergie in elektrische Energie gewandelt werden und der Energiespeicher 4 kann hierüber geladen werden.
Die Kommunikationseinrichtung 8 kommuniziert drahtlos, beispielsweise per Mobilfunknetz oder LoRa mit der Auswerteeinrichtung 10. Eine drahtgebundene Kommunikation ist ebenfalls möglich, wobei hier insbesondere eine Glasfaserleitung, welche an dem Mast angeordnet ist, genutzt werden kann.
Fig. 2 zeigt den Messwertaufnehmer 2 an einem Mast 16. Der Mast 16 ist ein T-Mast mit beidseitigen Versorgungsleitungen 18 und einer Glasfaserleitung 20. Über die Befestigungsmanschette 12 ist der Messwertaufnehmer 2 in einem oberen Drittel des Mastes befestigt. Nach der Installation wird elektrische Energie durch den Energiewandler 14 erzeugt und in dem Energiespeicher 4 gespeichert. Der Energiespeicher 4 ist so ausgelegt, dass er zumindest zur Durchführung eines Messzykluses in einem Messintervall ausreichend Energie speichert. Bevorzugt ist der Energiespeicher 4 jedoch nicht viel größer dimensioniert, sondern insbesondere so, dass genau ein Messzyklus pro Messintervall möglich ist.
Während eines Messzykluses speist der Energiespeicher 4 den Prozessor 5, der über eine Wake-up-Schaltung verfügt und nach Ablauf eines Messintervalls aus einem Schlafmodus in einen Wachmodus wechselt. Während des Schlafmoduses hat der Prozessor nur eine geringe Leistungsaufnahme, insbesondere im Milliwatt-Bereich, so dass der Energiespeicher 4 den Prozessor 5 während eines gesamten Intervalls in dem Schlafmodus halten kann.
In dem Messintervall steuert der Prozessor 5 den Sensor 6 derart an, dass dieser Messwerte aufnimmt. Der Sensor 6 ist dabei bevorzugt ein Neigungssensor oder ein Schwingungssensor. Der Sensor 6 zeichnet die Neigung und/oder Schwingung des Mastes 16 über einen Zeitraum von wenigen Sekunden bis wenigen Minuten auf. Der zeitliche Verlauf der Schwingung wird als Signal der Kommunikationseinrichtung 8 übergeben. Die Kommunikationseinrichtung 8 kann diesen Messwert an die
Auswerteeinrichtung 10 drahtlos oder drahtgebunden übermitteln.
In der Aus werteei nri chtung 10 erfolgt eine Auswertung des Messwertes derart, dass dieser kombiniert mit Umweltdaten einen Kennwert angibt, mit dem der Mast 16 qualifiziert werden kann.
Parameter, die zur Normalisierung der Messwerte verwendet werden können, sind insbesondere Wetterdaten, Abstände von Masten untereinander, eine Topologie des Maststandortes und dergleichen, wie oben bereits beschrieben. Fig. 3 zeigt beispielhaft vier Masten 16 entlang einer Versorgungsleitung 18. Die Masten 16 haben einen Abstand 16a. An jedem Mast 16 kann eine
Windgeschwindigkeit und eine Windrichtung 16b zu einem Zeitpunkt bestimmt werden. Jedem Mast 16 können topographische Informationen zugeordnet werden, beispielsweise ob Bäume 16c oder Hügel 16d im Bereich des Mastes 16 liegen und insbesondere die Ausrichtung dieser Hindernisse 16c, 16d relativ zum Mast 16. Diese U m weltparameter 16a-d können verwendet werden, um die Messwerte zu
normalisieren.
In der Fig. 3 ist zu erkennen, dass durch die Hindernisse 16c, 16d, die
Windgeschwindigkeiten 16b bei bestimmten Windrichtungen an den mittleren Masten 16 geringer sein können, als an den äußeren Masten 16. Auch können durch unterschiedliche Windrichtungen an den Masten vorherrschen, wie in der Fig. 3 ebenfalls dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt, wie Versorgungsleitungen 18 in unterschiedlichen Winkeln a von dem Mast 16 abgehen können. Die Richtung der Winkel « kann auch maßgeblich für das Schwingungsverhalten der Masten 16 sein.
Fig. 5 zeigt das Anlernen eines neuronalen Netzes 22. Für die Masten 16 sind beim Anlernen die Kennwerte bekannt, insbesondere ob ein Mast in Ordnung ist oder nicht in Ordnung ist. Für bekannte Ist-Wetterdaten 24, welche für jeden Mast 16 vorliegen, kann unter Verwendung von Ist-Schwingungsdaten 26, die am Mast durch ein
Sch wingungs s ignal erfasst wurden, durch das neuronale Netz ein Kennwert berechnet werden. Der von dem neuronalen Netz 22 ausgegebene Kennwert kann mit dem für den jeweiligen Mast 16 bekannten Kennwert verglichen werden und eine bestimmte Abweichung kann in das neuronale Netz zurück gekoppelt werden. Dieses Anlernen des neuronalen Netzes 22 kann für verschiedenste Masten 16 mit unterschiedlichsten Eingangsgrößen durchgeführt werden, bei denen jeweils bekannt ist, ob der Mast hinsichtlich seines Kennwertes in Ordnung ist oder nicht in Ordnung ist. Das Ergebnis der Berechnung des neuronalen Netzes 22 kann mit dem tatsächlichen Kennwert des Mastes verglichen werden und das neuronale Netz 22 entsprechend angelernt werden.
Nach dem Anlernen des neuronalen Netzes 22 ist es möglich, diesem für jeden Mast 16 Ist-Winddaten 24 und weitere Parameter als Eingangsgrößen (welche beim Anlernen ebenfalls berücksichtigt wurden), wie beispielsweise Masthöhe, Topologie, Mastabstand, Masttyp und dergleichen, wie oben beschrieben, zuzuführen. Unter Verwendung dieser Eingangsgrößen und des zuvorigen Anlernens ist es möglich, dass das neuronale Netz 22 einen Kennwert für den Mast 16 ausgibt, der angibt, ob der Mast in Ordnung ist oder nicht in Ordnung ist.
Auch ist es möglich, wie in der Fig. 6 gezeigt, für eine Vielzahl von Masten 16 jeweils Ist-Messwerte und Ist-Parameter in einem Datensatz 30 zu bestimmen. Anhand der Vielzahl von Datensätze 30 können die Masten 16, für die jeweils ein Datensatz 30 vorliegt, miteinander verglichen werden. Dabei ist es möglich, aus den Datensätzen 30 eines jeden Mastes denjenigen Messwert zu verwenden, der bei in etwa gleichen Umweltbedingungen erfasst wurde. Dann kann ein Mittelwert über alle Masten 16 errechnet werden und der Datensatz 32, der beispielsweise um einen Mindestwert von dem Mittelwert abweicht, identifiziert werden. Somit kann aus der Vielzahl der Messergebnisse ein Mast 16 identifiziert werden, der zu den anderen Masten verschieden ist und gegebenenfalls ausgetauscht werden muss.
Auch ist es möglich, für einen Mast 16 eine Reihe an Messwerten 34 zu erfassen. Diese Reihe an Messwerten 34 kann für einen einzigen Mast 16 erfasst werden.
Anschließend ist es möglich, Messwerte der Messreihe, die bei gleichen
Umweltbedingungen erfasst wurden, miteinander zu vergleichen und zu überprüfen, ob sich die Messwerte trotz gleicher U m weltb edi ngungen verändert haben. Liegt eine signifikante Veränderung über einen Grenzwert vor, so kann daraus geschlossen werden, dass sich an dem Mast 16 etwas verändert hat. Je nachdem, wie die
Veränderung ist, kann auch geschlossen werden, dass der Mast 16 ausgetauscht werden muss. Mit Hilfe des gegenständlichen Verfahrens ist es möglich, eine automatisierte Ferninspektion von Masten durchzuführen.
Bezugszeichenliste
2 Messwertaufnehmer
4 Energiespeicher
5 Prozessor
6 Sensor
8 Kommunikationseinrichtung
10 Auswerteeinrichtung
12 Manschette
14 Energiewandler
16 Mast
18 Versorgungsleitung
20 Glasfaser
16a Mastabstand
16b Windrichtung
16c Bäume
16d Hügel
24 lst-Winddaten
26 Ist-Messdaten
22 neuronales Netz
30 Datensätze
32 Identifizierter Datensatz
34 Messwertreihe

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Messsystem zur Klassifizierung von Masten eines Versorgungsnetzes,
insbesondere eines Energieversorgungsnetzes oder eines
Telekommunikationsnetzes umfassend:
einen Messwertaufnehmer,
eine Befestigungseinrichtung eingerichtet zur Befestigung des
Messwertaufnehmers an dem Mast,
einen in dem Messwertaufnehmer angeordneten Sensor eingerichtet zum Erfassen zumindest eines Messwertes,
einer in dem Messwertaufnehmer angeordneten Kommunikationseinrichtung eingerichtet zur Übermittlung des durch den Sensor erfassten Messwertes an eine Auswerteeinrichtung, wobei zumindest der Sensor und die
Kommunikationseinrichtung energetisch eigengespeist sind
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinrichtung zum Empfangen des Messwertes und zumindest einem zusätzlichen U mweltparameter eingerichtet ist und dass die
Auswerteeinrichtung abhängig von dem Messwertes und dem
U mweltparameter einen den Mast mechanisch beschreibenden Kennwert ausgibt.
2. Messsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messwert die Eigenschwingung des Mastes umfasst.
3. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass an dem Messwertaufnehmer ein Energiewandler, eingerichtet zum
Wandeln von kinetischer Energie oder Lichtenergie in elektrische Energie und zum elektrischen Speisen zumindest des Messwertaufnehmers mit elektrischer Energie angeordnet ist.
4. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinrichtung in dem Messwertaufnehmer angeordnet ist oder dass die Auswerteeinrichtung räumlich von dem Messwertaufnehmer entfernt angeordnet ist.
5. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Übermittlung des
Messwertes und/oder des Kennwerts eingerichtet ist, insbesondere dass die drahtlose Übermittelung per Mobilfunknetz oder Weitfunk, insbesondere LoraWAN Weitfunk erfolgt.
6. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kommunikationseinrichtung zur drahtgebundenen Übermittlung des Messwertes eingerichtet ist, insbesondere dass die Übermittelung per Glasfaser erfolgt.
7. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messwertaufnehmer einen Neigungssensor und/oder einen
Beschleunigungssensor aufweist und dass der Messwertaufnehmer von zumindest einem, bevorzugt allen Sensoren zu einen gleichen Zeitpunkt jeweils einen Messwert aufnimmt.
8. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kommunikationseinrichtung dem Messwert einen Zeitstempel und/oder eine laufende Nummer zuordnet und den Messwert zusammen mit dem Zeitstempel und/oder der laufenden Nummer übermittelt.
9. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinrichtung bei einem Empfang des Messwertes dem empfangenen Messwert einen Zeitstempel und/oder eine laufende Nummer zuordnet.
10. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kommunikationseinrichtung einen Satz an Messwerten übermittelt.
11. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Kommunikationsgateway Messwerte von einer Mehrzahl an
Messwertaufnehmer über einen ersten Kommunikationskanal empfängt und die empfangenen Messwerte gebündelt an die Auswerteeinrichtung über einen zweiten Kommunikationskanal übermittelt.
12. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messwertaufnehmer in einem oberen Drittel des Mastes mit einem Abstand zu den am Mast angeordneten Versorgungsleitungen dauerhaft angeordnet ist.
13. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der den Mast mechanisch beschreibenden Kennwert eine Steifigkeit des Mastes umfasst.
14. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinrichtung als Eingangsgrößen zumindest einen Messwert und zumindest einen Umweltparameter empfängt und als Ausgangsgröße den den Mast mechanisch beschreibenden Kennwert ausgibt.
15. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Eingangsgrößen insbesondere Wetterdaten, eine Topographie des Maststandortes, ein Typ des Mastes, eine Anschlusstopologie des Mastes, eine Entfernung des Mastes zu einem Nachbarmast, eine Masthöhe, ein Datum sind.
16. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingangsgrößen und die Ausgangsgröße in einem neuronalen Netz angelernt sind.
17. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteeinrichtung als Eingangsgrößen eine Mehrzahl an
Messwerten von an verschiedenen Masten angeordneten Messwertaufnehmern empfängt und für zumindest einen der Messwerte eine Abweichung des Messwertes von der Mehrzahl der Messwerte bestimmt.
18. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Messwertaufhehmer eine Zeitnormale empfangen und erfasste Messwerte mit einem Zeitstempel abhängig von der Zeitnormalen übermitteln.
19. Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingangsgrößen zeitlich synchronisiert sind.
20. Mast mit einem Messsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche.
21. Verfahren zum Bestimmen eines einen Mast beschreibenden Kennwertes bei dem:
zumindest ein Messwert durch einen Messwertaufnehmer an einem Mast wird, der erfassten Messwerte an eine Auswerteeinrichtung übermittelt wird, in der Auswerteeinrichtung der erfasste Messwert zusammen mit zumindest einem Umweltparameter ausgewertet wird und abhängig von der Auswertung der Kennwert bestimmt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Auswertung der Messwert zeitlich mit dem Umweltparameter korreliert wird.
23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Messwert und die Umweltparameter als Eingangsgrößen eines neuronalen Netzes ausgewertet werden und dass der Kennwert von dem neuronalen Netz ausgegeben wird.
24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass einem Mehrzahl an Masten in einem Cluster zusammengefasst werden, wobei das Cluster abhängig von zumindest einer Masthöhe, einer Topographie des Mastsstandortes, einem Typ des Mastes, einer Anschlusstopologie des Mastes und/oder einer Entfernung des Mastes zu einem Nachbarmast ist und wobei die Messwerte in einem Cluster zur Auswertung miteinander verglichen werden.
25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Umweltparameter abhängig von einem Maststandort einem Messwert zugeordnet werden.
26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Messwerte von einem Messwertaufnehmer durch die Auswerteeinrichtung gepollt werden.
27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die energetische Eigenspeisung des Messwertaufnehmers derart ist, dass eine Messung und Übertragung des Messwertes einen zeitlichen Abstand von zumindest einem Tag haben.
EP19721286.3A 2018-08-14 2019-05-02 Messsystem zur klassifizierung von masten sowie verfahren hierfür Pending EP3837751A1 (de)

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DE102018119679.2A DE102018119679A1 (de) 2018-08-14 2018-08-14 Messsystem zur Klassifizierung von Masten sowie Verfahren hierfür
PCT/EP2019/061272 WO2020035179A1 (de) 2018-08-14 2019-05-02 Messsystem zur klassifizierung von masten sowie verfahren hierfür

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