ES2565352T3 - Separador amortiguador para haces de cuatro conductores - Google Patents

Abstract

Separador amortiguador para haces de cuatro cables de líneas aéreas de transporte de energía eléctrica, que comprende un bastidor (10) desde el cual salen cuatro brazos de sujeción (20a-20b), en cuyos extremos distales se proveen grapas para sujetar cables de electricidad, estando dichos brazos (20a-20c) sujetos al bastidor (10) a través de respectivas bisagras de amortiguación (30a-30c), caracterizado por que dicho separador amortiguador se configura de forma que sus frecuencias naturales en modo vertical sean más altas que sus correspondientes frecuencias naturales en modo horizontal.

Description

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descripcion

Separador amortiguador para haces de cuatro conductores Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un separador para conductores electricos multiples para Imeas aereas de transporte de ene^a electrica, en particular a un separador para haces de cuatro cables.

Antecedentes de la tecnica

Se conoce que las Imeas aereas de transporte de energfa electrica son, con diferencia, el tipo de Imea de transporte de energfa de larga distancia mas utilizado. Comprenden una pluralidad de conductores que se extienden entre postes de soporte. Normalmente y en especial en Imeas de transporte de energfa de alto voltaje que recorren largas distancias, cada conductor de Imea se compone de un haz de cables o conductores basicos, puesto que esto permite que se incremente la ene^a a transmitir, limitando perdidas y campos de perturbacion electromagnetica. Los haces mas utilizados comprenden dos, tres o cuatro cables basicos.

Evidentemente, los conductores multiples individuales deben mantenerse a una distancia apropiada entre unos y otros, preferentemente a lo largo del vano completo entre dos postes. Para dicho proposito, se sabe que es comun recurrir a separadores, fabricados de distintas formas segun el numero de conductores que constituyen el haz. En la presente especificacion, se hara referenda a separadores para haces de cuatro cables, es decir, separadores adecuados para mantener una posicion coherente entre cuatro cables pertenecientes a un haz de un conductor.

En posicion estatica, en teona basta con pocos separadores ubicados a lo largo del vano (que oscila entre 200 y 1.000 metros en longitud) para mantener los cables a una distancia correcta uno respecto del otro, lo cual define una serie de subvanos anchos. No obstante, las Imeas aereas de transporte de energfa electrica estan expuestas a condiciones atmosfericas variables que alteran la condicion de dichas Imeas y anaden fuerzas de perturbacion externas: habitualmente, el viento ejerce una accion importante sobre las Imeas aereas de transporte de energfa electrica, lo cual afecta su comportamiento dinamico.

La accion del viento provoca tres tipos de oscilaciones/vibraciones en las Imeas aereas de transporte de energfa electrica. Las vibraciones eolicas, debido al fenomeno de desprendimiento por torbellino, normalmente se manifiestan a una alta frecuencia y baja amplitud. Otro modo de oscilacion es el denominado "galope" que se origina -con baja frecuencia y alta amplitud- dentro del mismo vano (es decir, entre dos postes) y hace que los haces de cables oscilen en el piano vertical. El galope se produce en condiciones medioambientales sumamente espedficas (normalmente cuando hay acumulacion de hielo alrededor de los cables). Finalmente se producen oscilaciones de subvanos, que se manifiestan dentro del subvano individual separado mutuamente mediante los separadores y se deben a una interaccion aerodinamica (efecto estela) entre los cables a barlovento y los cables a sotavento.

En lo sucesivo se hara referenda de manera sustancial a las oscilaciones de subvanos. Este fenomeno se hizo particularmente evidente en haces de cuatro cables, en los cuales se dan las condiciones tfpicas de tener un par de cables a barlovento y un par de cables a sotavento, lo que produce efectos estela significativos. Estas oscilaciones, tambien denominadas “subvanos”, pueden dar pie a colisiones entre los subconductores multiples con tensiones considerables sobre los conductores, en las grapas de los separadores amortiguadores, lo cual puede resultar en la rotura del cable.

Todos los separadores amortiguadores de cuatro cables propuestos hasta ahora en la tecnica anterior proveen un bastidor cuadrilatero central, en cuyos vertices se disponen medios de sujecion, sujetados por sus respectivos brazos pequenos, y en cuyos extremos se tensan los cables del haz de conductores. Normalmente la estructura es simetrica, de forma tal que sea posible mantener los cuatro cables en los vertices de un cuadrilatero correctamente separados entre sf y con una carga estatica distribuida de manera uniforme.

En el pasado se han propuesto diversos dispositivos para hacer frente a las oscilaciones de subvanos.

Tradicionalmente, los brazos que sujetan los cables se montan en el bastidor cuadrilatero a traves de bisagras de amortiguacion, lo cual de por sf introduce un efecto amortiguador en las oscilaciones/vibraciones. Los separadores amortiguadores de esta clase se describen, por ejemplo, en los documentos EP0244624, US4554403 y US4188502.

Tambien en la Figura 1 que acompana a la presente, se muestra, en una vista frontal y en planta, un separador amortiguador de la tecnica anterior. Tal y como se puede apreciar, el separador amortiguador consiste de un bastidor cuadrilatero 1 en cuyos vertices se sujetan mediante bisagras cuatro brazos identicos 2a-2c, en cuyos extremos distales se sujetan los cables conductores (no representados) con grapas de tipo conocido. Cada bisagra 3a-3c que limita el bastidor 1 a los brazos 2a-2c tiene una configuracion apropiada para sujetar las grapas en la posicion deseada y amortiguar cualquier oscilacion. En particular, tal y como puede observarse en la Figura 1, las grapas se sujetan para que los cables queden virtualmente a la misma altura que el centro de rotacion de las bisagras 3a-3c (es decir, el punto de sujecion del cable y el eje de rotacion de la bisagra estan sustancialmente en

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una imea horizontal). Este diseno se considera el mas apropiado en este sector debido a que, ademas de producir una carga simetrica de las tensiones, es el que mejor permite hacer frente a las vibraciones eolicas. De hecho, dichas vibraciones eolicas habitualmente se generan en el piano vertical (coincidiendo con el eje y de la Figura 1) y, por ende, resulta util que se topen con un buen brazo de palanca definido por los brazos 2a-2c con respecto a los ejes de rotacion de las bisagras 3a-2c de manera que el sistema de amortiguacion funcione correctamente. La Figura 2 muestra un diagrama geometrico en el cual se representa esquematicamente el separador amortiguador de la Figura 1 para simulaciones dinamicas numericas. Tal y como se puede detectar, la posicion casi horizontal de los brazos y la necesidad de espaciar los cables lo mas posible hace que el bastidor central sea sustancialmente rectangular y de un tamano significativo (su altura es casi identica a la distancia vertical entre los cables).

Otra medida eficaz consiste seguramente en incrementar el numero de separadores amortiguadores en la imea de transporte de ene^a, para reducir la extension de los subvanos y, por ende, mejorar el comportamiento del haz sobre las fuerzas aerodinamicas. Cuando los cables conductores son particularmente ligeros y las condiciones climaticas son particularmente severas (altas temperaturas, tension reducida en los cables y vientos frecuentes e intensos), la oscilacion de subvanos es un problema predominante y tal vez sea necesario acortar los subvanos a alrededor de 40-45 metros. Esto no es particularmente deseable, tal y como se entendera, porque repercute en los costes tanto de los materiales como de instalacion y mantenimiento.

Como alternativa o de manera adicional, se ha sugerido aplicar dispositivos de amortiguacion apropiados a la imea de subvano, provistos de contrapesos, que actuan especialmente en modos normales de torsion. No obstante, esta solucion tambien repercute en los costes.

Compendio de la invencion

El objeto de la presente invencion es, por ende, ofrecer un separador amortiguador innovador que resuelve el problema antes mencionado, es decir el de reducir lo mas posible las oscilaciones de subvanos, sin forzar la reduccion de extension del subvano.

Este objeto se consigue con un dispositivo tal y como se define, de manera esencial, en la Reivindicacion 1 incluida en la presente. Las reivindicaciones dependientes describen caractensticas preferidas de la invencion.

En particular, de acuerdo con un primer aspecto de la invencion se provee un separador amortiguador para haces de cuatro cables de imeas aereas de transporte de energfa electrica, que comprende un bastidor desde el cual salen cuatro brazos de sujecion pequenos, en cuyos extremos distales se proveen grapas para sujetar cables de electricidad, estando dichos brazos pequenos sujetos al bastidor a traves de respectivas bisagras de amortiguacion, en donde dicho separador amortiguador se configura de forma que sus frecuencias naturales en modo vertical sean mas altas que sus correspondientes frecuencias naturales en modo horizontal.

De acuerdo con un aspecto adicional, se provee un separador amortiguador en el cual los brazos pequenos tienen ejes de referenda, que unen el punto de sujecion de los respectivos cables con el centro de rotacion de las respectivas bisagras, que forman angulos con el eje horizontal, siendo dos de dichos angulos identicos entre sf y distintos de los otros dos.

De acuerdo con otro aspecto, las bisagras de amortiguacion estan en los vertices de un bastidor cuadrilatero que tiene al menos un lado inclinado con respecto a una imea horizontal. Asimismo, de acuerdo con un ultimo aspecto de la invencion, el bastidor cuadrilatero tiene lados adyacentes no ortogonales.

Breve descripcion de los dibujos

En cualquier caso, se incluyen caractensticas y ventajas adicionales de la invencion en la siguiente descripcion detallada de una realizacion preferida, ofrecida exclusivamente como ejemplo no limitativo e ilustrada en los dibujos adjuntos, en los cuales:

Las Figuras 1 y 2, tal y como ya se menciono, representan una vista en planta y esquematica, respectivamente, de un separador amortiguador de haces de cuatro cables de una tecnica anterior;

la Figura 3 es una vista en planta frontal de una realizacion de un separador amortiguador de acuerdo con la invencion; y

la Figura 4 muestra un diagrama geometrico en el cual se representa esquematicamente el separador amortiguador de la Figura 3 para simulaciones dinamicas numericas.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

El inventor partio de la base de que, si bien las vibraciones eolicas son, con diferencia, las mas frecuentes, en los haces de cuatro cables -donde el fenomeno de oscilaciones de subvanos es igualmente importante- podna resultar ventajoso apartarse del enfoque consolidado e intentar identificar una solucion de compromiso, renunciando a parte de la eficacia contra las vibraciones eolicas.

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Partiendo de este enfoque, el inventor podna darse cuenta de que las oscilaciones de subvanos se deben a un fenomeno de inestabilidad a dos grados de libertad de la estructura mecanica sujeta a fuerzas aerodinamicas (flameo). En particular, la inestabilidad se debe al acoplamiento de un modo natural de oscilacion de subvanos horizontal con un modo natural de oscilacion de subvanos vertical (que puede resultar de un modo de torsion del vano completo).

Las frecuencias de los dos modos naturales son estructuralmente diferentes. En particular, por la configuracion conocida de los separadores amortiguadores de haces de cuatro cables simetricos y con brazos orientados identicamente (como en la solucion de las figuras 1 y 2), la frecuencia del modo vertical es mas baja que la del modo horizontal.

Se ha llegado a la conclusion de que el campo de fuerza no conservador debido al efecto estela aerodinamico -del conductor a barlovento sobre el conductor a sotavento, habitualmente en el piano horizontal- cambia progresivamente las frecuencias de los modos verticales, aumentandolos e igualandolos a los de los modos horizontales correspondientes. Cuando las frecuencias de un par de modos coinciden, la inestabilidad tipica forma conjuntos en (flameo), con un movimiento elfptico de los dos cables multiples, el cual se expande hasta un ciclo Kmite que puede hacer que los cables choquen unos contra otros o incluso se rompan.

Segun la invencion, apartandose del enfoque consolidado de una estructura simetrica, se provee un separador amortiguador con una configuracion tal que sus frecuencias de modo vertical son mayores, aunque por poco, que las frecuencias de los correspondientes modos horizontales. En dicho caso, el efecto de las fuerzas aerodinamicas tiende a apartarse de dichas frecuencias, evitando de esta manera que los dos modos se acoplen generando oscilaciones de subvanos.

La Figura 3 muestra una realizacion posible de un separador amortiguador de haces de cuatro cables que obedece al principio inventivo descrito mas arriba.

Consiste, de una manera conocida en sf misma, de un bastidor 10 provisto de cuatro brazos de sujecion perimetral 20a-20c que poseen, en sus extremos distales, grapas de ajuste para cuatro cables conductores correspondientes (no representados). Los brazos de sujecion 20a-20c estan sujetos al bastidor 10 a traves de bisagras de amortiguacion 30a-30b.

De acuerdo con la invencion, el separador amortiguador ya no esta configurado de forma simetrica, si bien los cables se mantienen en los cuatro vertices de un cuadrilatero rectangular ideal con lados horizontales y verticales. En particular, las cuatro bisagras 30a-30b estan en los cuatro vertices de un cuadrilatero que tiene al menos un lado inclinado respecto de una imea horizontal (Figura 3) y puede tambien tener lados adyacentes no ortogonales, tales como, por ejemplo, un paralelogramo (Figura 4).

Asimismo, los brazos de sujecion 20a-20b tienen ejes de referenda (es decir, el eje que conecta el punto de sujecion de cable con el eje de rotacion de la respectiva bisagra 30a-30b) que tienen angulos diferentes respecto de un eje horizontal. La Figura 4 muestra un caso en el cual los ejes de referenda de los brazos de sujecion tienen angulos de inclinacion respecto de la horizontal que son identicos entre pares, es decir dos brazos opuestos definen un angulo ai respecto de la horizontal mientras los otros dos brazos opuestos definen un angulo de referenda ci2 distinto de ai. Estos angulos oscilan entre 35 y 65 grados, teniendo preferentemente ai entre 30 y 40 grados y a2 entre 60 y 70 grados.

Con esta configuracion, se obtiene un excelente funcionamiento medio del separador amortiguador respecto de las oscilaciones tfpicas. De hecho, produce frecuencias naturales en modo horizontal mas bajas que las correspondientes frecuencias naturales en modo vertical, de este modo inhibiendo considerablemente el desarrollo de las oscilaciones de subvanos, en menoscabo de un empeoramiento leve de las vibraciones eolicas que, sin embargo, permanecen dentro de Kmites aceptables.

El excelente funcionamiento del separador amortiguador de acuerdo con la invencion se ha probado a nivel teorico a traves de una simulacion numerica. Se ha detectado que un separador amortiguador de acuerdo con la invencion permite extender considerablemente la longitud de los subvanos tambien en condiciones medioambientales cnticas, hasta en 60 metros, sin que se note un empeoramiento significativo en el funcionamiento a rafz de las vibraciones causadas por el viento.

La construccion de acuerdo con la invencion permite, entre otras cosas, definir un bastidor central de un tamano mas reducido en comparacion con la tecnica anterior, lo cual puede reducir aun mas los costes relacionados.

No obstante, se entiende que la invencion no esta limitada a las configuraciones espedficas descritas mas arriba e ilustradas, que representan unicamente ejemplos no limitativos del alcance de la invencion, pero es posible obtener un numero de variantes, todas dentro del alcance de un experto en el campo, sin alejarse del alcance de la invencion.

Claims (3)

1. reivindicaciones

   1. Separador amortiguador para haces de cuatro cables de Imeas aereas de transporte de ene^a electrica, que comprende un bastidor (10) desde el cual salen cuatro brazos de sujecion (20a-20b), en cuyos extremos distales se proveen grapas para sujetar cables de electricidad, estando dichos brazos (20a-20c) sujetos al bastidor (10) a

   5 traves de respectivas bisagras de amortiguacion (30a-30c), caracterizado por que dicho separador amortiguador se configura de forma que sus frecuencias naturales en modo vertical sean mas altas que sus correspondientes frecuencias naturales en modo horizontal.
2. 2. Separador amortiguador tal y como se reivindica en la Reivindicacion 1, en donde dichos brazos (20a-20c) tienen ejes de referenda, que unen el punto de sujecion de los respectivos cables con el centro de rotacion de las

   10 respectivas bisagras (30a-30c), que forman angulos (al, a2) con el eje horizontal que son identicos por pares y mutuamente diferentes.
3. 3. Separador amortiguador tal y como se reivindica en la Reivindicacion 1 o 2, en donde dichas bisagras de amortiguacion estan en los vertices de un bastidor (10) que tiene al menos un lado inclinado respecto de una lmea horizontal.

   15 4. Separador amortiguador tal y como se reivindica en la Reivindicacion 3, en donde dicho bastidor cuadrilatero

   tiene lados adyacentes no ortogonales.