SI25126A

SI25126A - Metoda za določitev dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika

Info

Publication number: SI25126A
Application number: SI201700119A
Authority: SI
Inventors: Gubeljak Nenad Dr.
Original assignee: C & G D.O.O. Ljubljana
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2017-07-31
Also published as: EP3396348A1; EP3396348B1; MA45866A; EP3396348B8

Abstract

Metoda za določitev dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika po izumu prednostno rešuje problem učinkovitega spremljanja nabiranja žleda oziroma težkega snega na vodniku (2) in to vzdolž njegovega razpona med stebroma (1) in (9) oziroma med točkama vpetja (T1) in (T2) vodnika (2). Metoda omogoča preračun geometrije verižnice vodnika (2) zaradi spremembe natezne sile (F1) oziroma (F2) v odvisnosti od temperature vodnika (2) in spremembe razlike med izračunanim kotom (alfa) vodnika (2) inizmerjenim kotom (a) vodnika (2) v območju vpetja vodnika (2) v točkah (T1) in (T2) na koncu razpona. Z usklajenostjo med temperaturo na vodniku (2) in izmerjeno geometrijo skozi temperaturni interval, omogoča metoda bolj natančno spremljanje geometrije naklonskih kotov (alha črtica) in (alfa) ter nateznih sil (F1) in (F2) v vodniku (2). Z natančnim spremljanjem geometrije ter naklona (alfa črtica, alfa) vodnika (2) in nateznih sil (F1) in (F2) se dosega večji prenos električne energije navisokonapetostnem daljnovodu, ob zagotovitvi predpisane, oziroma varne višine vodnika (2). Na osnovi spremembe dolžine vodnika (2) na razponu in s tem geometrije verižnice, metoda omogoča izračun dodatne natezne sile (F1) oziroma (F2), ki je potrebna za povečanje dolžine vodnika (2) ob upoštevanju njegove trenutne temperature. Metoda omogoča preventivno in pravočasno ukrepanje s povečanjem električnega toka, kot tudi pravočasen izklop vodnika (2) iz visokonapetostne mreže v primeru, ko porušitev daljnovodani možno preprečiti.

Description

METODA ZA DOLOČITEV DODATNIH MEHANSKIH OBREMENITEV VISOKONAPETOSTNEGA VODNIKA

Predmet izuma

Predmet izuma je metoda za določitev dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika na osnovi spremljanja spremembe kota naklona vodnika in meritve temperature vodnika, oziroma je natančneje algoritem za numerični iterativni preračun geometrije verižnice vodnika zaradi spremembe natezne sile v odvisnosti od temperature vodnika in spremembe kota naklona v območju vpetja vodnika. In je dalje metoda, ki razen preračuna nateznih sil v vodniku in izračuna naklona vodnika omogoča na osnovi posnete geometrije verižnice tudi določitev višine dodatne obremenitve vodnika zaradi žledu ali padlega drevesa in to glede na trenutno temperaturo vodnika, naklon vodnika in vremenskih razmer na trasi visokonapetostnega daljnovoda.

Tehnični problem

Tehnični problem, ki ga rešuje izum, je takšna metoda za določitev dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika, ki bo omogočala preračun sil v vodniku in poveša vodnika v poljubni točki razpona med dvema stebroma daljnovoda, v odvisnosti od spremembe temperature. Omogočala bo tudi nadzor nad varno oddaljenostjo vodnika od tal, izračun nateznih sil na mestu vpetja vodnika s konzolo na stebru, dalje spremljanje geometrije vodnika in nateznih sil v vodniku ter določanje vhodnih podatkov za določitev časa taljenja žledu na vodniku. Zagotovila bo tudi varno obratovanje daljnovoda ob spremljanju dodatnih nateznih sil v vodniku.

Stanje tehnike

Znanih rešitev za preračun geometrije verižnice visokonapetostnega vodnika je kar nekaj.

Iz teorije je znana enačba, ki jo je razvil Prof. Dr. Milan Vidmar in se uporablja za preračun nateznih napetosti in naklona visokonapetostnih vodnikov v odvisnosti od temperature in omogoča preračun vodnika v primeru spremembe temperature in s tem spremembe višinske razlike vodnika od tal. Določitev naklona vodnika v primeru ko točki vpetja vodnika nista na isti višini, temelji na dodatku razpona, ki razpon fiktivno poveča. Preračun je zasnovan na enotnem integralnem pristopu za določitev enačbe verižnice vodnika za celotni razpon med dvema stebroma daljnovoda. V izračunih se upošteva mehansko obnašanje vodnika v odvisnosti med silo, ki deluje na vodnik in med raztezkom vodnika. Meritve se običajno opravijo na novem, še ne uporabljenem vodniku v laboratorijih, lahko pa v ta namen služijo podatki, ki jih dostavi proizvajalec vodnikov.

Na samem razponu je obnašanje vodnika odvisno od montažne dolžine vodnika in višinskih razlik med točkama vpetja vodnika na pripadajoča stebra daljnovoda. V tej teoretično izpeljani enačbi se odstopanja med dejanskim in teoretičnim izračunom upoštevajo z uvajanjem konstruktivnega raztezka, ki ga je potrebno posebej določiti glede na opazovani razpon. Konstruktivni raztezek hkrati kompenzira zanemarjanje višjih členov razvoja enačbe v vrsto.

Znanih rešitev, ki bi neposredno na terenu določevale višino dodatne mehanske obremenitve daljnovoda je kar nekaj. Ena starejših rešitev temelji na uporabi dodatnega dinamometra, ki neposredno povezuje vodnik in izolator na konzoli in, ki omogoča spremljanje sprememb natezne sile v vodniku. Pri nekaterih tovrstnih

znanih rešitvah se ob meritvi nateznih sil z dinamometrom hkrati meri tudi temperatura vodnika. Zaradi spremembe temperature zraka se spreminja dolžina vodnika in s tem natezna sila v vodniku. Rešitev ima to slabost, da temelji na dveh ločenih enotah, kar zahteva dodatni montažni poseg kot tudi uskladitev meritev in medsebojno povezovanje.

Naslednja nam znana rešitev omogoča razen meritve nateznih sil in temperature še meritev kota na vodniku ob točki vpetja, temelji pa na uporabi inklinometra. Gre za neposredno preračunavanje naklona vodnika na znani oddaljenosti znotraj razpona verižnice vodnika. Težava je v natančnosti meritve kota, kajti kot vodnika je običajno manjši od 5° in hkrati natančnost meritve znaša +/-0.25°, zaradi česar izračun zateznih sil in s tem izračunan naklon vodnika nista natančno določena. Negotovost izračuna postane večja, v kolikor je vodnik bolj napet oziroma kot naklona manjši kot je to v primeru nizkih temperatur, kar lahko privede do temperaturnega krčenja vodnika ter s tem do zategovanja vodnika, ki v primeru dodatne obtežbe povzroči porušitev visokonapetostnega daljnovoda brez predhodnega opozorila.

Nadalje je znan tako imenovani sistem ASTROSE, ki temelji na avtonomnem mrežnem senzorju za spremljanje pogojev na daljnovodu in je namenjen za kontinuirane meritve temperature vodnika, za meritve naklona vodnika na mestu vpetja in za meritve vremenskih razmer, kot je temperatura okolice in podobno. Ta znan sistem omogoča spremljanje geometrije vodnika na posameznem razponu na katerem je pritrjena merilna naprava. Medsebojna brezžična povezava med merilnimi napravami, skozi več razponov v vrsti, daje operaterju v operativnem centru podatke o geometriji verižnic vodnikov. S tem sistem daje podatke o povesu oziroma naklonu vodnikov in o varnostnih višinah na posameznih razponih vodnikov, oziroma v njihovih kritičnih delih. Slabost tega sistema je, da ne predvideva oziroma ne izračunava debeline nabranega žleda na vodniku znotraj visokonapetostnega voda. Zaradi svoje občutljivosti lahko sistem sicer zaznamuje spremembo kota položaja vodnika zaradi nastalega žleda, vendar negotovost zaradi raztrosa meritev kota z inklinometrom ne omogoča zgodnjega zaznamovanja nabiranja žleda, niti ne omogoča spremljanja spreminjanja debeline žleda. Nepoznavanje debeline žleda na vodniku v trenutku meritve omejuje operaterja pri odločitvi glede potrebne višine električnega toka za preprečitev nadaljnjega nabiranja oziroma taljenja žleda. Pri tem velja, da je natančno poznavanje višine električnega toka v visokonapetostnih vodnikih odločilno za stabilnost globalnega elektrodistribucijskega sistema.

Po patentnem dokumentu WO 102443 je znana metoda za sistemsko določanje termičnih obremenitev daljnovoda, ki temelji na meritvah temperature vodnika, na tokovnih obremenitvah v vsaj eni točki na daljnovodu, kot tudi na upoštevanju temperature okolice in efektivne hitrosti vetra. Rešitev omogoča določitev dopustne termične obremenitve kot tudi tokovne obremenitve vodnika glede na rezervni poveš oziroma varnostno višino vodnika od tal ali objektov pod vodnikom.

Ta znana metoda uporablja oziroma izračunava vrednosti naklona vodnika na osnovi montažnih pogojev, pri čemer kot izhodišče upošteva ekstrapolirano temperaturo vodnika v primeru enakih meteoroloških pogojev, ko vodnik ni pod tokovno napetostjo. Preračun se vrši za celotni temperaturni interval ob upoštevanju spremembe električne/omske odpornosti in sicer od trenutne do največje dovoljene temperature vodnika. Ker rešitev upošteva le termične obremenitve je nadalje njegova slabost, da ne upošteva spremembe nateznih sil v primeru nabiranja žleda ali mokrega snega, ali drugih mehanskih obremenitev, ki vplivajo na spremembo naklona oziroma na spremembo varnostne višine vodnika.

Dalje je po patentnem dokumentu WO 2012/118523 znana rešitev termičnega obremenjevanja daljnovoda in analiza varnostne višine z uporabo lokalnega temperaturnega senzorja. Rešitev je predstavljena kot metoda za določevanje 3D oblike geometrije verižnice vodnika z lasersko opremo UDAR ob istočasnem kontaktnem, to je lokalnem merjenju temperature vodnika kot tudi temperature okolice. Na osnovi večkratnih 3D meritev geometrije verižnice pri različnih temperaturah se opravi analiza za določitev naklona vodnik in varnostnih višin, ki jih primerja z ostalimi elementi oziroma objekti na trasi, kot je vegetacijska poraščenost in podobno. Ker ta znana metoda kot vstopne vrednosti uporablja le rezultate meritev z laserskim LiDAR sistemom pri izmerjeni temperaturi vodnika in okolice ima to slabost, da ne omogoča analize geometrije vodnika v primeru dodatnih mehanskih obremenitev kot je padec drevesa na vodnik ali nabiranje žleda na vodniku. Prav tako metoda ne upošteva tokovne obremenitve vodnika zaradi česa ni možnosti tokovne regulacije obremenitve vodnika za ustavitev nabiranja žleda oziroma za spremljanje taljenja žleda. Metoda razen temperature ne predvideva drugih meritev kar pomeni, da je po delovanju žleda oziroma zaradi drugih trajnih raztezkov vodnika, potrebno ponovno opraviti meritev z LiDAR sistemom. Le občasne meritve geometrije verižnice ob kontinuiranem spremljanju samo temperatur, ne omogočajo spremljanje geometrije zaradi mehanskih obremenitev oziroma žleda.

Po patentnem dokumentu US 5,235.861 je znan sistem za spremljanje daljnovoda, ki je namenjen za določevanje naklona oziroma poveša vodnika na osnovi spremembe nateznih sil v vodniku. Merilna celica za silo je pritrjena med izolatorjem in razbremenilnim stebrom daljnovoda. Na ta način je možno meriti spremembo kota naklona na vodniku z inklinometrom in na osnovi znane vertikalne komponente sile izračunati horizontalno silo v vodniku. Na osnovi kontinuiranega spremljanja spremembe natezne sile v presledkih 5 do 10 minut se računalniško spremlja sprememba višine poveša. V primeru, če natezna sila doseže kritično velikost se ta posreduje v nadzorni center.

Čeprav sistem meri temperaturne obremenitve vodnika na dveh koncih vodnika in hkrati meri natezno silo v vodniku ob stebru in na osnovi tega zazna povečanje natezne sile zaradi nabiranja žleda, ne omogoča izračunavanja debeline nabranega žleda na vodniku ter s tem omejuje operaterja pri načrtovanju tokovnih obremenitev. Naslednja slabost je dodatna merilna celica za silo, ki je ločena od merilca temperature in kota na vodniku, kar predstavlja dodatni poseg pri montaži sistema.

Vsem predhodno opisanim znanim rešitvam je skupno, da ne omogočajo meritve in preračunavanje debeline žleda na visokonapetostnih vodnikih. Nepoznavanje debeline žleda na vodniku v trenutku meritve omejuje operaterja elektrodistribucijskega sistema pri pomembni odločitvi glede potrebne višine električnega toka za preprečitev nadaljnjega nabiranja oziroma taljenja žleda.

Problem, ki je do sedaj ostal nerešen, je natančno spremljanje geometrije verižnice vodnika ob dodatnih mehanskih obremenitvah visokonapetostnega vodnika in ob kontrolnem spremljanju naklona vodnika v območju vpetja vodnika.

Opisani tehnični problem bo rešen z metodo za določitev dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika po prijavljenem izumu, ki bo razen preračuna nateznih sil v vodniku ter izračuna naklona vodnika omogočala hkrati določitev višine dodatne obremenitve vodnika zaradi žledu ali padlega drevesa, v odvisnosti od trenutne temperature vodnika in njegovega naklona ter klimatskih razmer v okolju. Na osnovi spremljanja naklona vodnika ob točki vpetja bo mogoče določiti varno oddaljenost vodnika od tal v vsaki njegovi poljubni točki, v odvisnosti od konfiguracije terena pod razponom med dvema stebroma daljnovoda.

Opis izuma

Bistvo metode za določitev dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika po prijavljenem izumu je v tem, da na dokaj enostaven in učinkovit način omogoča natančno spremljanje geometrije verižnice vodnika za primer dodatnih mehanskih obremenitev, ob hkratnem kontrolnem spremljanju naklona vodnika v območju njegovega vpetja. Geometrija verižnice vodnika se določi tako, da se opravi meritev verižnice na različnih temperaturah vodnika. Pri vsaki meritvi s pripadajočo temperaturo se določijo geometrijske značilnosti vodnika znotraj koordinat x-y za obe točki vpetja na nosilni konzoli stebra daljnovoda, kot tudi za najnižjo točko na verižnici.

Metoda temelji na dveh ločenih mehanskih sistemih od ene točke vpetja vodnika do najnižje točke vodnika ter od te najnižje točke do druge točke vpetja vodnika na konzoli stebra.

Za izračun geometrije verižnice vodnika so bistvene oziroma značilne naslednje točke znotraj razpona med dvema stebroma daljnovoda: točki vpetja vodnika na konzolo enega in drugega stebra, najnižja točka vodnika v relativnem x-y 2D koordinatnem sistemu, točka pritrditve naprave za merjenje in izhodiščna točka relativnega x-y 2D koordinatnega sistema.

V primeru spremembe kota v točki pritrditve merilne naprave in inklinometra metoda za določitev geometrije verižnice izračuna spremembo geometrije verižnice vodnika za trenutno izmerjeno temperaturo, saj temperatura vodnika vpliva na dolžino vodnika. Zakonitost dejanskega temperaturnega raztegovanja/krčenja vodnikov se razlikuje od tovrstnih teoretičnih parametrov, zaradi česar metoda po izumu temelji na geometrijskih parametrih, ki so dobljeni na osnovi meritve geometrije pri vsaj treh različnih temperaturah vodnika.

Problem določevanja dodatne mehanske obtežbe vodnika visokonapetostnega voda rešuje metoda po izumu tako, da je z njo mogoče določiti spremembo geometrije verižnice vodnika vzdolž celotnega razpona in spremembo zateznih sil v vodniku le s spremljanjem spremembe naklona na enem mestu in hkrati spremljanjem spremembe temperature vodnika.

V primeru odstopanj med izmerjenim kotom naklona vodnika na mestu pritrditve merilne naprave in kotom, ki ga izračuna prijavljena metoda za pripadajočo temperaturo in za predvideno geometrijo, je možno oceniti povečanje dodatne obtežbe kot povečanje dodatne zatezne sile na mestu pritrditve vodnika na konzolo stebra.

S spremembo temperature vodnika se spremeni dolžina vodnika na vsaki strani oziroma na obeh koncih. Matematični algoritem za vsako stran posebej izvaja iterativni preračun in dobi različne višine najnižje točke, v primeru ko je razlika med višino vodnika v najnižji točki enaka zastavljeni vrednosti, na primer polovici debeline vodnika. V tem primeru se izračun ustavi in izpiše se nova geometrija vodnika, oziroma enačba verižnice vodnika ter vrednosti horizontalnih in normalnih sil v obeh točkah vpetja vodnika. Velja namreč, da termično obnašanje vodnika ni odvisno le od razteznostnih koeficientov, temveč tudi od načina izdelave, montaže vodnika, časa uporabe vodnika in od prestanih zunanjih vremenskih pogojev pri uporabi vodnika. Zaradi tega je potrebno opraviti več meritev geometrije na različnih temperaturah in določiti spremembo značilnih točk verižnice za obe strani vodnika, v odvisnosti od temperature.

Ob poznavanju položaja značilnih točk verižnice vodnika v obliki koordinat x-y za obe točki vpetja, kot tudi za najnižjo točko na verižnici, v odvisnosti od temperature za poljubno temperaturo vodnika, določimo aproksimativno dolžino vodnika ter opravimo opisan iterativni postopek za obe strani istega razpona vodnika s ciljem določitve nateznih sil v vodniku.

Metoda za vhodne podatke upošteva vrednosti, ki so opredeljene kot kontrolne točke verižice vodnika in sicer lego obeh točk njegovega vpetja in najnižjo točko vodnika. Na osnovi vhodih podatkov se namreč definira verižnica vodnika, natezne sile v točkah vpetja vodnika in kot naklona na mestu pritrditve merilne naprave. Metoda je programirana v računalniški program, ki primerja izračunan kot naklona vodnika z izmerjenim kotom naklona vodnika. Metoda izračuna povprečno razliko med izmerjenim in izračunanim kotom naklona ter jo opredeli s statistično gotovostjo kot trend v dlje časa trajajočem merilnem intervalu.

V primeru, če trend za izračunan kot glede na temperaturo vodnika in izmerjen kot za izmerjeno temperaturo ostaja na vodniku statistično enak pomeni, da na vodniku ni dodatne mehanske obtežbe in operaterju v nadzornem centru se izpišejo podatki o geometriji vodnika v režimu rednega obratovanja.

V primeru, če pride do statistično signifikantne spremembe v trendu, se preveri ali so vremenski pogoji ugodni za nastanek žleda, ali za nabiranje mokrega snega. Če vremenskih pogojev za dodatno obtežbo vodnika ni, je potrebno statistično opredeliti značilnost odstopanja in oceniti možnost dodatne mehanske obtežbe vodnika zaradi eliminiranja napake meritve z inklinometrom.

V primeru vremenskih pogojev, ki so ugodni za nastanek žledu oziroma nabiranja mokrega snega na vodniku, algoritem nadaljuje preračun v podprogramu Alarmžled ob upoštevanju izmerjene spremembe kota naklona in se preračuna dolžina verižnice vodnika, ki je potrebna, da bo sprememba kota naklona po metodi enaka statistično relevantni spremembi izmerjenega kota naklona. Karakteristika iztegovanja vodnika je v algoritem vpisana na osnovi laboratorijskih nateznih meritev določenega vodnika. Algoritem izračuna višino spremembe nateznih sil, ki so povzročile povečanje dolžine vodnika. Sprememba natezne sile je posledica povečanja teže po enoti dolžine vodnika. Povečanje teže pa predstavlja povprečno težo žleda ali mokrega snega vzdolž verižnice vodnika na opazovanem razponu. Algoritem sedaj izpiše operaterju podatke o geometriji verižnice kot tudi povprečno debelino žleda in preračuna čas potreben za odtajevanje žleda v kolikor ga je možno odtajevati z električnim tokom. Ob pogoju kontinuiranega merjenja in v primeru, če pride do ustavitve spremembe trenda razlike med kotom naklona vodnika po metodi in njegovim izmerjenim kotom, imamo stanje stabilnega spremljanja nabiranja žleda ali snega na vodniku in model sledi spremembam povečanja dodatne teže.

Stabilno stanje na vodniku zagotavljamo z dovajanjem dodatnega električnega toka v visokonapetostno omrežje. V primeru, če se ob povečanem električnem toku trend spremembe povečuje pomeni, daje nabiranje žleda izrazito intenzivno, kar lahko povzroči naraščanje nateznih sil čez trdnost vodnika in taljenje samo s povečanjem toka ni več mogoče. Na osnovi te informacije lahko operater pravočasno izklopi daljnovod iz omrežja pred porušitvijo stebrov ali samega vodnika.

V drugem primeru, če pride do statistično signifikantnega zmanjševanja kota na merjenem mestu, je nastopilo odtajevanje žleda, kar se zazna po ustavitvi spremembe zmanjšanja trenda razlike med izračunanim in med izmerjenim kotom naklona vodnika, zaradi česar dodatne obremenitve na vodniku ni več. Novo nastale razmere predstavljajo novo trajno geometrijo verižnice vodnika, z novo najnižjo točko in nateznima silama na mestu vpetja kar pomeni, da se lahko nadaljuje kontinuirano spremljanje prenosa električne energije v daljnovod. S ponovnim preračunom geometrije verižnice vodnika dobimo višino vodnika od poljubne točke nad tlemi.

V primeru, ko po nabiranju in odtajanju žleda na vodniku pride do trajne spremembe kota naklona na mestu pritrditve merilne naprave, določi metoda dolžino dodatnega trajnega raztezka in poda operaterju informacijo ali je potrebno vodnik prednapeti brez potrebe, da se opravi vnaprejšnja fizična revizija višine vodnika na trasi. S tem dobi operater natančen podatek o dolžini potrebnega skrajšanja oziroma ponovnega napenjanja vodnika.

Glede na predhodne navedbe velja, da temelji metoda po izumu na razvoju sistematične metode za določitev dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika, ki bo lahko omogočala:

• preračun sil in poveša oziroma naklona vodnika v poljubni točki razpona, za določitev pravilne višine stebra na trasi daljnovoda, v odvisnosti od spremembe temperature, • nadzor varne oddaljenosti vodnika od tal, za preprečitev visokonapetostnega preboja elektrike glede na konfiguracijo terena pod razponom, v primeru dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika, na osnovi spremljanja spremembe kota naklona in temperature ob vpetju vodnika na konzolo stebra, • izračun nateznih sil na mestu vpetja vodnika na stebru, ob upoštevanju temperaturne razlike in spremembe naklona vodnika ob vpetju vodnika na konzolo stebra, • spremljanje geometrije vodnika in nateznih sil za doseganje maksimalne izkoriščenosti količine prenesene električne energije na visokonapetostnem daljnovodu, oziroma za doseganje maksimalne termične obremenitve vodnika, glede na temperaturo vodnika, jakosti toka v vodniku in glede na temperaturo okolice, • spremljanje geometrije vodnika in nateznih sil v vodniku ob dodatnih mehanskih obremenitvah in določitev povprečne višine oziroma debeline žleda ali mokrega snega, na opazovanem razponu, • določevanje vhodnih podatkov za določitev časa taljenja žleda glede na tokovno obremenitev visokonapetostnega daljnovoda in • zagotovitev varnega obratovanja daljnovoda ob spremljanju dodatnih nateznih sil v vodniku do kritičnega trenutka, ko bi natezne sile lahko povzročile pretrganje vodnika ali celo porušitev stebrov daljnovoda.

Natančneje bo izum opisan v nadaljevanju, na osnovi izvedbenega primera in slik, ki prikazujejo

Sl. 1 prikaz pozicije posameznih elementov razpona vodnika med dvema stebroma daljnovoda, potrebnih za izvajanje metode za določitev dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika po izumu

Sl. 2 diagram izračuna sil na temelju preračuna ravnovesja vodnika med eno in drugo točko vpetja, oziroma med enim in drugim stebrom daljnovoda

Sl. 3 diagram sprememb položaja vodnika in sprememb razdalje od točke vpetja do najnižje točke na vodniku ter sprememb natezne sile v vodniku, kot posledica spremembe naklona vodnika.

Pri tem sklicevalne oznake na slikah predstavljajo:

1- steber

2- vodnik

3- merilna naprava

4- vremenska postaja

5- merilna naprava

6- izolator

7- nosilna konzola

8- koordinatno izhodišče

9- steber

Fi- natezna sila v vodniku 2 na mestu vpetja v točki Ti,

F2- natezna sila v vodniku 2 na mestu vpetja v točki T2,

Hi- horizontalna sila

Vi- vertikalna sila

L1- dolžina vodnika 2 med točko vpetja Ti in najnižjo točko T3, l_2- dolžina vodnika 2 med točko vpetja T2 in najnižjo točko T3,

To- izhodiščna točka relativnega x-y 2D koordinatnega sistema Ti- točka vpetja vodnika 2 na konzolo 7 prvega stebra 1 T2- točka vpetja vodnika 2 na konzolo 7 drugega stebra 9 T3- najnižja točka vodnika 2 v relativnem x-y 2D koordinatnem sistemu T4- točka pritrditve merilne naprave 3 in inklinometra na vodniku 2 a - izmerjeni kot naklona vodnika 2 a' - izračunani kot naklon vodnika 2 Vhodni podatki za uporabo metode po izumu so:

x- koordinata wi- horizontalna oddaljenost med Ti in T3,

W2- horizontalna oddaljenost med T3 in T2,

W3- horizontalna oddaljenost med Ti in T4 w- horizontalna oddaljenost med Ti in T2 y- koordinata fi- naklon vodnika 2 glede na točko Ti, oziroma vertikalna razlika med Ti in T3 f2- naklon vodnika 2 glede na točko T2, oziroma vertikalna razlika med T2 in T3

Na sliki 1 je prikazana pozicija posameznih elementov razpona vodnika 2 med sosednjima stebroma 1 in 9. Konca vodnika 2 sta pritrjena na pripadajoči izolator 6, ki je nameščen na konzolo 7 na stebru 1 in na konzolo 7 nas stebru 9. Na vodnik 2 je v točki T4 pritrjena merilna naprava 3 za merjenje temperature vodnika 2, dalje za merjenje električnega toka, pritrjen pa je še inklinometer za merjenje naklona vodnika. Geometrija verižnice vodnika 2 je določena na osnovi meritev verižnice, izvedenih pri različnih temperaturah vodnika 2. Meritev se izvaja v globalnem koordinatnem sistemu χ,ν,μ z merilno napravo 5, ki je lahko laserski merilec ali druga ustrezna merilna naprava. Velja, da je potrebno meritev opraviti z zadostnim številom točk od točke vpetja Ti vodnika 2 na stebru 1 do točke T2 na stebru 9, da se z ustreznim računalniškim programom čim bolj natančno določi verižnica vodnika 2 v relativnem koordinatnem sistemu x-y, ki ima koordinatno izhodišče 8 v točki To(O,O). Na osnovi tovrstnih meritev verižnice vodnika 2 se določijo relativne 2D koordinate značilnih točk verižnice. To so koordinate točk vpetja Ti in T2, koordinate najnižje točke T3 verižnice vodnika 2, kakor tudi koordinate točke pritrditve T4 merilne naprave 3 za merjenje temperature in naklona vodnika 2.

Meritve z večjim številom točk verižnice vodnika 2 je potrebno opraviti pri različnih temperaturah vodnika 2, z namenom da se pokrije čim večji razpon njegove temperaturne obremenitve. Iz Sl. 1 je razvidno, da se na osnovi koordinat točk Τι, T2 in T3 določi vertikalni poveš fi v smeri y, ki predstavlja razliko med višinama točk Ti in T3, ter vertikalni poveš f2, kot razlika med točkama T2 in T3. V horizontalni smeri x se določi oddaljenost wi kot horizontalna razlika med točkama Ti in T3 ter T3 in T2 za preostanek razpona W2. Dolžina L1 vodnika 2 med točkama Ti in T3, oziroma dolžina L2 vodnika 2 med točkama T3 in T2, se izračunata z integracijo izmerjenih odsekov.

Metoda za izračun natezne sile F1 v točki Ti in sile F2 v točki T2 vodnika 2 temelji na preračunu ravnovesja v točki T3 med dvema mehanskima sistemoma, in sicer od ene točke pritrditve Ti do najnižje točke T3ter od najnižje točke T3 do druge točke pritrditve T2, kot je prikazano na sliki 2. Na njej je označen položaj merilne • · naprave 3 v točki T4, ki leži na razdalji W3 od koordinatnega izhodišča 8 v točki To. V stanju ravnovesja vpliva na natezni sili F1 in F2 teža vodnika 2 in s tem na položaj značilnih točk Τι, T2 in T3.

Na sliki 3 je prikazano, da v primeru zaznavanja spremembe naklona vodnika 2 iz izračunanega naklonskega kota a' na izmerjen naklonski kot a, pride v točki T4 pritrditve merilne naprave 3 do spremembe položaja iz najnižje točke T'3 v točko T3, kakor tudi do spremembe horizontalne razdalje wi v w'i zaradi česar se spremenijo vrednosti nateznih sil F1 in F2 v vodniku, oziroma njunih horizontalnih in vertikalni komponent. V kolikor pride pri meritvi temperature in naklonskega kota a vodnika 2 do spremembe naklonskega kota a' v točki T4 na mestu pritrditve merilne naprave 3 in inklinometra, se po prijavljeni metodi izračuna sprememba geometrije verižnice vodnika 2, preveri pa se tudi skladnost kota a' s temperaturo vodnika 2. Skladnost med temperaturo in kotom a oziroma kotom a' vodnika 2 se preverja na osnovi izračunane dolžine vodnika 2, saj ta vpliva na spremembo položaja najnižje točke T3 vodnika 2. Ker stanje in starost vodnika 2 vplivata na njegovo termično raztegovanje/krčenje, prihaja do odstopanja od teoretičnih koeficientov temperaturnega raztegovanja vodnika 2. Zaradi tega metoda po izumu temelji na geometrijskih parametrih, ki so dobljeni na osnovi meritve geometrije pri vsaj treh različnih temperaturah vodnika 2. Rezultati meritve geometrije se shranjujejo v bazo podatkov za računalniški program.

Določevanje dodatne mehanske obtežbe vodnika 2 po metodi je rešeno s tem, da je določevanje dodatne mehanske obtežbe možno le s spremljanjem razlike med naklonskim kotom a' in naklonskega kota a vodnika 2 na enem mestu, ob hkratnem spremljanju spremembe temperature vodnika 2. Na tej osnovi je mogoče določiti spremembo geometrije verižnice vodnika 2 vzdolž celotnega razpona med stebroma 1 in 9 ter spremembo nateznih sil F1 in F2 v vodniku 2. V primeru odstopanj med izmerjenim kotom naklona a vodnika 2 na mestu pritrditve merilne naprave 3 v točki T4 in med izračunanim kotom naklona a' in izmerjenim kotom a, se izračuna geometrija verižnice vodnika 2 po prijavljeni metodi za

pripadajočo temperaturo vodnika 2, je možno oceniti povečanje dodatne obtežbe vodnika 2, kot povečanje dodatne natezne sile Fi in F2 na mestu pritrditve vodnika 2 na konzolo Pri tem je mogoče za predvideno geometrijo oceniti povečanje dodatne obtežbe vodnika 2, v smislu povečanja dodatne zatezne sile F1 na mestu pritrditve vodnika 2 na nosilno konzolo 7 stebra 1 oziroma 9.

Velja, da se trdnostne enačbe, ki upoštevajo težo vodnika 2, njegovo termično raztegovanje in izmerjeno geometrijo vodnika 2, posebej oblikujejo za območje vodnika 2 v območju od točke vpetja Ti do njegove najnižje točke T3 in od te najnižje točke T3 do nasprotne točke petja T2. S spremembo temperature vodnika 2 se spreminjata obe njegovi dolžini L1 in L2, to je levo in desno od najnižje točke T3. Matematični algoritem posebej za vsako dolžino L1 in L2 izvaja iterativni preračun. Rezultat so različne višine najnižje točke T3, oziroma T3. V primerih ko je razlika med višino vodnika 2 od tal v najnižji točki T3 oziroma T'3 enaka za levo in desno stran z odstopanji znotraj polovice debeline vodnika, se izračun ustavi in izpiše se nova geometrija vodnika 2, ki jo ponazarja položaj točk vpetja Τι, T2 in položaj najnižje točke T3, kakor tudi vrednosti horizontalnih sil Hi in vertikalnih sil Vi v točki vpetja Ti. Identično velja za točko vpetja T2. Kot je predhodno že omenjeno, termično obnašanje vodnika 2 ni odvisno le od razteznostnih koeficientov temveč tudi od načina izdelave in montaže vodnika 2 ter od časa njegove uporabe, kakor tudi od zunanjih vremenskih pogojev.

Za vhodne podatke metoda upošteva vrednosti, ki so opredeljene kot kontrolne točke verižnice vodnika 2, to je lego obeh točk vpetja Τι, T2 in lego najnižje točke T₃.

Ob poznavanju položaja vseh značilnih točk verižnice vodnika 2 lahko, v obliki koordinat x-y za obe točki vpetja Ti in T2, kot tudi za najnižjo točko T3 na verižnici ter v odvisnosti od temperature vodnika določimo aproksimativno dolžino vodnika 2 ter opravimo opisan iterativni postopek za določitev nateznih sil F1 in F2 za obe strani istega razpona vodnika 2. Opisano je prikazano na Sl. 1 in Sl. 2. Na osnovi verižnice vodnika 2 se določi oziroma izračuna kot naklona α· v točki T4 pritrditve • ·

merilne naprave 3. Nato računalniški program primerja izračunan naklonski kot or in izmerjen naklonski kot a v točki T4, v kateri je na vodnik 2 pritrjena merilna naprava 3, kar je prikazano na siki 3.

Z metodo po izumu se v nadaljevanju izračuna povprečna razlika med naklonskima kotoma α· in a, nakar se ta razlika opredeli s statistično gotovostjo kot trend v dlje časa trajajočem merilnem intervalu, na primer 5 minut. V primeru, če trend razlike med kotoma ce in a statistično ostaja enak, metoda sporoči, da dodatne mehanske obtežbe, oziroma obremenitve vodnika 2 ni. V tem primeru se operaterju izpišejo podatki o geometriji vodnika 2 v režimu rednega obratovanja za vse kontrolne višinske točke pod vodnikom 2. Kot rečeno velja to za izračunan kot α· naklona vodnika 2 glede na temperaturo vodnika 2 in izmerjen kot a naklona vodnika 2 za izmerjeno temperaturo.

V primeru, ko pride med izračunanim naklonskim kotom α· in izmerjenim naklonskim kotom a do statistično signifikantne spremembe v trendu, se s pomočjo vremenske postaje 4 preveri ali so vremenski pogoji ugodni za nastanek žleda ali za nabiranje mokrega snega na vodniku 2, kar je prikazano na Sl. 1. Če teh vremenskih pogojev, ki bi lahko povzročili nastanek žleda in s tem dodatno obtežbo vodnika 2 ni, nastopajo pa statistično značilna odstopanja med izračunanim naklonskim kotom α· po prijavljeni metodi in izmerjenim naklonskim kotom a, računalniški program metode sporoči, da je do dodatne mehanske obremenitve vodnika 2 prišlo zaradi padlega drevesa ali česa podobnega.

Ob vremensko ugodnih pogojih za nastanek žleda oziroma za nabiranja mokrega snega na vodniku 2, se preračun po prijavljeni metodi nadaljuje v podprogramu Alarm-žled. Podaljšanje vodnika 2 je povzročila dodatna natezna sila F1 oziroma F2 na vodniku 2, ki je posledica dodatne teže žledu. V algoritmu Alarm-žled je dolžina verižnice vodnika 2, ki je potrebna za dosego spremembe izračunanega naklonskega kota α· po modelu, enaka statistično relevantni spremembi izmerjenega naklonskega kota a. Slednje velja ob predhodnem upoštevanju ugotovljene spremembe izmerjenega kota a naklona vodnika 2. Karakteristika natezna sila Fi oziroma F2 napram iztegovanju vodnika 2, je v algoritem vpisana na osnovi laboratorijskih nateznih meritev vodnika 2. Algoritem izračuna višino spremembe nateznih sil F1 in F2, ki so povzročile povečanje dolžine vodnika 2, ki se je zaznamovala kot sprememba naklonskega kota a oziroma naklonskega kota α·. Sprememba natezne sile F1 in/ali F2 je posledica povečanja teže po enoti dolžine vodnika 2. Povečanje teže vodnika 2 predstavlja povprečno težo žleda ali snega vzdolž verižnice vodnika 2 na opazovanem razponu. Algoritem sedaj izpiše operaterju podatke o geometriji verižnice kot tudi o povprečni debelini žleda na vodniku 2 in preračuna čas potreben za odtajevanje žleda, v kolikor ga je možno odtajevati z električnim tokom. Metoda omogoča, da se v tem primeru v vodniku 2 električni tok v vodniku 2 pravočasno poveča.

Ob pogoju kontinuiranega merjenja in v primeru, če pride do ustavitve spremembe trenda razlike med izračunanim naklonskim kotom α· po metodi in izmerjenim naklonskim kotom a imamo stanje stabilnega spremljanja nabiranja žleda na vodniku 2 in model kontinuirano sledi spremembam povečanja dodatne teže vodnika 2. Metoda torej omogoča, da se za dodatni električni tok v vodniku 2 hkrati preračuna tudi čas, ki je potreben za odtajanje žleda, v odvisnosti od trenutne temperature vodnika 2 in temperature ozračja.

V primeru, če se ob povečanem električnem toku trend spremembe povečuje, je nabiranje žleda izrazito intenzivno, kar lahko povzroči naraščanje nateznih sil F1 in F2 čez trdnost vodnika 2 in taljenje žleda s povečanjem toka ne zadošča več. Na osnovi te informacije lahko operater pravočasno izklopi visokonapetostni daljnovod iz omrežja pred porušitvijo vodnika 2 ali/in stebrov 1 in 9, s čemer daljnovod ne predstavlja več nevarnost električnega udara na objekte pod vodnikom 2.

V drugem primeru, ko ob povečanem električnem toku v vodniku 2 pride na merjenem mestu do statistično signifikantnega zmanjševanja naklonskega kota • ·

α· oziroma naklonskega kota a, nastopi odtajevanje žleda, kar se zazna po ustavitvi spremembe zmanjšanja trenda razlike med obema naklonskima kotoma or in a. Zazna pa se po tem, da dodatne obremenitve na vodniku 2 ni več zaznati. Novo nastale razmere predstavljajo novo trajno geometrijo verižnice vodnika 2, z novo najnižjo točko T3 oziroma Γ3 in nateznima silama F1 in F2 na mestu vpetja vodnika 2 v točki Ti in nadaljnje kontinuirano spremljanje prenosa električne energije po daljnovodu se nadaljuje. S ponovnim preračunom geometrije verižnice vodnika 2 dobimo tudi novo izhodiščno višino vodnika 2 od poljubne točke nad tlemi.

V primeru, če po predhodno opisanem nabiranju in odtajanju žleda pride do trajne spremembe kota cr naklona vodnika 2 in naklonskega kota a v točki Ϊ4 pritrditve naprave merilne naprave 3, model določi dolžino dodatnega trajnega raztezka vodnika 2 in poda operaterju informacijo ali je potrebno vodnik 2 prednapeti brez potrebe, da se opravi fizična revizija višine vodnika 2 na trasi. Operater s tem dobi natančen podatek o dolžini potrebnega skrajšanja oziroma ponovnega napenjanja vodnika 2.

Claims

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Metoda za določitev dodatnih mehanskih obremenitev visokonapetostnega vodnika (2), pritrjenega na izolator (6) na nosilni konzoli (7) stebra (1) in stebra (9), ki predstavljata točki vpetja (Ti) in (T2) vodnika (2), pri čemer točka (To) predstavlja izhodiščno točko relativnega x-y 2D koordinatnega sistema (8), za njeno izvajanje pa so namenjeni merilna naprava (3) za merjenje temperature vodnika (2) in merjenje kota naklona (a) vodnika (2), merilna naprava (5) za merjenje začetne geometrije verižnice vodnika (2) ter vremenska postaja (4) za merjenje temperature in vlažnosti ozračja, značilna po tem,

- da temelji na osnovi spremembe natezne sile (F1) v vodniku (2) na točki (Ti) in natezne sile (F2) v vodniku (2) na točki (T2), v odvisnosti od temperature vodnika (2) in spremembe izmerjenega naklonskega kota (a) ter izračunanega naklonskega kota (a) v območju vpetja vodnika (2);

- da preračun poteka na osnovi izmerjenih vhodnih podatkov, ki jih definirajo vpetje vodnika (2) v točki (Ti) na konzoli (7) stebra (1), koordinate najnižje točke (T3) vodnika (2), točka vpetja (T2) vodnika (2) na konzoli (7) stebra (9), točka (T4) pritrditve merilne naprave (3) in izmerjen kot (a) naklona vodnika (2);

- da se za določitev časa, ki je potreben za odtajanje žledu ob največjem možnem električnem toku glede na temperaturo vodnika (2) in ozračja, izvede statistično primerjalna analiza med izračunanim naklonskim kotom (a) vodnika (2) po metodi in izmerjenim naklonskim kotom (a) vodnika (2) v točki (T4) pritrditve merilne naprave (3) z inklinometrom na verižnici vodnika (2) v bližini točke (Ti) na konzoli (7) stebra (1);

- da se trajno podaljšanje vodnika (2) po prenehanju delovanja dodatne obremenitve žleda na vodnik (2) določi s ponovnim preračunom na osnovi konstantne razlike med izračunanim • · naklonskim kotom (α·) vodnika (2) po metodi in izmerjenim kotom (a) naklona vodnika (2) v primeru, ko ni pogojev za nastanek žleda, s čimer se določi nova trajna geometrija verižnice vodnika (2).
2. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da izvaja ločeno preračun za del vodnika (2) od točke vpetja (Ti) do najnižje točke (T3) in ločeno za drugi del vodnika (2) od najnižje točke (T3) do točke vpetja (T2) vodnika (2) in, da se ob ujemanju višinskega položaja najnižje točke (T3) opravi trdnostni preračun za določitev vrednosti natezne sile (F1) na mestu vpetja vodnika (2) v točki (Ti) in natezne sile (F2) na mestu vpetja vodnika (2) v točki (T2).
3. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da omogoča preračun geometrije verižnice vodnika (2) na osnovi spremembe nateznih sil (F1) in (F2), v odvisnosti od temperature vodnika (2) in spremembe izmerjenega naklonskega kota (a) ter izračunanega naklonskega kota (a) v območju vpetja vodnika (2) v točkah (Ti) in (T2).
4. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da se značilna karakteristika deformacije vodnika (2) napram natezni sili (F1) in natezni sili (F2) določa eksperimentalno in se zapiše v obliki koeficientov linearne enačbe v algoritem.
5. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da je sprememba dodatne natezne sile (F1) oziroma natezne sile (F2) posledica dodatne obtežbe na enoto dolžine vodnika (2), ki se lahko ob vremensko ugodnih pogojih za ledeni dež opredeli kot obtežba žleda ali mokrega snega, oziroma se v drugačnih vremenskih razmerah opredeli kot dodatna mehanska obtežba vodnika (2).
6. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da se na osnovi spremembe trenda razlike med kotoma (or) in (a) naklona vodnika (2) opravi preračun nove verižnice vodnika (2) in določi sprememba njegove dolžine, ki je posledica dodatne natezne sile (F1) oziroma (F2).
7. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da se razlika med izračunanim kotom (a) naklona vodnika (2) in izmerjenim naklonskim kotom (a) povečuje v primeru dodatnega povečanja debeline žleda na vodniku (2) ali padlega drevesa na vodnik (2).
8. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da ostaja sprememba trenda razlike med izračunanim naklonskim kotom (a) in izmerjenim naklonskim kotom (a) enaka v primeru, ko s tokovnimi obremenitvami vzdržujemo enako debelino žleda na vodniku (2), kar predstavlja stacionarno stanje vodnika (2).
9. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da se sprememba trenda razlike med izračunanim naklonskim kotom (a) in izmerjenim naklonskim kotom (a) zmanjšuje takrat, ko se žled na vodniku (2) tali.
10. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da na osnovi simulacijskega preračuna kontrolnih višin nad objekti oziroma drevesi pod vodnikom (2) in skozi celotni temperaturni interval daje operaterju v nadzornem centru informacijo ali je potrebno vodnik (2) prednapeti brez predhodne fizične revizije višin vodnika (2) na trasi visokonapetostnega daljnovoda.
11. Metoda po zahtevku 1, značilna po tem, da omogoča izvajanje statistično primerjalne analize med izračunanim kotom naklona (a) vodnika (2) po metodi in med izmerjenim kotom naklona (a) vodnika (2) za točko (T4) na verižnici vodnika (2), v bližini točke njegovega vpetja (Ti).