ES2415580A1 - Aparato para la monitorización de cables aéreos - Google Patents

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ES2415580A1 ES201131898A ES201131898A ES2415580A1 ES 2415580 A1 ES2415580 A1 ES 2415580A1 ES 201131898 A ES201131898 A ES 201131898A ES 201131898 A ES201131898 A ES 201131898A ES 2415580 A1 ES2415580 A1 ES 2415580A1
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Abstract

La invención a la que se refiere la presente memoria trata de un aparato para la monitorización de cables aéreos que, instalado en uno de los extremos de un cable es capaz de obtener información de los cambios en sus parámetros mecánicos y dimensionales debido a su uso o envejecimiento. El aparato consta de cinco bloques principales: Medios de medición de ángulos, Medios de calibración, Medios de proceso electrónico de datos, Medios de decisión, Medios de comunicaciones.

Description

APARATO PARA LA MONITORIZACIÓN DE CABLES AÉREos
5
OBJETO DE LA INVENCIÓN
10
La invención a la que se refiere la presente memoria trata de un aparato para la monitorización de cables aéreos que, instalado en uno de los extremos de un cable es capaz de obtener información de los cambios en sus parámetros mecánicos y dimensionales debido a su uso o envejecimiento.
15 20 25
CAMPO DE LA INVENCION La presente invención tiene su desarrollo en muy variados campos relacionados con cables aéreos. A nivel recitativo pero no limitativo podemos hablar de su utilización en el campo de las industrias de transmisión de energía eléctrica de alta tensión por líneas aéreas, así como en el ámbito ferroviario para la supervisión de los cables empleados para alimentar a las locomotoras eléctricas o cualquier vehículo o aparato que necesite ser alimentado mediante una línea eléctrica colgada entre, al menos dos puntos. Evidentemente, los sistemas de transporte como el teleférico y similares también pueden beneficiarse de este aparato para su supervisión mecánica.
3 O
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En mediante empleados los sistemas de líneas de alta transportan una distribución de tensión aéreas los enorme cantidad de
energía cables energía
con
voltajes muy elevados que son peligrosos para los
seres
humanos, animales e instalaciones que se
encuentran
en sus proximidades.
Para evitar daños en las proximidades de las líneas de alta tensión las distintas normativas eléctricas en el mundo regulan las distancias mínimas a las que dichas líneas pueden estar del suelo o de los elementos arriba mencionados. Es especialmente delicado el caso de catenarias que cruzan vías de comunicaciones y edificios o poblaciones.
Los cables aéreos, y otros sistemas de transporte basados en cables aéreos, sufren cambios estructurales y mecánicos debidos a distintos factores. Entre ellos destacan la temperatura (dilatación longitudinal), el peso de la gravedad o de los elementos colgados de la catenaria, y determinados factores ambientales como la nieve y el hielo que puede acumularse en el cable.
Todos los factores mencionados arriba hacen que la distancia del punto mínimo del cable cambie y, por tanto, sea necesario tener en cuenta los factores máximos para evitar que en el caso peor dicha distancia sea inferior a los límites de seguridad. En la figura 1 aparecen esquemáticamente todos los parámetros fundamentales de un cable aéreo y su catenaria que, por diseño, debe cumplir determinados requisitos.
Por otra parte la monitorización o supervisión en tiempo real (o continua) es muy importante desde el punto de vista de la gestión de la energía suministrada por la red eléctrica, ya que el aumento de consumo demandado por necesidades de la población y la industria debe ser suministrado aumentando la corriente que circula por dichas líneas que debido a las pérdidas producidas por efecto Joule se calientan produciendo, por tanto una dilatación proporcional a dicha
5 temperatura lo que producirá un decremento en la distancia de la catenaria al suelo al producirse un incremento en la longitud del cable aéreo.
Sin embargo, la medida de la temperatura del cable
10 no es suficiente por cuanto el cable puede estar sufriendo además tracciones debidas al peso de objetos sujetos al cable, hielo o nieve tal corno se explicó arriba.
15 Es bien sabido que la catenaria que forma el cable aéreo cumple la siguiente ecuación, extraída de, Antonio Angulo Alvarez "Cálculo mecánico de los conductores de líneas eléctricas Aéreas" Revista Obras Públicas, Marzo 1965, pags. 213-222:
2 O Z =~(e; +e-;J
Siendo Z la altura de la catenaria en el punto longitudinal x y a es la altura mínima de la catenaria.
25 Además, se cumple que,
T -senrp = s(x)p
Siendo T la tensión o esfuerzo mecánico al que está sometida la catenaria, s (x) la longitud del arco 30 de la catenaria en el punto x, p el peso por unidad de longitud de la catenaria y rp es el ángulo de la
catenaria en el punto x.
Por otra parte, desarrollando la fórmula de la catenaria, se demuestra que:
dZ l(:~ _!...J
-
=-ea -e a =tgrp
dX 2
y operando,
a
cosrp=
Z
y despejando,
a = Z·cosrp
Siendo Z la altura del punto de la catenaria donde se mide el ángulo rp. Por tanto, la altura minima de la catenaria es proporcional al coseno del ángulo medido en el punto elegido de la catenaria.
Asi, partiendo de los parámetros de la catenaria, una de las aproximaciones a la misma solución planteada en esta patente es la propuesta por la empresa Nexans en su producto CAT-1 que emplea la medida de la tensión mecánica (T) a la que está sometido el cable de la catenaria mediante células de carga conectadas en los extremos de la misma. Está demostrado que con el dato de la tensión se pueden extraer también los parámetros de la catenaria.
Stewart et al en su patente US 6,873,746 emplea un dispositivo de imágenes para monitorizar los cambios en la posición de la catenaria colocado en los extremos de la catenaria basado en la captura de imágenes y sus diferencias en el tiempo de modo que permite dar una alarma en función de dichos cambios.
,
El mayor inconveniente de todas las implementaciones anteriores es que su complej idad de instalación y mantenimiento asi como el coste, que es elevado y, por tanto, en la actualidad inviable para su
instalación en todos las cables aéreos existentes, lo que limita su utilización para la gestión de la demanda de energía en las redes eléctricas por ejemplo, ya que cualquier catenaria que forme parte de la línea de distribución puede estar en una situación peligrosa para la propia instalación o su entorno más próximo ya que todas están sometidas a la misma corriente pero a distintas condiciones ambientales o de tracción, por lo que es necesario conocer la situación de todos los cables aéreos y de todas las catenarias y no solo de algunas de ellas.
Por otra parte, especialmente el sistema de CAT-1 de Nexans para medir la tensión del cable debe ser insertado entre dos puntos de conexión de la catenaria por lo que el coste de instalación es muy elevado además de requerir la desconexión de la línea y el empleo de personal y herramientas muy especializados.
Para finalizar, el tamaño y consumo de las soluciones anteriores son elevados y deben estar en lugares donde el acceso es complicado y sujeto a inclemencias del tiempo. Por tanto, es necesario un sistema sencillo de fijar, robusto y de bajo consumo para evitar la necesidad de grandes fuentes de alimentación y necesidad de refrigeración o calefacción para mantener su funcionamiento correcto.
De todo lo anterior se deduce la necesidad de una dispositivo que permita, por una parte simplificar su instalación y por la otra reducir su coste para que sea posible su instalación en toda la red eléctrica permitiendo una verdadera monitorización de la red.
Este dispositivo de monitorización puede ser empleado en cualquier sistema que requiera la utilización

una catenaria tanto para aplicaciones de transporte de . energía como para el transporte en general, entre otros.
No se conoce la existencia de antecedentes, patentes o modelos de utilidad, cuyas características sean iguales o similares a las preconizadas en la presente invención.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención a la que se refiere esta descripción consiste en un aparato para la monitorización de cables aéreos que, instalado en uno de los extremos de un cable es capaz de obtener información de los cambios en sus parámetros mecánicos y dimensionales debido a su uso o envejecimiento.
En esencia se trata de implementar un aparato que mida ángulos absolutos o relativos, como un inclinómetro, conectado en algún punto de la catenaria del cable aéreo y fij ado de: una manera solidaria con ella.
Para la correcta implementación del resultado, el sistema consta de diversos elementos:
-
medios para medir ángulos (por ejemplo un inclinómetro) fijado en, al menos, un punto de la catenaria.
Medios para medir la temperatura en el centro de la catenaria
-
medios de bloque de calibrado que adapta la medida del medidor de ángulos anterior.
-
medios de proceso electrónico que calcula los parámetros mecánicos de la catenaria a partir de la medida del ángulo.
medios de decisión que utiliza valores predefinidos para dar una alarma en función de los parámetros calculados y decide enviar la información de los parámetros medidos y/o calculados.
-
medios de comunicaciones que transmite la información para su procesado.
y el método es el siguiente:
El medio medidor de ángulos, realiza una medida del ángulo de la catenaria respecto a la horizontal que es capturado por el medio de calibrado.
Los medios de medición de la temperatura en la parte media de la catenaria informa de la temperatura.
El resultado anterior es procesado por los medios de procesado que realiza el cálculo de los parámetros de la catenaria.
Los medios de decisión utilizan la información del procesador para advertir de una situación de emergencia
o simplemente del envío de los parámetros a un centro de mantenimiento o de control.
El envío de la información se realiza mediante medios de comunicaciones que puede ser un módem que emplea cualquier medio disponible como, radio, cable, PLC (Power Line Communications), fibra óptica, e incluso el mismo cable de la catenaria.
Por parte del inventor no se conoce ninguna
anterioridad
que incorpore las disposiciones que
presenta
la actual invención, ni las ventajas que
conlleva dicha disposición.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
En primer lugar relacionamos los elementos que componen los dibuj os teniendo en cuenta que idénticas referencias se refieren a idénticos elementos
FIGURA 1. -Muestra el diagrama esquematizado de una catenaria de un cable aéreo y sus parámetros mecánicos y estructurales fundamentales empleados en los cálculos matemáticos.
FIGURA 2.-Presenta el diagrama de bloques del dispositivo de monitorización de cables aéreos obj eto de esta patente.
FIGURA 3. -Presenta una posible colocación del dispositivo obj eto de esta patente y detalle de su fijación a la catenaria.
y en todas ellas con la misma numeración se definen iguales elementos entre los que se distinguen
-
(1.1) Medios para medir ángulos, -(1.2) Medios de calibración y adaptación,
-
(1.3) Medios para el cálculo de parámetros, -(1.4) Medios para la toma de decisión de envío de datos
-
(1.5) Medios de comunicaciones, como un módem de comunicaciones con tecnología inalámbrica, cable o fibra óptica.
-
(1.7) Medios para medición de la
temperatura del cable de acero -(2.1) torre de fijación, -(2.2) aislador con fijación al cable, -(2.3) equipo de procesado conectado al
sistema de medida, -(2.4) conexión al equipo de medida, -(2.5) equipo de medida, -(2.6) cable de la catenaria monitorizada.
En el detalle: -(2.7) fijación solidaria del medidor de ángulos a la catenaria,
(2.8) medidor de ángulos.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La invención a la que se refiere la presente memoria trata de un aparato para la monitorización de cables aéreos que, instalado en uno de los extremos de un cable es capaz de obtener información de los cambios en sus parámetros mecánicos y dimensionales debido a su uso o envejecimiento.
El aparato consta de cinco bloques principales:
-
Medios de medición de ángulos (1.1), -Medios de medición de temperatura (1.7) -Medios de calibración (1.. 2) ,
...
-
Medios de proceso electrónico de datos(1.3),
-
Medios de decisión (1.4),
-Medios de comunicaciones (1.5)
Medios de medición de ángulos (1.1), que puede estar basado, por ejemplo, en un inclinómetro.
Realiza una medida del ángulo de la catenaria respecto a la horizontal en un punto de la misma seleccionado de modo que el ángulo medido no se vea influenciado por las fijaciones del cable aéreo a la torre de fijación correspondiente y donde podemos distinguir
Del cable aéreo se forma la catenaria (2.6)
-
(2.2) aislador con fijación al cable,
-
(2.3) procesador conectado a los medios
del sistema de medida,
-
(2.1) torre de fijación, entre dos ~e las cuales
(2.4) conexión al equipo de medida, -(2.5) equipo de medida, -(2.6) cable de la catenaria monitorizada.
En el detalle: -(2.7) fijación solidaria del medidor de ángulos a la catenaria, -(2.8) medidor de ángulos.
Medios de medición de temperatura (1.7) , que obtiene la temperatura de la catenaria en su parte media para discriminar si la elongación de la catenaria se debe al uso o al peso debido a la acumulación de hielo o nieve en la misma.
Medios de cal1bración (1.2), que obtiene el valor calibrado respecto a una referencia del ángulo de la catenaria y de la temperatura de la misma.
Medios de proceso electrónico de datos (1.3), en
donde el resultado del valor del ángulo de la catenaria obtenido es procesado y que realiza el cálculo de los parámetros de la catenaria.
Medios de decisión (1. 4) que utiliza la información recibida sobre el cálculo de los parámetros de la catenaria para advertir de una situación de emergencia o simplemente para el envío de los parámetros a un centro de mantenimiento o de control.
Medios de comunicación (1.5), que garantiza el envío de la información recibida y evaluada sobre la situación del cable aéreo y de la catenaria que puede ser un módem que emplea cualquier medio disponible como, radio, cable, PLC (Power Line Communications), fibra óptica, e incluso el mismo cable de la catenaria.
Actualmente existen inclinómetros de bajo coste y elevada precisión. Además, son de reducido tamaño, mecánicamente robustos, de fácil instalación y soportan temperaturas entre -50°C y 80°C por lo que se adaptan perfectamente al entorno de trabajo de esta aplicación.
Como conclusión puede afirmarse que las ventaj as de este aparato frente a otros existentes, son por ~na parte poder medir las variaciones de las catenarias en tiempo real a un menor coste, lo que redundará en la mejora de la gestión de los servicios relacionados con las catenarias como el suministro de energía y los transportes.
Por tanto, la invención que se describe constituye un potente sistema de monitorización de cables aéreos que mej ora las actuales técnicas que emplean tanto la
tensión mecánica como la imagen visual incrementando las posibilidades de estos sistemas en el futuro.
Descrita suficientemente la naturaleza de la
5 invención, así como la manera de llevarse a la práctica, debe hacerse constar que las disposiciones anteriormente indicadas y representadas en los dibujos adjuntos son susceptibles de modificaciones de detalle en cuanto no alteren sus principios fundamentales,
10 establecidos en los párrafos anteriores y resumidos en las siguientes reivindicaciones.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1ª.-APARATO DE MONITORIZACIÓN DE CABLES AÉREOS O CATENARIAS de los que instalados en uno de los extremos de un cable es capaz de obtener información de los cambios en sus parámetros mecanlCOS y dimensionales debido a su uso o envejecimiento y caracterizado por estar constituido por:
    Medios de medición de ángulos (1.1), que realiza una medida del ángulo de la catenaria respecto a la horizontal en un punto de la misma.
    Medios de medición de la temperatura de la catenaria (1.7) en su parte media
    Medios de calibración (1.2), que obtiene el valor calibrado respecto a una referencia del ángulo medido y de la temperatura.
    Medios de proceso electrónico de datos (1.3), en donde el resultado del valor calibrado es procesado y que realiza el cálculo de los parámetros de la catenaria.
    Medios de decisión (1. 4) que utiliza la información recibida sobre el cálculo de los parámetros de la catenaria para advertir de una situación de emergencia,
    Medios de comunicación (1.5), que garantiza el envío de la información recibida y evaluada sobre la situación del cable aéreo y de la catenaria.
    2ª.-APARATO DE MONITORIZACIÓN DE CABLES AÉREOS O
    CATENARIAS, de acuerdo con la reivindicación la y
    caracterizado porque el cable va fijado a las torres
    por medio de un elemento de fijación (2.1), formando
    5
    dicho cable una catenaria (2.6) que comporta un
    aislador, una fijación solidaría (2.7) del medidor de
    ángulos y un medidor de ángulos propiamente dicho.
    10
    3ª.-APARATO DE MONITORIZACIÓN DE CABLES AÉREOS O
    CATENARIAS, de los que instalados en uno de los
    extremos de un cable es capaz de obtener información de
    los cambios en sus parámetros mecanlCOS y dimensionales
    debido a su uso o envejecimiento de acuerdo con la
    15
    primera reivindicación y caracterizado porque los
    medios de medición de ángulos (1.1), pueden estar
    constituidos por un inclinómetro, que realiza una
    medida del ángulo de la catenaria respecto a la
    horizontal en un punto de la misma seleccionado de modo
    2O
    que el ángulo medido no se vea influenciado por las
    fijaciones del cable aéreo a la torre de fijación
    correspondiente.
    4ª.-APARATO DE MONITORIZACIÓN DE CABLES AÉREOS O
    25
    CATENARIAS, de los que instalados en uno de los
    extremos de un cable es capaz de obtener información de
    los cambios en sus parámetros mecanlCOS y dimensionales
    debido a su uso o envejecimiento de acuerdo con la
    primera reivindicación y caracterizado porque los
    30
    medios de comunicación (1.5) pueden estar constituidos
    por un módem que emplea cualquier medio disponible
    como, radio, cable, PLC (Power Line Communications), o
    fibra óptica e incluso el mismo cable de la catenaria.
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