Energi Norge

Innhold

Resultater og måloppnåelse for Optimalt design av lineoppheng i kraftledninger

Forskningsprosjekt, Strømnett

Publisert

Bildet av en flumarkør som henger i et fjordspenn

Flymarkører over Hellemofjorden 420 kv linje Ofoten-Kobbelv. Foto: Statnett

Forskningsrapporten viser at ved å bruke parallelle liner med jevnt fordelte avstandsstykker i loopen (dobbel loop), så øker stivheten til omføringsloopen slik at egenfrekvensen øker og resonans med vinden unngås eller reduseres. Dette gir igjen redusert utsving i omføringsloopen.

 

Simuleringene viser at antall avstandsstykker har stor betydning for å øke stivheten, og dermed redusere utsvinget, til en dobbel loop. Avstanden mellom de to lederne i dobbelloopen har mindre betydning for stivheten. Avstanden kan dermed velges slik at det blir en så praktisk utførelse som mulig. Det er svært vanlig å skjøte loopen ved å bruke to parallellklemmer. Resultatene viser at dette er en uheldig løsning, som gir vesentlig større utsving enn en enkel gjennomgående loop. Det anbefales at loop med skjøt utformes som en dobbelloop. Det vil si at hver ende føres opp til avspenningsklemmen på motsatt side og klemmes fast der.

I hengeklemmer kan linene få utmattingsbrudd når linene vibrerer. Bruddene oppstår hovedsakelig fra klemstykket og fram til siste opplagerpunkt i både ytre og indre trådlag. Det mest kritiske punktet er ved kanten av klemstykket, som gjør det vanskelig å registrere skaden ved tilstandskontroll. For spenn uten dempere anbefales det at forholdet mellom horisontalt strekk og egenvekten pr lengdeenhet (faktoren H/w) for spennet holdes under en gitt verdi. For spenn som ligger utenfor den anbefalte grenseverdien, anbefales det å gjennomføre en detaljert beregning av vibrasjonsnivået for å sikre at planlagt dempning er tilstrekkelig til å beskytte spennet mot skadelige vibrasjoner.

Boltede klemmeforbindelser kan løsne og føre til fretting og utmattingsbrudd i linen hvis komponentene "setter" seg. Problemet kan reduseres ved å designe et klemmesystem, som er mer elastisk og dermed gjør kraftreduksjonen mindre. Dette kan oppnås ved å benytte lange slanke skruer med høy strekkfasthet og selvlåsende gjengeprofil, store kraftfordelende underlagsskiver og tallerkenfjærer, som lettere tar opp dimensjonsforandringer. Laboratorietester viste at økt elastisitet ved bruk av tilpassede tallerkenfjærer, underlagsskiver og gjentatt kompresjon av linen, som oppnås ved ettertrekking av boltene, kan halvere kraftreduksjonen i klemmene.

Resultatene viser at relativt enkle justeringer av opphengs systemenes design vil forbedre kraftledningenes driftssikkerhet. Dette oppnås ved at designløsningen gir økt redundans, den reduserer sannsynligheten for linebrudd og gjør det lettere å finne eventuelle trådbrudd ved tilstandskontroll. Dette skyldes at trådbruddene nå i hovedsak vil oppstå i ytre trådlag, fordi den avstivede loopen reduserer svingeamplituden. Utmattingsbrudd i ytre lag oppstår ved liten svingeamplitude mens utmattingsbrudd i indre lag aktiveres ved stor amplitude. Dermed vil tilstandskontroll med visuelle metoder avdekke liners nedbrytning tidligere enn med dagens design.

Den anbefalte designen med doble looper, vil medføre marginalt lengre reparasjonstid på grunn av bruk av doble liner med fordelte avstandsstykker.

Prosjektet har dermed oppnådd to av sine tre målsetninger, nemlig reduserte avbruddskostnader og bedre muligheter for tilstandskontroll av kritiske stresspunkter i opphengs systemet. Det tredje målet om reduserte reparasjonstider, er strengt tatt ikke nådd, men en marginal økning av reparasjonstiden vurderes som akseptabel i forhold til nytten av de oppnådde målene. 

Viktige FoU-oppgaver og FoU-miljøene

De viktigste FoU-oppgavene i prosjektet har vært å klarlegge nedbrytningsmekanismene og deres spesielle lokalisering, å gjennomføre multifysikkmodellering og strukturmekaniske analyser av 2D- eller 3D geometrier og analysere de koblede fysiske fenomenene, å bygge opp testjigg og gjennomføre eksperimentelle vibrasjons- og utmattingstester i laboratorium.

FoU-oppgavene har vært gjennomført av SINTEF Energi, hvis kompetanse og forskningsinfrastruktur har vært essensiell for forskningseffektivitet i prosjektet.

Betydning/Nytteverdier av resultater

Prosjektet har identifisert de grunnleggende fysiske fenomenene som medfører de fleste utmattingsbruddene i liner, hvilket i sin tur kan anvendes til å designe komponenter og opphengs system med andre egenskaper enn i dag. Prosjektet har gjennom analyser og eksperimentell testing anbefalt en endret design på opphengs system for liner i kraftmaste, som med stor sannsynlighet vil gjøre kraftledninger mer robuste mot utmatting som følge av vindpåkjenning. Det er ikke utført verifikasjon av anbefalte design løsninger annet enn i laboratorium med vibrasjonspåkjente liner.

Nytteverdien av dette er reduserte avbruddskostnader i samsvar med målsetningen, forutsatt at nettselskapene benytter den anbefalte designen ved reparasjon på eksisterende kraftledninger og ved bygging av nye. Den anbefalte designen av loopene vil med dagens linjemateriell medføre marginalt høyere materialkostnader for looper, og marginalt høyere reparasjonskostnader. Selv om den anbefalte designen ikke krever utvikling av nye komponenter, antas det å være et potensial for ytterligere nytte ved innovasjon hos produsenter av linjemateriell.

Prosjektet ble støttet av Norges forskningsråd.

Resultatene fra prosjektet er tilgjengelig i vår nettbutikk

Les mer om utfallet av prosjektet her:

  1. Nyhet, Strømnett

    Reduksjon av avbruddskostnader med 50 til 70 millioner kroner

    Energi Norge og en rekke nettselskap med støtte fra Forskningsrådet, satte i 2013 i gang forskningsprosjektet "Optimalt design av lineoppheng i kraftledninger". Prosjektet er nå ferdig og resultatene viser at bedre løsninger for kraftlineoppheng vil redusere avbruddskostnader med 50 til 70 millioner kroner per år.