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Leiterschwingungen und ihre Auswirkungen

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Freileitungen

Zusammenfassung

Die Leiterseile von Freileitungen werden unter bestimmten Bedingungen vom Wind zu mechanischen Schwingungen unterschiedlicher Form und Frequenz angeregt, die zu erheblichen Schäden führen können. Hinsichtlich Schwingungsform, Schwingfrequenz und Höhe und Art der Beanspruchung lassen sich drei Gruppen von Schwingungen unterscheiden:

  • Relativ kurzwellige Schwingungen mit Frequenzen zwischen 5 und 50 Hz werden durch quasi laminare Windströmungen mit Geschwindigkeiten zwischen 0,5 und 10 m/s hervorgerufen. Die Schwingungsamplituden erreichen die Größe des Leiterdurchmessers. Diese Schwingungen sind Resonanzschwingungen, die durch die Wirbelablösung am Seil entstehen. Nach dem Erforscher der Wirbelablösung wird diese Art auch Kármán-Schwingungen genannt. Die Kármán-Schwingungen führen in den Leitern zu Biegewechselbeanspruchungen, die zu Ermüdungsbrüchen der einzelnen Leiterdrähte führen können.

  • Durch aerodynamische Kopplung der Teilleiter eines Bündels werden diese zu Schwingungen mit Frequenzen zwischen 1 und 3 Hz und Bewegungen der Teilleiter gegeneinander mit Wellenlängen entsprechend dem Einbauabstand des Bündelleiterfeldabstandhalters oder eines Bruchteils hiervon angeregt. Aufgrund des Anregungsmechanismus werden Teilleiterschwingungen am häufigsten zwischen waagerecht nebeneinander liegenden Teilleitern bei Windgeschwindigkeiten zwischen 4 und 18 m/s beobachtet. Teilfeldschwingungen können zu Überbeanspruchung der Bündelleiterfeldabstandhalter und der Leiter an den Einbauorten der Bündelleiterfeldabstandhalter führen. Bei großer Abstandhalterentfernung können die Teilleiter auch zusammenschlagen.

  • An Leitern mit Eisansatz, insbesondere auch an Bündelleitern, werden bei genügend heftigen Querwinden Schwingungen mit Frequenzen kleiner 1 Hz und großen Amplituden beobachtet. Amplituden bis zur Größe des Seildurchhanges in einem Spannfeld oder bis 12 m wurden gemessen. Diese Art der Leiterschwingung wird als Seiltanzen, im internationalen Sprachgebrauch als Galopping, bezeichnet. Sie kann je nach Wetterlage mehrere Tage anhalten. Durch die Tanzbewegungen kann es zwischen den Leitern zum Zusammenschlagen oder zu Überschlägen kommen, die zu Seilabbränden und zu erheblichen Störungen des Netzbetriebes führen. Beim Seiltanzen sind außerdem die eingesetzten Armaturen und Isolatoren hoch beansprucht, so daß auch dort Schäden nicht ausgeschlossen werden können.

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Abbreviations

a :

Spannweite

C D :

spezifischer Wert für die Eigendämpfung des gespannten Seiles

C w :

Faktor zur Berücksichtigung der Geländeart und des Windangriffswinkels

d :

Seildurchmesser

e :

Abstand der neutralen Achse des Drahtes zur Faser am äußersten Rand des Drahtes

E :

Elastizitätsmodul

f :

Frequenz

i :

Ordnungszahl der Schwingung

I :

Trägheitsmoment

m :

längenbezogene Seilmasse

P D :

die in Wärme umgewandelte Wirkleistung im schwingenden Seil

P w :

die vom Wind in das Seil eingeleitete Leistung

R i :

Abstand Seilachse — Seillage i

S :

Strouhalzahl

S B :

rechnerische Seilbruchkraft

S H :

Seilzugkraft

v :

Windgeschwindigkeit

W b :

Biegeamplitude im Abstand x b von der Einspannstelle

x b :

Entfernung von der Einspannstelle

y 0 :

Freifeldamplitude

β :

Schwingwinkel

εA :

maximale Dehnung in der Seilaußenlage

σ :

Spannung im Einzeldraht

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Authors and Affiliations

  1. Geschäftsgebiet Leitungsbau, Siemens AG, Erlangen, Deutschland

    Dipl.-Ing. Reinhard Fischer (Prokurist i.R., früher) & Dr.-Ing. Friedrich Kießling (Wissenschaftlicher Berater)

Authors
  1. Dipl.-Ing. Reinhard Fischer
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  2. Dr.-Ing. Friedrich Kießling
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Fischer, R., Kießling, F. (1993). Leiterschwingungen und ihre Auswirkungen. In: Freileitungen. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-97924-8_6

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