APARATO PARA LA MONITORIZACIÓN DE CABLES AÉREOS.

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.

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 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 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.

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:

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.

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

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... [Seguir leyendo]

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.