Lineoppheng. SINTEF Energiforskning AS

Transkript

1 Lineoppheng

2 Problemstilling Hva skal vi lete etter, hvor skal vi lete, hvilke metoder kan benyttes, hva er reststyrken og hvor lang restlevetid kan forventes?

3 Problemer som kan oppstå pga slitasje i lineoppheng

4 Svikt i lineoppheng Slitasje og brudd i opphengsbolt etter 15 års drift. Øyebolten glir fram og tilbake i bøylen og får lokal punktslitasje

5 Svikt i lineoppheng Slitasje i litt V-formet opphengsbøyle beregnet på ytterfasene Slitasjen i U-formede bøyler blir fordelt over en større glideflate enn i V-formede bøyler

6 Svikt i lineoppheng Slitasje i U -formet bøyle og øyebolt Punktslitasje på bøylen og bolten gir tilnærmet lik slitasje

7 Svikt i lineoppheng Slitasje i 36 år gammel opphengsbøyle og sjakkel og opphengsbolt Flere ledd fordeler slitasjen Bøylen er fastsveiset til ståltraversen Ved kraftig slitasje må traversen skiftes ut

8 Svikt i lineoppheng Slitasje i 70 år gammelt vinkeljern, som var boltet fast til ståltraversen Slitasje i 19mm opphengsbolt, som ofte brukes i kombinasjon med vinkeljernet ovenfor.

9 Svikt i lineoppheng Slitasje på V-formet opphengsbøyle beregnet på midtfasen. V-formede bøyler har ofte mer slitasje enn U-formede bøyler.

10 Kartlegging av årsaken til slitasje i lineoppheng

11 Pålitelighet Faktorer som kan påvirke sannsynlighet en for svikt i lineopphenget Systemarrangement Spennlengde Hengekjedelengde Pilhøyde Nivåforskjell mellom fasefestene Høydeforskjell mellom mastefestene på terreng Fasehøyde Horisontalvinkel Redundans Drifts- og miljølaster Korrosjonsmiljø / forurensing Is Vind Islast ved kombinasjon vind og is Vindlast ved kombinasjon is og vind Lineopphengets egenskaper Korrosjonsegenskaper Mekanisk holdfasthet Slitasjeareal Kraftfordeling Bevegelighet Montasjebeskrivelse LASTVIRKNING KAPASITET Vertikallast kjedeutsving Linestrekk ved Pilhøyde Differansestrekk i longitudinal retning Dimensjonerende styrke Reststyrke

12 Funksjonsanalyse av lineoppheng Systemarrangement

13 Funksjonsanalyse av lineoppheng Systemarrangement. Linjeprofil med angivelse av data som er nødvendig for beregning av lastvirkningene

14 Funksjonsanalyse av lineoppheng Systemarrangement. Mastebilde med eksempel på planoppheng for en 66kV-linje. 3,5m 3,5m 3,5m 0,7m 9m

15 Funksjonsanalyse av lineoppheng Komponenttyper.

16 Funksjonsanalyse av lineoppheng. Variasjon i slitasjen langs en kraftledning. Er slitasjegraden tilfeldig? Skyldes variasjonen i slitasje ulik lastvirkning i hvert mastepunkt? Skyldes variasjonen at opphengsboltene har ulike egenskaper langs linjene? 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Mast nr

17 Årsakene til svikt forts. Kartlegging av påkjenninger

18 Vindbelastning

19 Detaljanalyse av årsakene til svikt forts. / kartlegging av påkjenninger Vindbelastning Slitasjegraden i opphengsboltene langs to kraftledninger med ulik alder og vindpåkjenning Opppheng med lite nedstrekk og som utsettes for høy og vekslende vindbelastning har stor feilhyppighet Slitasjegrad i % Mastepunkt år 15 år

20 Detaljanalyse av årsakene til svikt forts. / kartlegging av påkjenninger Vindbelastning Det er erfaringsmessig størst slitasje på hengekjeden som er mest eksponert mot vindretningen Vindretning Hovedvindretning 1 Relativ slitasjegrad 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 Fase1 Fase2 Fase3 Faser

21 Årsakene til svikt forts. / kartlegging av påkjenninger Vindbelastning Slitasjegrad som funksjon av alder og vindbelastning 80 SLITASJE I OPPHENG SOM FUNKSJON AV TID I ULIKE MILJØ 70 GROV SLITASJE 60 SLITASJE I % STERKT SLITASJE Økende vind? 20 MODERAT SLITASJE 10 0 MILD SLITASJE ALDER (ÅR)

22 Detaljanalyse av årsakene til svikt forts. / kartlegging av påkjenninger Trefall Kan føre til plutselige og store påkjenninger i opphenget

23 Detaljanalyse av årsakene til svikt forts. / kartlegging av påkjenninger Snø og is Skeiv islast kan gi longitudinale krefter og glidning i bendsling Opphengsbøyler og bolter er normalt kraftig overdimensjonert i forhold til nedstrekket ved islast.

24 Detaljanalyse av årsakene til svikt forts. / kartlegging av påkjenninger Montasje Kraftig slitasje i oppheng pga. lang tid mellom montasje av opphengene og oppstrekking av linene

25 Detaljanalyse av årsakene til svikt i lineoppheng Slitasje på det bløteste materialet V = k*l*x / 3H V= slitasjevolum L= vertikallast x = bevegelseslengde H = hardheten til grunnmaterialet k = dimensjonsløs abrasiv slitasjekoeffisient

26 Lastvirkning Balansert isolatorutsving ut i fra opptredende vertikal- og horisontalkrefter som går inn mot opphengspunktet L Ki Q Ki ε i H i H i+1 δ i V i ε i = [1- V i (Q Ki /2+V i ) 2 + ΔH i 2 ] L Ki δ i = Δ H LK i (Q Ki /2+V i ) 2 + ΔH i 2

27 Lastvirkning forts. Beregnede data med fokus på vertikallast og kjedeutsving

28 Sannsynlige skadesteder Beregnet kjedeutsving og målt slitasje langs en 24km lang linje. I ca 75% av tilfellene var det sammenheng mellom utsving og relativ slitasjegrad. Hengekjedens utsving kan være en retningslinje mht. utpeking av mastepunk med sannsynlig slitasje. 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Wear rate in % Insulator swing /10 Stolpe nr.

29 Tilstandskontroll av lineoppheng Kontrollmetoder Kartlegging av tilstand / egenskapsendringer Anleggsdel Svikttype / skadeårsak Oppheng og bendsling Korrosjon, slitasje og utmattingsskader ved vibrasjon, svingninger og galloping Kontrollmetode Visuelt - Kamera- befaring i mastetopp - Stabilisert videokamerahelikopter Slitasjemåling Utladningsmåling

30 Kontrollmetoder for lineoppheng i kraftledninger forts. Direkte måling med skyvelær

31 Kontrollmetoder for lineoppheng i kraftledninger forts. Direkte måling med skyvelær d L ref L t

32 Kontrollmetoder for lineoppheng i kraftledninger forts. Direkte måling med skyvelær Bøyle d L t L Ref Bolt

33 Kontrollmetoder for lineoppheng i kraftledninger forts. Indirekte slitasjemåling vha. bildeanalyse Bøyle d L t L Ref Bolt

34 Kontrollmetoder for lineoppheng i kraftledninger forts. Slitasje i opphengsbolt og bøyle Bildet er tatt med kamera på isolerstang Graden av slitasje kan måles ved bildeanalyse

35 Slitasje i en hengeklemme registrert med et gyrostabilisert kamera fra helikopter

36 Vedlikeholdsstrategier for lineoppheng langs to kraftledninger. Alt. 1: Ingen tilstandskontroll utført langs den 15 år gamle linjen Flere havari i lineoppheng. Alt. 2: Tilstandskontroll ble utført langs den 34 år gamle kraftledningen. Alle lineoppheng ble utskiftet.

37 Vedlikeholdsstrategier for lineoppheng langs to kraftledninger. Bruddstyrke i opphengsbolt, som funksjon av slitasje Diameter 16mm, bruddlast R c = 120kN Alt 1: Havari etter 15 år ved 80-90% diameterreduksjon Alt 2: Utskifting etter 34 år med ca 10% diameterreduksjon Mangel på tilstandskriterier og skadegrenser førte til for tidelig utskifting Bruddstyrke (kn) Diameterreduksjon i %

38 Nedbrytningshastighet og estimering av levetid i opphengsbolt Slitasjeflatens endring som funksjon av diameterreduksjon i en 16mm opphengsbolt Diameteren reduseres raskt til å begynne med og langsommere når slitasjen kommer inn mot bolten Slitasjevolumet pr tidsenhet er imidlertid tilnærmet konstant uansett slitasjeflatens areal 100 Endring av slitasjeflate og nedbrytningshastighet i % Slitasjeflate Nedbr. hast Diameterreduksjon i %

39 Nedbrytningshastighet og estimering av levetid For å kunne estimere restlevetiden må vi kjenne: 1. Diameterreduksjonen, som kontrolleres etter noen års drift (t) 2. Sammenhengen mellom slitasjevolum fra en opphengsbolt, som funksjon av diameterreduksjon i %. Redusert diameter regnes om til volum av fjernet materiale 3. Reststyrke (R t ) som funksjon av restdiameter ved kontrolltidspunktet (t) 4. Dimensjonerende vertikallast i opphenget, Q d

40 Nedbrytningshastighet og estimering av levetid 2. Sammenhengen mellom slitasjevolum fra en opphengsbolt, som funksjon av diameterreduksjon i % Slitasjevolum (%) Kontroll Diameterreduksjon %

41 Nedbrytningshastighet og estimering av levetid 3. Reststyrke (R t ) som funksjon av diameterreduksjon (%) Opphengsbolt i normal og seigherdet utførelse Styrkeendring først ved ca 40-50% slitasje En 16mm øyebolt har garantert styrke, R c = 120kN Dimensjonerende styrke (R d ) kan i hht. NEK 609 utnyttes opp til 0,67 av garantert styrke (R c ), R d =0,67*120kN = 80,4kN for seigherdet utførelse Bruddstyrke (kn) U-bøyle 16mm opphengsbolt, normal type 16 mm opphengsbolt, seigherdet Diameterreduksjon i %

42 Nedbrytningshastighet og estimering av levetid 4. Dimensjonerende vertikallast i opphenget, Q d Linetype FeAl 95-26/7 Islast (50 år): 4,08kg/m Vindlast(50år): 45m/s Lasttilfelle: Maks is (våt snø) og 3års vind Isdiameter:10,3cm Linetemperatur: 0,0 o C Linetilstand : Etter sig Krav: Dimensjonerende vertikallast i opphenget < Resterende bruddstyrke i bolten, Q d < R t

43 Nedbrytningshastighet og estimering av levetid Estimert levetid som funksjon av registrert slitasje Det trekkes en rett linje fra origo og gjennom koordinatene til kontrolltidspunktet og fjernet volum Man etablerer da en trendlinje for den videre utviklingen i det aktuelle opphengspunktet LEVETID Alder KONTROLL- TIDSPUNKT SLITASJENIVÅ Slitasjevolum (%) AKSEPTABELT SLITASJENIVÅ