Galloping of Iced Bundled Conductors by CFD Work

Abstract

[ES] El galope de conductores con hielo es una forma de inestabilidad que puede surgir en cables de transmisión de energía eléctrica debido a la interacción con el viento. La acumulación de hielo sobre las superficies de los conductores provoca la generación de fuerza de sustentación y momento aerodinámico que son despreciables bajo condiciones de operación típicas. Puede desarrollarse una inestabilidad de un grado de libertad o una inestabilidad similar a la vibración de un tirón debido a la combinación de movimientos torsionales y verticales. Las frecuencias de oscilación de los ciclos límite suelen estar por debajo de 1 Hz, con amplitudes máximas de oscilación del orden de varios metros. Por lo tanto, el galope severo puede dañar significativamente los conductores y también puede provocar el colapso de las torres de transmisión. El objetivo del trabajo es desarrollar un modelo matemático para predecir las amplitudes de las oscilaciones de los conductores debido al galope. En particular, la tesis se centra en la predicción de los coeficientes aerodinámicos de haces de conductores (haces de 2, 3 y 4 cables) mediante simulaciones de CFD. En la configuración de haces y para un ángulo de ataque dado, algunos de los conductores entrarán en la estela de otros, modificando así el ángulo de ataque. Como primer paso, se aplicarán formaciones de hielo idénticas tomadas de la literatura a todos los conductores de un haz. En segundo lugar, se acoplará un modelo de acumulación de hielo con CFD para predecir la forma del hielo en los conductores de un haz y su efecto en los coeficientes aerodinámicos.

[EN] Galloping of iced conductors is a form of instability that may arise in cables for electric power transmission due to the interaction with the wind. Ice accretion over the surfaces of conductors causes the generation of lift force and aerodynamic moment that are negligible under typical operating conditions. One-degree-of-freedom instability or flutter-like instability due to the combination of torsional and vertical motions may develop. The oscillation frequencies of the limit cycles are usually below 1 Hz, with maximum oscillation amplitudes on the order of several meters. Severe galloping can thus significantly damage the conductors and may also lead to the collapse of transmission towers. The work aims at developing a mathematical model for predicting oscillation amplitudes of conductors due to galloping. In particular, the thesis focuses on the prediction of aerodynamic coefficients of bundles of conductors (2-cable, 3-cable, and 4-cable bundles) through CFD simulations. In bundle configuration and for a given angle of attack, some of the conductors will enter the wake of others, thus modifying the angle of attack. As the first step, identical ice formations taken from the literature will be applied to all the conductors of a bundle. Secondly, an ice accretion model will be coupled with CFD to predict the shape of ice on the conductors of a bundle and their effect on the aerodynamic coefficients.