w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 1 2 / 2 0 0 5

k a b l e i p r z e w o d y

W ciągu ostatnich dwudziestu lat w Polsce i innych krajach Europy Środkowej stan śro-

dowiska naturalnego uległ znacznej poprawie. Powodem tej zmiany były nie tylko po-

stęp technologiczny, budowa nowych instalacji oczyszczania i odsiarczania, ale również

restrukturyzacja przemysłu i zamknięcie wielu zakładów przemysłu ciężkiego. W skali

całego kraju emisja pyłów przez przemysł zmniejszyła się w ciągu ostatnich 25 lat pra-

wie 20 razy, a dwutlenku siarki i tlenków azotu około dwukrotnie [1].

58

k a b l e i p r z e w o d y

wpływ spadku zanieczyszczenia

atmosfery na izolację linii

i stacji napowietrznych

dr inż. Krystian Leonard Chrzan – Politechnika Wrocławska

I

zolacja linii przesyłowych w naszym
kraju dobierana była przed laty we-

dług uproszczonej procedury. Obszar
Polski został podzielony na dwie stre-
fy zabrudzeniowe: II (dla linii przebie-
gających przez tereny rolnicze z dala
od ośrodków przemysłowych) i III (dla
linii przebiegających w pobliżu ośrod-
ków przemysłowych). Klasyfikacja ta
jest zgodna z polską normą PN-E-06303
i normą międzynarodową IEC 60815
[2], w której I strefa oznacza teren
o bardzo małym zanieczyszczeniu
i opadzie pyłu mniejszym niż 1,8 g/m

2

na dobę, a strefa IV – teren o bardzo
dużym zanieczyszczeniu i opadzie
pyłu powyżej 7,2 g/m

2

na dobę. Jednak

obecnie tereny zurbanizowane stano-
wią od ponad 10 lat I strefę zabrudze-
niową, na Górnym Śląsku istnieje kil-
kanaście małych miejskich enklaw, na
których opad pyłu wynosi od 200
do 300 g/m

2

na rok [3]. Oznacza to, że

nawet w tych najbardziej zanieczysz-
czonych miastach opad pyłu jest mniej-
szy od 1 g/m

2

na dobę, a więc są to te-

reny I strefy zabrudzeniowej.

Świadomość tego stanu nie była

i chyba nadal nie jest powszechna.
W rezultacie podczas wymiany izola-
torów na liniach przesyłowych, sta-

re izolatory porcelanowe zastępowa-
no izolatorami porcelanowymi o jesz-
cze dłuższej drodze upływu zamiast
o krótszej. Ponadto od kilku lat coraz
powszechniej zastępuje się izolatory
porcelanowe izolatorami kompozyto-
wymi z kauczuku silikonowego. Jed-
nym z argumentów przemawiających
na korzyść izolatorów silikonowych
jest ich większa wytrzymałość w wa-
runkach zabrudzeniowych. Jednakże
nie zauważa się faktu, że ta zaleta izo-
latorów silikonowych nie może być
wykorzystana wobec braku intensyw-
nych czy średnich zabrudzeń. Oczywi-
ście izolatory kompozytowe z kauczu-
ku silikonowego mają wiele innych ko-
rzystnych właściwości, które uzasad-
niają ich stosowanie również w I stre-
fie zabrudzeniowej. Innym przykła-
dem niepotrzebnego wzmacniania
izolacji porcelanowej jest nakładanie
pokryć silikonowych w I strefie zabru-
dzeniowej. W znanych autorowi przy-
padkach zastosowano pokrycia hydro-
fobowe nawet bez wnikliwego zbada-
nia aktualnych parametrów naraże-
nia zabrudzeniowego. W rezultacie do-
konano niepotrzebnego wzmocnienia
izolacji i poniesiono koszty, które nie
były uzasadnione.

zmiany stanu

zanieczyszczenia atmosfery

Emisja najważniejszych zanieczysz-

czeń powietrza przez przemysł zaczęła
zmniejszać się już od 1985 roku

(tab. 1).

Zwraca uwagę 16-krotne zmniejszenie
emisji pyłów. Przykładem zmniejsze-
nia narażenia zabrudzeniowego na
obszarze przemysłowym jest pewna
huta. W roku 1980 opad pyłu wynosił
tam 9 g/m

2

na dobę, a w 2003 – zaled-

wie 0,4 g/m

2

na dobę. W rezultacie te-

ren, który był zaklasyfikowany do III
strefy zabrudzeniowej, należy obecnie
do strefy I. Pod koniec lat siedemdzie-
siątych zanotowano tam przeskoki za-
brudzeniowe. W ciągu lat osiemdziesią-
tych i dziewięćdziesiątych nie notowa-
no żadnych zakłóceń tego typu. Pomi-
mo to okresowo czyszczono izolację roz-
dzielni 110 kV. W 1995 roku podjęto nie-
potrzebną decyzję o zastosowaniu po-
kryć silikonowych, aby nie czyścić izo-
latorów, zamiast po prostu zrezygnować
z czyszczenia izolatorów.

Od 1990 roku podawane są rów-

nież całkowite emisje zanieczyszczeń,
uwzględniające również inne źródła

jak np. transport

(tab. 2). Należy jed-

nak podkreślić, że emisja przemysłowa
jest bardzo istotna, ponieważ jest sku-
piona na stosunkowo niewielkim obsza-
rze i dlatego lokalnie może stanowić za-
grożenie dla pobliskich linii i stacji. Emi-
sja transportu jest rozproszona i stanowi
tło dla zanieczyszczeń analizowanych
w pobliżu emitora punktowego. Jak wi-
dać na wynikach z

tabeli 2, całkowita

emisja pyłów w ciągu 12 lat zmniejszy-
ła się czterokrotnie, a dwutlenku siarki
ponaddwukrotnie.

Dla izolacji linii bardzo istotna jest

również konduktywność opadów at-
mosferycznych, a także współczynnik
pH (ze względu na zjawisko kwaśnych
deszczy) [4]. Wskutek znacznego zanie-
czyszczenia powietrza, w latach sześć-
dziesiątych na Górnym Śląsku notowa-
no opady o konduktywności przekracza-
jącej 1000 µS/cm. Jednak obecne pomia-
ry wykazują, że woda deszczowa zmie-
rzona po zakończeniu opadu ma kon-
duktywność w zakresie 20-60 µS/cm
i w zasadzie nie odnotowuje się więk-
szych wartości nawet na Górnym Ślą-
sku [5]. Tak czyste deszcze nie stano-
wią zagrożenia dla izolatorów, powodują

1975

1980

1985

1990

1995

1999

2002

Pyły

2,25

2,34

1,79

1,16

0,43

0,37

0,14

SO

2

2,08

2,75

2,65

2,21

1,64

1,26

–

NO

X

0,88

0,87

–

0,64

0,55

0,44

0,35

Gazy ogółem

3,04

5,13

4,93

4,11

2,78

2,15

1,92

Tab. 1 Emisja najważniejszych zanieczyszczeń przemysłowych atmosfery i gazów bez

CO

2

w mln ton [1]

1990

1995

1999

2002

Pyły

1,95

1,31

0,82

0,47

SO

2

3,21

2,38

1,72

1,46

NO

X

1,28

1,12

0,95

0,80

Tab. 2 Całkowita emisja głównych zanieczyszczeń w mln ton [1]

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 1 2 / 2 0 0 5

59

ich spłukiwanie i oczyszczanie. Jeśli te-
ren prawie całego kraju należy do I stre-
fy zabrudzeniowej, to zgodnie z wytycz-
nymi IEC, powinno się stosować izolato-
ry o jednostkowej drodze upływu w za-
kresie 16-20 mm/kV najwyższego napię-
cia międzyfazowego. Stosowanie izola-
torów w I strefie zabrudzeniowej o dro-
dze upływu odpowiedniej do III strefy
nie jest uzasadnione.

Wszystko wskazuje, że obecny trend

zmniejszania emisji utrzyma się jesz-
cze przez kilka lat. Dotyczy to zwłasz-
cza emisji dwutlenku siarki i tlenków
azotu. Emisja pyłów przemysłowych jest
już tak mała, że zapewne o zanieczysz-
czeniu izolatorów na obszarach oddalo-
nych od zakładów przemysłowych de-
cydują źródła pochodzenia rolniczego,
transport i budownictwo, a na wybrzeżu
– sól morska. Dlatego przy doborze izo-
latorów powinno się uwzględniać moż-
liwości zmian klimatycznych, wzrost in-
tensywności opadów deszczowych i wy-
stępowanie trąb powietrznych.

zalety i wady

izolatorów porcelanowych

Izolatory z porcelany elektrotechnicz-

nej są stosowane w elektroenergetyce od
ponad 100 lat, a porcelanowe izolatory
długopniowe od prawie 60 lat. Podsta-
wową zaletą izolatorów długopniowych
jest ich nieprzebijalność, a wadą – moż-
liwość zerwania i spadku przewodu na
ziemię. Postęp w inżynierii materiało-
wej doprowadził do znacznego zmniej-
szenia liczby zerwań wskutek wad mate-
riałowych lub technologicznych. W nie-

których krajach,
w których wy-
stępują proble-
my z wandali-
zmem, izolato-
ry porcelanowe
długopniowe są
rzadko stoso-
wane, dominu-
ją tam izolato-
ry kołpakowe.
W warunkach
intensywnych

zabrudzeń zale-

tą porcelany jest

prawie całkowita odporność na wyłado-
wania powierzchniowe. Czas eksploata-
cji obecnie produkowanych izolatorów
porcelanowych z tworzywa ceramiczne-
go C130 ocenia się na 40-50 lat.

zalety i wady

izolatorów kompozytowych

Pierwsze izolatory z kauczuku siliko-

nowego zostały wprowadzone do eks-
ploatacji już ponad 30 lat temu. Począt-
kowo ich rozpowszechnieniu nie sprzy-
jały obawy przed erozją powodowaną
przez wyładowania powierzchniowe
oraz problemy związane z tzw. kruchy-
mi pęknięciami pręta szkłoepoksydo-
wego. Ulepszenie materiału pręta i kon-
strukcji izolatora zlikwidowały niebez-
pieczeństwo kruchych pęknięć. Hydro-
fobowość kauczuku silikonowego i je-
go unikalna właściwość polegająca na
hydrofobizowaniu zanieczyszczeń na
jego powierzchni stanowią podstawo-
we zalety tego materiału. Ta zdolność
powoduje, że w tych samych warun-
kach prąd upływu na izolatorach sili-
konowych jest znacznie mniejszy niż
na izolatorach porcelanowych, a na-
pięcie przeskoku jest wyższe o około
30-50 %. W rezultacie, w warunkach III
strefy zabrudzeniowej, jakie panowały
na stacji prób w Hucie Miedzi Głogów,
ślady wyładowań na izolatorach siliko-
nowych były ledwo dostrzegalne i nie
występowała erozja materiału . Jednak
w warunkach I strefy zabrudzeniowej
(jaką stanowi prawie cały obszar Pol-
ski) o stosowaniu izolatorów silikono-
wych mogą decydować inne ich zale-

ty. Są one ponadtrzykrotnie lżejsze od
izolatorów porcelanowych, co umożli-
wia łatwiejszy montaż na słupach. O ich
stosowaniu decyduje też odporność na
udary mechaniczne i akty wandalizmu.
W ostatnich latach ceny izolatorów sili-
konowych uległy znacznemu obniżeniu
i są porównywalne, a nawet niższe od
cen izolatorów porcelanowych.

jakie izolatory powinny być

stosowane w Polsce?

Obecnie w kraju produkowane są

przede wszystkim wysokonapięciowe
izolatory porcelanowe o zmiennym wy-
sięgu kloszy, które mogą mieć bardzo
długą drogę upływu. Izolatory o zmien-
nym wysięgu kloszy zostały wprowa-
dzone do eksploatacji na początku lat
siedemdziesiątych ubiegłego stulecia
i wykazały swe zalety w naturalnych
warunkach zabrudzeniowych. Spo-
śród izolatorów tego typu tylko izola-
tor LP 75/31 ma krótką drogę upływu
2250 mm

(fot. 1a). Dzięki temu izolator

ten można stosować na liniach 110 kV
w I strefie zabrudzeniowej. Inne typy
izolatorów ze zmiennym wysięgiem
kloszy mają dłuższą długość monta-
żową oraz klosze o większej średnicy
i dlatego znacznie dłuższą drogę upły-
wu (3000 mm dla strefy II i 3540 mm
dla strefy III). Niestety, krótsza długość
montażowa i części izolacyjnej izolato-
ra LP 75/31 powoduje, że jego napięcie
przeskoku przy udarach piorunowych
wynosi tylko 450 kV.

Nadal nie ma normy międzynaro-

dowej dla doboru izolatorów kompo-
zytowych, a istniejące wskazówki IEC
815 dotyczą tylko izolatorów porcelano-
wych i szklanych. Jednak obecnie prze-
waża pogląd, że droga upływu izolato-
rów kompozytowych w I i II strefie za-
brudzeniowej może być krótsza niż izo-
latorów porcelanowych, a w III i IV po-
winna być dłuższa [6].

Niestety, najkrótsza droga upływu

izolatorów silikonowych oferowanych
przez dwóch krajowych producentów
jest dłuższa niż stanowią to wymaga-
nia dla I strefy zabrudzeniowej. Jeden
z producentów oferuje izolator z naj-
krótszą jednostkową drogą upływu

wynoszącą 22 mm/kV

(fot. 1b), a dru-

gi 26 mm/kV. Na terenowej stacji prób
w Hucie Miedzi Głogów od 25 lat pra-
cują izolatory silikonowe o jednostko-
wej drodze upływu 19 mm/kV

(fot. 1c).

Izolatory te pracowały bezproblemowo
przez około 10 lat w III strefiezabrudze-
niowej, kilka lat w strefie II, a od kilku
lat w I. Te krajowe doświadczenia po-
twierdzają pogląd, że izolatory siliko-
nowe w I strefie zabrudzeniowej mogą
mieć krótszą drogę upływu niż wyma-
gana od izolatorów porcelanowych.
Producenci wysokonapięciowych izola-
torów porcelanowych, a zwłaszcza sili-
konowych, powinni zatem dopasować
ofertę do aktualnych warunków. Zakła-
dy Energetyczne i Polskie Sieci Elektro-
energetyczne mogą osiągnąć bowiem
znaczne korzyści ekonomiczne, jeśli za-
czną stosować izolatory o krótszej dro-
dze upływu.

literatura

1. Rocznik statystyczny, wydania z lat

1976-2004, Główny Urząd Staty-
styczny, Warszawa.

2. PN-E-06303 (1998) Narażenie za-

brudzeniowe izolacji napowietrz-
nej i dobór izolatorów do warun-
ków zabrudzeniowych.

3. Dane opadu pyłu Państwo-

wej Inspekcji Sanitarnej za lata
1990-1993.

4. K. L. Chrzan, J. Andino, R. Twarow-

ski, Efect of acid rains on outdoor
insulators. Int. Conf. On Advances
in Processing, Testing and Appli-
cation of Dielectric Materials AP-
TADM, Wrocław 2001, pp. 212-215.

5. K. L. Chrzan, A. Kałużny, L. Subocz,

S. Banaszak, Aktualny stan środo-
wiska w Polsce w aspekcie naraże-
nia i doboru izolacji napowietrznej.
VII Sympozjum Inżynieria Wyso-
kich Napięć, Poznań-Będlewo 2004,
s. 50-53.

6. R. Baersch, J. Kindersberger, Grenz-

flaeche Feststoff-Gas-Beanspru-
chungen, Wechselwirkungen, de-
sign, Pruefverfahren, Lebensdauer.
Konferencja Grenzflaechen in elek-
trischen Isoliersystemen, ETG Fach-
tagung, Hanau 2005, s. 7-26.

Fot. 1 Izolatory produkcji krajowej o krótkiej drodze upływu:

a) izolator porcelanowy, b) izolator silikonowy, c) proto-

typowy izolator silikonowy wyprodukowany 30 lat temu

a)

b)

c)