10.Elektroenergetyczne linie napowietrzne

Podstawowe elementy elektroenergetycznej linii napowietrznej:

1. przewody robocze;

2. przewody odgromowe;

3. izolatory lub układy izolatorów z osprzętem;

4. konstrukcje wsporcze

5. fundamenty i uziemienia konstrukcji wsporczych.

10.1.Przewody robocze

Charakterystyka przewodów. Materiały: głównie miedź i aluminium, stal i stopy (np. brąz) w mniejszym stopniu. Stosunku się przewody: jednodrutowe, wielodrutowe (tzw. linki) wiązkowe i specjalnej konstrukcji. Obecnie coraz częściej w budowie linii stosuje się przewody w pełni izolowane i przewody o osłonie izolacyjnej. (Rys.10.1)

W liniach NN, WN, SN i nn na przewody robocze stosuje się linki stalowo-aluminiowej typu AFL o przekroju do:

• 525mm² w liniach przesyłowych;

• 120mm² w liniach sieci rozdzielczej i dystrybucyjnej.

Cecha charakterystyczne linek AFL - stosunek przekroju aluminium do stali (m). W Polsce wynosi 20, 8, 6, 4, 3, 1.7, 1.25 dla różnych przekrojów. (Rys. 10.2, 10.3)

10.2.Łączenie przewodów

Do łączenia przewodów LN wykorzystuje się: złączki, zaciski i uchwyty.

Złączki stosuje się w połączeniu przenoszących się naciągu przewodów i od których wymaga się dobrego połączenia elektrycznego. Najszersze zastosowanie znalazły do karbowania i zaprasowania. (Rys.10.4, 10.5)

Zaciski - stosuje się dla połączeń nie narażonych na działanie naciągu, wymaga odrębnego połączenia elektrycznego (np. w mostku na słupie odporowym). Najczęściej wykonuje się zacisk: mostkowy, kabłąkowy, uniwersalny oraz odgałęźny śrubowy.

Uchwyty - stosuje się wyłączenia do połączenia przewodów narażonych przy zawieszeniu mocnym). Typowe uchwyty - rys.10.7)

10.3.Obciążenia mechaniczne przewodów

W warunkach: normalnych - naprężenia przewodu nie mogą przekraczać naprężeń odpowiadających granicy sprężystości materiału przewodów; katastrofalnych - granic plastyczności.

Czynniki atmosferyczne wpływające na wartość naprężeń:

1. najwyższa i najniższa temperatura występująca na wartość naprężeń;

2. prędkość wiatru,

3. osady sadziowe (tj. śnieg, szum, lód),

Przy określaniu naprężeń przewodów w polskich warunkach przyjmuje się następujące temperatury ekstremalne:

1. temperatura mrozu -25⁰C;

2. temperatura upału +40⁰C

3. temperatura występujących osadów -5⁰C

Z punktu widzenia obciążenia przewodów wiatrem obszar Polski dzieli się na dwie strefy:

1. I - strefa nizinna (obejmuje 90% powierzchni),

2. II - obejmuje: 30km przy terenie wzdłuż wybrzeża, Sudety, Karpaty i podgórze.

Z punktu widzenia obciążeń przewodów wywołanych osadami sadziowymi obraz Polski dzieli się na cztery strefy: SI, SII, SIa, SIIa (największe obciążenie sadzią).

Przewody mocowane są na konstrukcjach wsporczych uzbrojonych w odpowiedni sprzęt oraz układy izolacyjne.

Podstawowy element linii stanowi przęsło - tj. część linii napowietrznej zawarta między dwoma konstrukcjami wsporczymi. (Rys.10.9)

Równanie przewodu w przęśle:

(10.1)

(10.2)

gdzie

y₀ = δ/g

δ - całkowite naprężenie w najniższym punkcie przewodu (tj. w punkcie „0” - lub składowa pozioma naprężenia całkowita w dowolnym punkcie [N/mm²]

g - współczynnik obciążenia mechanicznego, wyrażający obciążenia przypadkowego na 1m długości przewodów oraz mm² przekroju przewodu gołego lub obciążonego sadzią [Nm^.mm²].

Długość przewodu w przęśle:

(10.3)

Gdy

δ_f > δ - max zwis podczas opalu,

δ_f < δ - max zwis wystąpi przy sadzi normalnej.

10.4.Konstrukcje wsporcze

Gabaryt słupa obejmuje jego wysokość i szerokość. Zależy od:

1. sposobu rozmieszczania przewodów,

2. zastosowanie przewodów i ich liczby,

3. napięcia znamionowego,

4. rodzaju zastosowanych izolatorów i osprzętu,

5. minimalnej wymaganej wysokości zawieszenia przewodu nad ziemią lub obiektem z którym krzyżuje się linia. (Rys.10.10)

(10.10)

gdzie:

H - wysoko słupa od poprzecznika,

h_min - min odległość przewodu od ziemi,

f_max - max zwis przewodów w danym prześle (f = f(a)),

Li - długość izolatorów (wiszących) z osprzętem.

Znak „+” Li przyjmuje się dla izolatorów wiszących i znak „-” Li - dla izolatorów stojących. Nie uwzględnia się ww. znaku w przypadku izolatorów odciągających (stanowią przedłużenie linii zwisania przewodów).

Odległość h_min w sieci nn dla przewodów: nieuziemnionych - 5m, uziemionych - 4,5m. W liniach o napięciu U_N > 1kV. „h_min” oblicza się ze wzoru

[m] (10.11)

w którym U_N w kV.

Długość poprzecznika (b_poz) wyznacza się ze wzoru:

[m] (10.12)

k - współczynnik liczbowy (0,65 ÷ 0,95) zależny od materiału i przekroju przewodu oraz sposobu ich rozmieszczania,

f₊₄₀ - zwis przy temperaturze +40⁰C

Li - długość izolatorów wiszących [m] (dla izolatorów stojących I_i = 0).

10.5.Układy przewodów na słupach

Przewody na słupach układa się w układzie jedno lub dwutorowym, (rys.10.11, 10.12, 10.13)

10.6.Rozwiązanie techniczne konstrukcji wsporczych

Słupy, w zależności od funkcji, jaką spełniają w linii elektroenergetycznej dzielą się na:

1. przelotowe (P),

2. narożne (N),

3. odporowe (o),

4. odporowo-narożne (ON),

5. krańcowe (K),

6. rozgałęźne (R),

7. skrzyżowaniowe (s).

W zależności od materiału, z którego słupy są wykonane dzielą się na:

1. drewniane,

2. żelbetonowe (wibrobetonowe - o przekroju dwu lub trójteowym, np. ŻN, strunobetonowe, strunobetonowe-wirowane)

3. stalowe (linie o U_N > 110kV).

10.7.Izolatory

10.7.1.Wprowadzenie

1. oddzielenie przewodów od siebie o konstrukcji wsporczych;

2. przenoszenie i wytrzymywanie siły naciągu przewodów;

3. wytrzymywanie ciężaru przewodów wraz z obciążeniem sadzą i wiatrem.

Podstawowym parametrem izolatorów: napięcie znamionowe, napięcie probiercze udarowe i znamionowa wytrzymałość mechaniczna (oraz środowiskowa).

Wymagania (natury elektryczne i mechaniczne) stawiane materiałom stosowanym do wyrobu izolatorów:

1. znaczna rezystancja i wytrzymałość elektryczna;

2. odpowiednia wytrzymałość mechaniczna;

3. odporność na wszelkie wpływy atmosferyczne i chemiczne;

4. nienasiąkliwość i odporność na nagłe zmiany temperatury;

5. łatwość w obróbce;

6. jednorodność strukturalna.

Metody stosowane na izolatory

1. ceramiczne (porcelana, stearyt, kordieryt);

2. szkło hartowane;

3. materiały kompozytowe (obejmują: włókno szklane, żywiczne, epoksydowe i poliestrowe)

Izolatory dzielą się na niskonapięciowe (U_N = 1kV) i wysokonapięciowe.

10.7.2.Izolatory na napięcie do 1kV

Ze względu na sposób mocowania dzielą się na stojące (porcelanowe typu N lub szklane typu Ns - stosowane głównie na słupach przelotowych) i szpulowe (typu S stosowane na słupach krańcowych, narożnych i odporowych - rysunek 10.14).

10.7.3.Izolatory na napięcie powyżej 1kV

Dzielą się na stojące (stosowane w sieciach o U_N < 40kV) i wiszące (stosowane w sieciach o U_N > 40kV). Rysunki 10.15, 10.16.

Dla napięć wyższych do (30-40)kV stosuje się izolatory wiszące kołpakowe i pionowe podwyższające izolatory stojące zarówno pod względem wytrzymałości elektrycznej i mechanicznej - rysunki 10.17, 10.18, 10.19.

Osprzęt izolatorów wiszących jest bardziej różnorodny i składa się z szeregu elementów, których celem jest: zawieszenie izolatorów na poprzeczniku, łączenie izolatorów w łańcuchy, przywieszenie przewodów, odsunięcie łuku od izolatora (pierścienie, rożki ochronne). Rysunki 10.20, 10.21, 10.22.

10.8.Zawieszenie przewodów

W zależności od funkcji, jaką spełnia konstrukcja oraz jaka jest wytrzymałość mechaniczna tej konstrukcji, stosuje się zawieszenie przelotowe (zwane luźnym) lub odciągowe (zwane mocnym) przewodów zarówno na izolatorach stojących jak i izolatorach wiszących. (Rys.10.21, 10.22)

10.9.Obostrzenia

Obostrzenie - dodatkowe środki zabezpieczeń linii w miejscu krzyżowania z innymi liniami, obiektami lub zbliżeniami do nich, np. krzyżowaniu z liniami kolejowymi, rzekami, szlakami żeglowymi, torem zabudowanym, itp. Są trzy stopnie obostrzenia: 1⁰, 2⁰, 3⁰.

Zwiększenie bezpieczeństwa linii elektroenergetycznej realizuje poprzez:

1. odpowiednio zgodnie z PN-E-050100-1÷3, dobór przekroju przewodów i stosowane w ich odpowiednie naprężeń - normalnego i katastrofalnego,

2. stosowanie dodatkowych izolatorów w przypadku izolatorów oraz dwu lub trójrzędnych łańcuchów w przypadku izolatorów wiszących,

3. stosowane w krańcach przęsła skrzyżowanego słupów przelotowo-skrzyżowaniowych i narożno-skrzyżowaniowych. Natomiast w przypadku słupów przelotowych i narożnych - zmniejszonego odcinka skrzyżowanego. (Rys.10.23)

10.10.Ochrona przepięciowa

10.10.1.Linia o napięci 110kV i wyższym

Rezystancja uziemienia słupa oraz rezystancja uziemienia ograniczników przepięć i iskierników zainstalowanych na słupach linii nie powinna przekroczyć wartości:

1. 10Ω przy rezystywności gruntu p < 1000Ωm i 15Ω przy rezystancji gruntu p ≥ 1000Ωm w liniach o napięci znamionowym U_N > 110kV i niższym,

2. 15Ω dla p > 1000Ωm o 20Ω przy p ≥ 1000Ωm w liniach o napięciu znamionowym U_N = 220kV i 400kV.

Odstęp dr pomiędzy przewodem roboczym a odgromnikiem w środku przesyłu linii w temperaturze +10⁰C powinien spełniać warunek

(10.13)

gdzie

a - rezystywność przęsła,

Przewody odgromowe wykonuje się ze stalowej ocynkowanej linki. Minimalny przekrój 90mm². W najnowszym rozwiązaniu przewody odgromowe stanowią nośnik kabli światłowodowych. Światłowody mogą być także wewnątrz przewodów odgromowych.

Ochronę przepięciową od przepięć atmosferycznych stanowią odgromniki wydmuchowe lub iskierniki.

10.10.2.Linie o napięciu wyższym od 1kV a niższym od 110kV

W wymierzonych liniach nie ma potrzeby stosowania przewodów odgromowych na całej długości linii.

Ochronę przepięciową stanowią ograniczniki przepięć (obecnie powszechnie) lub iskierniki, które suszą i są instalowane:

1. w miejscach pomiaru energii elektrycznej znajdujących się na słupach LN (tj. słupach STR),

2. w miejscu połączenia LN z linią kablową (o długości < od 2km).

Przykład mocowania odgromników zaworowych i ograniczników przepięć na słupie rozgałęźnym - rys.10.24.

10.10.3.Linie napowietrzne o napięciu do 1kV

Ochronę przepięciową stanowią ograniczniki przepięć klasy A,, które muszą być instalowane:

1. na krańcach linii napowietrznej i co 500m,

2. w miejscu przyłączenia linii kablowej do linii napowietrznej,

3. w liniach zasilających instalacje odbiorcze w budynkach (ZK - klasy B).

Uziemienie ograniczników przepięć jest wspólne z przewodem MKN, przewodami instalacji odgromowej - rezystancja uziomu powinna być mniejsza od 10Ω.

13

---